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消聲室的技術(shù)標準與種類

IAC公司是全球最早設(shè)計、建設(shè)聲學(xué)試驗室的供應(yīng)商。至今,IAC已為航空、汽車、船舶、軍工、動力設(shè)備、電聲、媒體、各大院校、研發(fā)中心及檢測機構(gòu)建設(shè)了數(shù)百間半消聲室。我們采用單層或雙層墻體設(shè)計的試驗室能夠滿足各類客戶ISO 3745、ISO 26101精度級別的研發(fā)需求。

點擊以下視頻了解IAC消聲室產(chǎn)品:



 消聲室

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如上視頻中說播,彌散在空間中的聲音無法裝在實驗室的瓶瓶罐罐里研究,只有建筑尺度的“罐子”才能保持聲音待研究的特性。對于聲學(xué)研究,聲學(xué)實驗室不只是一個操作環(huán)境,其重要性更如化學(xué)實驗室中的容器一般。

消聲室為聲學(xué)實驗提供自由場環(huán)境。通過非常特殊的強吸聲結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了各個表面絕大部分聲波的吸收,模擬出聲學(xué)自由場,使得實驗室如空曠無邊,無聲反射的空間一般。

而且,消聲室還常有多層隔聲構(gòu)造,以阻止外界噪聲對實驗的干擾。


 消聲室

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半消聲室較之全消聲室,地面(也可為其它表面)為一個聲學(xué)鏡像面,非常高的聲反射,整個聲學(xué)環(huán)境,如同全消聲室“對折”一般。半消聲室適應(yīng)了難于靠全消地網(wǎng)支撐的大型測試件的需求。同時,也模擬了一些特殊的規(guī)范化聲場環(huán)境,如車輛在空曠的硬質(zhì)道路上的聲學(xué)研究,便可以建設(shè)帶有硬質(zhì)聲學(xué)反射面的“Pass-By”半消聲室,將受氣候條件影響的戶外試驗“搬遷”到環(huán)境溫濕度均可控制的實驗室里來。

IAC Metadyne?(金屬吸聲尖劈)能夠以其優(yōu)異的吸聲性能為半消聲室內(nèi)提供理想聲學(xué)環(huán)境。典型的應(yīng)用場景如測試麥克風(fēng)、聽力保護設(shè)備、Hi-Fi設(shè)備等。大型或重型設(shè)備無法進入全消聲室或測試場景本身發(fā)生在反射平面或地板上時,有硬質(zhì)全反射地板的半消聲室是最好的解決方案。

 

消聲室自由場控制技術(shù)與標準

為模擬自由聲場(半自由聲場)而建設(shè)的聲學(xué)實驗室均可稱為泛意上的消聲室。而標準ISO3745(對應(yīng)GB/T6882)為精密法測試聲源聲功率的標準,其中的附錄部分對其標準實驗所需的自由聲場(半自由聲場)環(huán)境進行了明確的的自由偏差要求,并給出了詳細的鑒定方法,成為了“消聲室”性能的關(guān)鍵基準。滿足ISO3745的消聲室一般依靠吸聲尖劈實現(xiàn)。


自由場偏差

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ISO規(guī)定的滿足偏差要求的區(qū)域,即標準許用的“測試范圍”,即被標準認可的“自由場范圍”。


截止頻率

在人類可聽頻率范圍(20Hz~20000Hz),聲學(xué)測試通常有一個關(guān)注的頻率范圍,希望在一個設(shè)定的最低頻率以上至20000Hz,均能實現(xiàn)較好的自由聲場,這個頻率被稱為消聲室的截止頻率。

吸聲構(gòu)造如果能實現(xiàn)某頻率以上,所有頻段法向吸聲系數(shù)均≥0.99,則稱這個頻率常成為吸聲構(gòu)造的設(shè)計截止頻率

尖劈測試設(shè)備-阻抗管

如果消聲室需要達到ISO3745的自由聲場標準,則墻面的內(nèi)表面,在駐波管內(nèi)的平面波吸聲系數(shù)α檢測值應(yīng)達到0.99,尖劈的截止頻率是能達到這個標準的最低頻率。IAC擁有一套嚴格的試驗管理體制,確保所有的尖劈都利用駐波管進行全面的設(shè)計和驗證

