消音室是如何消音的?它有些什么特點(diǎn)?

指一間沒有反射的房間。在消音室的墻壁上均鋪設(shè)得有吸聲性能良好的吸聲材料。因此,室內(nèi)便不會(huì)有聲波的反射。消音室是專門用來測試音箱、喇叭單元等。
消音室所用的吸聲材料,要求吸聲系數(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(gè)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。在消音室中進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),被測試的對(duì)象或聲源等置于中央的尼龍絲網(wǎng)或鋼絲網(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。
2性能
消音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,是用以衡量消音室性能優(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(duì)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。
消音室除了應(yīng)滿足自由場的要求外,還要求有較低的本底噪聲。故在消音室與基礎(chǔ)之間,還需采取一定的隔振措施。
對(duì)于第一次進(jìn)入消音室的人來說,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(dòng)時(shí)衣褲摩擦的聲音卻前所未有的清晰,在不說不動(dòng)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,第一次接觸消音室的人都會(huì)馬上感覺到孤獨(dú)和輕微的恐懼。
3應(yīng)用價(jià)值
由于實(shí)際需要,自70年代起發(fā)展了一種稱為半消聲室的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室。此半消音室除要求地面為硬質(zhì)剛性反射面外,其余與消音室相同。當(dāng)聲源或接收器置于地面上時(shí),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音室中那樣的自由場。半消音室的優(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(jià)比消音室低廉;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(shí),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(shí)更為顯著,因此消音聲室存在有高頻限。
卦限消音室是一個(gè)相鄰的三個(gè)面為硬反射面,另三個(gè)面上裝有吸聲尖劈的實(shí)驗(yàn)室。三個(gè)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音室相同,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。
4注意事項(xiàng)
在設(shè)計(jì)消音室時(shí)應(yīng)注意:
(1)純音信號(hào)的測試項(xiàng)目與寬帶噪聲信號(hào)的測試項(xiàng)目對(duì)界面吸聲系數(shù)的要求可有較大差別。
當(dāng)界面吸聲系數(shù)a=0.99,即|R|=0.1時(shí).偏差△L=1dB的范圍為r<O.2L,△L=-1dB的范圍為r<0.18L。揚(yáng)聲器電聲參數(shù)的測試,多半用純音信號(hào).所以一般要求界面吸聲系數(shù)大于0.99,才能在足夠大的測試距離上滿足聲場偏差小于±10%的要求。若要求△Ln<1dB,則即使r=L/2,即測點(diǎn)接近界面,也只要a=0.88就夠了。特別在半消聲室中進(jìn)行機(jī)器輻射噪聲功率級(jí)的測定,允許自由聲場偏差≤±2 dB或±3 dB,所以對(duì)界面吸聲系數(shù)不必要求達(dá)到0.99。
(2)隨之而來的是關(guān)于吸聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
對(duì)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(shí),聲波在細(xì)管中的振動(dòng)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(shí).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(duì)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(jì)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(hào)的測試情況,尤其半消音室中噪聲源聲功率級(jí)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(jì)。如,在為某企業(yè)設(shè)計(jì)大型電機(jī)的聲功率測定進(jìn)行半消音室設(shè)計(jì)時(shí),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)省地完成了半消音室的設(shè)計(jì)任務(wù)。
