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小型不规则构件吸声系数的测量

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通常测量材料吸声系数的方法,主要有两种:混响室法和阻抗管法。

 

  混响室法用于测量声音无规入射时的吸声系数,即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例,而阻抗管法测量声音正入射时的吸声系数,声音入射角度为90度。

 

   两种方法测量的吸声系数是不完全相同的。因为实际应用中声音入射大多数情况是无规的,所以工程上使用的是混响室法测量吸声系数。

 

     阻抗管法又分为:驻波比法(也叫驻波管法)和传递函数法。

 

 

 

相关标准如下:

   GB/T 18696.1-2004 (eqv ISO 10534-1)《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量:第1部分 驻波比法》

   GB/T 18696.2-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量:第2部分 传递函数法》

  GB/T 20247.1-2006/ ISO354:2003 《声学 混响室吸声测量》2.小型不规则构件吸声系数测量的难     

      混响室测量材料吸声系数要求试件面积为10 m2~12 m2,可是在许多时候试件的面积远小于这一要求,测试的结果就会造成较大的误差。

 

      例如对于汽车已经成型的内饰材料的吸声特性测试时,由于试件是一个整体,不能切割放入阻抗管内测量,而且试件的面积又太小,不能满足混响室样品面积>10 m2的测试标准要求。

 

      为了解决这一问题,美国机动车工程师学会(Society of Automotive Engineers)提出使用小混响室来测量小试件无规入射吸声系数的方法,并制定了实验室测量标准,即SAE J2883—2015《使用小混响室无规入射吸声试验的实验室测量》(Laboratory Measurement of Random Incidence sound Absorption Tests Using a Small Reverberation Room)。

3.小混响舱测量的优点

      

      小混响舱是声学测量领域的一种专业实验装置,其室内声能密度较为均匀,形成扩散声场,主要用于小型不规则构件(如汽车构件)吸声特性的测量。

  

      与标准混响室相比,具有造价低廉,占地面积较小,方便移动等优点。基于这些优点,小混响舱能广泛应用于各种小型不规则构件吸声系数的测量。


      目前,我国关于小混响舱的构造、制作没有一个统一的国家标准或行业标准,主要是参考美国机动车工程师学会制定的标准SAE J 2883 — 2015 《使用小混响室无规入射吸声试验的实验室测量》。

 

 

 

    与标准混响室法相比,小混响舱测试具有以下优点:


     标准混响室体积要求不小于150 m3,小混响舱的体积在6 m3~25 m3,造价明显要低许多,安装施工也比要简单得多。


    与驻波管法相比,小混响舱与标准混响室一样可以测量形状大小不规则的试件,且其可以测量均匀无规则入射的吸声系数,这在实际应用中更有价值。

 

4.小混响舱测量材料吸声系数的方法

     

    本质上来说,小混响舱就是一个体积缩小许多的混响室,其试样测试过程和方法与混响室法基本一致。一般来说,它的容积在6 m3~25 m3

 

     小混响舱包括一个主混响室,室内一般有若干个声源及4个以上传声器,外部则包括包裹主混响室的隔声屏体以及信号采集处理系统。

 

表1 标准混响室与小混响舱测吸声系数的比较

 

方法

标准混响室

小混响舱

参考标准

GB/T 20247.1-2006/ISO 354-2003

SAE J 2883-2015

箱体容积

不应小于150 m3,建议200 m3

推荐6 m3~25 m3

平面样品面积

10 m2~12 m2

1 m x 1.2 m (1.2 m2),不规则样品接近这个面积,大不超过地板面积的30%

测试温度

不小于15℃

不小于15℃

湿度范围

30%~90%

≥50%,如果测试6300 Hz以上,>60%

测试时温湿度条件

测试前让试件在混响室内达到温度和相对湿度的相对平衡

有样品和无样品温度变化不要超过5℃,湿度变化不超过5%

空气吸收的修正

所有频率100 Hz-5 kHz,都需要进行空气吸收的修正

1 kHz以上进行空气吸收的修正

样品摆放要求

 

试件长宽比为0.7~1,距离墙不小于1 m,至少0.75  m,可平铺也可沿墙放置

不平行任何一个面,距离1/4波长,区域

边缘密封

平面材料周边应密封,如框架与试件表面齐平

密封条应高于样品,但不超过3 mm

声源

 

声源应为全向辐射声源,不同位置间距3米,相邻1/3 Octave不超过6dB

声源无指向性,多个声源如果使用,相距至少1/4波长,一般在角上

扬声器

扬声器每个频率声压级高出本底噪声35 dB

扬声器每个频率声压级高出本底噪声45 dB

麦克风及放置

至少3个传声器位置,至少两个声源位置

至少4个麦克风,距离墙至少1/4波长,距离声源和其他麦克风至少1/2波长

传声器位置数×扬声器位置数

至少为12

至少为10

每个麦克风-扬声器位置

至少测试3次

至少测试5次

衰减曲线起点和终点

衰减曲线启动为下降5 dB处,下降段为20 dB,终点高于本底10 dB

衰减曲线起点为下降5 dB处,下降段要求25 dB,终点高于本底15 dB

湿度修正

没有湿度修正要求

声速的湿度修正

测试环境的仪器精度

无要求

温度±1℃,湿度±2%,大气压±30 kPa

吸声

室内空场吸声量100 Hz~800 Hz不超过6.5 m³,1000   Hz~5000 Hz 不超过7.0 m³~14.0 m³

舱内表面平均吸声系数小于0.06

房间扩散性测试

标准偏差测试

4个传声器位置,每个位置5次,麦克风-扬声器组合10次

5.小混响舱的参数

      

     小混响舱一般采用钢板结构,内壁光滑,空场时室内吸声量很小,以确保测量精度。

 

     三边长按尺寸设计,使简振频率在400 Hz~10 kHz内均匀分布,实现了混响声场。

 

    为保证小混响舱内声场分布均匀,各点声能密度相等,故室内每面墙体皆不相互平行且每条边棱长均不一致,并保证其内部短棱长大于截止频率的半波长,室内大线度lmax≤1.9 V1/3,还应在其室内布置扩散体。

 

     据计算,当扩散体体积与小混响舱容积比在11%时,整体扩散效果较好。箱体应具有良好的隔声性能,减少外界噪声对测量的影响。

 

      箱体下方采用减振设计,减少外界振动对测量的影响。小混响舱上下角各安装一个扬声器,用于声场的激励。室内安装4个传声器,测量室不需再移动传声器位置,提高测试效率。

 

 

型号

小型混响舱

规格尺寸

2510 mm×2640 mm×2528 mm

内部容积

9.26 m³

测量频段

≥400 Hz

隔声箱板

3 mm镀锌钢板

内部照明

350 lx

隔声量

≥35 dB

 

      小混响舱法所需测试仪器与混响室法使用的仪器类似,只针对硬件和软件作了一些改进。

 

表3 小混响舱测试系统配置清单 

 

仪器名称

型号

规格

数量

小混响舱

 

体积6m3或9m3

1

数据采集分析仪

AWA6290B型分析仪

四通道,4输入2输出

1

功率放大器

AWA 5871

100W

1

测试传声器

AWA  14423

Φ12.7mm   (1/2英寸)

4

前置放大器

AWA 14604

ICP

4

声源

小型声源

15 W

2

软件

 

1

 

7.结束语

       

      由于小混响舱的特点,而且造价低,使用安装方便,所以其应用将越来越广泛。它不仅可以进行各种小型不规则形状物体的吸声性能测量,还可以进行小型声源声功率级的测量与研究。

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