利用阻抗管测量复合声学超材料特性
声学超材料动态等效反问题研究及应用
声学超材料动态等效反问题研究及应用
声学超材料动态等效反问题研究及其应用是声学超材料领域的一个重要研究方向。
声学超材料是一种具有特殊结构和特性的材料，能够引导、调控和控制声波的传播和波束形状。
动态等效反问题是指通过对声学超材料进行合理的材料参数设计，使得特定的声波反射、透射特性和波束形状能够在超材料内部实现。
这个问题的研究旨在通过对超材料结构和参数的调控，实现所需的声波传播和形状控制，以应用于通信、声学成像、声波隔离等方面。
声学超材料动态等效反问题的研究包括几个关键方面。
首先是通过理论分析和数值模拟，研究超材料的材料参数与声波传播反射、透射特性的关系。
其次是基于所需的声波特性，设计优化超材料的结构和参数，以实现所需的声波形状和控制。
最后是通过实验验证和性能测试，验证设计的超材料在实际应用中的效果和性能。
这个研究方向的应用非常广泛。
例如，在通信领域中，声学超材料可以用于设计与特定频率范围相匹配的波导，实现高效的数据传输和通信。
在声学成像中，声学超材料可以用于制造特定的聚焦点和波束形状，提高成像质量和准确度。
在声波隔离中，声学超材料可以用于制造具有特定频率范围的隔音材料，实现声音的隔离和控制。
总之，声学超材料动态等效反问题的研究及应用具有重要意义，可以为声学领域的科学研究和应用开创新的可能性。
阻抗管原理
阻抗管原理阻抗管（Impedance Tube）是一种用于测量材料表面阻抗的设备，它是基于声学原理的一种测试方法。
阻抗管通过测量声波在材料表面的反射和透射特性，来评估材料的吸声性能。
本文将介绍阻抗管的原理及其在声学研究和工程领域的应用。
一、阻抗管原理阻抗管原理是基于声波在材料表面的反射和透射过程。
当声波传播到材料表面时，一部分声能被材料表面吸收，一部分声能被反射回来，还有一部分声能透过材料。
根据声波在材料表面的反射和透射特性，可以计算出材料的声阻抗，即声波传播时遇到的阻力。
阻抗管中包含两个同心圆柱管道，内管道为声源管，外管道为测量管。
声源管通过声源产生声波，声波传播到测量管的材料表面后，经过反射和透射过程，被接收器接收。
接收器会测量声波在材料表面的反射和透射特性，然后计算出材料的声阻抗。
二、阻抗管的应用阻抗管广泛应用于声学研究和工程领域。
以下是阻抗管的主要应用：1. 吸声材料研究：阻抗管可以评估各种吸声材料的性能。
通过测量材料的声阻抗，可以了解材料对声波的吸收能力。
这对于开发新型吸音材料和优化现有吸音材料具有重要意义。
2. 噪音控制：阻抗管可以帮助工程师设计和优化噪音控制系统。
通过测量材料的声阻抗，可以确定最佳的噪音控制措施，提高噪音控制效果。
3. 声学设备测试：阻抗管可以用于测试各种声学设备的性能。
通过测量设备表面的声阻抗，可以评估设备的声学性能，并指导设备的改进和优化。
4. 建筑声学：阻抗管在建筑声学领域也有广泛应用。
通过测量建筑材料的声阻抗，可以评估建筑结构对噪音的隔离效果，从而指导建筑声学设计。
5. 汽车声学：阻抗管在汽车声学研究中起着重要作用。
通过测量汽车材料的声阻抗，可以评估汽车的噪音隔离效果，指导汽车噪音控制的改进。
三、总结阻抗管是一种基于声学原理的测量设备，通过测量声波在材料表面的反射和透射特性，评估材料的声阻抗。
阻抗管在声学研究和工程领域有广泛的应用，包括吸声材料研究、噪音控制、声学设备测试、建筑声学和汽车声学等方面。
超材料在声学隔离中的应用研究
超材料在声学隔离中的应用研究近年来，随着科技的迅猛发展，人们对于声学隔离技术的需求越来越高。
在噪音污染日益严重的今天，如何有效地隔离噪音成为了人们关注的焦点。
而超材料作为一种新兴的材料，在声学隔离中的应用研究引起了人们的广泛关注。
首先，让我们了解什么是超材料。
超材料是指在某些要求的频率范围内，其电磁参数、机械参数呈现出与材料天然性质不同的特殊行为的材料。
它的特殊之处在于其有效介质特性不能通过其组成材料的均质性来描述，而是由材料的多尺度结构和元胞的电磁响应决定。
因此，超材料具有负指数折射率、吸声、隐形等特殊性能。
在声学隔离中，超材料具有独特的优势。
相较于传统材料，超材料可以通过调节结构，使声音发生多种复杂折射、散射、吸收等，从而达到优化隔音效果的目的。
例如，在城市建设中，高楼大厦之间的声学隔离一直是一个难题。
传统的隔音材料往往体积庞大，难以应对不同音频的环境。
而超材料的应用研究则为解决这一问题提供了新的思路。
通过使用超材料搭建的声学隔离结构，在保持较小体积的同时，有效地隔离了噪音的传播。
此外，超材料在声学隔离中的应用还可以延伸到汽车领域。
汽车行驶过程中产生的引擎噪音和胎噪等对驾驶员和乘客的健康和舒适性造成了很大的困扰。
超材料的运用可以有效减少噪音的传播，使车内环境更加宁静舒适。
研究表明，采用超材料制成的车门内装饰材料可以减少汽车内部噪音，改善车内的声学环境。
超材料在声学隔离中的应用研究还体现在建筑领域。
建筑物外部噪音对室内工作和居住环境的影响极大，超材料的应用能够有效减少外部噪音的传播。
例如，在建筑立面墙体上使用超材料制作的隔音板，可以减少街道上的交通噪音对室内的干扰。
这种隔音效果不仅提高了居民的生活质量，还为商业区、办公区等提供了更加安静和舒适的环境。
