小型不规则构件吸声系数的测量
时间：2020-10-14 阅读：2797
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*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型 | 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。