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    技術(shù)文章

    小型不規(guī)則構(gòu)件吸聲系數(shù)的測量

    技術(shù)文章

    通常測量材料吸聲系數(shù)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(guī)入射時的吸聲系數(shù),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(shù),聲音入射角度為90度。

     

       兩種方法測量的吸聲系數(shù)是不*相同的。因為實際應(yīng)用中聲音入射大多數(shù)情況是無規(guī)的,所以工程上使用的是混響室法測量吸聲系數(shù)。

     

         阻抗管法又分為:駐波比法(也叫駐波管法)和傳遞函數(shù)法。

     

     

     

    相關(guān)標(biāo)準如下:

       GB/T 18696.1-2004 (eqv ISO 10534-1)《聲學(xué) 阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測量:第1部分 駐波比法》

       GB/T 18696.2-2002《聲學(xué) 阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測量:第2部分 傳遞函數(shù)法》

      GB/T 20247.1-2006/ ISO354:2003 《聲學(xué) 混響室吸聲測量》2.小型不規(guī)則構(gòu)件吸聲系數(shù)測量的難     

          混響室測量材料吸聲系數(shù)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(jié)果就會造成較大的誤差。

     

          例如對于汽車已經(jīng)成型的內(nèi)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(nèi)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(biāo)準要求。

     

          為了解決這一問題,美國機動車工程師學(xué)會(Society of Automotive Engineers)提出使用小混響室來測量小試件無規(guī)入射吸聲系數(shù)的方法,并制定了實驗室測量標(biāo)準,即SAE J2883—2015《使用小混響室無規(guī)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(yōu)點

          

          小混響艙是聲學(xué)測量領(lǐng)域的一種專業(yè)實驗裝置,其室內(nèi)聲能密度較為均勻,形成擴散聲場,主要用于小型不規(guī)則構(gòu)件(如汽車構(gòu)件)吸聲特性的測量。

      

          與標(biāo)準混響室相比,具有造價低廉,占地面積較小,方便移動等優(yōu)點?;谶@些優(yōu)點,小混響艙能廣泛應(yīng)用于各種小型不規(guī)則構(gòu)件吸聲系數(shù)的測量。


          目前,我國關(guān)于小混響艙的構(gòu)造、制作沒有一個統(tǒng)一的國家標(biāo)準或行業(yè)標(biāo)準,主要是參考美國機動車工程師學(xué)會制定的標(biāo)準SAE J 2883 — 2015 《使用小混響室無規(guī)入射吸聲試驗的實驗室測量》。

     

     

     

        與標(biāo)準混響室法相比,小混響艙測試具有以下優(yōu)點:


         標(biāo)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(biāo)準混響室一樣可以測量形狀大小不規(guī)則的試件,且其可以測量均勻無規(guī)則入射的吸聲系數(shù),這在實際應(yīng)用中更有價值。

     

    4.小混響艙測量材料吸聲系數(shù)的方法

         

        本質(zhì)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(nèi)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(tǒng)。

     

    表1 標(biāo)準混響室與小混響艙測吸聲系數(shù)的比較

     

    方法

    標(biāo)準混響室

    小混響艙

    參考標(biāo)準

    GB/T 20247.1-2006/ISO 354-2003

    SAE J 2883-2015

    箱體容積

    不應(yīng)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(guī)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(nèi)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(qū)域

    邊緣密封

    平面材料周邊應(yīng)密封,如框架與試件表面齊平

    密封條應(yīng)高于樣品,但不超過3 mm

    聲源

     

    聲源應(yīng)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(fēng)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(fēng),距離墻至少1/4波長,距離聲源和其他麥克風(fēng)至少1/2波長

    傳聲器位置數(shù)×揚聲器位置數(shù)

    至少為12

    至少為10

    每個麥克風(fēng)-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(huán)境的儀器精度

    無要求

    溫度±1℃,濕度±2%,大氣壓±30 kPa

    吸聲

    室內(nèi)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(nèi)表面平均吸聲系數(shù)小于0.06

    房間擴散性測試

    標(biāo)準偏差測試

    4個傳聲器位置,每個位置5次,麥克風(fēng)-揚聲器組合10次

    5.小混響艙的參數(shù)

          

         小混響艙一般采用鋼板結(jié)構(gòu),內(nèi)壁光滑,空場時室內(nèi)吸聲量很小,以確保測量精度。

     

         三邊長按尺寸設(shè)計,使簡振頻率在400 Hz~10 kHz內(nèi)均勻分布,實現(xiàn)了混響聲場。

     

        為保證小混響艙內(nèi)聲場分布均勻,各點聲能密度相等,故室內(nèi)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(nèi)部短棱長大于截止頻率的半波長,室內(nèi)大線度lmax≤1.9 V1/3,還應(yīng)在其室內(nèi)布置擴散體。

     

         據(jù)計算,當(dāng)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(yīng)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(shè)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(nèi)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(guī)格尺寸

    2510 mm×2640 mm×2528 mm

    內(nèi)部容積

    9.26 m³

    測量頻段

    ≥400 Hz

    隔聲箱板

    3 mm鍍鋅鋼板

    內(nèi)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(tǒng)配置清單 

     

    儀器名稱

    型號

    規(guī)格

    數(shù)量

    小混響艙

     

    體積6m3或9m3

    1

    數(shù)據(jù)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

    4

    聲源

    小型聲源

    15 W

    2

    軟件

     

    1

     

    7.結(jié)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(yīng)用將越來越廣泛。它不僅可以進行各種小型不規(guī)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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