1、引言

目前声学材料的吸声系数测量方法主要有2种：驻波管法和混响室法。驻波管方法有较多分支，主要分为单传声器驻波比法和双传声器的传递函数法。这2种方法可以较为准确地测量声波垂直入射情况下的吸声系数。

驻波管法测量步骤繁琐， 要求将材料按照一定规格准确切割，将被测材料放入驻波管中进行测量。由于材料和管壁之间不能准确吻合，使测量结果存在一定误差，并且该方法只能测量垂直入射的情况，实验室环境下测量得到的结果并不能完全反映吸声材料在现场实际使用中的吸声性能。

混响室法需要在体积较大的混响室内进行，一般要求试件面积在10～12m2，声源设备为无指向性扬声器或扬声器组，在测量低频时还需要变换扬声器位置。混响室方法能够测量吸声材料在扩散场中的性能，较为接近实际使用时的情况。但由于混响室本身的限制，使该方法无法大规模应用，测量周期也较长。

如何准确地现场测量材料的吸声系数已成为声学工程中的一个重要问题。自20世纪70年代以来，由Allard 等提出的反射法得到了很好的发展， 能够在一定程度满足实际中的要求。

2、Allard 双传声器阻抗法

自由场情况下测量吸声系数，最为著名的方法是Allard的双传声器方法。通过测量吸声材料表面的声阻抗率来估计吸声系数，具体的实验设置如图1所示。

其中，R 为扬声器与被测材料之间的距离，M1和M2代表2个传声器，△r为2个传声器之间的距离，d为传声器中点M点与被测材料之间的距离。M点处的声压可近似表示为p=（p1+p2）/2。

质点速度可以表示为

v=（p2-p1）/jωρ△r （1）

M点处的法向声阻抗率为

其中H（ω）=p2/p1，易得材料表面的法向声阻抗率为

可得反射系数为r=（Z-1）/（Z+1），吸声系数为α=1- r 2。

该方法原理简单清晰，实验设置简单。但是由于激励声源扬声器的限制，主要存在两方面的问题：无法产生准确的平面波，需要增大扬声器和被测材料的距离来近似得到平面波，或者在模型中引入球面波来进行计算，由此引入新的误差；对测量环境有较高的要求，只能在消声室或者空间较大的环境下对面积较大的材料进行测量。当测量环境空间较小时，吸声材料以外其他壁面的反射声对结果有较大的干扰，严重影响该方法的普及应用。

3、PU 矢量探头法

PU探头是由Microflown 公司于20 世纪90年代发明的，通过测量2根距离30 μm的铂金丝之间的温度差来得到测试位置的声压和质点速度，如图2所示。

将探头放置于距离被测材料表面为d 处的M点，探头与声源距离为R1，与由吸声材料表面反射的虚源距离为R2，由测量得到M 点的声压和质点速度，由此求得该点的声阻抗率ZM，反射系数为

该方法简单方便，能够快速测量吸声系数。但由于PU探头的限制还有以下几个方面的问题：PU探头目前还没有大规模应用，价格昂贵，且每次使用之前还需要进行标定，通用性有待进一步加强；该方法仍使用通常的扬声器作为声源，受测试环境影响较大。

4、参量阵扬声器法

南安普敦大学的Humphrey最早将参量阵引入到吸声系数的水下测量中，用以解决声源发射的限制问题。在高压消声水箱中，通过使用参量阵来测量材料在水下不同环境及深度下的吸声系数， 极大简化了原有的测试系统。

中科院声学所通信声学实验室将其系统加以改进，引入到空气中吸声系数的测量中。使用参量阵非线性自解调可听声，利用其高指向性和在参量阵阵长距离内按平面波进行传播的特性，结合双传声器传递函数法，将传声器靠近被测材料的表面放置，使用线性扫频激励信号，快速测量吸声系数，降低了不同环境对测试结果的影响。实验设置及原理如图3所示。

图3中，p1为传声器1 处的声压，p2为传声器2处的声压，d为2个传声器之间的距离，l为传声器2与被测材料的距离。假设Pin为入射声波，Pre为反射声波，则传声器1处的声压可表示为

p1=Pinejk（d+l）+Pree-jk（d+l）（5）

传声器2处的声压可表示为

p2=Pinejkl+Pree-jkl（6）

入射波从传声器1到传声器2的传递函数为

Hin=e-jkd （7）

反射波从传声器1 到传声器2 的传递函数为Hre=ejkd。

将式（5）和式（6）代入下式，则两个传声器的传递函数为

由式（8）可求得反射系数为

该方法对测量对象要求低， 可对小尺寸的材料进行测量。且抗干扰能力强，可在较小房间内复杂的声环境下进行测量。在不同环境下测量所得结果的相对误差基本在5%以下，有较高的稳定性。但由于参量阵扬声器的限制，该方法对于500 Hz 以下低频范围的测量无法准确完成，这也是目前存在的主要问题，需要进一步研究。

5 小结

介绍了3种现场测量吸声系数的方法，对各方法的基本原理和实验步骤进行了比较分析，并对各种方法的优缺点进行了概括。Allard 的方法最为简单，实验设备要求低，但是结果受环境影响较大；PU探头方法测量结果较好，但受到探头的制约，需要换能单元进一步发展，降低成本，提高可靠性和易用性；参量阵扬声器方法受被测材料大小和环境影响小，但是由于发声单元的限制，对低频的测量还需要进一步研究。