除了汽车和建筑领域，超材料在航空领域的应用也备受关注。
航空器在高速飞行过程中产生的空气动力噪音对机舱内的人员造成了很大的危害。
超材料可以应用于航空器表面，从而减少气动噪音的产生和传播。
声波超材料种类和功能性描述
声波超材料种类和功能性描述声波超材料（acoustic metamaterials）是一种能够控制和调节声波传播的特殊材料。
它们通过特殊的结构和组成，在声波的传播中具有独特的功能和性能。
声波超材料的种类繁多，涵盖了各种不同的结构和材料组合。
下面将介绍几种常见的声波超材料以及它们的功能性描述。
1. 负折射材料（Negative Refractive Materials）负折射材料是一种声波超材料，具有反常的折射特性。
通常情况下，声波在传播过程中会遵循折射定律，即入射角和折射角之间的关系。
然而，负折射材料可以使声波在传播过程中发生反向折射，即入射角和折射角方向相反。
这种特性使得负折射材料在声波成像和聚焦等领域有着广泛的应用。
2. 声波隐身材料（Acoustic Cloaking Materials）声波隐身材料是一种声波超材料，具有抑制声波传播的能力。
它们通过特殊的结构和材料组合，能够将声波传播过程中的能量捕获和散射，从而减弱或完全消除声波的传播。
声波隐身材料可以在航空、军事和声波隔离等领域发挥重要的作用，保护敏感设备免受声波干扰。
3. 声波压缩材料（Acoustic Metamaterial for Sound Amplification）声波压缩材料是一种声波超材料，具有放大声音的能力。
它们通过特殊的结构和材料组合，能够控制和调节声波的传播，使得声音在传播过程中被放大。
声波压缩材料可以在扩音设备、音箱和声学传感器等领域发挥重要的作用，提高声音的清晰度和音质。
4. 声波滤波材料（Acoustic Metamaterial for Sound Filtering）声波滤波材料是一种声波超材料，具有过滤和控制声波频率的能力。
它们通过特殊的结构和材料组合，能够选择性地通过或阻塞不同频率的声波，从而实现对声波信号的过滤和调控。
声波滤波材料可以在声学设备、通信系统和噪声控制等领域发挥重要的作用，提供清晰的声音传输和抑制噪声的功能。
高分子材料的声学性能研究
高分子材料的声学性能研究引言：声学性能是高分子材料的一个重要研究方向。
随着科学技术的发展，高分子材料在各个领域中的应用日益广泛，而其声学性能就显得尤为重要。
本文将介绍高分子材料的声学性能的研究方法和相关领域的应用。
一、声学性能的定义和评价指标：声学性能指的是材料在声音传导和吸音方面的特性。
一般来说，声学性能的评价指标主要包括声速、声阻抗、声衰减和声吸收等。
声速是指声波在材料中传播的速度，常用米每秒（m/s）单位表示。
声阻抗是指材料对声波传播的阻力，其单位是帕斯卡秒每米（Pa·s/m）。
声衰减是指声波在材料中传播时衰减的程度，通常使用分贝（dB）作为单位。
声吸收能力是指材料对声波的能量吸收程度，常用声学吸收系数来衡量，取值范围为0到1之间。
二、实验方法：1. 频率扫描法：通过使用声学频谱分析仪，可以扫描不同频率下材料的声学性能。
这种方法可以测定声音的传播速度、阻抗和衰减等参数。
2. 声吸收实验：通过使用声波发生器和声学实验室设备，可以测量材料对声波的吸收程度。
将材料置于反射系数接近零的封闭空间中，通过测量入射和反射的声音强度，可以计算出材料的声学吸收系数。
3. 声透射实验：通过使用声波发生器和声学实验室设备，可以测量材料对声波的透射能力。
将材料放置在传输线上，测量入射和透射的声音强度，可以得到材料的声透过系数。
三、高分子材料声学性能的研究领域：1. 噪声控制：高分子材料的声学性能研究在噪声控制领域有着广泛的应用。
通过改变材料的声学特性，可以减轻或消除噪音对人们的影响。
例如，开发具有良好吸声性能的高分子材料，可以用于建筑、交通工具和电子设备等领域中，减少噪音对人们生活和工作的干扰。
2. 医学应用：高分子材料的声学性能在医学领域具有重要作用。
例如，声学吸收性能较好的高分子材料可以用于制作耳塞、听力辅助设备和医疗耦合剂等，改善人们听觉受损的问题。
3. 气声传感器：高分子材料的声学性能研究在气声传感器领域也有一定的应用。
材料声学参数测试
材料声学参数测试1.引言1.1 概述在声学领域中，材料的声学参数测试是一项重要的研究工作。
材料的声学参数测试旨在通过测量和分析材料的声学特性，从而了解材料的声学性能和行为。
这些声学参数可以为材料的设计和应用提供基础数据和理论支持。
材料的声学参数测试主要涉及材料的声学吸收性能、声学阻抗特性、声速、声波质量因数等参数的测量与计算。
声学吸收性能代表了材料对声波的吸收能力，而声学阻抗特性则描述了材料对声波的传播和反射行为。
声速和声波质量因数则是衡量材料内部声波传播速度和能量损失程度的重要参数。
为了进行材料的声学参数测试，通常需要使用一些专业的实验设备和仪器。
如声学吸收测试仪、声学阻抗测量系统、声速测量仪等。
通过这些设备的使用，可以对材料进行声学参数的真实测量和准确计算。
材料声学参数测试在许多应用领域中都具有重要意义。
在建筑和室内设计领域，通过对建筑材料的声学参数测试，可以帮助设计人员选择合适的材料以实现房间的良好吸声和降噪效果。
