比翱工程实验室装备指南丨构建材料声学研究高地与实验验证平台

新材料产业是支撑我国经济发展和产业结构转型升级的基础性、先导性、战略性产业。2021年是国家“十四·五”规划期开篇之年，我国新材料产业发展面临着重大战略机遇，以新一代信息技术、航空航天、船舶及海工、物联网、人工智能、新能源汽车和轨道交通等代表的战略性新兴产业快速发展对包括声学和阻尼材料在内的材料产业提出了更高要求，新材料研发的迫切性前所未有。为加速新材料的创新研制及产业化发展，构建理论高地、正向研制体系和实验室检测与工程验证能力平台势在必然。

全球范围内，交通运载工具、智能家电和高科技电子等领域已进入声品质时代；国防和大机械工业已把声振动力学指标作为安全性设计核心要素；人居工程、智慧城市、生态环境、健康保护等领域，绿色设计与静音工程建设逐步成为振兴国民经济的强基热点并开始实施严格的行业标规。材料声学研究与产业化应用是正在快速兴起，成为支撑下一代低噪音型号与产品研制、优化公众生态环境、提升人民生活水平的学科方向和产业重点。噪声控制的管理与实现，不仅在于前期规划与专业实施，材料研究和性能保证是根本。

目前，全球尚未建成完善的材料声学研究高地和世界级的工程实验室。从研究源头（理论、标准、创新设计）到研究手段（方法、工具与策略），再到产业化管理（制造、验证、批产、售后等）均未形成完善的机制，极大的制约了材料新品的设计质量和研制周期，也成为提升材料声学和噪声控制产业效益的“卡脖子”技术。

比翱工程实验室（ProBiot Lab）应运而生。作为材料声学前沿理论体系构建、工程赋能与产业化研究领域的全球技术领导者，普信科技和比翱声学致力完善与推动从材料声学研究到声振工程设计的全链路正向研发体系的构建与发展，比翱工程实验室是整个体系的关键支撑技术与核心。实验室以构筑健康和智慧声态为使命，以赋能国家智能制造和新材料产业、创新研发能力平台建设和材料科学与工程为服务理念与宗旨，以材料声学和声振结构研究与工程服务为核心业务体系和发展愿景，致力于打造多元材料生态领域的高科技公共服务平台，为国家声学产业与高性能功能材料产业的长足发展“保驾护航”。

从材料声学研究到声振工程设计与验证的正向研制流程

本期介绍比翱工程实验室核心功能与系统部署、工具配置与功能说明。

比翱工程实验室材料宏观特性测试与分析系统：阻抗管和传递损失测试与分析套件比翱工程实验室配置的阻抗管与传输损失套件TUBE-X是全球主流品牌和最新技术的代表，算法卓越、功能完备、贴近实际工程需求，技术拓展性和产品创新性堪称材料声学技术领域典范。TUBE-X卓越性能与品质在于它的持续的创新性、高规格、标准化、专业服务、最完备的辅配件库以及材料声学性能参数采集、分析与仿真验证一体化的独特优势。
全球独有的声学特性参数识别（获取BIOT 9参数）与多层材料仿真设计模块（预测和优化声学特性材料及其与多层结构的融合）；最丰富、齐全的辅配件：消声终端、阻性膜与织物支架、安装环与隔栅套件、自动空腔定位装置（数字活塞）、大气环境采集器、圆型刀模、切片机、验证和校准样品等。

TUBE-X专门设计用于测量各类声学、阻尼、复合材料的主要宏观声学特性指标，吸声测试符合ISO 10534-2 和ASTM E1050标准，传递损失测试符合ASTM E2611标准。TUBE-X软件控制从校准到测试测量的整个过程，考虑了大气条件和管的内部耗散。此外，TUBE-X软件AMCM模块允许使用逆算方法（JCAA 2005、SAE 2017、SAE 2018）提取多孔材料的微观声学参数或非声学参数，该方法使用通过2个、3个或4个传声器获得的吸声测量值，以及使用3个或4个麦克风获得的间接方法（JASA 2006、JASA 2008、AA 2010]，A3M模块更能支持进行多层材料的仿真设计，预测和优化声学特性材料及其与多层结构的融合。

TUBE-X提供高声强（最大155 dB)阻抗管与便携式阻抗管(遵循ISO 13472标准)选配；提供消声器模块选配，用于消声器TL测试与分析；高声强阻抗管具备耳塞插入损耗测量控制与计算功能。TUBE-X配有集成了人工IEC 60318-4耳道的样品定测装置，软件已正式发布具有正弦扫频和耳塞传输损耗测量控制与计算功能的高级耳塞模块（Earplug module）。