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圖片1.jpg

吸聲尖劈與平板吸聲體的自由場實現(xiàn)能力

吸聲尖劈的斷面吸聲面積,逐漸向內(nèi)遞增,阻抗特性從接近空氣特性阻抗逐漸增大到接近多孔材料(尖劈內(nèi)的吸聲材料)的阻抗。實現(xiàn)了聲波幾乎無反射的吸收。對于波長較長的聲波,這個過程依靠一定的過渡長度來實現(xiàn)的。

一定長度的吸聲尖劈,恰好能實現(xiàn)在某截止頻率以上全頻段很好的吸聲性能,法向吸聲系數(shù)0.99以上。這樣,將尖劈至于消聲室的各個表面,可以有效吸收待測試件的輻射聲波,實現(xiàn)實驗室內(nèi)幾乎無反射的環(huán)境,即實現(xiàn)了自由場環(huán)境。與之對比的普通平板式的吸聲構(gòu)造,傳統(tǒng)上用于混響時間控制和降低室內(nèi)空間的混響聲。

尖劈平板吸聲對比-法向吸聲系數(shù).png

對聲場進行光學(xué)掃描會發(fā)現(xiàn),聲波撞擊在尖劈和平板的波陣面,平板在波陣面的前進中,會產(chǎn)生反射聲波,反射是由于空氣和吸收體之間表面處的阻抗的突變引起的,這與材料厚度無關(guān)。尖劈則不會干擾波陣面的前進。

平板構(gòu)造吸聲不足的情況可以依靠一些“亥姆霍茲共振腔”、“薄板共振”的復(fù)合型構(gòu)造進行改善,但是這些共振構(gòu)造通常只在幾組“共振頻率”上有較好的吸聲,不能做到全頻段的覆蓋。如果室內(nèi)環(huán)境存在某個單一頻段的嚴重駐波,可以專門設(shè)計某一共振頻率的平板進行房間聲學(xué)處理,用此方法加以改善房間聲場特性,但是,實現(xiàn)全頻帶的自由場特性依然是個挑戰(zhàn)。

 

 


消聲室與平板對比.jpg

由于平板結(jié)構(gòu)吸聲不足,利用平板建設(shè)聲學(xué)實驗室,甚至要考慮多次聲反射所帶來的模式聲場,有時還受限與房間的尺寸比例, 平板消聲室所能實現(xiàn)的自由場為一個不規(guī)則的包絡(luò)面,給消聲室建設(shè)帶來了自由場性能上的不確定性

 


ISO3745消聲室自由場的鑒定

    消聲室的自由場主要依照ISO3745進行鑒定

    半消自由場≤630Hz,±2.5dB;800Hz~5000Hz,±2dB;≥6300Hz,±3.0

    全消自由場≤630Hz,±1.5dB;800Hz~5000Hz,±1dB;≥6300Hz,±2.0

    國家級三方權(quán)威機構(gòu)檢測(CNAS認證)

ISO3745對消聲室自由場的鑒定-“軌線法”

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消聲室空間內(nèi)的自由場是無形的,如同暗箱中的油液,不知液面在何處。但可以浸潤探油的長針,抽出以后依靠油跡判斷油液的高低。ISO3745所規(guī)定的軌線法便是這種“探針”的原理。在自由場環(huán)境中,無指向性的點源的聲傳播符合平方反比定律,一條由聲源位置向遠場輻射的軌線上的聲壓級,也應(yīng)符合這樣的規(guī)律。當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)的較大偏差的時候,可判定為房間邊界的聲反射引起,證明已經(jīng)不再是自由場了

ISO3745規(guī)定的這樣的軌線共五條,通過這五條向?qū)嶒炇腋鱾€方向延伸的軌線,便可判定自由場的邊界。

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利用軌線法來判定自由場是一種取樣方法,反應(yīng)出自由場若干個邊界,但卻并不能完整的反應(yīng)自由場的實際形狀。即使依照測試標準得出完全相同的軌線測試結(jié)果,將實際的自由場范圍假想為外突的形狀時和假想為內(nèi)凹的形狀時,分別代表的自由場范圍還是有很大差別的。

