T_JAMIA 003-2023 吸声系数实验室测量:小型混响舱法.docx
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1、ICS17.140CCSA59JAMIA 江 苏 省 新 材 料 产 业 协 会 团 体 标 准T/JAMIA 0032023吸声系数实验室测量:小型混响舱法Laboratory measurement of sound absorption coefficient: Alpha-Cabin2023 - 09 - 28 发布2023 - 09 - 28 实施江苏省新材料产业协会发 布目次前言III引言IV1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 测量原理25 频率范围26 测试安排3 测试设备3 小型混响舱3 声源和声源位置3 传声器和传声器位置3 传声器和扬声器位置的数量3 试样要求
2、3 环境条件47 混响时间测量4 概述4 中断声源法4 脉冲响应法5 根据衰变曲线的混响时间取值68 结果表述7 计算方法7 精密度89 测试报告8附录 A (规范性) 小型混响舱的关键参数9A.1 截止频率9A.2 施罗德频率9A.3 房间尺寸9A.4 简正模式9A.5 扩散体10A.6 空场小型混响舱吸声10附录 B (规范性) 空场小型混响舱传声器位置随衰减率的变化11附录 C (规范性) 小型混响舱的设计13C.1 概述13C.2 A 型安装13C.3 E 型安装13C.4 含车身覆盖件的模压件13C.5 不含车身覆盖件的模压件14前言本文件按照 GB/T 1.12020标准化工作导则
3、 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。 本文件由江苏省新材料产业协会标准化技术委员会提出并归口。 本文件起草单位:江苏省声学产业技术创新中心、比亚迪汽车工业有限公司、申达(上海)科技有限公司、上海材料研究所有限公司、国网智能电网研究院有限公司、南京华秦光声科技有限责任公司、南京大学、广州林骏汽车内饰件有限公司、上海比翱声学技术有限公司、苏州市声学检验检测有限公司、海安南京大学高新技术研究院。 本文件主要起草人:卢明辉、孙亚轩、谢晓龙、李秋彤、聂京凯、钱斯文、黄唯纯、王险峰、庞金祥、鲁强兵、唐少春。 引言材料的吸声系数是一项重要的材料声学性能指标,其对分析材料在工业生产及生活中应
4、用有重要指导作用。材料的吸声系数测量方法常见的有混响舱法与驻波管法,采用混响舱法测量声音无规入射时的吸声系数,而采用驻波管法测量声音正入射(声音入射角度为 90)时的吸声系数。因在工程及建筑的实际使用过程中声音大多为无规入射,因此实际工程中常使用混响舱法测量材料吸声系数。但在实际需要测量的均为小型不规则试样,不满足标准混响舱法测量所要求的标准试样大小。小型混响舱是声学测量领域的一种专业实验装置,其室内声能密度较为均匀,形成扩散声场,主要用于小型不规则构件(如汽车构件)吸声特性的测量。与标准混响舱相比,具有造价低廉,占地面积较小,方便移动等优点。基于这些优点,小型混响舱能广泛应用于各种小型不规则
5、构件吸声系数的测量。 本标准是针对越来越多的企业(含汽车和非汽车行业)在使用小型混响舱进行声学材料的混响场吸声测试,特制订此标准来规范小型混响舱的测试规程和测试方法。 吸声系数实验室测量:小型混响舱法1 范围本文件规定了在小型混响舱内测量形状不规则、几何构造复杂的试样的吸声系数,或诸如家具、人、汽车零配件等空间吸声体吸声量的方法。 本文件适用于测量声负载的吸声系数,可对产品进行及时的反馈与优化。 2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件, 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文