在音响设备和音频工程中，材料的声学参数测试可以用于优化音箱和音响系统的设计，提高音质和声场效果。
此外，材料的声学参数测试还在汽车工程、航空航天等领域中有广泛的应用。
综上所述，材料声学参数测试是一项重要的研究工作，它可以为材料的设计和应用提供必要的声学数据和理论支持。
通过对材料声学参数的准确测量和分析，我们可以更好地了解材料的声学性能和行为，并在实际应用中发挥其最大的价值。
文章结构部分是对整篇文章的概要和组织进行说明，帮助读者更好地理解文章的内容和结构。
在这篇长文《材料声学参数测试》中，文章结构分为以下几部分：1. 引言：- 1.1 概述：对材料声学参数测试的背景和重要性进行简要介绍，引起读者的兴趣。
- 1.2 文章结构：对整篇文章的组织框架进行说明，提供读者对文章结构的预期。
2. 正文：- 2.1 第一个要点：详细介绍材料声学参数测试的第一个重要要点，包括该要点的定义、测试方法、测试数据分析等相关内容。
【VIP专享】阻抗管法测量声学材料吸声系数
实验八 阻抗管法测量声学材料吸声系数一、实验目的掌握用阻抗管法测量吸声材料吸声系数、声阻抗率的原理及操作方法。
二、实验要求1.了解BK 阻抗管4206型的结构原理及功能；2.掌握Pulse 3560C 测量声学材料的吸声系数的程序。
三、实验环境1.BK4206阻抗管套件2.被测材料：海绵样品 直径100㎜3.BK 声学测量软件平台 9.04.Pulse 3560C 前端5.功率放大器BK2716C6.通用计算机及 M6k7.声级校准器4321四、实验内容、步骤1.实验内容：测量海绵样品(纳米材料或自选声学材料)的吸声系数。
测量系统如图8所示。
2.实验原理：组抗管测量材料吸声性能的原理是基于传递函数法。
其原理是将宽带稳态随机信号分解成入射波p i 和反射波p r ， p i 和p r大小由安装在管上的两个传声器测图8.1 阻抗管测量吸声系数系统连接示意得的声压决定，如图8.2所示。
其中s 为双传声器的间距，l 为传声器2至基准面（测量表面）的距离。
入射波声压和反射波声压分别可写为：0jk xi I p P e =0jk xr R p P e-=式中，P I 是基准面上p i 的幅值，P R 是基准面上p r 的幅值。
两个传声器位置处的声压分别为：00()()1jk s l jk s l I R p P e P e +-+=+002jk l jk lI R p P e P e -=+ 入射波的传递函数Hi 为：021jk sii ip H e p -==其中s 为两个传声器之间的距离, 反射波的传递函数Hr 为：021jk s rr rp H e p ==总声场的的传递函数H 12可由p 1、p 2获得，并有P R = rP I0000212()()1jk l jk ljk s l jk s l p e re H p e re -+-++==+使用Hi 、Hr 改写上式02()1212j k s l i r H H r eH H +-=-反射系数r 可通过测得的传递函数、距离s 、l 和波数k 0确定。
实验八 阻抗管法测量声学材料吸声系数
实验八阻抗管法测量声学材料吸声系数一、实验目的掌握用阻抗管法测量吸声材料吸声系数、声阻抗率的原理及操作方法。
二、实验要求1、了解BK阻抗管4206型的结构原理及功能；2、掌握Pulse 3560C测量声学材料的吸声系数的程序。
三、实验环境1、BK4206阻抗管套件2、被测材料：海绵样品直径100毫米和直径10毫米3、BK声学测量软件平台9.04、Pulse 3560C前端5、功率放大器BK2716C6、通用计算机及M6k7、声级校准器4321四、实验内容及步骤1、实验内容：测量海绵样品(纳米材料或自选声学材料)的吸声系数。
测量系统如图1所示。
图1阻抗管测量吸声系数系统连接示意图2、实验步骤：（1）、按图8.1连接并将大管接入系统，将双传声器BK4187与相应的专用测量电缆连接后，插入阻抗管相应的传声器位置处。
(2)、在PULSE软件平台的应用程序中进行校准、测量。
(3)、依次进行通道校准、信噪比测量、传递函数修正后进行样品测量。
(4)、进行数据处理后保存数据。
(5)、利用matlab对数据进行分析。
五、实验结果1、按1/3倍频程给出材料的吸声系数数据及曲线。
2、按1/3倍频程绘出材料的吸声系数关于频率的图像。
3、分析图像由图像可看出：（1）、此图为材料的吸声系数，分别在低频和高频段的吸声系数。
（2）、在低频段，吸声系数随频率的升高而降低；（3）、在高频段，吸声系数随频率的升高而升高，升高到一定限度趋于稳定。
六、实验注意事项1、安装样品时，不要和后板之间留有间隙，否则曲线上会出现吸收峰；2、交叉校准时，完全松开固紧螺栓，轻轻拿出传声器，然后再轻轻放到位后固紧。
七、讨论思考题问：这种方法测量的吸声系数和混响室法测量的吸声系数有什么区别？各有什么优缺点？答：1、混响室法：优点：混响室法测得的是无规人射吸声系数，它能用于测试横向和法向有明显不同结构的材料的吸声系数。
缺点：要求较大面积的测试样品。
2、阻抗管法优点：a、阻抗管测法对材料的法向人射吸声系数和法向声阻抗率做精确的测量。
阻抗管法测量材料隔声系数
实验 阻抗管法测量声学材料隔声量一、实验目的掌握用阻抗管法测量吸声材料隔声量的原理及操作方法。
