消声室不仅是声学测试的一个特殊实验室,而且是测试系统的重要组成部分,其声学性能指标直接影响测试结果的精度。吸声处理是保证消声室建成后取得良好的自由声场性能的关键,大多采用具有强吸声能力的吸声尖劈或平板式薄板共振吸声结构。
提供一个自由声场(指在均匀各向同性的媒质中,边界影响可以不计时的声场)空间的声学实验室。
消声室不仅是声学测试的一个特殊实验室,而且是测试系统的重要组成部分,其声学性能指标直接影响测试结果的精度。吸声处理是保证消声室建成后取得良好的自由声场性能的关键,大多采用具有强吸声能力的吸声尖劈或平板式薄板共振吸声结构。
消声室最早出现在20世纪30年代,最初的吸声结构为多层吸声材料,有的与壁面平行地悬挂,并与壁面相隔一定距离,有的与壁面垂直地悬挂。1940年,德国科学家E.梅耶(Erwin Meyer)等人首次提出并采用了逐渐过渡形式的棱锥形吸声体,这是吸声结构设计上的重大革新。此后消声室的吸声体设计,从棱锥体到圆锥体直到尖劈体,都是基于逐渐过渡的原理,后来又出现利用了平板共振吸声来改进低频吸声特性的平板式共振吸声结构。
消声室(见图)从反射面的数量上可分为全消声室、半消声室和卦限消声室,其中房间的六个面全部铺设吸声材料的,称为全消声室;房间的六个面中只在五个面或四个面铺设吸声材料的,称为半消声室;房间中相邻三个相互垂直的面(一般是地面和相邻的两个墙壁)是全反射面,其余三个面铺设吸声材料,则根据镜面反射原理,这好像一个完整消声室的1/8的空间,因此称为卦限消声室,使用卦限消声室时,必须将声源或者接收器放在三个反射面交接的顶角上,其尺寸要比波长小。
消声室按所采用的吸声结构可分为尖劈式和平板共振式,而尖劈式根据所用的外观材料又可分为传统式和金属式两种。
消声室所采用的吸声材料多为多孔性材料,其吸声机理是材料内部有大量气流连通的空气隙,形成细管甚至毛细管,当声波传入时,声波在细管中的振动因内摩擦而转化为热能被吸收。吸声能力与材料的空隙率(如玻璃棉的空隙率达96%左右)、流阻及材料的纤维结构有关,再利用渐变式吸声结构逐渐降低声音的反射。
消声室吸声的频率特性与材料厚度有关,即消声室的下限频率大约是吸声材料厚度相对应的1/4波长的频率。增加多孔性吸声材料的厚度可以提升低频吸声效果。然而,由于材料的流阻,不能任意增大厚度来延伸低频吸收,各种多孔性材料都有其有效厚度。平板共振式吸声是利用平板的共振原理,耗散掉入射声能。
消声室的校准方法原先只在国家标准《声学 声压法测定噪声源声功率级和声能量级 消声室和半消声室精密法》(GB 6882)和《声学—噪声源声功率级的测定—消声室和半消声室精密法》(ISO 3745)的附录A中做了规定。2006年发布的《消声室和半消声室声学特性校准规范》(JJF 1147—2006)详细规定了消声室和半消声室声学特性的评定方法,其与GB 6882和ISO 3745的要求是一致的。
消声室主要技术指标有两项:背景噪声和自由声场的频率范围及对应的空间范围。
背景噪声的测量相对比较简单,一般是在消声室或半消声室内选择3~5个测点,依次测量各测点处的A计权声压级和1/1倍频带声压级,取相应的算术平均值作为该实验室的背景噪声级。
自由声场的频率范围及对应的空间范围的测量过程是将传声器按选定的路径向吸声壁面方向移动至下一个测点,测点之间的距离相等并不大于0.1米(在某些情况下,可能要求更小的测点距离),最终的测点与吸声壁面的距离应不大于1/4波长,每条测量路径上的测点数不少于10个,依次测量各选定路径所有测点上的声压级,通过判断测点上声压级的衰减规律是否满足点声源在自由场中辐射时的衰减特性,确定自由声场的频率范围及对应的空间范围。
消声室作为电声学中主要的试验环境,可近似模拟无反射的声学环境,特别是随着汽车、家用电器和移动智能设备中对声学测量的需求,它在各生产厂家和声学检测计量机构有着越来越广泛的应用,为改善产品的声学品质和人类社会的声学环境发挥着重要的作用。