6、件。 GB/T 32412010 电声学 倍频程和分数倍频程滤波器GB/T 3785.12023 电声学 声级计 第 1 部分:规范GB/T 39471996 声学名词术语 GB/T 41292003 声学 用于声功率级测定的标准声源的性能与校准要求GB/T 17247.12000 声学 户外声传播衰减 第 1 部分:大气声吸收的计算GB/T 202472006 声学 混响室吸声测量 GB/T 20441.42006 测量传声器 第 4 部分:工作标准传器规范SJ/T 104062016 声频功率放大器通用技术条件 3 术语和定义GB/T 20247-2006 界定的术语和定义适用于本文件。
7、衰变曲线 decay curve 描述声源停止发声后房间内声压级随时间衰变的图形。 来源:GB/T 20247-2006 定义 3.1 混响时间 reverberation time T声音已达到稳定后停止声源,平均声能密度自原始值衰变百万分之一(60dB)所需的时间,单位为秒(s)。 注1:可通过对较短的取值范围作线性外推来符合声压级衰变 60dB 的混响时间定义。 注2:该定义建立在假定的理想情况下,即声压级与时间呈线性关系,并且背景噪声足够低。 来源:GB/T 20247-2006 定义 3.2 中断声源法 interrupted noise method 激励房间的宽带或窄带声源中断发
8、声后,直接记录声压级的衰变来获取衰变曲线的方法。 来源:GB/T 20247-2006 定义3.3 脉冲响应积分法 integrated impulse response method 通过把脉冲响应的平方对时间反向积分来获取衰变曲线的方法。 来源:GB/T 20247-2006 定义3.4 脉冲响应 impulse response房间内某一点发出的 Dirac 脉冲声在另一点形成的声压瞬时状况。 注:现实中不可能产生并辐射出真正的 Dirac delta 函数脉冲。但在实际测量中,可以采用足够近似的瞬时声(比如射击声)。另一种可选的测量技术是使用一段最大长度序列信号(MLS),或其他确定平
9、直频谱特性的信号, 并将测得的响应变换回脉冲响应。 来源:GB/T 20247-2006定义3.5 房间吸声量 equivalent sound absorption area of a room房间内各表面和物体的总吸声量加上房间内媒质中的损耗。 注1:单位为 m2。 注2:空场小型混响舱的房间吸声量用 A1 表示,有试样小型混响舱的房间吸声量用 A2 表示。 来源:GB/T 20247-2006 定义 3.6 试样吸声量 equivalent sound absorption area of the test specimenAT小型混响舱在有和没有试样情况下的吸声量的差值。 注:单位为
10、m2。 来源:GB/T 20247-2006 定义 3.7 试样面积 area of the test specimenS被试样覆盖的地面或墙壁的面积。 注1:单位为 m2。 注2:在试样被构造包围的情况(见附录 C),试样面积为构造所包围的面积。 来源:GB/T 20247-2006 定义 3.8 吸声系数 sound absorption coefficient s试样吸声量与试样面积的比值。 注1:对于两面暴露的吸声体,吸声系数为试样吸声量与试样两面总面积的比值。 注2:通过测量混响时间得出的吸声系数 s,可能大于 1.0(比如由于衍射影响),故 s 不用百分数来表示。 注3:下标 s
