本文摘要：摘要：某高校原有混響室存在本底噪聲過大，聲場均勻性較差及檢測數(shù)據(jù)不完整等問題，在不拆除原有基礎(chǔ)建設(shè)的前提下，本文旨在優(yōu)化設(shè)計使其符合國家規(guī)范，并獲得檢測數(shù)據(jù)相對標準的混響室.利用聲場擴散理論對聲學(xué)混響室的空間進行改造設(shè)計，最終將其空間尺寸的長、寬、高
摘要：某高校原有混響室存在本底噪聲過大，聲場均勻性較差及檢測數(shù)據(jù)不完整等問題，在不拆除原有基礎(chǔ)建設(shè)的前提下，本文旨在優(yōu)化設(shè)計使其符合國家規(guī)范，并獲得檢測數(shù)據(jù)相對標準的混響室.利用聲場擴散理論對聲學(xué)混響室的空間進行改造設(shè)計，最終將其空間尺寸的長、寬、高定為7.76m、5.56m、4.50m，使其在滿足規(guī)范GB/T20247—2006要求的最大線度小于1.6倍體積前提下，保證長、寬、高的比值不成整數(shù)倍，以此來消除矩形空間的聲簡并共振現(xiàn)象.對混響室內(nèi)表面進行隔聲處理，使各個頻率的最小吸聲量滿足現(xiàn)行規(guī)范GB/T20247—2006的要求;對混響室內(nèi)墻體進行弧形改造，對墻面涂刷金剛石顆粒，在頂部布置擴散體，使聲場擴散時達到理想狀態(tài)，并依照規(guī)范JJF1143—2006對混響室進行校準.以某高校研發(fā)的吸音板作為標準試件進行測試，最后得到較完整的吸聲系數(shù)曲線及平均吸聲系數(shù)，用于分析材料在不同頻率范圍內(nèi)的吸聲特性.
關(guān)鍵詞：建筑聲學(xué);混響室;混響時間;降噪效果;聲場擴散;吸聲系數(shù)
0引言混響室內(nèi)聲波得到較為充分的反射后，會形成理想的擴散聲場或磁場.因此，可用該擴散聲場或磁場來測量不同材料、不同結(jié)構(gòu)體的吸音隔聲能力及對電磁波的干擾能力[1].同濟大學(xué)聲學(xué)研究室建筑聲學(xué)組[2]對于混響時間測量中出現(xiàn)偏差的問題進行研究.王季卿等[3]針對混響室內(nèi)擴散體安置對混響時間測量偏差的影響進行研究.孫廣榮等[4]研究了擴散體在靜止和運動狀態(tài)下對混響時間測量的空間偏差和標準偏差影響.
楊小軍等[5]在孫廣榮研究的基礎(chǔ)上，將研究的頻帶拓寬到1/3倍頻程、中心頻率為100～5000Hz的頻帶范圍.通過3組不同實驗條件下混響時間測量的空間偏差和重復(fù)偏差的比較，總結(jié)出測量空間偏差和重復(fù)偏差較小的測量條件.隨著理論研究的深入和科學(xué)技術(shù)的成熟，混響室的應(yīng)用得到了極大的擴展.當前我國噪聲問題日趨嚴重，吸聲降噪領(lǐng)域檢測手段的需求也逐年增加.
由于大部分混響室建于混響室理論和施工技術(shù)尚不完善的初期階段，其空間結(jié)構(gòu)不合理，聲場擴散度不佳，室內(nèi)表面吸聲量不達標，拆除重建成本造價高且工期較長.本文以楊志華[1]設(shè)計的混響室作為參考，綜合現(xiàn)有條件，在不拆除原有混響室前提下進行改造，并以此總結(jié)出了幾種提升混響室檢測性能的方法.本研究在聲學(xué)檢測和建筑聲學(xué)教學(xué)方面具有現(xiàn)實意義，可為建筑聲學(xué)相關(guān)的研究提供借鑒，為建筑學(xué)專業(yè)實訓(xùn)提供聲學(xué)場所.