二、实验要求1．了解 BK 阻抗管 Type 4206 的结构原理及功能； 2．掌握 Pulse 3560C 测量声学材料的吸声系数的程序。
三、实验环境1．BK4206 阻抗管套件2．被测材料：海绵、玻璃、钢丝。
3．BK 声学测量软件平台 9.0 4．Pulse 3560C 前端 5．功率放大器 BK2716C 6．通用计算机及 M6k 7．声级校准器 4321四、隔声测试原理及步骤声场再现在这个方法中，假定驻波管的上游和下游段的声场可以由正、负两个方向的平面波的叠加来很好地近似。
在频域中，声场的上游声压可以用下式表示：jkxjkx up P AeBe -=+ （1a ） 下游声压可以用式（1b ）表示：j k x j kd o w nP C e D e -=+ （1b ） 式中：k 表示周围声波的波数；up P 和down P 表示合成声压；系数A —D 表示图1各位置处的声压振幅。
需要注意的是j t e ω+符号约定已经被采纳并应用于整个过程中。
图3 驻波管示意图四个测试位置1x —4x 处的复合声压可由以下各式表示：111jkx jkx P AeBe -=+ （2a ） 222jkx jkx P Ae Be -=+ （2b ）333jkx jkx P CeDe -=+ （2c ） 444jkx jkx P Ce De -=+ （2d ）在四点声压测试中，方程（2a ）到（2d ）产生的四个系数A 到D 可表示为：()()2112122sin jkx jkx j Pe P e A k x x -=- （3a ）()()1221122sin jkx jkx j P e Pe B k x x ---=- （3b ）()()3434342sin jkx jkx j P e P e C k x x -=- （3c ）()()3443342sin jkx jkx j P e P e D k x x ---=- （3d ）B. 传递矩阵公式复系数A 至D 可以被用于计算被测样品两个表面处的声压和波速。
复合材料的超声检测技术
复合材料的超声检测技术复合材料是一种由两种或多种不同性质的材料组合而成的新材料，在工程领域有着广泛的应用，如航空航天、汽车制造、建筑结构等。
然而，与传统材料相比，复合材料在制造和维修过程中面临着许多困难，其中最重要的是如何进行质量检测。
超声检测技术作为一种非破坏性的材料检测方法，被广泛应用于复合材料的质量检测中。
超声检测技术基于超声波在材料中传播的物理特性，通过控制超声波的传播路径和接收到的信号，可以获取材料内部缺陷的信息。
复合材料的超声检测技术主要包括超声波传播和接收系统、信号处理和数据分析算法。
超声波传播和接收系统是超声检测技术的关键。
传统的超声检测技术通过探头将超声波发送到复合材料中，然后接收从材料中传播回来的反射波信号。
然而，由于复合材料的涌波导致超声波的强大衰减，传统的超声检测技术很难获得准确的信号。
为了克服这个问题，研究人员提出了基于相控阵技术的超声检测方法。
相控阵技术采用多个探头同时发送超声波，并通过合理控制超声波的传播路径和接收到的信号，可以提高信号的强度和分辨率。
信号处理和数据分析算法是复合材料超声检测技术的另一个重要方面。
传统的超声检测技术通常通过观察反射波信号的幅度和时间，来判断材料中是否存在缺陷。
然而，由于复合材料的涌波导致信号的幅度衰减和波形变化，这种方法往往不够准确。
为了提高检测的准确性，研究人员提出了一系列的数据处理和分析算法，如频谱分析、波束成像和模态分析等。
这些算法可以从传感器接收到的信号中提取有用的特征，并通过比较这些特征和预先设定的阈值，来判断复合材料中是否存在缺陷。
复合材料的超声检测技术在实际应用中具有许多优点。
首先，它是一种非破坏性的检测方法，可以避免对材料的进一步损害。
其次，它可以快速准确地检测出复合材料中的缺陷，使得制造和维修过程更加高效。
第三，它具有较高的灵敏度和分辨率，可以检测出较小的缺陷。
然而，复合材料的超声检测技术也存在一些挑战和难点。
首先，复合材料的声学性质复杂，导致超声波的传播和接收过程受到干扰。
复合型薄膜声学超材料结构隔声性能研究
复合型薄膜声学超材料结构隔声性能研究复合型薄膜声学超材料结构隔声性能研究随着城市化进程的加快和人口密度的增加，噪声污染已成为一个日益突出的问题。
为了改善生活质量，人们对隔声材料的要求也越来越高。
传统的隔声材料，如波纹板、减振器等，具有隔音效果，但占用空间较大，且施工复杂。
为了解决这一问题，学者们开始研究声学超材料的应用。
声学超材料是一种结构复杂、功能多样的材料，具有优异的隔声性能。
在传统材料基础上的创新，使得声学超材料成为改善隔声效果的理想选择。
其中，复合型薄膜声学超材料结构的研究备受关注。
复合型薄膜声学超材料结构的设计主要包括三个主要部分：声波传导层、声波折射层和声波反射层。
通过调整这些层的特性参数，可以实现高效的声波隔离和吸收效果。
在设计复合型薄膜声学超材料结构时，声波传导层的选择非常关键。
有研究表明，选择合适的材料能够提高声波传导层的吸声性能。
常见的声波传导层材料有聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜等。
这些材料具有良好的隔声性能，能有效减少声波的传播。