11、是为避免与定义成非反射声能与入射声能之比的吸声系数相混淆,比如平面波以特定角入射到平面墙体的情况。这种“几何的”吸声系数总是小于 1.0,故可用百分数表示。 来源:GB/T 20247-2006 定义 3.9 4 测量原理分别测试空场和试样安装后小型混响舱的平均混响时间,应用赛宾(Sabine)公式计算试样吸声量,进而计算试样在各频带的吸声系数。 5 频率范围小型混响舱一般用于体积较小试样的检查,而因受到其本身容积 V 的限制,可测量的下限频率较高,在低频范围内测量误差较大。其一般测量频率范围在 250Hz 至 8000Hz 之间,其测量下限频率由小型混响舱内部容积 V 决定,如表 1 所示。
12、 表1 容积 V 和下限截止频率的关系房间容积V/m3 1/3倍频程截止频率/Hz 6 400 10 315 15 250 25 250 6 测试安排 测试设备测试装置包含但不限于以下部分:小型混响舱、声源、传声器、功率放大器、数据采集卡和控制记录系统。 小型混响舱6.2.1 小型混响室建造混响室可以用大量的砖石、混凝土材料、钢板以及轻质建筑材料建造。墙壁应该刷漆以封堵任何孔洞并增强房间内的扩散。此外,为了使房间内静止和瞬态声音信号的充分扩散,需要安装外部声音反射板或反射装置(通常称为扩散体)。另外,为了保证足够的扩散,需要注意房间内表面的吸声系数应当足够低,详细讨论见附录A。 6.2.2 小
13、型混响舱容积小型混响舱的容积 V 控制在 6m325m3。 6.2.3 小型混响舱的形状尺寸为减少室内特征频率的简并,小型混响舱的长、宽、高一般满足一个类似调和级数的比例关系:1:21/3:41/3。为保证小型混响舱内声场更加趋近扩散声场,对小型混响舱的尺寸进行以下限制: 小型混响舱内部任意两个面都必须相互不平行; 小型混响舱舱内任意两条棱边都应不一样长; 小型混响舱内部需安装扩散体来进一步趋近扩散声场; 小型混响舱的最大线度应满足式(1)的要求: maxl1.9V1/3(1) 式中:lmax房间最大线度(比如矩形房间最大线度为主对角线),单位为米(m); V房间容积,单位为立方米(m3)。为
14、达到简正频率(特别在低频段)的均匀分布,房间任意两个边的尺寸不应呈小整数比。 声源和声源位置声源应为一个或多个扬声器,最好具有全方位辐射模式,这样小型混响舱可根据规范的要求确保房间内的扩散。如果使用多个声源,它们之间的距离应至少为声波波长的 1/4。在有声源运行的房间内测量的声压级应至少比该房间在每个测量频带内的背景噪声高 45dB。背景噪声包括小型混响舱的环境噪声和测量系统的电气噪声。 传声器和传声器位置用于测量的传声器应具备全指向性特征,在任何 1/3 倍频程频率范围和所测量的声压级内,其平坦随机入射振幅响应在1dB 范围内,该实验中应设置至少 4 个传声器位置进行测量,距墙至少 1/4
15、波长,距声源和其他传声器至少 1/2 波长。 传声器和扬声器位置的数量应设置至少为 10 个传声器和扬声器位置进行测量。 试样要求6.6.1 形状要求试样通常是非矩形和非平面件。试样面积需控制在 1m21.2m2,且不超过地板面积的 30%。 6.6.2 摆放要求测量试样应放置在地板上,避免与地板长度和宽度具有任何对称性,即试样的任何侧面均不得与房间的墙壁平行,且距离墙壁超过测试频带最低频率对应波长的 1/4。 6.6.3 密封要求试样的边缘应屏蔽撞击声。用来密封边缘的部分通常被称为框架,可以由钢或铝角或木框架制成。它们本身不能有明显的吸音效果,也就是说,将它们放置在空混响室测量应该没有可测量
16、的效果。此外, 它们的质量必须足够大,以便在测量范围内阻挡声能。框架必须至少延伸到被测试样的顶表面;但不要高过试样上表面以上 3mm。框架必须与测试室的地板平齐,误差不超过 0.5mm。从上面观察时,边缘框架与试样边缘之间的任何间隙必须小于或等于 1.0mm。在边缘框架与地板之间的缝隙、边缘框架和超过上述值的试样边缘之间,应用胶带、填缝剂或类似产品密封。 6.6.4 试样安装试样的安装应尽可能地模拟实际应用情况,并记录在报告中。附录 C 提供了更多关于此测试方法的安装信息。本测试方法适用于: 平面试样测试时在试样与坚硬表面之间无空气间隙。在测试中,这通常是模拟直接将试样放在地板上的测试。 平面
