通常測量材料吸聲系數的方法,主要有兩種:混響室法和阻抗管法。
混響室法用于測量聲音無規入射時的吸聲系數,即聲音由四面八方射入材料時能量損失的比例,而阻抗管法測量聲音正入射時的吸聲系數,聲音入射角度為90度。
兩種方法測量的吸聲系數是不*相同的。因為實際應用中聲音入射大多數情況是無規的,所以工程上使用的是混響室法測量吸聲系數。
阻抗管法又分為:駐波比法(也叫駐波管法)和傳遞函數法。
相關標準如下:
GB/T 18696.1-2004 (eqv ISO 10534-1)《聲學 阻抗管中吸聲系數和聲阻抗的測量:第1部分 駐波比法》
GB/T 18696.2-2002《聲學 阻抗管中吸聲系數和聲阻抗的測量:第2部分 傳遞函數法》
GB/T 20247.1-2006/ ISO354:2003 《聲學 混響室吸聲測量》2.小型不規則構件吸聲系數測量的難
混響室測量材料吸聲系數要求試件面積為10 m2~12 m2,可是在許多時候試件的面積遠小于這一要求,測試的結果就會造成較大的誤差。
例如對于汽車已經成型的內飾材料的吸聲特性測試時,由于試件是一個整體,不能切割放入阻抗管內測量,而且試件的面積又太小,不能滿足混響室樣品面積>10 m2的測試標準要求。
為了解決這一問題,美國機動車工程師學會(Society of Automotive Engineers)提出使用小混響室來測量小試件無規入射吸聲系數的方法,并制定了實驗室測量標準,即SAE J2883—2015《使用小混響室無規入射吸聲試驗的實驗室測量》(Laboratory Measurement of Random Incidence sound Absorption Tests Using a Small Reverberation Room)。
3.小混響艙測量的優點
小混響艙是聲學測量領域的一種專業實驗裝置,其室內聲能密度較為均勻,形成擴散聲場,主要用于小型不規則構件(如汽車構件)吸聲特性的測量。
與標準混響室相比,具有造價低廉,占地面積較小,方便移動等優點。基于這些優點,小混響艙能廣泛應用于各種小型不規則構件吸聲系數的測量。
目前,我國關于小混響艙的構造、制作沒有一個統一的國家標準或行業標準,主要是參考美國機動車工程師學會制定的標準SAE J 2883 — 2015 《使用小混響室無規入射吸聲試驗的實驗室測量》。
與標準混響室法相比,小混響艙測試具有以下優點:
標準混響室體積要求不小于150 m3,小混響艙的體積在6 m3~25 m3,造價明顯要低許多,安裝施工也比要簡單得多。
與駐波管法相比,小混響艙與標準混響室一樣可以測量形狀大小不規則的試件,且其可以測量均勻無規則入射的吸聲系數,這在實際應用中更有價值。
4.小混響艙測量材料吸聲系數的方法
本質上來說,小混響艙就是一個體積縮小許多的混響室,其試樣測試過程和方法與混響室法基本一致。一般來說,它的容積在6 m3~25 m3。
小混響艙包括一個主混響室,室內一般有若干個聲源及4個以上傳聲器,外部則包括包裹主混響室的隔聲屏體以及信號采集處理系統。
表1 標準混響室與小混響艙測吸聲系數的比較
方法 | 標準混響室 | 小混響艙 |
參考標準 | GB/T 20247.1-2006/ISO 354-2003 | SAE J 2883-2015 |
箱體容積 | 不應小于150 m3,建議200 m3 | 推薦6 m3~25 m3 |
平面樣品面積 | 10 m2~12 m2 | 1 m x 1.2 m (1.2 m2),不規則樣品接近這個面積,大不超過地板面積的30% |
測試溫度 | 不小于15℃ | 不小于15℃ |
濕度范圍 | 30%~90% | ≥50%,如果測試6300 Hz以上,>60% |
測試時溫濕度條件 | 測試前讓試件在混響室內達到溫度和相對濕度的相對平衡 | 有樣品和無樣品溫度變化不要超過5℃,濕度變化不超過5% |
