声学测试-混响室测试中的边缘效应
混响室吸声测量中,对高吸声的材料常常会出现测量出的吸声系数大于1的情况,这与吸声系数的物理定义相违背。这种现象在混响室测量中被称作“边缘效应 (edge effect)”。边缘效应有时被认为被测试件周边没有封闭引起的附加吸声,这是完全错误的理解。根据测量规范的要求,测量材料边缘必须进行刚性封闭,或者通过测试地面的下沉调节,使得材料完全镶嵌在地板中(如中国建筑物理研究院的新混响室以及同济大学的混响室),这时候仍然会出现测量结果大于1的情况。
引起边缘效应的主要原因为以下几点:
由于声波波长关系,使得声波的作用范围扩大,以至于计算中处于材料外的声波,仍然会受到材料吸声的影响,使得这部分声波在反射时能量被衰减;
来自于材料边缘的衍射影响,产生了附加吸声;
材料边缘处由于阻抗突变,使得原本应入射到周围地面的声波,由于阻抗突变产生声波弯曲,入射到了材料表面,引起附加吸声。
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由此可知,在混响室中材料布置长宽尺寸的改变,将会影响被测材料的边缘长度,引起的边缘效应的影响也不同。所以在测量规范中规定了混响室测量中材料布放的长宽比。
边缘效应的产生,是由于在测试中采用的是有限尺寸的材料,而吸声系数的定义是无限尺寸的材料。因此,也有一些学者研究如何通过有限尺寸材料的测试推出无限尺寸材料的吸声性能5)。无限尺寸材料的吸声系数才是材料吸声性能的真值。

图8 有限尺寸测量结果和无限尺寸吸声系数真值
无规入射和法向入射吸声系数的关系
根据理论计算,仅当吸声材料的声阻值和声抗值之有一定联系时垂直(法向)入射吸声系数α0 和无规入射吸声系数αs 才可能有单值的对应关系。在共振时声抗等于零,垂直(法向)入射共振吸声系数αr(即α0=αr)与无规入射吸声系数αs 的对应关系如下表或图9所给出的曲线所示。当相对声阻抗r ≥ 1时,无规入射吸声系数αs 一般要比垂直入射吸声系数α0 大;反之,当相对声阻抗率r ≤1时,αs 值一般比α0 值小。
表 当α0=αr时,α0与α0=αs的对应值


图9 垂直入射吸声系数和无规入射吸声系数的换算关系