你了解聲學(xué)測(cè)試室嗎？

　　測(cè)試室是輔助進(jìn)行聲學(xué)測(cè)量的特殊環(huán)境。主要有兩個(gè)目的：

　　創(chuàng)建聲音功率與聲壓之間關(guān)系已知的環(huán)境。

　　為了降低或消除噪聲干擾，其中包括環(huán)境噪聲、輔助設(shè)備、機(jī)械設(shè)備、汽車、卡車、飛機(jī)和軌道交通和其他設(shè)備所帶來(lái)的噪聲等等。

　　聲音功率測(cè)量需要如下的聲學(xué)測(cè)試室和環(huán)境：

　　精確級(jí)別：消聲室、半消聲室和共響室

　　工程級(jí)別：半消聲室和自由場(chǎng)室

　　調(diào)查級(jí)別：自由場(chǎng)室和自然環(huán)境

　　聲音強(qiáng)度測(cè)量要求自由場(chǎng)室和自然環(huán)境。

　　聲音質(zhì)量測(cè)量要求自由場(chǎng)室和自然環(huán)境。

　　基本概念

　　聲壓等級(jí)隨著距離聲源的距離和方向而變化。部分變化是聲源導(dǎo)致的，也可能是測(cè)試環(huán)境導(dǎo)致的。一個(gè)好的測(cè)試環(huán)境用戶可以區(qū)分這些變化。

　　下圖展示了聲音場(chǎng)相關(guān)的五個(gè)領(lǐng)域：

　　近場(chǎng)：靠近聲源附件的區(qū)域，聲壓在平均值附近波動(dòng)。在近場(chǎng)范圍內(nèi)，距離聲源不同位置的聲波由于相位不同，通過(guò)干擾互相增強(qiáng)或削弱。因此，近場(chǎng)深度是聲源幾何形狀、測(cè)量位置和聲音波長(zhǎng)的函數(shù)。

　　遠(yuǎn)場(chǎng)：遠(yuǎn)離聲源的區(qū)域，聲壓隨著距離增加逐漸減弱。在遠(yuǎn)場(chǎng)范圍內(nèi)，距離聲源不同點(diǎn)的聲波是同相位的。遠(yuǎn)場(chǎng)在近場(chǎng)結(jié)束的地方開(kāi)始。

　　直接場(chǎng)：聲音能量主要來(lái)源于聲源直線傳播而不通過(guò)反射的區(qū)域。

　　共響場(chǎng)：聲音能量主要來(lái)源于聲源通過(guò)反射(至少一次)的區(qū)域。在反射次數(shù)有限的統(tǒng)計(jì)限制下，共響場(chǎng)逐漸達(dá)到散射場(chǎng)的條件。

　　環(huán)境噪聲區(qū)域：聲音能量并非來(lái)源于聲源而主要來(lái)源于與測(cè)試無(wú)關(guān)的區(qū)域。

　　高環(huán)境噪聲測(cè)試室的聲場(chǎng)

　　1. 消聲室

　　消聲室是高精度級(jí)別的聲功率測(cè)試所需的，例如ANSI S12.35和ISO 3745。這樣的測(cè)試室包含高透射損失的外部封套(通常用混凝土或模塊化鋼板構(gòu)造)，它的天花板、地板和墻壁帶有消聲的內(nèi)部楔子。通常為了可以在楔子上行走，還使用張力電纜地板。

　　消音楔子是設(shè)計(jì)用于對(duì)高于設(shè)計(jì)節(jié)制頻率的所有頻率，提供高于0.99的吸收系數(shù)。經(jīng)過(guò)這樣楔子的反射，強(qiáng)度將衰減20 dB或以上。消音楔子的長(zhǎng)度通常是截止頻率處波長(zhǎng)的四分之一。例如，100 Hz截止頻率的楔子通常約為36英寸長(zhǎng)。高效消音楔子的設(shè)計(jì)和制造是非常復(fù)雜的任務(wù)，須由聲學(xué)室設(shè)計(jì)者完成。

　　由于在消音室中缺少反射，室內(nèi)為直接場(chǎng)。聲壓級(jí)別和聲音功率等級(jí)之間的關(guān)系為簡(jiǎn)單的反平方傳播法則：

　　其中LPi是第i個(gè)麥克風(fēng)處的聲壓等級(jí)，LW是聲音功率級(jí)別，r是從聲源到接收點(diǎn)以米為單位的距離，DIi是聲源在第i個(gè)麥克風(fēng)方向的直接索引。