空氣吸收的修正 | 所有頻率100 Hz-5 kHz,都需要進行空氣吸收的修正 | 1 kHz以上進行空氣吸收的修正 |
樣品擺放要求
| 試件長寬比為0.7~1,距離墻不小于1 m,至少0.75 m,可平鋪也可沿墻放置 | 不平行任何一個面,距離1/4波長,區域 |
邊緣密封 | 平面材料周邊應密封,如框架與試件表面齊平 | 密封條應高于樣品,但不超過3 mm |
聲源
| 聲源應為全向輻射聲源,不同位置間距3米,相鄰1/3 Octave不超過6dB | 聲源無指向性,多個聲源如果使用,相距至少1/4波長,一般在角上 |
揚聲器 | 揚聲器每個頻率聲壓級高出本底噪聲35 dB | 揚聲器每個頻率聲壓級高出本底噪聲45 dB |
麥克風及放置 | 至少3個傳聲器位置,至少兩個聲源位置 | 至少4個麥克風,距離墻至少1/4波長,距離聲源和其他麥克風至少1/2波長 |
傳聲器位置數×揚聲器位置數 | 至少為12 | 至少為10 |
每個麥克風-揚聲器位置 | 至少測試3次 | 至少測試5次 |
衰減曲線起點和終點 | 衰減曲線啟動為下降5 dB處,下降段為20 dB,終點高于本底10 dB | 衰減曲線起點為下降5 dB處,下降段要求25 dB,終點高于本底15 dB |
濕度修正 | 沒有濕度修正要求 | 聲速的濕度修正 |
測試環境的儀器精度 | 無要求 | 溫度±1℃,濕度±2%,大氣壓±30 kPa |
吸聲 | 室內空場吸聲量100 Hz~800 Hz不超過6.5 m³,1000 Hz~5000 Hz 不超過7.0 m³~14.0 m³ | 艙內表面平均吸聲系數小于0.06 |
房間擴散性測試 | 標準偏差測試 | 4個傳聲器位置,每個位置5次,麥克風-揚聲器組合10次 |
5.小混響艙的參數
小混響艙一般采用鋼板結構,內壁光滑,空場時室內吸聲量很小,以確保測量精度。
三邊長按尺寸設計,使簡振頻率在400 Hz~10 kHz內均勻分布,實現了混響聲場。
為保證小混響艙內聲場分布均勻,各點聲能密度相等,故室內每面墻體皆不相互平行且每條邊棱長均不一致,并保證其內部短棱長大于截止頻率的半波長,室內大線度lmax≤1.9 V1/3,還應在其室內布置擴散體。
據計算,當擴散體體積與小混響艙容積比在11%時,整體擴散效果較好。箱體應具有良好的隔聲性能,減少外界噪聲對測量的影響。
箱體下方采用減振設計,減少外界振動對測量的影響。小混響艙上下角各安裝一個揚聲器,用于聲場的激勵。室內安裝4個傳聲器,測量室不需再移動傳聲器位置,提高測試效率。
型號 | 小型混響艙 |
規格尺寸 | 2510 mm×2640 mm×2528 mm |
內部容積 | 9.26 m³ |
測量頻段 | ≥400 Hz |
隔聲箱板 | 3 mm鍍鋅鋼板 |
內部照明 | 350 lx |
隔聲量 | ≥35 dB |
小混響艙法所需測試儀器與混響室法使用的儀器類似,只針對硬件和軟件作了一些改進。
表3 小混響艙測試系統配置清單
儀器名稱 | 型號 | 規格 | 數量 |
小混響艙 | 體積6m3或9m3 | 1 | |
數據采集分析儀 | AWA6290B型分析儀 | 四通道,4輸入2輸出 | 1 |
功率放大器 | AWA 5871 | 100W | 1 |
測試傳聲器 | AWA 14423 | Φ12.7mm (1/2英寸) | 4 |
前置放大器 | AWA 14604 | ICP型 | 4 |
聲源 | 小型聲源 | 15 W | 2 |
軟件 | 1 |
7.結束語
由于小混響艙的特點,而且造價低,使用安裝方便,所以其應用將越來越廣泛。它不僅可以進行各種小型不規則形狀物體的吸聲性能測量,還可以進行小型聲源聲功率級的測量與研究。
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