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你了解聲學測試室嗎?

測試室是輔助進行聲學測量的特殊環(huán)境。主要有兩個目的:

創(chuàng)建聲音功率與聲壓之間關系已知的環(huán)境。

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

聲音功率測量需要如下的聲學測試室和環(huán)境:

精確級別:消聲室、半消聲室和共響室

工程級別:半消聲室和自由場室

調查級別:自由場室和自然環(huán)境

聲音強度測量要求自由場室和自然環(huán)境。

聲音質量測量要求自由場室和自然環(huán)境。

基本概念

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

下圖展示了聲音場相關的五個領域:

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

遠場:遠離聲源的區(qū)域,聲壓隨著距離增加逐漸減弱。在遠場范圍內,距離聲源不同點的聲波是同相位的。遠場在近場結束的地方開始。

直接場:聲音能量主要來源于聲源直線傳播而不通過反射的區(qū)域。

共響場:聲音能量主要來源于聲源通過反射(至少一次)的區(qū)域。在反射次數(shù)有限的統(tǒng)計限制下,共響場逐漸達到散射場的條件。

環(huán)境噪聲區(qū)域:聲音能量并非來源于聲源而主要來源于與測試無關的區(qū)域。

高環(huán)境噪聲測試室的聲場

1. 消聲室

消聲室是高精度級別的聲功率測試所需的,例如ANSI S12.35和ISO 3745。這樣的測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造),它的天花板、地板和墻壁帶有消聲的內部楔子。通常為了可以在楔子上行走,還使用張力電纜地板。

消音楔子是設計用于對高于設計節(jié)制頻率的所有頻率,提供高于0.99的吸收系數(shù)。經過這樣楔子的反射,強度將衰減20 dB或以上。消音楔子的長度通常是截止頻率處波長的四分之一。例如,100 Hz截止頻率的楔子通常約為36英寸長。高效消音楔子的設計和制造是非常復雜的任務,須由聲學室設計者完成。

由于在消音室中缺少反射,室內為直接場。聲壓級別和聲音功率等級之間的關系為簡單的反平方傳播法則:

其中LPi是第i個麥克風處的聲壓等級,LW是聲音功率級別,r是從聲源到接收點以米為單位的距離,DIi是聲源在第i個麥克風方向的直接索引。

設計良好并經過良好構建的外殼對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個三分之一音高的內部聲強等級為:

被測設備的每個麥克風位置的聲強等級應該比背景聲壓等級高10 dB或更多。

驗證

在這樣的性能級別下,任何聲音反射表面都會影響環(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)范標準要求完成驗證測試,其中包括一系列偏離測試,找出聲音傳播在一定程度上沒有遵照上述等式的區(qū)域。

測量表面

使用球形麥克風陣列要求在消聲室內至少有20個麥克風位置。球形表面的半徑要求不小于被測設備長度尺寸特性的兩倍。在一些條件下,需要多達40個麥克風位置。

可以允許在麥克風和楔子尖之間有四分之一波長,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對房間進行驗證。

消音室的優(yōu)點和缺點

優(yōu)點:保存聲源的方向信息

優(yōu)點:保存聲音的時間歷史

優(yōu)點:高級別的測量精度

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

行業(yè)標準:ANSI S12.35、ISO 3745。

2. 半消音室

消音室用于高精確級別的聲功率測量,例如ANSI S12.35和ISO 3745,以及工程等級的聲功率測量,例如ANSI S12.34和ISO 3744。許多測試代碼要求使用半消音室(例如用于計算機、ECMA 74、ISO 7779和ANSI S12.10)。這樣的測試室包含高傳輸損失的外殼,它內部的天花板和墻壁帶有消音楔子裝飾。地面特意設計為高反射性,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,室內充滿直接聲場,當聲源安裝在反射平面時,聲壓等級和聲音功率等級之間的關系為方向為2的反平方法則傳輸關系:

其中LPi是第i個麥克風的聲壓等級,LW是聲音功率等級,r是從聲源到接收點以米表示的距離,DIi是聲源方向第i個麥克風的方向索引。當聲源高度高于反射平面較大時(約為波長的十分之一),這個關系不再成立:直接聲波和反射聲波的相位必須進行調整。

出于實際的原因,在被測設備較大或較重時,通常傾向于使用半消聲室。

良好設計并經過良好構建的外殼對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個三分之一音高的內部聲強等級為:

如果使用過大或過多的穿透深度,或是如果穿透沒有為噪聲控制進行合適的設置,測試室外殼隔離可能受到負面影響。迂回傳播也可能會將過多的聲音能量帶到測試室內。

標簽: NI 聲學測試

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