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第二十章 建筑声学测量2

分类:建筑声学原理

第四节吸声系数测量

常用的吸声系数测量方法有混响室法和驻波管法两种。混响室法用于测量无规入射吸声系数,测量过程比较复杂,测得的结果可直接用于声学设计。驻波管法测量垂直入射吸声系数,测量过程比较简单,测得的结果一般仅用于吸声能力大小的比较。

一、混响室法吸声系数测量

()测量原理

把一定数量的待测材料或结构按使用要求安装在混响室中,根据混响室放入被测试件前后混响时间值的变化,便可得出吸声系数或吸声量

(二)测量要求

混响室的容积应大于200m³,室内应有良好的声扩散。被测材料或构件的安装和布置应与实际使用情况尽可能相同。平面试件应为一整体,试件面积应为10~12㎡。平面饰件边缘应用反射性框架封闭,框架应紧密贴在室内一界面上,以近可能减少试件边缘吸声。

 二、驻波管法

测量原理

用于测量材料垂直入射吸声系数的驻波管,是一个具有刚性内壁的矩形或圆形截面的管子。在管的一端安装扬声器,另一端安装吸声材料。管中有一个探管与管外传声器相连,用于测量探管端部的馆内声压级。

测试时,信号发生器产生正弦信号(纯音)后由扬声器发声,在管内产生平面声波。当声波入射到另一端吸声材料表面时产生反射。反射波和入射波在管中形成驻波。

使用时只要移动探管找到声压级极大值,并调节放大器灵敏度,使指针指向满刻度,然后移动探管找到声压级极小值。这时表头指针就可指出所测试件的吸声系数ao

为了保证管中的声波是平面波驻波,管的截面尺寸要比所测最高频率声波所对应的波长λ小,对于方管其边长应小于0.5;对于圆管其内径应小于0.586。另一方面,管子的截面也不能过小,否则声波和壁面的摩擦会使声波在管中传播时衰减太大。为了测量100~5000z频率范围的吸声系数,通常至少用两个不同尺寸的驻波管。驻波管内壁应光滑坚硬。试件安装时,试件与管壁之间不能留有缝隙。

 

第五节隔声测量

隔声测量可采用实验室测量和现场测量两种方法。根据测量内容,隔声测量又可分为空气声隔声测量和撞击声隔声测量。

实验室法测量隔声量,需要在专门的隔声实验室中进行。一个标准隔声实验室包含三个测量房间,分别作为声源室和受声室。受声室与声源室通过开口相连,两室之间除通过试件传声外,通过其它途径的传声应很小,以致可以忽略。因此,受声室与声源室在结构上应分开。同时还应防止噪声经由其它途径进入受声室,故受声室通常做成房中房隔声、隔振结构。受声室与声源室之间预留的试件安装开口,对于墙板一般为10,对于楼板为10~20㎡。

测试房间的容积不应小于50m³,最好在100m³左右,房间尺寸比例应合理选择,使长、宽、高不成简单整数比。房间内应有好的声扩散,必要时可在测试房间内安装扩散受声室混响时间不宜过长,一般控制在2s以内。

一、实验室空气声隔声测量

墙板隔声量测试时,把待侧墙或板按使用要求安装在声源与受声室之间的洞口是哪个,试件面积等于洞口面积即10㎡。通常门、窗面积较小,故需酱油一个有足够隔声量的墙装在试件洞口内,再把门或窗装在该墙上。测试时,信号发生器产生粉红噪声或白噪声,经功率放大器放大,再由扬声器在声源室发声。调节功率放大器输出功率,使受声室声压级高出背景噪声10dB以上。为提高信噪比,也可在功率放大器前加滤波器。对每1/3倍频带噪声,分别测量声源室和受声室的平均声压级。通常500Hz以上各频率测3个点,500Hz及以下测6个点,然后取平均值,分别代表声源室和受声室的声压级。

二、空气声隔声现场测量法

两室之间空气声隔声现场测量法类似于实验室测量法。房间容积及试件面积依实际大小而定。通常要求两室体积不要相差过大。背景噪声较低的一个房间作受声室,另一个房间作声源室。如试件为楼板时,声源室应布置在楼下。