声波折射层是决定复合型薄膜声学超材料结构性能的另一个重要因素。
折射层的设计原则是在声波传导层面前设置一个具有特殊折射率的材料层，通过改变声波的传播速度和传播方向来实现隔声效果。
一些研究者利用微孔、细长柱状结构等设计了不同的声波折射层结构，取得了显著的隔声效果提升。
声波反射层是完成复合型薄膜声学超材料结构设计的最后一步。
反射层的作用是将未被吸收的声波反射回原来的传播媒介，从而实现声波的隔离效果。
常见的声波反射层材料有铝膜、金膜等，在特定波长范围内有较好的反射率。
合理选择反射层材料的厚度和结构形式，能够提高声波的反射效果。
综上所述，复合型薄膜声学超材料结构具备优异的隔声性能，适用于解决城市噪声污染等问题。
其设计包括声波传导层、声波折射层和声波反射层三个关键部分。
通过合理选择材料和设计参数，可以取得显著的隔声效果提升。
然而，目前的研究还面临一些挑战，如复杂的结构设计和材料选择等。
声学传播器材料的声学性能测试与分析
声学传播器材料的声学性能测试与分析声学传播器材料是一种用于控制声音传播的材料，广泛应用于建筑、航空航天、汽车等领域。
为了确保声学传播器材料的性能符合要求，需要进行声学性能测试与分析。
本文将介绍声学传播器材料的常见测试方法和分析技术，以及其在实际应用中的意义。
一、声学性能测试方法1. 声透射损失测试声透射损失是指声音在穿过材料时所损失的能量。
常用的测试方法是采用声透射损失测试系统，通过测量入射声波和透射声波的能量差来计算声透射损失。
这种测试方法可以评估材料的隔声性能，用于建筑材料的选型和设计。
2. 吸声性能测试吸声性能是指材料对声波的吸收能力。
常用的测试方法是采用吸声室或吸声试验箱，通过测量声波在材料上的反射和吸收情况来评估材料的吸声性能。
这种测试方法可以用于评估材料的噪声控制效果，用于航空航天和汽车领域的噪声减振材料的研发和应用。
3. 声传播特性测试声传播特性是指声音在材料中传播的速度和衰减情况。
常用的测试方法是采用声速测量仪和声衰减测试系统，通过测量声波在材料中的传播速度和衰减程度来评估材料的声传播特性。
这种测试方法可以用于评估材料的声学隔离性能，用于航空航天和汽车领域的噪声控制材料的研发和应用。
二、声学性能分析技术1. 频谱分析频谱分析是指对声音信号进行频率分解和分析的技术。
通过采集声音信号并进行频谱分析，可以得到声音信号在不同频率上的能量分布情况。
这种分析技术可以用于评估材料的吸声性能和噪声控制效果，用于建筑、航空航天和汽车等领域的声学设计和优化。
2. 模态分析模态分析是指对材料的振动模态进行分析的技术。
通过对材料进行激励并测量振动响应，可以得到材料的振动模态和共振频率。
这种分析技术可以用于评估材料的结构强度和声学性能，用于航空航天和汽车领域的材料选型和设计。
三、声学性能测试与分析的意义声学传播器材料的声学性能测试与分析对于保证产品质量和提升技术水平具有重要意义。
通过测试和分析，可以评估材料的声学性能是否符合要求，为产品的设计和应用提供科学依据。
复合声学超构材料的测量和应用
复合声学超构材料的测量和应用
近年来,人们对声环境的要求愈来愈高。
利用结构设计来构建复合声学材料从而实现对声波更好的操控,在声学研究和生活应用中也愈来愈重要。
声学超材料的设计离不开对材料有效质量密度和有效体模量的测量。
发展准确测量声学超构材料有效参量的手段对于声学超材料的结构设计、声学超构材料的研制至关重要。
在测量声学超构材料的过程中,我们需要借助阻抗管这一测量工具,利用NI 公司图形化编辑语言LabVIEW软件编写了测量系统,推导了存在多重反射情况下声学参数的公式,使测量结果更加准确。
在利用阻抗管测出声学超构材料有效声学参数的基础上,我们探索如何通过声学超构材料实现相干完美吸收。
本文的主要安排如下:第一章,介绍了本课题的研究背景。
简单介绍了电磁超构材料、声学超构材料的研究进展。
第二章,测量声学超构材料的声学参数需要借助阻抗管这一测量工具,本章介绍了阻抗管的相关情况,分析了传递矩阵方法以及如何利用LabVIEW软件编写测量程序。
第三章,利用传递矩阵方法推导出多重反射下声学参数的公式,并通过实验不仅得出了精确的有效参数,也对比得出新的方法的适用性和优越性。
第四章,推导了实现相干完美吸收所需的声学超构材料声学参数公式,并编写完成存在双端发声情况下的测量相干完美吸收现象的仪器控制代码。
阻抗管法测量声学材料吸声系数实验指导书
阻抗管法测量声学材料吸声系数实验指导书一、实验目的掌握用阻抗管法测量吸声材料吸声系数、声阻抗率的原理及操作方法。
二、实验要求1．了解BK阻抗管4206型的结构原理及功能；2．掌握Pulse 3560C测量声学材料的吸声系数的程序。
三、实验环境1．BK4206阻抗管套件2．被测材料：海绵样品直径100㎜3．BK声学测量软件平台9.04．Pulse 3560C前端5．功率放大器BK2716C6．通用计算机及M6k7．声级校准器4321四、实验内容、步骤实验内容：测量海绵样品(纳米材料或自选声学材料)的吸声系数。
测量系统如图8所示。
实验原理与方法：组抗管测量材料吸声性能的原理是基于传递函数法。
其原理是将宽带稳态随机信号分解成入射波p i和反射波p r，p i和p r大小由安装在管上的两个传声器测得的声压决定，如图8.2所示。
