半消室為汽車出廠各設(shè)備運(yùn)行噪聲參數(shù)、頻譜提供精確出廠數(shù)據(jù)。
消聲室所用的吸聲材料,吸聲系數(shù)大于0.99。一般使用漸變吸收層,常用尖劈或圓錐結(jié)構(gòu),以玻璃棉作吸聲材料,也有用軟泡沫塑料的。例如一個10×10×10m的實(shí)驗(yàn)室,每面敷設(shè)1m長的吸聲尖劈,其低頻截止頻率可達(dá)50Hz。在消聲室中進(jìn)行試驗(yàn)時,被測試的對象或聲源等置于中央的鋼絲網(wǎng)上,由于此類網(wǎng)能承受的重量有限,故只能測試重量輕、體積小的聲源等。
消聲室不僅是聲學(xué)測試的一個特殊實(shí)驗(yàn)室,而且是測試系統(tǒng)的重要組成部分,實(shí)際上它也是聲學(xué)測試設(shè)備之一,其聲學(xué)性能指標(biāo)直接影響測試的精度。 消聲室的主要用途是測試抗噪聲送、受話器的靈敏度、頻響和方向性等電聲性能。這種送、受話器的頻率范圍要保證語言通信清晰,一般為200—800Hz左右。
根據(jù)消聲室用途及原有房間條件,聲學(xué)設(shè)計指標(biāo)如下:
( 1 )設(shè)計的消聲室為一間全消聲室,并要求設(shè)置工作地網(wǎng)。
( 2 )隔聲設(shè)計實(shí)現(xiàn)本底噪聲指標(biāo)。
( 3 )吸聲設(shè)計實(shí)現(xiàn)自由聲場指標(biāo),要求測量誤差在±1dB以內(nèi),或者有測量聲源方向等特殊要求。
( 4 )消聲設(shè)計實(shí)現(xiàn)空氣動力學(xué)性能。
( 5)隔振設(shè)計實(shí)現(xiàn)隔離全消聲室周圍產(chǎn)生的低頻振動。
(一)隔聲和隔振
通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和實(shí)地考察,確定待建消聲室位置附近的低頻噪聲源和環(huán)境噪聲,根據(jù)采集結(jié)果分析確定設(shè)計方案,為了提高隔聲和隔振效果,一般采取與原有建筑完全分離的“房中房”式隔聲結(jié)構(gòu)。
(二)浮筑地面
為了隔絕因撞擊引起的固體聲,采用彈性墊層的浮筑地面進(jìn)行隔振。其做法是在原地面上鋪上一層15cm厚(經(jīng)壓實(shí)后為10cm)的玻璃棉保溫板作為隔振彈性墊層,在它的上面再做一層厚20cm的鋼筋混凝土地板,與外墻留有5cm的問隙,以防止與外墻的剛性連接,隔絕大樓內(nèi)和戶外固體聲的傳入。
(三)隔墻
在浮筑地面上砌一層厚24cm的磚墻作為內(nèi)墻,與外墻之間留有20cm的間隙,砌墻磚縫要求砂漿飽滿,以防縫隙漏聲。
(四)隔聲吊頂
考慮到施工和減輕隔聲平頂?shù)闹亓?,采用雙層鋼絲網(wǎng)水泥抹灰,中間留有10cm空氣層的隔聲平頂,其特點(diǎn)是隔聲量高、重量輕。為了使消聲室能獲得盡量大的有效高度,支承樓板的大梁讓其部分向下凸出。
(五)隔聲門
消聲室門具有隔聲和吸聲功能,它由隔聲門和吸聲尖劈門組成,設(shè)在與儀器室之間的分隔墻上,安裝有兩道單開鋼質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)隔聲門以及內(nèi)壁的吸聲扯門。其特點(diǎn)是大大縮小一般推拉式吸聲尖劈門所占的空問位置,而且開關(guān)也很方便。由于消聲室設(shè)計采用了短吸聲尖劈,為此將靠壁面的一組吸聲尖劈朝內(nèi)安裝,留空檔解決扯門位置。
(六)吸聲尖劈
吸聲尖劈的設(shè)計是保證消聲室聲場特性和測試下限頻率的決定因素。為了盡可能增大有效空間,尖劈的長度由截止頻率暨1/4波長理論決定,具體的計算方法為L=1/4*(340/Fc)。其中Fc為截止頻率;340為聲波在空氣中的傳播速度,單位為m/s;L則為要達(dá)到截止頻率的吸音消聲尖劈理論上的長度。用4mm的冷拔鋼絲做骨架,內(nèi)填充環(huán)保型無甲醛吸音消聲材料,采用定制模具切割,切割后整體填充,確保每一個尖劈的外型一致而美觀,無碎棉和棉渣,確保玻璃棉不外漏、內(nèi)層面采用新型高織數(shù)白色玻璃布整體套裁,接縫處用魔術(shù)貼粘接;外層面采用防火的灰白阻燃洞布,整體套裁確保規(guī)格統(tǒng)一,最后接縫處都處于尖劈底部,手工封口。
(七)地網(wǎng)結(jié)構(gòu)
