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消声室的技术标准与种类

IAC公司是全球最早设计、建设声学试验室的供应商。至今,IAC已为航空、汽车、船舶、军工、动力设备、电声、媒体、各大院校、研发中心及检测机构建设了数百间半消声室。我们采用单层或双层墙体设计的试验室能够满足各类客户ISO 3745、ISO 26101精度级别的研发需求。

点击以下视频了解IAC消声室产品:



 消声室

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如上视频中说播,弥散在空间中的声音无法装在实验室的瓶瓶罐罐里研究,只有建筑尺度的“罐子”才能保持声音待研究的特性。对于声学研究,声学实验室不只是一个操作环境,其重要性更如化学实验室中的容器一般。

消声室为声学实验提供自由场环境。通过非常特殊的强吸声结构,实现了各个表面绝大部分声波的吸收,模拟出声学自由场,使得实验室如空旷无边,无声反射的空间一般。

而且,消声室还常有多层隔声构造,以阻止外界噪声对实验的干扰。


 消声室

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半消声室较之全消声室,地面(也可为其它表面)为一个声学镜像面,非常高的声反射,整个声学环境,如同全消声室“对折”一般。半消声室适应了难于靠全消地网支撑的大型测试件的需求。同时,也模拟了一些特殊的规范化声场环境,如车辆在空旷的硬质道路上的声学研究,便可以建设带有硬质声学反射面的“Pass-By”半消声室,将受气候条件影响的户外试验“搬迁”到环境温湿度均可控制的实验室里来。

IAC Metadyne®(金属吸声尖劈)能够以其优异的吸声性能为半消声室内提供理想声学环境。典型的应用场景如测试麦克风、听力保护设备、Hi-Fi设备等。大型或重型设备无法进入全消声室或测试场景本身发生在反射平面或地板上时,有硬质全反射地板的半消声室是最好的解决方案。

 

消声室自由场控制技术与标准

为模拟自由声场(半自由声场)而建设的声学实验室均可称为泛意上的消声室。而标准ISO3745(对应GB/T6882)为精密法测试声源声功率的标准,其中的附录部分对其标准实验所需的自由声场(半自由声场)环境进行了明确的的自由偏差要求,并给出了详细的鉴定方法,成为了“消声室”性能的关键基准。满足ISO3745的消声室一般依靠吸声尖劈实现。


自由场偏差

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ISO规定的满足偏差要求的区域,即标准许用的“测试范围”,即被标准认可的“自由场范围”。


截止频率

在人类可听频率范围(20Hz~20000Hz),声学测试通常有一个关注的频率范围,希望在一个设定的最低频率以上至20000Hz,均能实现较好的自由声场,这个频率被称为消声室的截止频率

吸声构造如果能实现某频率以上,所有频段法向吸声系数均≥0.99,则称这个频率常成为吸声构造的设计截止频率

尖劈测试设备-阻抗管

如果消声室需要达到ISO3745的自由声场标准,则墙面的内表面,在驻波管内的平面波吸声系数α检测值应达到0.99,尖劈的截止频率是能达到这个标准的最低频率。IAC拥有一套严格的试验管理体制,确保所有的尖劈都利用驻波管进行全面的设计和验证

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吸声尖劈与平板吸声体的自由场实现能力

吸声尖劈的断面吸声面积,逐渐向内递增,阻抗特性从接近空气特性阻抗逐渐增大到接近多孔材料(尖劈内的吸声材料)的阻抗。实现了声波几乎无反射的吸收。对于波长较长的声波,这个过程依靠一定的过渡长度来实现的。

一定长度的吸声尖劈,恰好能实现在某截止频率以上全频段很好的吸声性能,法向吸声系数0.99以上。这样,将尖劈至于消声室的各个表面,可以有效吸收待测试件的辐射声波,实现实验室内几乎无反射的环境,即实现了自由场环境。与之对比的普通平板式的吸声构造,传统上用于混响时间控制和降低室内空间的混响声。