其中s为双传声器的间距，l为传声器2至基准面（测量表面）的距离。
入射波声压和反射波声图8.1 阻抗管测量吸声系数系统连接示意压分别可写为：0jk x i I p P e = (8.1) 0jk x r R p P e -= (8.2)式中，P I 是基准面上p i 的幅值，P R 是基准面上p r 的幅值。
两个传声器位置处的声压分别为：00()()1jk s l jk s l I R p P e P e +-+=+(8.3)(8.4)入射波的传递函数Hi 为：021jk s ii ip H e p -== (8.5)其中s 为两个传声器之间的距离, 反射波的传递函数Hr 为：021jk s rr rp H e p == (8.6)总声场的的传递函数H 12可由p 1、p 2获得，并有P R = rP I0000212()()1jk l jk ljk s l jk s l p e re H p e re -+-++==+(8.7)使用Hi 、Hr 改写上式02()1212j k s l i r H H r e H H +-=- (8.8)反射系数r 可通过测得的传递函数、距离s 、l 和波数k 0确定。
混合盘绕型声学超材料在低频隔声中的应用
混合盘绕型声学超材料在低频隔声中的应用赵欣哲; 刘国强; 夏东【期刊名称】《《陕西师范大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(047)006【总页数】5页(P100-104)【关键词】变压器噪声; 低频; 声学超材料; 隔声; 降噪【作者】赵欣哲; 刘国强; 夏东【作者单位】中国科学院电工研究所北京 100190; 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京 100049【正文语种】中文【中图分类】O422.4随着远距离直流输电的迅速发展，各类变电站的选址离人类居住区越来越近[1]。
目前，大部分已运行的变电站噪声过大，远超过国家标准。
研究表明，低频噪声会使人类产生烦躁等情绪，人类对其忍耐程度远低于高频噪声，长期处于低频噪声环境中会导致耳聋[2]。
因此，变电站中的变压器产生的可听噪声对站内工作人员和附近居民产生了较大影响。
变压器本体噪声主要来源于铁芯、绕组的振动，其主要由于硅钢片的磁致伸缩引起，噪声主要集中在电源频率的半个周期即100 Hz及其倍频处，并且以低频噪声为主，不同电压等级变压器及变压器不同位置的噪声主要频率不同[3-4]。
因此，对于不同的变压器，应先对变压器噪声进行全面测量分析，研究变压器的噪声频谱特性[5]，从而实现有针对性的降噪。
1979年，Narayanamurti等[6]发现了一种一维声子晶体，其能将特定频率的声波削弱。
2004年，学者们将所发现的具有自然界常见介质所不具备特性的声学材料定义为“声学超材料”[7]。
近年来，由于声学超材料在声场控制方面具备优异的特性[8-10]，成为声学领域研究的热点。
迷宫和空间卷绕声学超材料的声学特性得到学者们的广泛关注[11-14]。
都灵大学的Krushynska等[14]提出根据分形平面填充曲线和仿生物结构来设计具有色散特性可调的迷宫声学超材料，并根据蜘蛛网结构，基于人工Mie共振的原理设计了一种新型的具有混合色散特性的迷宫声学超材料。
基于阻抗管试验的foam-x使用小结
基于阻抗管试验的foam-x 使用小结一.简介1.阻抗管试验测试声学材料的吸声/反射系数和声阻抗，研究材料的声学性能。
测试标准ASTM E1050和ISO 10534-2。
2.foam-x 软件以阻抗管试验的结果作为输入，分为4个模块：characterize 参数识别模块，verification and simulation 验证和仿真模块，sensitivity analysis 敏感度分析模块，frame vibration 结构共振测试。
主要用到的是前两个模块，其作用为识别多孔材料的参数，为va one 和nova 的仿真服务。
FOAM -X 描述多孔材料时使用毕奥理论。
毕奥理论，即刚性骨架等效流体理论。
识别参数时采用的是B IOT -A LLARD 模型，它的基本思想是将多孔材料看作一种等效流体。
该模型精度高且参数较少。
识别出的参数有以下5个：open porosity 孔隙率φ：开孔结构中被空气占据的分数。
测试标准ASTM D2856 。
static airflow resistivity 静流阻率σ（4/N s m ⋅）：表征准静流通过小孔时受到的磨擦粘滞作用。
即单位厚度的准静态流体通过材料所需要的压力。
单位厚度的压力差除以气流线速度。
注意和静流阻区分。
测试标准ASTM C522和ISO 9053。
geometrical tortuosity 曲折因子α∞：和结构因子s k 等效，表示声波实际传播路径和直线路径之间的偏差，或者内气道平均长度和材料厚度的比值，体现了材料内部空穴的复杂程度。
根据布朗方程，曲折因子和绝缘多孔材料充满电解液之后的电阻值有关。
viscous （characteristic ） length 粘性长度Λ（m μ）：粘性特征长度 是一个用来描述中高频声传播时的粘性效应的量，它的大小与连接两个气孔的通道的尺寸有关。
