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 Т0, 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 рmax и минимумами (узлами) звукового давления pmin . 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 = pпр + pотр = pотр pпр
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.