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消音室

  2014-10-10

1 簡介

  指一間沒有反射的房間。在消音室的墻壁上均鋪設(shè)得有吸聲性能良好的吸聲材料。因此,室內(nèi)便不會有聲波的反射。消音室是專門用來測試音箱、喇叭單元等。
消音室所用的吸聲材料,要求吸聲系數(shù)大于0.99。一般使用漸變吸收層,常用尖劈或圓錐結(jié)構(gòu),以玻璃棉作吸聲材料,也有用軟泡沫塑料的。例如一個10×10×10m的實(shí)驗(yàn)室,每面敷設(shè)1m長的吸聲尖劈,其低頻截止頻率可達(dá)50Hz。在消音室中進(jìn)行試驗(yàn)時,被測試的對象或聲源等置于中央的尼龍絲網(wǎng)或鋼絲網(wǎng)上,由于此類網(wǎng)能承受的重量有限,故只能測試重量輕、體積小的聲源等。

2 性能

  消音室的性能是否符合使用要求,一般用檢定自由場的方法來檢驗(yàn),即點(diǎn)聲源在其中產(chǎn)生的聲壓應(yīng)與到聲源消音室消音室的距離成反比,實(shí)測聲場與理想自由場的偏差,是用以衡量消音室性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。在一般的聲學(xué)測試中,要求此偏差不大于±1dB;對于傳聲器校準(zhǔn),則要求在校準(zhǔn)距離附近此偏差不大于±0.1dB。 
消音室除了應(yīng)滿足自由場的要求外,還要求有較低的本底噪聲。故在消音室與基礎(chǔ)之間,還需采取一定的隔振措施。 
對于第一次進(jìn)入消音室的人來說,在這里面實(shí)在是太不習(xí)慣了,和外界的聽覺感觸完全不一樣,擊掌說話沒有任何回聲,走動時衣褲摩擦的聲音卻前所未有的清晰,在不說不動的情況下這里安靜的似乎能聽到自己血液流淌的聲音。在這種極度安靜的環(huán)境下,第一次接觸消音室的人都會馬上感覺到孤獨(dú)和輕微的恐懼。

3 應(yīng)用價值

  由于實(shí)際需要,自70年代起發(fā)展了一種稱為半消聲室的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室。此半消音室除要求地面為硬質(zhì)剛性反射面外,其余與消音室相同。當(dāng)聲源或接收器置于地面上時,聲源和接收器之間只有直達(dá)聲而沒有反射聲,故在地面上的半空間中有同消音室中那樣的自由場。半消音室的優(yōu)點(diǎn)是由于地面是硬的,能承受較大的重量,適宜測量如車輛、大型機(jī)器、設(shè)備等的噪聲功率且使用方便,造價比消音室低廉;缺點(diǎn)是當(dāng)聲源的等效聲中心或接收器高出地面較多時,聲反射的影響使聲場嚴(yán)重偏離自由場,這種現(xiàn)象在頻率高時更為顯著,因此消音聲室存在有高頻限。 

      卦限消音室是一個相鄰的三個面為硬反射面,另三個面上裝有吸聲尖劈的實(shí)驗(yàn)室。三個反射面形成三面鏡子,如聲源或接收器置于此三反射面的交點(diǎn)上,則聲源和接收器之間和半消音室相同,只有直達(dá)聲而沒有反射聲,使在其中形成自由場。由于聲源或接收器只能置于交點(diǎn)上,故在實(shí)際使用中將受到很大限制。

4 注意事項(xiàng)