它是孔腔的一个平均宏观尺寸，和粘性损失有关。
可以把它看做材料中尺寸较小的那部分孔腔平均直径。
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Measuring Effective Parameters of Composite Acoustic Metamaterials Using Impedance Tube
Fangyi Xia1, Zhihong Hang2
1 2
College of Physics, Optoelectronics and Energy, Soochow University, Suzhou Jiangsu Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science and Technology, Suzhou Jiangsu
Open Journal of Acoustics and Vibration 声学与振动, 2016, 4(3), 19-26 Published Online September 2016 in Hans. /journal/ojav /10.12677/ojav.2016.43003
关键词
多重反射，传递矩阵，声学超材料
1. 引言
近年来，人们对声环境的要求愈来愈高。利用结构设计，来构建复合声学材料从而实现对声波更好的 操控对声学研究和生活应用也愈来愈重要。声子晶体和声学超材料[1]的提出在隔声、防震、热控制等方 面有着巨大的研究前景。声子晶体主要以布拉格散射机制实现对波的调控，因此声子晶体的结构尺度都与 工作波长相当。而声学超材料是人工结构材料，其结构尺寸远小于其工作波长。因为这一特点，使在超材 料中传播的波不能分辨其结构，所以超材料可视为是均匀的有效介质，可用有效参数描述，比如有效质量 密度，有效体模量[2]。人工共振单元设计可以使声学超材料的有效声学参数是单负、双负的[3]。很多以 前很难想象的声学应用，比如声隐身[4] [5] [6]都可以通过人工设计控制有效密度和有效体模量来实现。虽 然人工共振单元帮助实现了很多新奇有趣的声学传播特性[7]，但共振结构的窄频宽性质也限制了其应用 前景[8]。通过将两种具有不同声学特性的材料混合构建的复合声学超材料，可以在一个比较宽的频率范 围设计所需的声学特性，是构建宽频声学超材料的基础。声学超材料的设计离不开对材料有效质量密度和 有效体模量的测量。发展准确测量声学超材料有效参量的手段对于声学超材料的发展至关重要。 阻抗管是一种用来测量吸声材料的垂直入射吸声系数的装置。其主体是一个具有刚性壁的矩形或者 圆形截面的管子。声源在管内产生一个平面波，在样品前方会形成反射，而在样品后会形成透射[9]。传 统阻抗管利用“三传声器法”进行测量。由于样品表面的反射，入射波和反射波部形成驻波场，需要利 用两支传声器把入射波和反射波分开。在透射部分，在阻抗管末端由于安放了理论上没有反射的尖劈状 消声端，可以仅利用第三支传声器测量透射波。通过测量声波的透反射可以得到待测材料的声阻抗、隔 声量等材料特性。 传统阻抗管的测量的准确程度与安放在阻抗管末端的尖劈消声端直接有关[10]。 改良了 的“四传声器法”通过更换不同消声端在一定程度上可以减弱消声端的影响。另外，传统阻抗管算法只 考虑待测样品对声波的单次反射且样品通常为吸声材料。这些条件使得传统阻抗管并不适用于通常对声 波无吸收的声学超材料的测量。 本文在考虑了阻抗管内存在样品、消声端和声源端等端面多重反射情况下，运用传递函数的方法进 行理论推导， 完善了“三传声器法”阻抗管的测量算法， 可以精确对复合声学超材料声学特性进行测量。
Open Access
Abstract
A new experimental method is developed to precisely measure the effective density and bulk modulus using impedance tube. Considering the multiple reflections on multi-surfaces, a new algorithm using transfer matrix method is considered to obtain the transmission and reflection coefficient through a lossless sample and the corresponding effective parameter can thus be retrieved. Good consistence can be found between simulations and experiments. Having little impact from the absorbing property of the termination, our newly developed method has advantages to traditional impedance tube methods and can benefit the development of acoustic metamaterials.