由于侧向传声的影响,现场测得的表现隔声量哟啊低于实验室测得的隔声量。

用现场测量法还可测量外墙面及外墙构件的空气声隔声量。这时通常将声源置于室外。为确定现有声学条件下的隔声效果,可采用交通噪声作为声源。在相同时刻测量试件两侧各频率的等效声压级来确定交通噪声隔声量R

为确定外墙隔声效果时,采用扬声器作为噪声源。

三、楼板撞击声隔声测量

将待测楼板按使用要求安装在隔声实验室试件洞口上,由标准打击器在其上打击发声,在试件下方的受声室内测量各1/3倍频带声压级。

标准打击器在楼板上应至少放置4个不同的位置。对各向异性的楼板结构(如有梁或肋等),打击器应与梁或肋成45°角。打击器位置与楼板边界及和其它打击器位置之间的距离应不小于0.5m

受声室内的撞击声压级应为空间和时间的平均值。该平均值可采用多个固定传声器位置(对每个打击器位置宜采用一个或一个以上的传声器位置),或一个具有P2积分特性测试频率为100~3150Hz1613倍频程中心频率。通常需根据规范化撞击声压级的连续旋转传声器来获得。

当为了测量某种面层材料对提高撞击声隔声能力的效果时,铺放试件的楼板基层应采用(120±20)mm厚的钢筋混凝土板,并应是均质和厚薄一致的,以便使测量结果可以进行比较。分别测量有、无面层材料时的撞击声压级,两者之差即为面层材料的改善量。

楼板撞击声隔声的现场测量,方法类似于实验室测量法。为了确定建筑物构件的撞击声隔声特性时,采用规范化撞击声压级)

 

第六节厅堂扩声特性测量

厅堂扩声特性测量包括传声增益及传输频率特性、最大声压级、声场不均匀度和总噪声级测量等数项。

一、传声增益及传输频率特性

传输频率特性测量有声输入法和电输入法两种。测量时,先调节扩声系统增益,使之达到最高可用增益,即达到自激临界点后,再下降6dB(电压降为一半)。然后开启测试系统,将1/3倍频程粉红噪声信号经功率放大器放大后加到测试声源上,调节功率放大器输出,使测点的信噪比大于15dB。改变1/3倍频程滤波器的中心频率,在扩声系统传声器处和观众厅内的测点上分别测量声压级。将观众厅内所有测点的声压级平均值减去传声器处的声压级,即得传声增益及其频率特性,通常可用传声增益频率特性来表示扩声系统传输频率特性。测量全过程中,保持测试声源输出不变。测量时扩声系统传声器置于设计所定的使用点上,传声器指向性按设计要求调节。测试声源置于传声器前的距离,对语言扩声为0.5m,对音乐扩声为5m

测点的选取应符合以下条件:测点数不得少于全场座席的千分之五,并且最少不得少于8点。其中图2212中的PP'P三点及池座、楼座距后墙1.5m处的座席共五个测点必须包括在内。所有测点必须离墙1.5m以上,测点离地高1.1~1.2m

测量在传输频率范围内进行,通常对于音乐扩声,测试频率可选63~8000z221/3倍频程中心频率;对语言扩声,可选100~400171/3倍频程中心频率。

二、最大声压级

最大声压级是扩声系统在观众席处产生的最高稳态声压级。测量时扩声系统置于最高可用增益状态。调节测试系统测试扬声器的功率输出,使扩声系统给扬声器系统的输入功率为1/4设计功率。用声级计在厅堂内规定测点上进行测量,把各点测得的声压级按频率平均,然后加上6B即得相应频带的最大声压级。  

测试频率及测点选取同传声增益测量。

三、声场不均匀度

声场不均匀度是指使用扩声时,不同观众席处稳态声压级的差值。测量信号用1/3倍频带粉红噪声,测量信号的中心频率一般按倍频程中心率取值。测量时,测试扬声器发出测试信号,扩声系统置于最高可用增益状态,用声级计测量各测点不同频率的声压级。根据不同频率在各测点的声压级可作出该频率的声场分布图。

测点数不少于全场观众席数的六十分之一,测点可以是沿中心线布设一列,在左半场(或右半场)再均匀布设1~2列。

 

