你了解聲學(xué)測試室嗎？

　　測試室是輔助進(jìn)行聲學(xué)測量的特殊環(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、輔助設備、機械設備、汽車(chē)、卡車(chē)、飛機和軌道交通和其他設備所帶來(lái)的噪聲等等。

　　聲音功率測量需要如下的聲學(xué)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(chǎng)室

　　調查級別：自由場(chǎng)室和自然環(huán)境

　　聲音強度測量要求自由場(chǎng)室和自然環(huán)境。

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

　　基本概念

　　聲壓等級隨著(zhù)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(gè)好的測試環(huán)境用戶(hù)可以區分這些變化。

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

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

　　遠場(chǎng)：遠離聲源的區域，聲壓隨著(zhù)距離增加逐漸減弱。在遠場(chǎng)范圍內，距離聲源不同點(diǎn)的聲波是同相位的。遠場(chǎng)在近場(chǎng)結束的地方開(kāi)始。

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

　　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)的區域。在反射次數有限的統計限制下，共響場(chǎng)逐漸達到散射場(chǎng)的條件。

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

　　高環(huán)境噪聲測試室的聲場(chǎng)

　　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制頻率的所有頻率，提供高于0.99的吸收系數。經(jīng)過(guò)這樣楔子的反射，強度將衰減20 dB或以上。消音楔子的長(cháng)度通常是截止頻率處波長(cháng)的四分之一。例如，100 Hz截止頻率的楔子通常約為36英寸長(cháng)。高效消音楔子的設計和制造是非常復雜的任務(wù)，須由聲學(xué)室設計者完成。

　　由于在消音室中缺少反射，室內為直接場(chǎng)。聲壓級別和聲音功率等級之間的關(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，LW是聲音功率級別，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。

　　設計良好并經(jīng)過(guò)良好構建的外殼對噪聲的降低通常在數值上至少等于外殼組件的聲音傳播損失。因此第i個(gè)三分之一音高的內部聲強等級為：

　　被測設備的每個(gè)麥克風(fēng)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(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(méi)有遵照上述等式的區域。

　　測量表面

　　使用球形麥克風(fēng)陣列要求在消聲室內至少有20個(gè)麥克風(fēng)位置。球形表面的半徑要求不小于被測設備長(cháng)度尺寸特性的兩倍。在一些條件下，需要多達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(cháng)，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)對房間進(jìn)行驗證。

　　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)：高級別的測量精度

　　缺點(diǎn)：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(diǎn)：需要大量麥克風(fēng)位置。如果實(shí)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(mǎn)直接聲場(chǎng)，當聲源安裝在反射平面時(shí)，聲壓等級和聲音功率等級之間的關(guān)系為方向為2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，LW是聲音功率等級，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。當聲源高度高于反射平面較大時(shí)(約為波長(cháng)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)行調整。

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

　　良好設計并經(jīng)過(guò)良好構建的外殼對噪聲的降低通常在數值上至少等于外殼組件的聲音傳播損失。因此第i個(gè)三分之一音高的內部聲強等級為：

　　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)行合適的設置，測試室外殼隔離可能受到負面影響。迂回傳播也可能會(huì )將過(guò)多的聲音能量帶到測試室內。