(d+ , Pe+ ， Pe− 并代入方程(1)得到：
−e −ikx eikd1 P0 −e 2ikx − r + e 2ikx e 2ikd2 rrd + e 2ikd2 r 2 rd − e 2ikd2 rd t 2 Pf = 1 − e 2ikd2 rrd − eikd1 rs −eikd1 r −1 + e 2ikd2 rrd + e 2ikd2 eikd1 rd t 2 e −ikx eikd1 P0 e 2ikx + e 2ikd2 rd t Pb = 1 − e 2ikd2 rrd − eikd1 rs −eikd1 r −1 + e 2ikd2 rrd + e 2ikd2 eikd1 rd t 2
(
(
) ( ) ( )
)
(1)
t 指待求的样品透射系数，待测样品厚度也包括在透射系数中，这也是公式中没有样品厚度(以 d 0 表
示)表达式的原因。 r 指样品的反射系数， k 指波矢， P0 指声源发出的初始声压， Ps− 指发声端表面声压，
+ − 到声压沿正方向传播。 Pe ( ) 指样品前(后)表面声压，其中“+”(“−”)表示受到声压沿正(负)方向传播。
Received: Oct. 26th, 2016; accepted: Nov. 15th, 2016; published: Nov. 18th, 2016 Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
Keywords
Multiple Reflections, Transfer Matrix, Acoustic Metamaterial
利用阻抗管测量复合声学超材料特性
夏方弈1，杭志宏2
1 2
苏州大学，物理与光电·能源学部，江苏 苏州 苏州纳米科技协同创新中心，江苏 苏州
文章引用: 夏方弈, 杭志宏. 利用阻抗管测量复合声学超材料特性[J]. 声学与振动, 2016, 4(3): 19-26. /10.12677/ojav.2016.43003
夏方弈，杭志宏
收稿日期：2016年10月26日；录用日期：2016年11月15日；发布日期：2016年11月18日
摘
要
本文在考虑了阻抗管中存在多重反射的情况下， 利用传递函数法优化得出了样品的透射系数和反射系数， 从而获得声学超材料有效材料参数。在比较了不同阻抗管算法实验结果之后，可以发现本文提出的新测 量方法和仿真结果有着很好的吻合，可以非常准确的获得材料的有效参量。新发展的测量方法，对消声 端的消声吸声要求不高，可以测量不吸声的材料，扩展了阻抗管测量的适用范围，对声学超材料的设计 和相关应用都有着一定价值。
装置示意图。 如图 1 所示，以测试样品中点为坐标原点(x = 0)，向右为正方向。在样品前和样品后的管子中位于坐 标 x 处的总声场 Pf ， Pb 分别为：
Pf eikx eikd1 P0 + rs Ps− + Pe+ r + Pe− t e −ikx = eikx Pe− r + Pe+ t + Pd+ rd e −ikx eikd2 = P b
(
(
(
(
(
(
) ))
))
)
(3)
将P 通过三支坐标分别为 x1 、 x2 、x3 的传声器测得的声压为 P 1 、P 2 、P 3 ， 1与P 2 代入 Pf ， P 3 代入 P b 得到方程：
21
夏方弈，杭志宏
−e − ikx1 eikd1 P0 −e 2ikx1 − r + e 2ikx1 e 2ikd2 rrd + e 2ikd2 r 2 rd − e 2ikd2 rd t 2 P = 1 1 − e 2ikd2 rrd − eikd1 rs −eikd1 r −1 + e 2ikd2 rrd + e 2ikd2 eikd1 rd t 2 −e − ikx2 eikd1 P0 −e 2ikx2 − r + e 2ikx2 e 2ikd2 rrd + e 2ikd2 r 2 rd − e 2ikd2 rd t 2 = P 2 1 − e 2ikd2 rrd − eikd1 rs −eikd1 r −1 + e 2ikd2 rrd + e 2ikd2 eikd1 rd t 2 e − ikx3 eikd1 P0 e 2ikx3 + e 2ikd2 rd t P3 = 1 − e 2ikd2 rrd − eikd1 rs −eikd1 r −1 + e 2ikd2 rrd + e 2ikd2 eikd1 rd t 2