比翱工程实验室声学测试与分析系统：吸隔音一体化声学测试舱

交通运载工具、智能家电、高科技电子设备、能源装置和国防工业等非常广泛的在应用声学部件、吸隔声组件与微结构、多孔弹性声学和阻尼材料、声学超构材料以及减振降噪类轻量化复合材料，产品会涉及成百上千的种类和数量，相关性测试和验证工作量非常大而且繁杂，需要有特定的声学测试装置和设备来满足多品种、多批量、快采集、精度高的高重复性测试和验证要求，保障测试验证与研制效益。

比翱工程实验室配置的吸/隔声一体化声学测试舱MATC具有高STC（Standard Test Condition）、美观和移动性的坚固结构，遵循既定标准的高级计算算法，自动计算全局统计信息和主要声学指标，特别适用于针对组部件和大尺寸材料进行快速准确的吸隔声测试与分析，遵循ASTM C423、ISO 354、ISO 15186、ASTM E413等国际通用测试标准。

吸/隔声一体化声学测试舱适用于针对结构组部件和大尺寸材料开展声学测试与验证工作，可以对高铁动车组、飞机、船舶、航天器及其他复杂系统舱内组件、微结构及大面板材料进行快速、准确的吸声和隔声性能的测试，从而对关键组件及材料的声学性能进行正确评估。同时，采用声学测试舱进行吸隔声测试，也能对采用阻抗管和BIOT九大参数测试系统这两种测试方式所采集到的材料吸声和隔声性能参数进行验证和分析，与采用消声室/混响室方式所采集的吸隔声性能参数进行一致性数据比对分析和闭环验证，从而丰富和完善大系统部组件、微结构与材料的声学性能测试与验证流程，建立评价数据库与基础知识库，为型号产品的NVH和声振工程创新设计提供服务。基于现有型号项目需求及未来技术发展，MATC声学测试舱具有优良的功能和结构设计，操作简便，测量和控制精度高，试验结果重复性好，可靠性高，工作寿命长等卓越品质。

比翱工程实验室Biot参数采集与分析系统：自动化准静态力学测试分析仪

比翱工程实验室配置的QMA自动化准静态力学测试分析仪测量噪声控制材料的弹性属性，包括杨氏模量、阻尼损耗因子和泊松系数，它可以用于质量控制和测量在声学弹性模型中使用的弹性性能。QMA仪器符合ISO 18437-5测试标准。

比翱工程实验室Biot参数采集与分析系统：流阻测试分析仪

比翱工程实验室配置的静态流阻测试与分析仪SIGMA的设计目的是对用于噪声控制的各种开孔多孔材料获得可靠的静态气流阻力、流阻率和静态粘性渗透率的测量值。该系统基于ASTM C522-03和ISO 9053国际标准规范中描述的直接方法。
比翱工程实验室配置的高流量流阻测试与分析仪HF SIGMA设计用于获得各种开孔材料的气流流阻、流阻率以及粘性渗透率的可靠测量，它会自动检测适当的气流速度范围，并根据气流速度测量压降，从而精确计算这些指标。 HF SIGMA正被全球领先的材料供应商用于汽车、高速列车、飞机、通讯电子、电器甚至绿色建筑等行业，用于材料创新设计与制造过程的质量控制；研究、开发和创新，并为吸声材料、穿孔板、织物等提供高声压级应用的声学预测。

比翱工程实验室Biot参数采集与分析系统：孔隙率及密度测试分析仪比翱工程实验室配置的孔隙率及密度测试分析仪PHI是用于测量开孔范围从0到99.5%的开孔率的声学材料的孔隙率和真实密度的专用装置。
PHI符合在应用物理学报101（12）发表的压力/质量方法。根据理想的气体定律，可以得到固相的体积，从中可以推导出材料的体积密度和开孔孔隙率。可以使用不同的气体，通常是空气或氩气。该方法的准确性随样品的体积和所用气体的密度而增加。 
比翱工程实验室Biot参数采集与分析系统：反射和透射超声曲折度测试分析仪比翱工程实验室配备的超声曲折度测试与分析仪TOR设计用于获得曲折度和通常用于噪声控制的各种多孔材料的热/粘性特征长度的可靠测量。该系统同时使用1种或2种气体的超声反射和透射方法（2种气体是可选的）。两种气体选项包括在空气和氦气中的测量。

比翱工程实验室材料阻尼特性测试与分析系统：阻尼测试与分析仪

比翱工程实验室配置的阻尼测试与分析仪ETA测量设备使用Oberst梁测试技术的弹性材料的杨氏模量和阻尼损失，它可用于质量控制和使用实体模型测量弹性和粘弹性材料。ETA支持采用不同尺寸的梁，测试符合ASTM E756-05标准。

比翱工程实验室配置的阻尼测试与分析仪VBT测量设备基于自由梁振动理论，用于测量弹性或粘弹性材料的减振性能。它基于自由振动梁理论，该方法可高效应用于结构减振降噪材料的性能测试与研究。所有的VBT系统都配有一个验证钢梁以及一套基本工具包。

