8.4. Измерение коэффициента звукопоглощения материалов

Коэффициент звукопоглощения (далее - коэффициент поглощения) - это отношение энергии, поглощённой материалом, к энергии волны, падающей на поверхность материала

(8.10)

Для его определения пользуются реверберационной («гулкой») камерой и трубой (акустическим волноводом).

Камера, а которой измеряют коэффициент звукопоглощения, обычно имеет объем не менее 100 м³. Время реверберации на нижних частотах составляет 10 ...15 с. Оно уменьшается с ростом частоты.

Коэффициент поглощения материала измеряют в условиях диффузного поля. Время реверберации измеряют дважды: до внесения в камеру исследуемого материала и после внесения образца материала. Образцы исследуемого материала могут нарушить диффузность поля. Чтобы этого не случилось, образцы располагают так, чтобы они образовывали рассеивающую конструкцию, например, трехгранной формы. Чтобы не считаться с явлениями дифракции, площадь образцов должна быть не менее нескольких квадратных метров.

Обозначим площадь образца Sм, объем камеры V, время реверберации пустой камеры Т_0, время реверберации после внесения образцов Тм тогда коэффициент поглощения образца материала.

. (8.11)

Полученное значение характеризует свойства материала в диффузном поле, что соответствует реальным условиям применения материала,

Однако воспользоваться реверберационной камерой не всегда возможно. Более простой способ измерения — измерения в акустическом волноводе (трубе). Схема установки изображена на рис.8.6.

Рис. 8.6. Схема установки для измерения коэффициента звукопоглощения в акустическом волноводе (трубе)

В одном конце трубы помещается источник звука громкоговоритель Гр, в другом — образец исследуемого материала Обр. Падающая на образец волна частично отражается. Взаимодействие падающей и отраженной волн приводит к образованию стоячих волн с максимумами (пучностями) звукового давления р_max и минимумами (узлами) звукового давления p_min . Расстояние между ними составляет λ/4. Пучности и узлы отыскивают с помощью измерительного прибора И, соединенного с измерительным микрофоном М, перемещаемым внутри трубы.

Звуковое давление в пучности

p _max = p_пр + p_отр = p_отр p_пр

причем р _отр - отражения по звуковому давлению.

Соответственно, коэффициент отражения по интенсивности звука будет равен

, (8.12)

а коэффициент поглощения по интенсивности:

(8.13)

На рис. 8.7 приведены графики изменения в зависимости от частоты, полученные на установке с трубой Лаборатории акустики МТУСИ.

Рис. 8.7. Примеры экспериментально полученных частотных характеристик коэффициента звукопоглощения перфорированной, конструкции (1) и минерального войлока (2)

Полученные таким образом коэффициенты поглощения будут характеризовать материал при нормальном (перпендикулярном) падении волн и будут отличаться от значений коэффициента поглощения, полученных измерениями в реверберационной камере.

Заметим попутно, что формула Сэбина для расчета времени реверберации была выведена в предположении любых направлений падения волн на преграды, т.е. в предположении диффузного поля, а формула Эйринга была выведена в предположении, что волны падают на преграды под углами близкими к нормали. Поэтому, строго говоря, в формулу Сэбина следовало бы подставлять значения коэффициента поглощения, полученные реверберационным методом, а в формулу Эйринга - измеренные в поле плоских волн при нормальном падении, т.е. полученные методом стоячих волн, в трубе.

Однако, учитывая приближённый характер расчетов времени реверберации, этими тонкостями обычно пренебрегают, и их не оговаривают.