Acoustic characterization of porous materials using a PU probe

Abstract

[EN] The PU probe technique allows in-situ surface impedance measurements of porous materials with minimal sample preparation and measurement setup. However, this technique comes at the cost of multiple additional factors, which can influence the results if not carefully addressed. In this work, a sensitivity analysis is performed for two different materials, Rockwool and Melamine foam, aiming to provide a set of guidelines on how to perform measurements with the PU probe technique regarding sample size, sound field model and probe location. Below 800 Hz, the influence of these factors proved to be significant. Nonetheless, results showed to be accurate at higher frequencies, yielding errors smaller than those obtained by the impedance tube, in reference to the Johnson-Champoux-Allard (JCA) and the Delany-Bazley-Miki (DBM) equivalent fluid models. The PU Probe technique was then compared with the current standardized procedures by converting all measured normal incidence sound absorption data into random incidence absorption coefficients of infinite lateral dimensions. This was achieved by a model fitting procedure applied to both Impedance Tube and PU Probe normal incidence measurements. The model fitting procedure enabled the inverse estimation of the main non-acoustical macroscopic parameters of the materials employing the JCA and the DBM models, finding good agreement with the macroscopic parameters determined through direct methodologies. Furthermore, this procedure enabled obtaining broadband normal and diffuse field sound absorption coefficients from the PU Probe measurements. Excellent agreement was found between all measured and reference curves for both materials at normal incidence. In a diffuse field, despite the non diffuseness found in the measurement chamber, the measured absorption after a size correction was found to be oscillating around the reference curve, from which good agreement between the Impedance Tube and the PU Probe techniques was found.

[ES] Amplitude Acoustics, bajo la supervisión de Rui Ribeiro y Paulo Amado Mendes

La técnica de sonda de PU permite mediciones de impedancia de superficie in situ de materiales porosos con una preparación de muestra y una configuración de medición mínimas. Sin embargo, esta técnica tiene el costo de múltiples factores adicionales, que pueden influir en los resultados si no se abordan cuidadosamente. En este trabajo se realiza un análisis de sensibilidad para dos materiales diferentes, lana de roca y espuma de melamina, con el objetivo de proporcionar un conjunto de pautas sobre cómo realizar mediciones con la técnica de sonda de PU en cuanto al tamaño de la muestra, el modelo de campo sonoro y la ubicación de la sonda. Por debajo de 800 Hz, la influencia de estos factores resultó ser significativa. Sin embargo, los resultados demostraron ser precisos en frecuencias más altas, arrojando errores menores que los obtenidos por el tubo de impedancia, en referencia a los modelos de fluidos equivalentes de Johnson-Champoux-Allard (JCA) y Delany-Bazley-Miki (DBM). Luego, la técnica PU Probe se comparó con los procedimientos estandarizados actuales convirtiendo todos los datos medidos de absorción acústica de incidencia normal en coeficientes de absorción de incidencia aleatoria de infinitas dimensiones laterales. Esto se logró mediante un procedimiento de ajuste de modelo aplicado a las mediciones de incidencia normal tanto del tubo de impedancia como de la sonda de PU. El procedimiento de ajuste del modelo permitió la estimación inversa de los principales parámetros macroscópicos no acústicos de los materiales empleando los modelos JCA y DBM, encontrando una buena concordancia con los parámetros macroscópicos determinados mediante metodologías directas. Además, este procedimiento permitió obtener coeficientes de absorción acústica de campo normal y difuso de banda ancha a partir de las mediciones de la sonda PU. Se encontró una excelente concordancia entre todas las curvas medidas y de referencia para ambos materiales en incidencia normal. En un campo difuso, a pesar de la falta de difusión encontrada en la cámara de medición, se encontró que la absorción medida después de una corrección de tamaño oscilaba alrededor de la curva de referencia, a partir de lo cual se encontró una buena concordancia entre las técnicas del tubo de impedancia y la sonda de PU. ​