為了測試方便,消聲室設(shè)有一工作地網(wǎng)。根據(jù)消聲室的高度,地網(wǎng)設(shè)在離地面64cm處。工作地網(wǎng)一方面應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度,以保安全;另一方面不允許地網(wǎng)聲反射影響聲場特性。為此,選用4高強(qiáng)度鋼絲,兩端分別連在固定于墻圈梁上的花籃螺絲和拉鉤上,利用花籃螺絲把鋼絲收緊,使地網(wǎng)保持平直,鋼絲間距為10cm。
地網(wǎng)在靠墻角處設(shè)計有一個1m×1m的人孔,以便安裝網(wǎng)下地面上的尖劈,必要時可進(jìn)入地網(wǎng)以下部空間進(jìn)行維修。
由于實(shí)際需要,自70年代起發(fā)展了一種稱為半消聲室(地面無消音)的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室。此半消聲室除要求地面為硬質(zhì)剛性反射面外,其余與消聲室相同。當(dāng)聲源或接收器置于地面上時,聲源和接收器之間只有直達(dá)聲而沒有反射聲,故在地面上的半空間中有同消聲室中那樣的自由場。半消聲室的優(yōu)點(diǎn)是由于地面是硬的,能承受較大的重量,適宜測量如車輛、大型機(jī)器、設(shè)備等的噪聲功率且使用方便,造價比消聲室低廉;缺點(diǎn)是當(dāng)聲源的等效聲中心或接收器高出地面較多時,聲反射的影響使聲場嚴(yán)重偏離自由場,這種現(xiàn)象在頻率高時更為顯著,因此半消聲室存在有高頻限。
卦限消聲室是一個相鄰的三個面為硬反射面,另三個面上裝有吸聲尖劈的實(shí)驗(yàn)室。三個反射面形成三面鏡子,如聲源或接收器置于此三反射面的交點(diǎn)上,則聲源和接收器之間和半消聲室相同,只有直達(dá)聲而沒有反射聲,使在其中形成自由場。由于聲源或接收器只能置于交點(diǎn)上,故在實(shí)際使用中將受到很大限制。
消聲室的性能是否符合使用要求,一般用檢定自由場的方法來檢驗(yàn),即點(diǎn)聲源在其中產(chǎn)生的聲壓應(yīng)與到聲源的距離成反比,實(shí)測聲場與理想自由場的偏差,是用以衡量消聲室性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。在一般的聲學(xué)測試中,要求此偏差不大于±1dB;對于傳聲器校準(zhǔn),則要求在校準(zhǔn)距離附近此偏差不大于±0.1dB。
消聲室除了應(yīng)滿足自由場的要求外,還要求有較低的本底噪聲。故在消聲室與基礎(chǔ)之間,還需采取一定的減震隔振措施。
對于第一次進(jìn)入消聲室的人來說,在這里面實(shí)在是太不習(xí)慣了,和外界的聽覺感觸完全不一樣,擊掌說話沒有任何回聲,走動時衣褲摩擦的聲音卻前所未有的清晰,在不說不動的情況下這里安靜的似乎能聽到自己血液流淌的聲音。在這種極度安靜的環(huán)境下,第一次接觸消聲室的人都會馬上感覺到孤獨(dú)和輕微的恐懼。
消聲室的校準(zhǔn)原先只在國家標(biāo)準(zhǔn)GB6882或ISO3745《聲學(xué)—噪聲源聲功率級的測定—消聲室和半消聲室精密法》中的附錄A規(guī)定了測試聲場地校準(zhǔn)程序。2006年發(fā)布了JJF1147—2006《消聲室和半消聲室聲學(xué)特性校準(zhǔn)規(guī)范》詳細(xì)地規(guī)定了消聲室和半消聲室聲學(xué)特性地確定和評價。
消聲室主要技術(shù)指標(biāo)有兩項(xiàng):
①自由聲場的頻率范圍和空間范圍 ;
②本底噪聲。
本底噪聲地測量相對比較簡單,一般是在消聲室或半消聲室內(nèi)選擇3 ~5個測點(diǎn),依次測量各測點(diǎn)處的聲壓級和1 /1 倍頻帶聲壓級,取相應(yīng)的算術(shù)平均值作為該房間的本底噪聲級。
自由聲場的頻率范圍和空間范圍測量過程是將傳聲器按選定的路徑向吸聲壁面方向移動至下一個測點(diǎn),測點(diǎn)之間的距離相等并不大于0.1 m,最終的測點(diǎn)與吸聲壁面的距離應(yīng)不大于0.75 m,每條測量路徑上的測點(diǎn)數(shù)不少于10個。依次測量各選定路徑所有測點(diǎn)上的聲壓級。
在設(shè)計消聲室時應(yīng)注意:
(1)純音信號的測試項(xiàng)目與寬帶噪聲信號的測試項(xiàng)目對界面吸聲系數(shù)的要求有較大差別。
(2)隨之而來的是關(guān)于吸聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計。