(3)關(guān)于消音室大小和形狀的考慮。
一般消音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(huì)產(chǎn)生聚焦的聲缺陷,完全不可能獲得近似的自由聲場。
對(duì)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(jì)成方形或長方形的半消音室.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(huì)適當(dāng)留有余地,還要考慮今后可能有的設(shè)備大小。
對(duì)于電聲器件的參數(shù)測量,則如果聲源(揚(yáng)聲器)放在消音室中心.傳聲器沿軸向或平面對(duì)角線方向放置(一般測試距離1m,對(duì)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),則消音室尺寸就較大。一般考慮是將聲源與傳聲器測試線的中心設(shè)在消音室的中心,并且測試線沿平面對(duì)角線方向,消音室的形狀是長方形.這樣安排使消音室空間最為節(jié)省。建成后進(jìn)行自由聲場鑒定時(shí),除聲源放在消音室中心進(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(duì)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。
5最靜記錄
2012年4月4日,據(jù)英國《每日郵報(bào)》報(bào)道,美國制造的地球上最安靜場所卻靜得令人無法忍受,人在此種
環(huán)境中可以忍受的最長時(shí)間為45分鐘。
美國明尼阿波利斯南部奧菲爾德實(shí)驗(yàn)室(Orfield)的“消音室”可以吸收99.99%的聲音,被吉尼斯世界紀(jì)錄列為世界上最安靜的地方。但是待在這里時(shí)間過長會(huì)令人產(chǎn)生幻覺。這間“消音室”的建造者史蒂文·奧菲爾德(Steven Orfield)說:“我們挑戰(zhàn)黑暗中坐在靜室中的時(shí)間,只有一名記者在那里待了45分鐘”“在安靜的環(huán)境下,耳朵會(huì)逐漸適應(yīng)。屋子里越安靜,耳朵聽到的東西越多。你會(huì)聽到心臟的跳動(dòng),甚至可以聽到你的肺和胃發(fā)出咕嚕聲。在消音室,你自己變成了噪音”他說,在這種靜室中,很容易令人迷失方向。
這間靜室曾被美國許多大公司使用,以測試聲音對(duì)他們產(chǎn)品的影響,比如閥門、汽車儀表板、手機(jī)等。美國宇航局曾利用其測試宇航員是否適合太空工作。奧菲爾德解釋稱,太空就像一個(gè)巨大的靜室,宇航員能在其中保持注意力集中非常關(guān)鍵。
6你需要了解的第一個(gè)問題是什么是消音室?
什么是消音室?根據(jù)北京科奧克聲學(xué)技術(shù)有限公司的解釋,消音室或稱消聲室是指一種把內(nèi)部聲音反射和外部的雜音減到最小的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室,外部雜音是靠建筑本生以及厚實(shí)的磚石墻和消音室里通風(fēng)管道中的消音器消除的(即使是消音室也要有讓空氣流動(dòng)的出口,否則會(huì)危害到里面工作人員的健康)。
消音室室表內(nèi)面用毯狀或制成水平和垂直的楔形吸聲材料覆蓋,讓聲音反射減小到一千分之一。消音室主要的目的是模擬自由空間無障礙的聲學(xué)條件。
7消音室的另外兩種形態(tài):
室房間的六個(gè)界面全鋪吸聲材料的,稱為全消室。而除了這種形式的消音室外,還有另外兩種消音室。
70年代起發(fā)展出來的一種稱為半消聲室的聲學(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(shí),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(jià)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(shí),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(shí)更為顯著,因此半消聲室存在有高頻限。
卦限消聲室是一個(gè)相鄰的三個(gè)面為硬反射面,另三個(gè)面上裝有吸聲尖劈的實(shí)驗(yàn)室。三個(gè)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。
8消音室是如何消音的?
消聲室所用的吸聲材料,要求吸聲系數(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。
從40年代開始應(yīng)用逐漸過渡原理,把多孔性(或纖維性)材料做成錐形或尖劈狀吸聲體,統(tǒng)稱吸聲尖劈。當(dāng)聲波從尖端入射時(shí),由于吸聲層的逐漸過渡性質(zhì),材料的聲阻抗與空氣的聲阻抗能較好地匹配,使聲波傳入吸聲體,并被高效的吸收。迄今為止,國內(nèi)外的高質(zhì)量消聲室均采用尖劈結(jié)構(gòu)作為吸聲體。
吸聲尖劈的吸聲特性與尖劈長度、填充材料、空腔深度有關(guān)。同種材料下尖劈長度愈長,尖劈的低頻吸聲性能愈好。調(diào)節(jié)空腔深度,也可有效地提高尖劈結(jié)構(gòu)的低頻吸聲特性。