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对声场进行光学扫描会发现,声波撞击在尖劈和平板的波阵面,平板在波阵面的前进中,会产生反射声波,反射是由于空气和吸收体之间表面处的阻抗的突变引起的,这与材料厚度无关。尖劈则不会干扰波阵面的前进。

平板构造吸声不足的情况可以依靠一些“亥姆霍兹共振腔”、“薄板共振”的复合型构造进行改善,但是这些共振构造通常只在几组“共振频率”上有较好的吸声,不能做到全频段的覆盖。如果室内环境存在某个单一频段的严重驻波,可以专门设计某一共振频率的平板进行房间声学处理,用此方法加以改善房间声场特性,但是,实现全频带的自由场特性依然是个挑战。

 

 


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由于平板结构吸声不足,利用平板建设声学实验室,甚至要考虑多次声反射所带来的模式声场,有时还受限与房间的尺寸比例, 平板消声室所能实现的自由场为一个不规则的包络面给消声室建设带来了自由场性能上的不确定性

 


ISO3745消声室自由场的鉴定

    消声室的自由场主要依照ISO3745进行鉴定

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

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

    国家级三方权威机构检测(CNAS认证)

ISO3745对消声室自由场的鉴定-“轨线法”

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消声室空间内的自由场是无形的,如同暗箱中的油液,不知液面在何处。但可以浸润探油的长针,抽出以后依靠油迹判断油液的高低。ISO3745所规定的轨线法便是这种“探针”的原理。在自由场环境中,无指向性的点源的声传播符合平方反比定律,一条由声源位置向远场辐射的轨线上的声压级,也应符合这样的规律。当出现连续的较大偏差的时候,可判定为房间边界的声反射引起,证明已经不再是自由场了

ISO3745规定的这样的轨线共五条,通过这五条向实验室各个方向延伸的轨线,便可判定自由场的边界。

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利用轨线法来判定自由场是一种取样方法,反应出自由场若干个边界,但却并不能完整的反应自由场的实际形状。即使依照测试标准得出完全相同的轨线测试结果,将实际的自由场范围假想为外突的形状时和假想为内凹的形状时,分别代表的自由场范围还是有很大差别的。

IAC以及国内外绝大部分的尖劈消声室建设厂家,如果以外突的形状来假定消声室自由场,轨线法所呈现的结果将会超出房间的净空间,甚至大过墙体边界,这显然是不符合物理事实的。IAC建议,在设计阶段所约定的自由场为不外突也不内凹的矩形六面体区域。如上所述,这种约定形式可以中肯的评估消声室符合标准的实际自由场范围。需注意,消声室的自由场的实际形状和客户未来声功率测试所需的“测点包络面”的形状是没有直接关联的。


声学实验室背景噪声

声学实验室内,为了测试数据的准确性,需要控制外界传至实验室内的噪声,保持待测声音信号和干扰噪声之间的“信噪比”。例如,消声室精密法测试要求,在待研究的频段,背景噪声的声压级要比待研究的声音信号低10dB。换而言之,声学实验室所要实现的背景噪声是和所需要研究的最小声音信号相关的。

为了实现声学实验室的背景噪声要求,厚重的墙体、“房中房”结构均是一些重要的土建措施。在专业声学厂家的配合与指导下,常规的土建机构亦能完成这部分的建设工作。而声学试验室的通行门系统则是普通门无法胜任的,在商业运用中,40dB以上的隔声量都能被商用市场上认可为隔声用门,但声学实验室,常需要50dB,甚至60dB的单层或多层门。声学实验室的隔声门须由专业的声学厂家生产。

隔声门的设计理论

在隔声门的前期设计中,基础的声学理论是“质量定理”、“多层结构的综合隔声”,隔声门板会被制造成一个厚重的,多层隔声阻尼层的复合板结构。不过,符合质量定律的厚重门板只是隔声门的基础要求。利用质量定律对隔声门进行隔声量预测常常得到过于理想的结果,这是因为隔声门隔声量存在“木桶效应”。隔声门的门缝、门框用槽等,任何制造、安装的细节问题到至的漏声缝隙、声桥等声学现象均会让隔声门的隔声量大打折扣。