對于要求吸聲系數(shù)≥0.99的吸聲結(jié)構(gòu),一般采用尖劈形狀。因?yàn)槎嗫仔圆牧系奈暀C(jī)理,是材料內(nèi)部有大量氣流連通的空氣隙,形成細(xì)管甚至毛細(xì)管,當(dāng)聲波傳人時,聲波在細(xì)管中的振動因內(nèi)摩擦而轉(zhuǎn)化為熱能被吸收。吸聲能力與材料的空隙率(如玻璃棉的空隙率達(dá)96%左右)、流阻及材料的纖維結(jié)構(gòu)有關(guān)。同時.吸聲的頻率特性與材料厚度有關(guān),即吸聲最大值的下限頻率大約是其厚度相對應(yīng)的1/4波長的頻率。要使低頻吸聲好,就得增加多孔性吸聲材料的厚度。但由于材料的流阻,不能任意增大厚度來延伸低頻吸收,各種多孔性材料都有其有效厚度。
因此,要使高吸聲特性向低頻擴(kuò)展,就把多孔性材料做成尖劈形狀。從尖劈結(jié)構(gòu)的截面來看.是從空氣媒質(zhì)逐漸過渡到多孔性材料,聲阻抗有漸變過程,使聲波能傳人尖劈結(jié)構(gòu)深部并被轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。
當(dāng)然,要設(shè)計達(dá)到0.99以上的吸聲系數(shù).除與材料本身的參數(shù)有關(guān)外,還與尖劈的形狀(尖劈的角度和劈部與尖部的比例)有關(guān)。尖劈的總長度決定最大吸聲系數(shù)的最低頻率(一般稱吸聲系數(shù)大于0.99的最低頻率為尖劈的截止頻率)。大約為尖劈總長度相應(yīng)為1/4波長的頻率。如果利用尖劈基部與尖劈后空腔深度的共振吸聲結(jié)構(gòu).則截止頻率還可稍向低頻延伸。
在寬帶噪聲信號的測試情況,尤其半消聲室中噪聲源聲功率級的測定,很多情況下就不一定采用尖劈吸聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計。如,在為某企業(yè)設(shè)計大型電機(jī)的聲功率測定進(jìn)行半消聲室設(shè)計時,采用三層布幕的多共振吸聲結(jié)構(gòu),在低頻駐波管中試驗(yàn)不同材質(zhì)的防火布,改變與剛性壁的安放距離,獲得100Hz以上吸聲系數(shù)大于0.86的結(jié)果,很節(jié)省地完成了半消聲室的設(shè)計任務(wù)。
(3)關(guān)于消聲室大小和形狀的考慮。
一般消聲室的建筑造型幾乎不用球狀、柱狀或圓弧面的形狀。因?yàn)槿绻暯Y(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)完全大于0.99,則殼體形狀的影響不大;但在吸聲系數(shù)甚低于0.99的情況,至少在吸聲結(jié)構(gòu)的截止頻率以下,吸聲系數(shù)急遽下降,則大的凹面會產(chǎn)生聚焦的聲缺陷,完全不可能獲得近似的自由聲場。
對于機(jī)器輻射噪聲功率的測試,一般測點(diǎn)都要在設(shè)備的四周空間布置,所以多為設(shè)計成方形或長方形的半消聲室.其長寬和高度均可估算,即按有關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)所要求的測量距離、測量位置、允許與自由聲場的偏差,來確定邊長及高度的尺寸,當(dāng)然會適當(dāng)留有余地,還要考慮今后可能有的設(shè)備大小。
對于電聲器件的參數(shù)測量,則如果聲源(揚(yáng)聲器)放在消聲室中心.傳聲器沿軸向或平面對角線方向放置(一般測試距離1m,對于大尺寸的音箱及線陣列等揚(yáng)聲器系統(tǒng),需要較大的測試距離),則消聲室尺寸就較大。一般考慮是將聲源與傳聲器測試線的中心設(shè)在消聲室的中心,并且測試線沿平面對角線方向,消聲室的形狀是長方形.這樣安排使消聲室空間最為節(jié)省。建成后進(jìn)行自由聲場鑒定時,除聲源放在消聲室中心進(jìn)行測量,得到這種情況下一定偏差(為±ldB,±2dB等)內(nèi)自由聲場的范圍,另外將測試聲源放在將來安放被測揚(yáng)聲器的位置.檢測在(平面對角線方向)多遠(yuǎn)測試距離上,與理想自由聲場的偏差為多大。
聲學(xué)指標(biāo):
● 截止頻率可低至63Hz
● 本底噪聲不高于20dB
● 滿足ISO3745 GB 6882及各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求
典型運(yùn)用行業(yè):
● 汽車、機(jī)電或電聲等各行業(yè)
●各產(chǎn)品的聲學(xué)檢測用消聲室、半消聲室、手機(jī)或其它通訊產(chǎn)品檢測用消聲室、消聲箱