1混響室的工作原理
一個標準的聲學(xué)實驗室邊界可以反射全部聲能，使其均勻擴散到混響室的各個角落，房間各處的能量密度相同，聲能傳播的方向無規(guī)則分布.因此，利用混響室法測量吸聲系數(shù)是目前現(xiàn)有測量方法中唯一與實際工況相近的一種方法.利用大功率音響噪聲源在室內(nèi)擴散聲能，使其達到穩(wěn)定狀態(tài)后關(guān)閉聲源，以此測試室內(nèi)聲壓衰減到60dB所需時間，即混響時間T60，單位為s.通過混響時間的測量，再利用國家給定規(guī)范中的公式可計算出吸聲系數(shù).采用混響室法測量吸聲系數(shù)主要是利用均勻的混響室內(nèi)聲場來測試聲波無規(guī)則入射后材料的吸聲性能.通常用吸聲系數(shù)來定義其吸聲性能的高低.現(xiàn)行規(guī)范《聲學(xué)混響室吸聲測量》GB/T20247—2006[6]規(guī)定混響室法測量吸聲系數(shù)是利用測試出的混響室在不同聲波頻率下得到的混響時間T。
2混響室設(shè)計
上述計算吸聲系數(shù)公式的必要條件是混響室聲場為理想的擴散場，聲波可以在室內(nèi)聲場中均勻擴散，以此達到測試混響時間時不會出現(xiàn)誤差范圍之外的空間偏差.混響室內(nèi)墻體表面的吸聲系數(shù)應(yīng)盡量小，避免由于空場的吸聲量過大而產(chǎn)生誤差.適當布置一些利于聲場擴散的材料，如擴散板和旋轉(zhuǎn)擴散體等.根據(jù)混響室法測量吸聲系數(shù)的原理，結(jié)合《聲學(xué)混響室吸聲測量》(GB/T20247—2006)[6]和《混響室聲學(xué)特性校準規(guī)范》(JJF1143—2006)[7]要求以及學(xué)校實際情況和需求，確定設(shè)計思路.結(jié)合教學(xué)及科研的需求，混響室的優(yōu)化必須滿足以下要求：
1)在本底噪聲、室內(nèi)聲壓標準偏差和室內(nèi)空場吸聲量等方面滿足國家相關(guān)規(guī)范標準要求.2)測量數(shù)據(jù)可反映出材料在不同頻率下的吸聲特性，以滿足應(yīng)用于教學(xué)科研項目輔助的功能要求.3)建成后室內(nèi)空氣質(zhì)量達標，保證科研人員及學(xué)生的健康安全.
2.1混響室空間設(shè)計
原有混響室的房間為矩形空間，為減少施工量，混響室繼續(xù)沿用矩形空間.保證混響室的長、寬、高之比不成整數(shù)倍，以此來消除矩形空間的聲簡并共振現(xiàn)象[1]。
2.2混響室內(nèi)部吸聲量處理
為了盡量減小混響室在空場時各頻段的吸聲量，混響室內(nèi)壁表面采用水泥砂漿抹平后平鋪一層金剛石顆粒，再噴涂一層反射材料，使墻體表面毛糙且吸聲量很低.為方便布置試件，減小邊緣效應(yīng)對測量吸聲系數(shù)的影響，地磚采用光面瓷磚.盡量降低墻面和地面對聲波的吸收，增加聲反射，使室內(nèi)聲場達到更好的擴散效果.
混響室在進行空場吸聲量測量時，各個頻率吸聲量均不大于國家標準規(guī)定的最大值，因此，不同頻率下的空場吸聲量滿足規(guī)范要求.
2.3室內(nèi)隔聲設(shè)計
混響室的優(yōu)化設(shè)計在原有基礎(chǔ)建設(shè)上進行，處于某校建工樓一樓內(nèi)部，半徑1km內(nèi)無交通干道且無大型噪聲源.因此，在底噪處理方面進行如下兩方面的優(yōu)化設(shè)計.
1)在原有墻體上加厚墻體，澆筑最大厚度為500mm的弧面墻體，以降低測試時墻體外部噪聲源對試件測試結(jié)果產(chǎn)生的影響.2)設(shè)置相距1m，厚度為200mm的內(nèi)外隔聲門，對混響室內(nèi)外連接通道進行隔聲處理.關(guān)閉隔聲門后，使用HS5633B通用聲級計，依照《混響室聲學(xué)特性校準規(guī)范》(JJF1143—2006)[7]布置測點，進行混響室本底LAeq總聲壓級測量.為保證測試數(shù)據(jù)的準確性，取3次測量的算術(shù)平均值作為該測點的本底噪聲聲壓級。打開AWA5510A十二面體聲源調(diào)節(jié)至測試功率，在相同測點進行3次聲壓測試，3次測試結(jié)果取算術(shù)平均值作為該測點工作噪聲(測量噪聲)聲壓級，測試結(jié)果如表3所示.由表3可知，各測點的工作噪聲與本底噪聲聲壓級的差值均大于12dB(A).
使用愛華AWA6290M-3主機配合傳聲器在測點5(工作噪聲聲壓薄弱點)處進行1/3倍頻程的本底噪聲與工作噪聲的聲壓級比較，其中工作噪聲聲壓級按規(guī)范要求從穩(wěn)態(tài)聲壓衰減5dB起，衰減至20dB后開始測量.比較結(jié)果.在1/3倍頻程各個中心頻率工作噪聲聲壓級均大于本底噪聲聲壓級12dB以上。
工作噪聲進行LAeq總噪聲聲壓級測量同樣超過本底噪聲聲壓級12dB(A)以上，均滿足《混響室聲學(xué)特性校準規(guī)范》JJF1143—2006規(guī)定的“在混響室測量頻率范圍內(nèi)，所有頻帶的本底噪聲聲壓應(yīng)比該混響室工作聲壓的下限聲壓級一般至少低12dB(A)”[7]要求.綜上所述，該混響室在本底噪聲方面合格，隔聲處理有效.