 

比翱工程实验室原位测量与分析套件

 

比翱工程实验室配置的基于MEMS声矢量传感器技术研发的全套原位材料声学测试与分析套件，包括标准/三维声矢量传声器、阻抗枪（便携式表面阻抗测试系统）、矢量声像刷等产品，完善和增强新一代材料声学特性表征、工程验证和智能感知声学器件技术创新领域的全链路解决方案。

 
阻抗枪是一款用于在线测量材料吸声系数的产品，它可以独立于传统的混响室、驻波管测试条件，具有不破坏待测材料，现场快速测量给出结果的优势，并且可以与矢量声像刷结合使用，实现吸声系数和反射系数空间分布的可视化。矢量声像刷，基于矢量声像刷的近场声学扫描成像技术(NAH)，将声音以彩色等高线图的方式将声源可视化，形成类似于热成像仪对物体温度的探测效果在声源特性研究上是一种非常有效的研究方法。矢量声像仪可对近距离噪声目标进行声学成像，以定位强噪声源位置并进行特征分析。
比翱工程实验室辅配件中心

比翱工程实验室具备完善的材料制样与测试辅配件：圆型刀模、切片机、消声末端、数字活塞、阻性膜与织物支架、三传声器测量标准升级套件、高频全向声源、环/隔栅、大气环境采集仪、验证和校准样品、传声器校准器、保护罩等。

            

比翱工程实验室声学参数识别与仿真设计软件

Mecanum FOAM-X：Acoustic Material Characterization Software材料声学特性识别与分析软件
FOAM-X软件是比翱工程实验室用于辨识材料声学属性，数据以ASTM E1050或者ISO 10534-2阻抗管试验为准。FOAM-X辨识出的材料声学九大特性参数(密度、流阻率、孔隙率、曲折度、弹性模量、阻尼损耗因子、泊松比、热特征长度、粘性特征长度）与SEA、EFEA、FE/BEM、NOVA等噪音振动仿真模拟软件相关的多孔材料模块兼容，也与其它一些商业软件的多孔材料模块兼容，所有这些模块都是基于Biot理论来精确描述多孔材料的属性。

Mecanum NOVA：

Acoustic Material Modeling Software

多层材料模拟分析软件

NOVA软件是比翱工程实验室一个非常强大的工具，可以帮助用户设计和优化多层材料的声学特性，而不必花费太多时间进行长时间且昂贵的测试。NOVA软件具有友好的用户界面和极快的计算时间，可让用户在很短的时间内优化多种材料配置的吸声和传输损耗。通过对材料进行数值建模，可以做出设计决策，以从成本、重量、效率、尺寸或其他重要标准方面提高所需应用程序的性能。

AMDesigner：

Acoustic Material Design Software

声学材料设计与优化软件

AMDesigner声学材料设计软件是是比翱工程实验室基于TMM/FTMM、普信®虚拟试验ProVTC系统和普信®材料数据管理Pro-dBMAT系统等全球最新算法和验证技术全新打造的世界级工程软件平台，支持材料声学性能研究与仿真优化设计。AMDesigner软件具备中英文两种界面和数据库内核，最新为2021版本，能根据用户的特定需求进行定制化开发。
AlphaCell: 预测复杂多层系统的吸声和声传输性能 AlphaCell是是比翱工程实验室全面而准确的 TMM/FTMM 解决方案，可在不同激励（空气传播、通过材料结构传播、通过湍流边界层传播）下对多层内饰的声振响应进行仿真。AlphaCell 界面直观，具有材料数据库、面向仿真的项目管理、为仿真生成定制的 PDF 报告、FE 格式的数据导出/导入等功能。  

ScalingCell: 

将多孔材料的2D或3D微观形态与其声学、弹性和热动力学特性相关联

ScalingCell是比翱工程实验室用于将多孔材料的2D或3D微观形态与其振动声学特性（例如其吸声系数或其传输损耗）联系起来。ScalingCell包括前处理和后处理，可以加载使用CAD软件获得的网格，并允许进行材料声学特性参数研究。ScalingCell可以与AlphaCell耦合，进行全面的研究，从多孔微结构的描述到嵌入这种材料的多层系统的性能估计。最后，ScalingCell基于MPI库，可以有效地利用您的计算工作站。  

dBMat：

DataBase for Acoustic Material Software

声学材料数据库软件

dBMat是比翱工程实验室专门用于声学、弹性和阻尼性能的材料数据库管理工具，其中包括互补的定制规格。它旨在支持工程师，化学家和业务人员之间的有效对话。dBMat使用角色的概念，旨在让您能够控制用户在数据库中可以执行和不能执行的操作。管理员可以管理用户访问诸如添加，更新材料和管理其他用户等任务，方法是为每个用户分配一个特定的角色。
比翱工程实验室代表性用户：比亚迪中研院声学材料测试实验室