汉航NTS.LAB STL声传递损失测试与分析系统

• 对于排气消声器，优化声源和管路，使得在20-1000Hz均有良好测试效果，能精确测量的传递损失高达60dB以上。

• 可定制多输入多输出情况下的测试系统，对于多输入多输出的排气管道，测量有多个消声单元时每个管道中消声器的传递损失特性。

• 带有流速功能的测试系统，对于排气，可以提供大背压宽流速范围的传递损失测试。

• 对于进气消声器和电子电气行业用消声器，可以定制化开发高频传递损失测试系统，最高频率可达12800Hz以上。

• 对于大管径管路，需要测试较高频率的隔声消声器，可以定制多模态分解的传递损失测试系统。

• 可以根据客户需求定制化开发测试系统，辅助客户开发进排气消声器。

• 可提供完整的进排气消声器设计方案及相关技术咨询服务。

同样地，当由于排气引起的噪音通过排气消声器时，也会发生如上三种情况，基于此，引入声传递损失（Sound Transmission Loss，STL，或称TL）的概念。声传递损失是对声学元件能够阻隔多少声音能量进行量化，简单的说，就是定义声学单元的阻隔声能力。式（1.1）为TL的数学定义，当末端无反射声进入声学单元时，声学单元的入射声功率级Lw₁与透射声功率级Lw₂的差值：

                (1.1)

声传递损失是与频率相关的函数，声学元件的隔声性能随频率的变化有很大的差异，如下图3所示：

图3 声传递损失曲线

此款消声器的TL值随频率的变化显著，在某些频率处入射噪声可降低10dB，如900Hz左右；在某些频率点能量几乎没有衰减，如1200Hz左右。由此可见，工程师需准确把握消声器的声传递损失，为设计、生产出合格的消声器提供试验数据及设计参考。

NTS.LAB STL声传递损失测试模块，具有多种测试标准，可对材料各种声学参数进行测试，具体举例如下：

阻抗管由声源、声源筒、试件筒三个部分组成。声源可以产生稳定的宽带随机信号，声源筒使声源与样品之间产生平面波，使测量传声器在平面波场中。声源产生的声波作用到样品上，部分能量被吸收，部分能量会被反射，两个测量传声器上实际测量到的声压为入射声压加上反射声压。计算两个传声器的传递函数，可以计算出反射系数、吸声系数和声阻抗率等声学量。

图4 阻抗管示意图：2传声器

在阻抗管中用四个传声器法测试声学材料的隔声量，通过将测试样件安装在管中，激励源产生平面波，在前管（传声筒）靠近样品的两个位置测试声压，求得两个传声器信号的声压传递函数。同样在后管（受声筒）靠近样品的两个位置上测量声压，求得两个传声器信号的声压传递函数，由传递矩阵法计算试件的法向入射透射系数、声传递损失等声学量。

图5 阻抗管示意图：4传声器

传递矩阵反映材料及结构固有物理特性，不随管道末端条件的改变而改变。将管道末端假设为消声端，定义传递矩阵各元素，当末端不是消声终端而是存在反射时，传递矩阵不变，由此得到一般情况(末端有反射)下的测量理论。根据这个理论，测量样品前后四个传声器之间的传递函数，即可计算样品的透射系数和反射系数，测量装置示意图如图5所示。

阻抗管测量材料隔声量方法根据测量原理不同可分为：双负载法和单次测量法，下文具体介绍这两种测量方法。

对于前后两面性质不同的材料，采用两次测量法，即双负载法。传递矩阵涉及声压及质点速度，为得到四个不相关的等式，第二次测量时的管道末端阻抗应与第一次测量时不同。当阻抗管内只有平面波进行传播，传声管内的声压表达式为：

          (4.1)

相似地，受声管内声压表达式为：

          (4.2)

式中P₁，P₂，P₃，P₄分别为传声筒和受声筒入射和反射复声压幅值，k为波数，且各个声压幅值具有如下关系:

                        (4.3)

双负载法有两次测量结果，计算出传递矩阵，根据声传递损失定义即可计算出该声学参数。

     (4.4)

其中h为试件厚度，ρc为空气密度和声速。

对于两面声学性能相同的样品，存在如下等式：

                                              (4.5)

                    (4.6)

该方法只采用一次测量即可得到试验件的声传递损失。然而此方法精度不高，一般难以用于消声器测试。

排气消声器现场环境下的整机测试成本较高，耗费较多的人力和物力，因此设计实验室环境下的消声器排气系统试验台架势在必行。消声器排气系统试验台能有效模拟发动机的排气系统，可以对各种结构的消声器进行声学性能和气体动力学性能测试，且操作简单方便，极大降低了现场测试的费用。对于排气消声器，推荐双声源方法，否则大消声量的测试结果可能不够准确。

该试验系统是由汉航NTS.LAB STL声传递损失测试软件、汉航Hunter Box采集前端、气源、稳流箱、流量计、声源、声学元件实验测量段、测试麦克风、声学元件前后不同量程电子压力测量仪及末端消声器结构组成，下图6、图7为方案设计与实物图。

图6 方案设计示例

图7 台架实物图示例

此实验系统是一种多用途台架，可进行无流速情况下不同结构消声器的声学性能实验，也可进行有流速情况下消声器的声学测量；可以通过调节压缩空气的流量以及压力，测量不同流速下消声器的声学性能和气体动力学性能，同时可以对穿孔管、插管、共振器等消声元件进行气动噪声测试。

在气源进气口处设置稳流箱，来降低压缩空气的进气噪声，以便降低测试管路中由于压缩空气进气时产生的背景噪声，提高测量精度；同时为避免气流冲击对后端测试系统高精度零部件的损坏，箱体内设有U型缓冲装置，整体消音可达26dB。

图8 进出口声压量级对比