17、试样测试时在试样与坚硬表面之间存在空气间隙。这通常是模拟将试样放在地板上,而在 试样和地板之间有一个空气间隙的测试。空气间隙可以通过使用块状障碍物(试样被放置在块 上)或将试样放置在网状泡沫上来产生。块或泡沫或其他此类装置的厚度应与预期的气隙相同。 块状障碍可以是金属的,也可以是硬的或压缩的木块。网状泡沫必须不会对空气运动造成阻碍, 因此它对试样的吸收性能没有贡献。此外,网状泡沫不应被放置在顶部的试样压缩。块状障碍 或网状泡沫对吸收系数性能的影响不应超过 5%。 环境条件所有测量过程中,平均试验温度应不低于 15,室内平均相对湿度应至少为 50%,建议在 6.3kHz以上的连续测量中有 60%
18、的相对湿度。 空场小型混响舱与放试样后的小型混响舱温度变化应不大于1,相对湿度变化应不大于5%, 大气压力变化应不大于30kPa。 7 混响时间测量概述本标准阐述了两种测量衰变曲线的方法:中断声源法和脉冲响应积分法。中断声源法测出的衰变曲线是一个统计过程的结果,为获取合适的可重复性数据,必须把在某一传声器/扬声器位置测得的数条衰变曲线或数个混响时间值进行平均。而房间的脉冲响应积分是一个确定函数,不会有统计偏差,所以不必平均。可是,脉冲响应积分法比中断声源法要求有更高级的仪器和数据处理功能。 中断声源法7.2.1 房间声激励使用扬声器作为声源,馈给扬声器的信号为具有连续频谱的宽带或窄带噪声信号。
19、当使用宽带噪声信号和实时分析仪时,该噪声信号的频谱应使小型混响舱内两个相邻的 1/3 倍频程声压级的差值不超过 6dB。当使用窄带噪声信号时,其带宽应至少为 1/3 倍频程。 声激励时间应足够长,在停止之前应能在需测的所有频带里产生稳态的声压级。为此,声激励时间至少是混响时间预估值的一半。 激励信号的声压级在衰变之前应足够高,以使衰变曲线中取值范围下限处的声压级至少高于背景噪声声压级 10dB。 如果信号的带宽大于 1/3 倍频程,相邻频带的混响时间差别会影响衰变曲线中较低的部分。如果相邻频带的混响时间相差超过 1.5 倍,则应用 1/3 倍频程声源单独测量其中最短混响时间的频带的衰变曲线。
20、7.2.2 平均在 7.1 中已经阐述,必须将在某一传声器/扬声器位置测得的多个数据进行平均,以减小因统计偏差引起的测量不确定度。至少应有 3 个数据的平均。如果希望中断声源法的可重复性与脉冲响应积分法的可重复性处于同一范围,则至少应有 10 个数据的平均。有两种平均方法,第一种是用式(2)对某一传声器/扬声器位置记录下的衰变曲线进行平均。 1 NLpn (t ) Lp (t) = 10lg 10 10 (2) 式中: N n=1Lp(t)总数为N 个衰变计算的在 t 时刻的平均声压级,单位为分贝(dB);Lpn(t)第 n 个衰变在 t 时刻的声压级,单位为分贝(dB)。这种方法一般称为“集
21、合平均法”。 第二种平均方法适用于集合平均法不能应用的情况,先对单个衰变曲线进行混响时间取值,再将取得的混响时间值进行算术平均。在不同传声器/扬声器位置记录下的衰变曲线不应进行平均。 注: 理论上,实验室测量中,对混响时间值进行平均能得到与集合平均法相似的结果。使用计算机控制仪器时,总是运用集合平均法。平均多个衰变得到的衰变曲线通常会比单个衰变曲线更加平滑,这样会更可靠地定位出衰变曲线中的取值范围(大部分情况下是自动完成的)。 7.2.3 记录系统记录系统应是一个电平记录仪或其他合适的用来确定与混响时间对应的衰变曲线平均斜度的系统, 包括必要的放大器和滤波器。 记录(显示和/或取值)声压级衰变
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