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(duì)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,還需采取一定的隔振措施。
9消音室的特點(diǎn):
對(duì)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(dòng)時(shí)衣褲摩擦的聲音卻前所未有的清晰,在不說不動(dòng)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(huì)馬上感覺到孤獨(dú)和輕微的恐懼。
消聲室的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):
1.自由場空間
自由場是指聲波在無限大空間里傳播時(shí),不存在任何反射體和反射面。消聲室的主要功能是為聲學(xué)測試提供一個(gè)自由場空間或半自由場空間。
自由場半徑是用于衡量自由場大小的指標(biāo),一個(gè)設(shè)計(jì)良好的消聲室,自由場半徑應(yīng)從中心點(diǎn)到離尖劈1.0 m 的距離。
2.背景噪聲
消聲室另一個(gè)功能是提供低背景噪聲的環(huán)境以適應(yīng)測試環(huán)境的要求。在測試頻率范圍內(nèi),背景噪聲的聲壓級(jí)至少要比被測聲源的聲壓級(jí)低6dB,最好低12dB。
3.截止頻率
在消聲室設(shè)計(jì)中,通常把尖劈吸聲系數(shù)為0.99的最低頻率稱為截止頻率。墻面的吸聲系統(tǒng)能保證99%的吸聲系數(shù)時(shí),可保證消聲室在截止頻率以上是滿足自由場條件的。在截止頻率以下的測量,可根據(jù)ISO 3746和ISO 3747 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正測量。例如一個(gè)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。
截至頻率125Hz 可根據(jù)要求擴(kuò)展至50Hz消聲室的鑒定方法,依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)ISO 3745“Acoustics-Determination of sound power levels ofnoise sources---Precision methods for anechoic and semi-anechoicrooms” 和國家標(biāo)準(zhǔn)GB6882-86 “聲學(xué)---噪聲源聲功率的測定:消聲室和半消聲室精密法中規(guī)定的消聲室自由場鑒定方法進(jìn)行測試。即在125Hz以下和4KHz以上采用1/3倍頻程中心頻率間隔單頻信號(hào),在125Hz~4KHz之間采用1/1倍頻程中心頻率間隔單頻信號(hào),測出實(shí)測聲壓級(jí)和理論聲壓級(jí)之間的差值。
據(jù)此,根據(jù)ISO3745和GB6882-86規(guī)定的最大允許差值,可確定出允許的測量半徑和滿足標(biāo)準(zhǔn)的自由聲場空區(qū)域。ISO3745、GB6882中規(guī)定的測量聲級(jí)和理論聲級(jí)之間的最大允許差值。消聲室(半消聲室)聲學(xué)性能參數(shù)半消聲室設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)ISO3745和GB6882-86截止頻率125Hz(可根據(jù)要求擴(kuò)展至50Hz)本低噪聲16 dB(A) (采用特殊設(shè)計(jì)可達(dá)到11 dB(A) )外部尺寸、內(nèi)部尺寸根據(jù)需要和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
10 消音室的應(yīng)用范圍統(tǒng)計(jì):
城市區(qū)域民用建筑、空調(diào)機(jī)房、車庫、展館、賓館、飯店、商場超市、醫(yī)院、寫字樓等場所環(huán)境的噪聲治理、隔聲防振工程。
錄音室、攝影棚、演藝廳、音樂廳、劇院、電影院、琴房、教研室、多功能廳、體育館、會(huì)議室等建筑的音效設(shè)計(jì)、施工及安裝工程。
各式隔聲門、隔聲窗、隔聲室、隔聲罩、隔聲屏等隔聲工程。
實(shí)驗(yàn)室、消音室、消音箱、同聲傳譯室、聽力檢測室及各類電子、電器、醫(yī)療、機(jī)械設(shè)備、動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)引擎等檢測等超靜音無響實(shí)驗(yàn)室工程。
工業(yè)廠界的廠房、火電廠、機(jī)房、空調(diào)系統(tǒng)、泵房等設(shè)備噪聲及廠區(qū)的環(huán)境噪聲治理、隔聲、降噪、減振等綜合噪聲治理工程。
總結(jié):
消音室是我們對(duì)聲學(xué)進(jìn)行研究的重要工具,其實(shí)讓聲音有來無回并不是其真正的建設(shè)目的,它的本質(zhì)是創(chuàng)建近似于自由場空間的一個(gè)供工程師研究測試設(shè)備聲學(xué)特性的建筑。
這樣的一個(gè)建筑物需要不小的投資,一般來說,20㎡左右的消音室的建設(shè)費(fèi)用在40萬左右,空間越大成本也越高。所以目前來說,這樣的測試環(huán)境只有在一線大廠才能有能力營建。這也是我們前言所說消音室是廠商“標(biāo)志性建筑”的由來了。
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