　　設(shè)計(jì)良好并經(jīng)過(guò)良好構(gòu)建的外殼對(duì)噪聲的降低通常在數(shù)值上至少等于外殼組件的聲音傳播損失。因此第i個(gè)三分之一音高的內(nèi)部聲強(qiáng)等級(jí)為：

　　被測(cè)設(shè)備的每個(gè)麥克風(fēng)位置的聲強(qiáng)等級(jí)應(yīng)該比背景聲壓等級(jí)高10 dB或更多。

　　驗(yàn)證

　　在這樣的性能級(jí)別下，任何聲音反射表面都會(huì)影響環(huán)境的性能。盡管許多反射都被有效抑止了，一部分仍然存在。因此，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求完成驗(yàn)證測(cè)試，其中包括一系列偏離測(cè)試，找出聲音傳播在一定程度上沒(méi)有遵照上述等式的區(qū)域。

　　測(cè)量表面

　　使用球形麥克風(fēng)陣列要求在消聲室內(nèi)至少有20個(gè)麥克風(fēng)位置。球形表面的半徑要求不小于被測(cè)設(shè)備長(zhǎng)度尺寸特性的兩倍。在一些條件下，需要多達(dá)40個(gè)麥克風(fēng)位置。

　　可以允許在麥克風(fēng)和楔子尖之間有四分之一波長(zhǎng)，盡管在一些情況下(例如在寬帶噪聲源環(huán)境下)，可能要用靠近楔子尖位置的麥克風(fēng)對(duì)房間進(jìn)行驗(yàn)證。

　　消音室的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：保存聲源的方向信息

　　優(yōu)點(diǎn)：保存聲音的時(shí)間歷史

　　優(yōu)點(diǎn)：高級(jí)別的測(cè)量精度

　　缺點(diǎn)：需要大型、相對(duì)昂貴、精確驗(yàn)證的房間，對(duì)于小型聲源需要20英尺的立方體(用于測(cè)試100 Hz)，如果要測(cè)量更大的聲源，則測(cè)試頻率需降低。缺點(diǎn)：需要大量麥克風(fēng)位置。如果實(shí)驗(yàn)室吞吐量是重要的，則需要考慮多通道的同步采集。

　　行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：ANSI S12.35、ISO 3745。

　　2. 半消音室

　　消音室用于高精確級(jí)別的聲功率測(cè)量，例如ANSI S12.35和ISO 3745，以及工程等級(jí)的聲功率測(cè)量，例如ANSI S12.34和ISO 3744。許多測(cè)試代碼要求使用半消音室(例如用于計(jì)算機(jī)、ECMA 74、ISO 7779和ANSI S12.10)。這樣的測(cè)試室包含高傳輸損失的外殼，它內(nèi)部的天花板和墻壁帶有消音楔子裝飾。地面特意設(shè)計(jì)為高反射性，吸收系數(shù)為0.06或更小，通常用混凝土建造。

　　由于消音室欠缺反射，室內(nèi)充滿直接聲場(chǎng)，當(dāng)聲源安裝在反射平面時(shí)，聲壓等級(jí)和聲音功率等級(jí)之間的關(guān)系為方向?yàn)?的反平方法則傳輸關(guān)系：

　　其中LPi是第i個(gè)麥克風(fēng)的聲壓等級(jí)，LW是聲音功率等級(jí)，r是從聲源到接收點(diǎn)以米表示的距離，DIi是聲源方向第i個(gè)麥克風(fēng)的方向索引。當(dāng)聲源高度高于反射平面較大時(shí)(約為波長(zhǎng)的十分之一)，這個(gè)關(guān)系不再成立：直接聲波和反射聲波的相位必須進(jìn)行調(diào)整。

　　出于實(shí)際的原因，在被測(cè)設(shè)備較大或較重時(shí)，通常傾向于使用半消聲室。

　　良好設(shè)計(jì)并經(jīng)過(guò)良好構(gòu)建的外殼對(duì)噪聲的降低通常在數(shù)值上至少等于外殼組件的聲音傳播損失。因此第i個(gè)三分之一音高的內(nèi)部聲強(qiáng)等級(jí)為：

　　如果使用過(guò)大或過(guò)多的穿透深度，或是如果穿透沒(méi)有為噪聲控制進(jìn)行合適的設(shè)置，測(cè)試室外殼隔離可能受到負(fù)面影響。迂回傳播也可能會(huì)將過(guò)多的聲音能量帶到測(cè)試室內(nèi)。