一个Rw61的隔声构造,考虑0.1mm的底部漏缝时,隔声量甚至有10dB的隔声量衰减。

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IAC的各类实验结果同样显示,当板料的隔声量较小时,隔声构造的综合隔声量接近板料的隔声,但是不断提升板料隔声量,最终构造的综合隔声受限于不同的安装密封工艺而不会增加。

针对这样的特点,IAC为不同隔声等级的隔声门设计不同的密封形式。这些密封构造的声学模型难以模拟的,更没有对这些密封泄漏的准确计量方法。鉴于上述情况,IAC对隔声门的理论计算模拟仅作为设计参考,并坚持以制造与安装的质量控制确保隔声门的隔声性能,隔声门的隔声量必须利用实验室检测方法、现场测量方法标定。执行标准ISO140、GB/T19889等

点击隔声门窗了解更多相关咨询


声学实验室通风系统 - Quite-vent®消声系统

消声室除了需要具有必须的声学性能外,还为测试提供空气温湿度控制,为研究人员提供一个安全、舒适、恒温的环境,有时需要控制其流场环境。这就需要引入不同类型的通风系统。

声学实验室内的通风系统的声学性能有两个控制关键:

●    由管道传递至声学实验室的空调主机噪声

●    一定风速,紊乱的气流吹动风口末端设施产生的“再生噪声”

 

控制风机噪声主要依靠消声器。IAC利用自有软件SNAP合理设计选型消声器,在提供足够的降噪量(插入损失)的同时,尽量减少通风管路的气动压损。

IAC SNAP FORM软件的原理基础为管道声学与室内稳态声场,同时,对具体的输入参数,还结合了样本差值法。

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SNAP软件所包含的工程数据样本包括:

    离心式、轴流式各类风机不同风量下的声功率数据

    不同类型AHU功能单元插入损失数据

    不同形状、尺寸规格、内表面材质的直管段插入损失数据

    不形形状、尺寸规格、内表面材质的弯管段插入损失数据

    不同类型的末端指向性因素数据

    不同类型房间平均吸声系数

    IAC各类型消声器不同流速插入损失数据

    IAC各类型消声器不同流速下的气动压损、再生噪声数据

 

更多咨询,详见消声室通风系统


声学实验室隔振系统 - IAC Vikafoam®隔振系统

1617766926120355.jpg影响声学实验室的噪声不仅来自空气声传声,有可能从建筑地面向房间内传递,其传递路径不同于一般的高层楼板的撞击声,双层房构造的内房(有时也包括外房)需要根据传递路径,隔振目标进行专门的结构隔振设计。

减振器的弹簧-阻尼特性和房间整体质量,构成了一个“弹簧(阻尼)-质量块”系统。系统的固有频率越低,干扰噪声与固有频率之比越大,则隔振效率越高。不过,固有频率低常常意味着减振器更大的物理尺度。所以,工程实践中,隔振系统的固有频率也不宜设计得过低。一般控制在8Hz~10Hz

 

 


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声学测试所经常关注的频率段高于配有隔振系统的实验室整体固有频率。在这个区间内,金属材质的弹簧减振系统(阻尼比0.005~0.015之间)(或者路轨构造的金属隔振系统)拥有更低的阻尼比,振动的传递率更低,即隔振效果更好。但是,在共振频率上,金属弹簧隔振系统却又较强烈的共振现象。相对而言,阻尼较高的隔振系统,隔振效率略低,但是在共振频率上,却可以有效减弱共振现象。阻尼特性不同的隔振系统,各有优缺点。

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搭建消声室何时用吸声尖劈?何时用平板吸声体?

1616375981252338.jpg根据全球已有的大量工程案例及专业研究报告结论,如果您的希望达到 ISO3746 标准,则您应该选择吸声尖劈消声室。如果您仅需要达到 ISO3744 标准,工程法精度级别的声学实验室,或者对自由场范围要求远小于房间整体净空间的情况来考虑,则可以考虑采用平板吸声体搭建消声器。对此,IAC已经在全球完成了数十个平板吸声体消声室。