消聲室不僅是聲學(xué)測(cè)試的一個(gè)特殊實(shí)驗(yàn)室,而且是測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分,實(shí)際上它也是聲學(xué)測(cè)試設(shè)備之一,其聲學(xué)性能指標(biāo)直接影響測(cè)試的精度。消聲室分全消聲室和半消聲室。 房間的六個(gè)面全鋪設(shè)吸聲層的稱為全消聲室,一般簡(jiǎn)稱消聲室。房間的六個(gè)面中只在五個(gè)面或者四個(gè)面鋪吸聲層的,稱為半消聲室。 消聲室的主要功能是為聲學(xué)測(cè)試提供一個(gè)自由聲場(chǎng)空間或半自由聲場(chǎng)空間。其吸聲處理是保證消聲室建成后取得良好的自由聲場(chǎng)性能的關(guān)鍵,大多采用具有強(qiáng)吸聲能力的吸聲尖劈或平板式薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。
在設(shè)計(jì)消聲室時(shí)應(yīng)注意:
(1)純音信號(hào)的測(cè)試項(xiàng)目與寬帶噪聲信號(hào)的測(cè)試項(xiàng)目對(duì)界面吸聲系數(shù)的要求有較大差別。
(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),即吸聲值的下限頻率大約是其厚度相對(duì)應(yīng)的1/4波長(zhǎng)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(zhǎng)度決定吸聲系數(shù)的頻率(一般稱吸聲系數(shù)大于0.99的頻率為尖劈的截止頻率)。大約為尖劈總長(zhǎng)度相應(yīng)為1/4波長(zhǎng)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(cè)試情況,尤其半消聲室中噪聲源聲功率級(jí)的測(cè)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(cè)定進(jìn)行半消聲室設(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)省地完成了半消聲室的設(shè)計(jì)任務(wù)。
(3)關(guān)于消聲室大小和形狀的考慮。
一般消聲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(chǎng)。
對(duì)于機(jī)器輻射噪聲功率的測(cè)試,一般測(cè)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(zhǎng)方形的半消聲室.其長(zhǎng)寬和高度均可估算,即按有關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)所要求的測(cè)量距離、測(cè)量位置、允許與自由聲場(chǎng)的偏差,來確定邊長(zhǎng)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(cè)量,則如果聲源(揚(yáng)聲器)放在消聲室中心.傳聲器沿軸向或平面對(duì)角線方向放置(一般測(cè)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(cè)試距離),則消聲室尺寸就較大。一般考慮是將聲源與傳聲器測(cè)試線的中心設(shè)在消聲室的中心,并且測(cè)試線沿平面對(duì)角線方向,消聲室的形狀是長(zhǎng)方形.這樣安排使消聲室空間為節(jié)省。建成后進(jìn)行自由聲場(chǎng)鑒定時(shí),除聲源放在消聲室中心進(jìn)行測(cè)量,得到這種情況下一定偏差(為±ldB,±2dB等)內(nèi)自由聲場(chǎng)的范圍,另外將測(cè)試聲源放在將來安放被測(cè)揚(yáng)聲器的位置.檢測(cè)在(平面對(duì)角線方向)多遠(yuǎn)測(cè)試距離上,與理想自由聲場(chǎng)的偏差為多大。
要求
混響室的混響時(shí)間應(yīng)盡量長(zhǎng),以保證聲能充分?jǐn)U散,故一般建成各表面不相互平行的不規(guī)則房間,或其長(zhǎng)、寬、高中任何兩個(gè)尺度之比不等于或很接近于某一整數(shù)的矩形房間,幾個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦采用的比值(長(zhǎng)∶寬∶高)為:1.54:1.28:1;1.58∶1.25∶1;1.69∶1.17∶1;2.13∶1.17∶1;2.38∶1.62∶1;房間全部表面的平均吸聲系數(shù)應(yīng)不超過0.06,一般可用在房間的表面上刷瓷漆、鋪瓷磚或貼銅箔等方法來實(shí)現(xiàn)。為了增加聲能的擴(kuò)散改善聲場(chǎng)的均勻性,可在房間內(nèi)懸掛固定的擴(kuò)散片,安裝大型轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)的擴(kuò)散體。壁面應(yīng)厚實(shí),以避免壁體本身發(fā)生共振而吸收很多聲能。還應(yīng)避免由于門縫太大而漏聲或不厚實(shí)而發(fā)生共振吸聲。
混響室的容積一般為70~300m,由所需測(cè)試的頻率確定。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)混響室的容積為200m±10%,可測(cè)試的頻率為125Hz(1/1倍頻程)或100Hz(1/3倍頻程),其混響時(shí)間一般為幾秒到幾十秒。
電波混響室是一個(gè)電大尺寸且具有高導(dǎo)電反射墻面構(gòu)成的屏蔽腔室,腔室中通常安裝一個(gè)或幾個(gè)機(jī)械式攪拌器或調(diào)諧器,通過攪拌器的轉(zhuǎn)動(dòng)改變腔室的邊界條件,進(jìn)而在腔室內(nèi)形成統(tǒng)計(jì)均勻、各向同性和隨機(jī)極化的電磁環(huán)境。
在國內(nèi),關(guān)于混響室的名稱多種多樣,公開發(fā)表的論文中出現(xiàn)的名稱包括“電波混響室”、“EMC混響室”、“電磁混響室”、“電磁混波室”等。為避免混淆,一方面,考慮到在形式上與另一種傳統(tǒng)意義的電磁兼容測(cè)試平臺(tái)“電波暗室”一致,比較習(xí)慣,也便于區(qū)分和理解;另一方面,在聲學(xué)領(lǐng)域,“混響室”使用更廣泛,而“混波室”使用比較少,而且混響室初是借鑒聲學(xué)研究中“混響室”的概念,所以有學(xué)者建議在國內(nèi)統(tǒng)一使用“電波混響室”這一名詞。