  在設(shè)計(jì)消音室時應(yīng)注意: 
(1)純音信號的測試項(xiàng)目與寬帶噪聲信號的測試項(xiàng)目對界面吸聲系數(shù)的要求可有較大差別。 
當(dāng)界面吸聲系數(shù)a=0.99,即|R|=0.1時.偏差△L=1dB的范圍為r<O.2L,△L=-1dB的范圍為r<0.18L。揚(yáng)聲器電聲參數(shù)的測試,多半用純音信號.所以一般要求界面吸聲系數(shù)大于0.99,才能在足夠大的測試距離上滿足聲場偏差小于±10%的要求。若要求△Ln<1dB,則即使r=L/2,即測點(diǎn)接近界面,也只要a=0.88就夠了。特別在半消聲室中進(jìn)行機(jī)器輻射噪聲功率級的測定,允許自由聲場偏差≤±2 dB或±3 dB,所以對界面吸聲系數(shù)不必要求達(dá)到0.99。 
(2)隨之而來的是關(guān)于吸聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 
對于要求吸聲系數(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,聲波在細(xì)管中的振動因內(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.吸聲的頻率特性與材料厚度有關(guān),即吸聲最大值的下限頻率大約是其厚度相對應(yīng)的1.4波長的頻率。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)。尖劈的總長度決定最大吸聲系數(shù)的最低頻率(一般稱吸聲系數(shù)大于0.99的最低頻率為尖劈的截止頻率)。大約為尖劈總長度相應(yīng)為1/4波長的頻率。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。 
在寬帶噪聲信號的測試情況,尤其半消音室中噪聲源聲功率級的測定,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)的聲功率測定進(jìn)行半消音室設(shè)計(jì)時,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)省地完成了半消音室的設(shè)計(jì)任務(wù)。 
(3)關(guān)于消音室大小和形狀的考慮。 
一般消音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,則大的凹面會產(chǎn)生聚焦的聲缺陷,完全不可能獲得近似的自由聲場。 
對于機(jī)器輻射噪聲功率的測試,一般測點(diǎn)都要在設(shè)備的四周空間布置,所以多為設(shè)計(jì)成方形或長方形的半消音室.其長寬和高度均可估算,即按有關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)所要求的測量距離、測量位置、允許與自由聲場的偏差,來確定邊長及高度的尺寸,當(dāng)然會適當(dāng)留有余地,還要考慮今后可能有的設(shè)備大小。 
對于電聲器件的參數(shù)測量,則如果聲源(揚(yáng)聲器)放在消音室中心.傳聲器沿軸向或平面對角線方向放置(一般測試距離1m,對于大尺寸的音箱及線陣列等揚(yáng)聲器系統(tǒng),需要較大的測試距離),則消音室尺寸就較大。一般考慮是將聲源與傳聲器測試線的中心設(shè)在消音室的中心,并且測試線沿平面對角線方向,消音室的形狀是長方形.這樣安排使消音室空間最為節(jié)省。建成后進(jìn)行自由聲場鑒定時,除聲源放在消音室中心進(jìn)行測量,得到這種情況下一定偏差(為±ldB,±2dB等)內(nèi)自由聲場的范圍,另外將測試聲源放在將來安放被測揚(yáng)聲器的位置.檢測在(平面對角線方向)多遠(yuǎn)測試距離上,與理想自由聲場的偏差為多大。

5 最靜記錄

  2012年4月4日,據(jù)英國《每日郵報(bào)》報(bào)道,美國制造的地球上最安靜場所卻靜得令人無法忍受,人在此種消音室消音室環(huán)境中可以忍受的最長時間為45分鐘。 
美國明尼阿波利斯南部奧菲爾德實(shí)驗(yàn)室(Orfield)的“消音室”可以吸收99.99%的聲音,被吉尼斯世界紀(jì)錄列為世界上最安靜的地方。但是待在這里時間過長會令人產(chǎn)生幻覺。這間“消音室”的建造者史蒂文·奧菲爾德(Steven Orfield)說:“我們挑戰(zhàn)黑暗中坐在靜室中的時間,只有一名記者在那里待了45分鐘”“在安靜的環(huán)境下,耳朵會逐漸適應(yīng)。屋子里越安靜,耳朵聽到的東西越多。你會聽到心臟的跳動,甚至可以聽到你的肺和胃發(fā)出咕嚕聲。在消音室,你自己變成了噪音”他說,在這種靜室中,很容易令人迷失方向。 
這間靜室曾被美國許多大公司使用,以測試聲音對他們產(chǎn)品的影響,比如閥門、汽車儀表板、手機(jī)等。美國宇航局曾利用其測試宇航員是否適合太空工作。奧菲爾德解釋稱,太空就像一個巨大的靜室,宇航員能在其中保持注意力集中非常關(guān)鍵。

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