IAC以及國內(nèi)外絕大部分的尖劈消聲室建設(shè)廠家,如果以外突的形狀來假定消聲室自由場,軌線法所呈現(xiàn)的結(jié)果將會超出房間的凈空間,甚至大過墻體邊界,這顯然是不符合物理事實的。IAC建議,在設(shè)計階段所約定的自由場為不外突也不內(nèi)凹的矩形六面體區(qū)域。如上所述,這種約定形式可以中肯的評估消聲室符合標準的實際自由場范圍。需注意,消聲室的自由場的實際形狀和客戶未來聲功率測試所需的“測點包絡(luò)面”的形狀是沒有直接關(guān)聯(lián)的。


聲學(xué)實驗室背景噪聲

聲學(xué)實驗室內(nèi),為了測試數(shù)據(jù)的準確性,需要控制外界傳至實驗室內(nèi)的噪聲,保持待測聲音信號和干擾噪聲之間的“信噪比”。例如,消聲室精密法測試要求,在待研究的頻段,背景噪聲的聲壓級要比待研究的聲音信號低10dB。換而言之,聲學(xué)實驗室所要實現(xiàn)的背景噪聲是和所需要研究的最小聲音信號相關(guān)的。

為了實現(xiàn)聲學(xué)實驗室的背景噪聲要求,厚重的墻體、“房中房”結(jié)構(gòu)均是一些重要的土建措施。在專業(yè)聲學(xué)廠家的配合與指導(dǎo)下,常規(guī)的土建機構(gòu)亦能完成這部分的建設(shè)工作。而聲學(xué)試驗室的通行門系統(tǒng)則是普通門無法勝任的,在商業(yè)運用中,40dB以上的隔聲量都能被商用市場上認可為隔聲用門,但聲學(xué)實驗室,常需要50dB,甚至60dB的單層或多層門。聲學(xué)實驗室的隔聲門須由專業(yè)的聲學(xué)廠家生產(chǎn)。

隔聲門的設(shè)計理論

在隔聲門的前期設(shè)計中,基礎(chǔ)的聲學(xué)理論是“質(zhì)量定理”、“多層結(jié)構(gòu)的綜合隔聲”,隔聲門板會被制造成一個厚重的,多層隔聲阻尼層的復(fù)合板結(jié)構(gòu)。不過,符合質(zhì)量定律的厚重門板只是隔聲門的基礎(chǔ)要求。利用質(zhì)量定律對隔聲門進行隔聲量預(yù)測常常得到過于理想的結(jié)果,這是因為隔聲門隔聲量存在“木桶效應(yīng)”。隔聲門的門縫、門框用槽等,任何制造、安裝的細節(jié)問題到至的漏聲縫隙、聲橋等聲學(xué)現(xiàn)象均會讓隔聲門的隔聲量大打折扣。

一個Rw61的隔聲構(gòu)造,考慮0.1mm的底部漏縫時,隔聲量甚至有10dB的隔聲量衰減。

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IAC的各類實驗結(jié)果同樣顯示,當(dāng)板料的隔聲量較小時,隔聲構(gòu)造的綜合隔聲量接近板料的隔聲,但是不斷提升板料隔聲量,最終構(gòu)造的綜合隔聲受限于不同的安裝密封工藝而不會增加。

針對這樣的特點,IAC為不同隔聲等級的隔聲門設(shè)計不同的密封形式。這些密封構(gòu)造的聲學(xué)模型難以模擬的,更沒有對這些密封泄漏的準確計量方法。鑒于上述情況,IAC對隔聲門的理論計算模擬僅作為設(shè)計參考,并堅持以制造與安裝的質(zhì)量控制確保隔聲門的隔聲性能,隔聲門的隔聲量必須利用實驗室檢測方法、現(xiàn)場測量方法標定。執(zhí)行標準ISO140、GB/T19889等

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聲學(xué)實驗室通風(fēng)系統(tǒng) - Quite-vent?消聲系統(tǒng)

消聲室除了需要具有必須的聲學(xué)性能外,還為測試提供空氣溫濕度控制,為研究人員提供一個安全、舒適、恒溫的環(huán)境,有時需要控制其流場環(huán)境。這就需要引入不同類型的通風(fēng)系統(tǒng)。

