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你了解声学测试室吗

发布时间:2020-06-30 17:10:17 阅读: 来源:氧化铁厂家

测试室是辅助进行声学测量的特殊环境。主要有两个目的:

本文引用地址:创建声音功率与声压之间关系已知的环境。

为了降低或消除噪声干扰,其中包括环境噪声、辅助设备、机械设备、汽车、卡车、飞机和轨道交通和其他设备所带来的噪声等等。

声音功率测量需要如下的声学测试室和环境:

精确级别:消声室、半消声室和共响室

工程级别:半消声室和自由场室

调查级别:自由场室和自然环境

声音强度测量要求自由场室和自然环境。

声音质量测量要求自由场室和自然环境。

基本概念

声压等级随着距离声源的距离和方向而变化。部分变化是声源导致的,也可能是测试环境导致的。一个好的测试环境用户可以区分这些变化。

下图展示了声音场相关的五个领域:

近场:靠近声源附件的区域,声压在平均值附近波动。在近场范围内,距离声源不同位置的声波由于相位不同,通过干扰互相增强或削弱。因此,近场深度是声源几何形状、测量位置和声音波长的函数。

远场:远离声源的区域,声压随着距离增加逐渐减弱。在远场范围内,距离声源不同点的声波是同相位的。远场在近场结束的地方开始。

直接场:声音能量主要来源于声源直线传播而不通过反射的区域。

共响场:声音能量主要来源于声源通过反射(至少一次)的区域。在反射次数有限的统计限制下,共响场逐渐达到散射场的条件。

环境噪声区域:声音能量并非来源于声源而主要来源于与测试无关的区域。

高环境噪声测试室的声场

1. 消声室

消声室是高精度级别的声功率测试所需的,例如ANSI S12.35和ISO 3745。这样的测试室包含高透射损失的外部封套(通常用混凝土或模块化钢板构造),它的天花板、地板和墙壁带有消声的内部楔子。通常为了可以在楔子上行走,还使用张力电缆地板。

消音楔子是设计用于对高于设计节制频率的所有频率,提供高于0.99的吸收系数。经过这样楔子的反射,强度将衰减20 dB或以上。消音楔子的长度通常是截止频率处波长的四分之一。例如,100 Hz截止频率的楔子通常约为36英寸长。高效消音楔子的设计和制造是非常复杂的任务,须由声学室设计者完成。

由于在消音室中缺少反射,室内为直接场。声压级别和声音功率等级之间的关系为简单的反平方传播法则:

其中LPi是第i个麦克风处的声压等级,LW是声音功率级别,r是从声源到接收点以米为单位的距离,DIi是声源在第i个麦克风方向的直接索引。

设计良好并经过良好构建的外壳对噪声的降低通常在数值上至少等于外壳组件的声音传播损失。因此第i个三分之一音高的内部声强等级为:

被测设备的每个麦克风位置的声强等级应该比背景声压等级高10 dB或更多。

验证

在这样的性能级别下,任何声音反射表面都会影响环境的性能。尽管许多反射都被有效抑止了,一部分仍然存在。因此,规范标准要求完成验证测试,其中包括一系列偏离测试,找出声音传播在一定程度上没有遵照上述等式的区域。

测量表面

使用球形麦克风阵列要求在消声室内至少有20个麦克风位置。球形表面的半径要求不小于被测设备长度尺寸特性的两倍。在一些条件下,需要多达40个麦克风位置。

可以允许在麦克风和楔子尖之间有四分之一波长,尽管在一些情况下(例如在宽带噪声源环境下),可能要用靠近楔子尖位置的麦克风对房间进行验证。

消音室的优点和缺点

优点:保存声源的方向信息

优点:保存声音的时间历史

优点:高级别的测量精度

缺点:需要大型、相对昂贵、精确验证的房间,对于小型声源需要20英尺的立方体(用于测试100 Hz),如果要测量更大的声源,则测试频率需降低。缺点:需要大量麦克风位置。如果实验室吞吐量是重要的,则需要考虑多通道的同步采集。

行业标准:ANSI S12.35、ISO 3745。

2. 半消音室

消音室用于高精确级别的声功率测量,例如ANSI S12.35和ISO 3745,以及工程等级的声功率测量,例如ANSI S12.34和ISO 3744。许多测试代码要求使用半消音室(例如用于计算机、ECMA 74、ISO 7779和ANSI S12.10)。这样的测试室包含高传输损失的外壳,它内部的天花板和墙壁带有消音楔子装饰。地面特意设计为高反射性,吸收系数为0.06或更小,通常用混凝土建造。

由于消音室欠缺反射,室内充满直接声场,当声源安装在反射平面时,声压等级和声音功率等级之间的关系为方向为2的反平方法则传输关系:

其中LPi是第i个麦克风的声压等级,LW是声音功率等级,r是从声源到接收点以米表示的距离,DIi是声源方向第i个麦克风的方向索引。当声源高度高于反射平面较大时(约为波长的十分之一),这个关系不再成立:直接声波和反射声波的相位必须进行调整。

出于实际的原因,在被测设备较大或较重时,通常倾向于使用半消声室。

良好设计并经过良好构建的外壳对噪声的降低通常在数值上至少等于外壳组件的声音传播损失。因此第i个三分之一音高的内部声强等级为:

如果使用过大或过多的穿透深度,或是如果穿透没有为噪声控制进行合适的设置,测试室外壳隔离可能受到负面影响。迂回传播也可能会将过多的声音能量带到测试室内。

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