2.4混響室聲擴散處理
為降低施工成本和施工難度，在房間側(cè)面墻體使用水泥一次性澆筑出弧長為4049mm，弧面最高點為500mm，弧面底部寬為3880mm的弧形墻面.根據(jù)施工的具體情況，對實際空間的尺寸做出細微調(diào)整(調(diào)整幅度不太大，不會增加結(jié)構(gòu)的自重)。對弧形墻體表面噴灑金剛石顆粒，使墻體表面毛糙，增強其漫反射能力，促進聲場在室內(nèi)更好地?zé)o規(guī)則擴散;同時，在房間的頂棚布置有機玻璃擴散體，進一步增強房室內(nèi)的聲場擴散能力。
2.5室內(nèi)空氣質(zhì)量
由于混響室主要用于教學(xué)和科研，出于隔聲需求，內(nèi)部空氣流通性較差，所以室內(nèi)空氣質(zhì)量問題不容小覷.在不足50.0m2的混響室內(nèi)布置一個檢測點，進行空氣質(zhì)量檢測，檢測結(jié)果。室內(nèi)空氣污染物的測點值均小于文獻[8]規(guī)定的限值，因此，該混響室室內(nèi)空氣質(zhì)量符合國家標準，可保證學(xué)生及科研人員安全使用.
3混響室使用
3.1試件及傳感器布置
混響室建成后，利用該校研發(fā)的、以吸聲陶粒為主要原料的水泥基多孔吸音板進行吸聲系數(shù)測量.陶粒多孔吸聲材料具有耐久性強、成本低等優(yōu)點，在我國吸聲降噪領(lǐng)域應(yīng)用范圍越來越廣，常被制作成公路及高速鐵路聲屏障吸聲層及軌道吸音板[9-10].此次測試不僅是測驗優(yōu)化后的混響室的功能指標，也是對該校科研成果的一次驗證。
吸音板的側(cè)邊在沒有處理的情況下暴露在聲場中會吸收一定量的聲能，同時會產(chǎn)生邊界散射等邊界效應(yīng)[12]，導(dǎo)致吸聲系數(shù)的實際測量值大于理論測量值，產(chǎn)生誤差.為盡量減小誤差，需要對吸音板的側(cè)邊使用表面平滑且吸聲系數(shù)較小的材料進行圍合處理。
4結(jié)論
1)通過對原有的混響室進行一系列優(yōu)化措施，使原本部分頻段數(shù)據(jù)缺失的混響室具備聲學(xué)測試能力，空場時各頻段最大吸聲量小于規(guī)范要求.從一定程度上證明了該措施的有效性，對有混響室建造要求的機構(gòu)具有一定的參考價值.
2)通過實驗數(shù)據(jù)可以看出，由于低頻產(chǎn)生共振，導(dǎo)致多孔吸聲材料的吸聲性能差和吸聲系數(shù)峰值出現(xiàn)在中頻范圍內(nèi)，且吸聲系數(shù)在高頻范圍內(nèi)數(shù)值較高并逐漸趨于穩(wěn)定，這與理論吸聲系數(shù)曲線走向一致.說明該混響室的空間及擴散體設(shè)計相對合理，表面處理到位，本底噪聲小，室內(nèi)聲壓標準偏差低，可以判斷不同吸聲材料的優(yōu)勢頻率.優(yōu)化后的混響室可以為科學(xué)檢測不同吸聲材料的吸聲系數(shù)及降噪效果提供參考.
3)室內(nèi)空氣質(zhì)量小于國家標準限值，可以利用混響室的設(shè)備以及混響室本身作為高校建筑學(xué)專業(yè)大學(xué)生提高對聲波的產(chǎn)生、傳遞路線及反射方向認識的教學(xué)實踐場所.
參考文獻
[1]楊志華.混響室的聲學(xué)設(shè)計[J].電聲技術(shù)，2007(6)：7-10.
[2]同濟大學(xué)聲學(xué)研究室建筑聲學(xué)組.廳堂中混響時間測量的一些實際問題[J].聲學(xué)學(xué)報，1966(3)：149-154.
[3]王季卿，顧檣國.混響室中懸掛擴散板和試件面積對吸聲測量結(jié)果的影響[J].聲學(xué)學(xué)報，1984(6)：372-384.
[4]孫廣榮，吳啟學(xué).混響室中低頻測量的改進[J].電聲技術(shù)，2006(10)：19-20，23.
[5]楊小軍，沈勇，樂意.混響室中混響時間測量偏差的研究[J].聲學(xué)技術(shù)，2011，30(1)：93-97.
[6]全國聲學(xué)標準化技術(shù)委員會.聲學(xué)混響室吸聲測量標準：GB/T20247—2006[S].北京：中國標準出版社，2006.
[7]全國聲學(xué)計量技術(shù)委員會.混響室聲學(xué)特性校準規(guī)范：JJF1143—2006[S].北京：中國計量出版社，2006.
[8]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范：GB50325—2020[S].北京：中國計劃出版社，2020
作者：梁新健，周紅梅*
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