聲學(xué)實驗室內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)的聲學(xué)性能有兩個控制關(guān)鍵:

●    由管道傳遞至聲學(xué)實驗室的空調(diào)主機噪聲

●    一定風(fēng)速,紊亂的氣流吹動風(fēng)口末端設(shè)施產(chǎn)生的“再生噪聲”

 

控制風(fēng)機噪聲主要依靠消聲器。IAC利用自有軟件SNAP合理設(shè)計選型消聲器,在提供足夠的降噪量(插入損失)的同時,盡量減少通風(fēng)管路的氣動壓損。

IAC SNAP FORM軟件的原理基礎(chǔ)為管道聲學(xué)與室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲場,同時,對具體的輸入?yún)?shù),還結(jié)合了樣本差值法。

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SNAP軟件所包含的工程數(shù)據(jù)樣本包括:

    離心式、軸流式各類風(fēng)機不同風(fēng)量下的聲功率數(shù)據(jù)

    不同類型AHU功能單元插入損失數(shù)據(jù)

    不同形狀、尺寸規(guī)格、內(nèi)表面材質(zhì)的直管段插入損失數(shù)據(jù)

    不形形狀、尺寸規(guī)格、內(nèi)表面材質(zhì)的彎管段插入損失數(shù)據(jù)

    不同類型的末端指向性因素數(shù)據(jù)

    不同類型房間平均吸聲系數(shù)

    IAC各類型消聲器不同流速插入損失數(shù)據(jù)

    IAC各類型消聲器不同流速下的氣動壓損、再生噪聲數(shù)據(jù)

 

更多咨詢,詳見消聲室通風(fēng)系統(tǒng)


聲學(xué)實驗室隔振系統(tǒng) - IAC Vikafoam?隔振系統(tǒng)

1617766926120355.jpg影響聲學(xué)實驗室的噪聲不僅來自空氣聲傳聲,有可能從建筑地面向房間內(nèi)傳遞,其傳遞路徑不同于一般的高層樓板的撞擊聲,雙層房構(gòu)造的內(nèi)房(有時也包括外房)需要根據(jù)傳遞路徑,隔振目標進行專門的結(jié)構(gòu)隔振設(shè)計。

減振器的彈簧-阻尼特性和房間整體質(zhì)量,構(gòu)成了一個“彈簧(阻尼)-質(zhì)量塊”系統(tǒng)。系統(tǒng)的固有頻率越低,干擾噪聲與固有頻率之比越大,則隔振效率越高。不過,固有頻率低常常意味著減振器更大的物理尺度。所以,工程實踐中,隔振系統(tǒng)的固有頻率也不宜設(shè)計得過低。一般控制在8Hz~10Hz。

 

 


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聲學(xué)測試所經(jīng)常關(guān)注的頻率段高于配有隔振系統(tǒng)的實驗室整體固有頻率。在這個區(qū)間內(nèi),金屬材質(zhì)的彈簧減振系統(tǒng)(阻尼比0.005~0.015之間)(或者路軌構(gòu)造的金屬隔振系統(tǒng))擁有更低的阻尼比,振動的傳遞率更低,即隔振效果更好。但是,在共振頻率上,金屬彈簧隔振系統(tǒng)卻又較強烈的共振現(xiàn)象。相對而言,阻尼較高的隔振系統(tǒng),隔振效率略低,但是在共振頻率上,卻可以有效減弱共振現(xiàn)象。阻尼特性不同的隔振系統(tǒng),各有優(yōu)缺點。

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搭建消聲室何時用吸聲尖劈?何時用平板吸聲體?

1616375981252338.jpg根據(jù)全球已有的大量工程案例及專業(yè)研究報告結(jié)論,如果您的希望達到 ISO3746 標準,則您應(yīng)該選擇吸聲尖劈消聲室。如果您僅需要達到 ISO3744 標準,工程法精度級別的聲學(xué)實驗室,或者對自由場范圍要求遠小于房間整體凈空間的情況來考慮,則可以考慮采用平板吸聲體搭建消聲器。對此,IAC已經(jīng)在全球完成了數(shù)十個平板吸聲體消聲室。