四、总噪声

总噪声测量在空场条件下进行。

测量时,厅堂内空调(或通风)、调光等设备全部开启,扩声系统置最高可用增益,但无测试信号输入。用声级计测量各点噪声声压级。测量频率可选63~8000Hz范围内倍频程中心频率。并应包括线性和A计权声级。测点数不少于5

对于传声增益、传输频率特性、最大声压级也可采用符合一定条件的宽频噪声作为测试信号,或采用把测试电信号直接输入扩声系统的电输入法进行测量。

扩声系统扩声特性测量还包括系统失真、反馈系数等的测量,这里不作介绍,有兴趣者可参见国家标准(GB495985)《厅堂扩声特性测量方法》。

 

第七节其他建筑声学测量简介

除了上述几种声学测量外,在建筑声学中还有几种常用的声学测量,如脉冲响应测量、声场扩散测量、声源声功率及指向性测量等。

混响时间、声场分布(不均匀度)、脉冲响应、声场扩散、背景噪声是厅堂音质常规测量项目。混响时间测量已在第三节中介绍。声场分布测量可参考厅堂扩声特性测量中的声场不均度测量方法,所不同的是不需要有扩声系统,直接利用测试声源进行测量,测试声源放置在自然声源位置。背景噪声测量方法基本与厅堂扩声特性测量中的总噪声测量相同,区别仅在于没有扩声系统参与。脉冲响应,声场扩散测量将在下面作一简介。除了上述几个项目外,音质评价的其它参量如双耳互相关系数(ACC)等也是厅堂音质的重要测量项目。目前,关于MACC尚没有明确的设计标准,也没有专门的测量仪器,故这里不作介绍。

一、脉冲响应测量

冲响应测量常用于厅堂缩尺模型试验。测量时舞台上自然声源的位置由电火花发生器发出脉冲声,由传声器、测量放大器接收的信号用长余辉示波器显示,并可用照相机摄下示波器上显示的脉冲响应图。通常脉冲信号宽度应小于20ms

脉冲响应图显示了接收点反射声的时间和强度分布,从脉冲响应图可以看到早期反射声的数量、大小,并可发现某些重要的音质缺陷,包括缺乏早期反射声,强反射声之间的时间间隔太长,以及回声干扰等。有了脉冲响应图,其它单耳性重要音质参量都可以从中计算得出

二、声场扩散测量

脉冲响应测量用于了解接收点反射声的时间分布,而扩散测量则是为了了解接收点处反射声的空间分布形态。测量时测试声源在自然声源的位置发出1/3倍频程频带噪声,测试频率范围根据需要而定,一般可只测2000Hz。选择具有代表性的几个测点,用强指向性传声器置转盘上旋转并与记录的极坐标同步。为了加强传声器的指向性,可把传声器置于抛物面声反射镜的焦点上,或在传声器前加声透镜。

三、声源声功率测量

声功率(包括频率特性和指向性)是声源主要声学指标。声源声功率通常在混响室或消声室(全消声室或半消声室)中测量,也可在与混响室或消声室具有近似声学条件的现场测量。国际标准化组织(ISO)按测试环境和测量精度不同对声源功率测量制定了多个测试标准,有消声室精密法、工程法,混响室精密法、工程法及现场工程法、普查法等几种。

把待测声源置于体积在200~300m3的标准混响室中,按规定测量各点倍频带或1/3

1混响室精密法

2混响室及现场工程法

工程级测量时,测试室可以是混响室,也可以是吸声较少、混响较长的大房间。

声源声功率也可通过与一个标准声源作比较而测得。

3声源功率及指向性测量的消声室法

如要测量声源声功率,又要测量声源指向性,就必须在消声室、半消室或室外空旷硬地面上进行。消声室的体积必须大于声源体积200倍以上。在声源四周,划出一个包围面,通常是以声源几何中心为球心的球面(自由场)或半球面(半自由场)。球面半径应为声源主尺寸的2倍以上,且不小于1m。在包围面上确定测点,通常使每个测点代表相等的面积。

将传声器固定,通过连续转动声源,并与极坐标仪同步,可以连续画出空间某个平面上声源的指向性图。

为了方便测量,对建筑设备、家用电器等,通常采用声源前方45方向离声源一定距离处的A计权声级来表示声源噪声大小。对于尺寸较小的家用电器这一距离通常取为1m

  

        完。

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