什么是吸声测量?

[拼音]：xisheng celiang

[外文]：measurement of sound absorption

对材料或结构的吸声系数和吸声量或者对整个房间的吸声量进行测定，以便利用已知吸声特性的材料或结构，控制建筑物内的噪声，或者创造较为理想的声学环境。

吸声测量的测量频率范围一般为 100～4000赫，有特殊要求时可以扩大到50～8000赫。在测量频率范围内，其频带宽度为1/3倍频带或倍频带。吸声测量有三种方法：驻波管法、混响室法和稳态声源法。

当平面波在管中前进并受到端部壁面反射时，会产生一反射的平面波，其方向与入射波相反。此时在管中会形成驻波，驻波有固定的波节和波腹。波节处的声压为极小值，波腹处的声压为极大值。当反射壁面为刚性壁面时，波节处和波腹处的声压差值最大。反射壁面吸收声能的能力愈大，则反射波的声能愈小，形成的声压差值也就愈小。

驻波的波节和波腹之间的距离为λ/4，λ为所测的波长。驻波管要有坚硬而光滑的内表面，通常用黄铜管或大理石板制成。为了在管中形成平面波，在设计和制作驻波管时，应使管径同最高测试频率所对应的波长相适应，就是使管径D大于或等于λ/2，λ为最高测试频率对应的波长；同时，为了能测量最低频率的声压极大值和极小值，应使管长l大于λ/4，λ为最低频率对应的波长。测量频率为100～2000赫时，管径D为10厘米，管长l为120厘米；超过2000赫时，则用D=3厘米、l=50厘米的铜管。当测量消声尖劈时，测试频率为50～400赫，驻波管应用截面为20×20厘米2、长度为2～3米的大理石管。

图为驻波管示意图。图中的 1为管体；2为直径 20厘米的扬声器，由正弦信号发生器激发，在管中产生平面声波；3为安装试件的刚性壁；4为传声器，为了防止外界噪声的干扰，将传声器设在一个隔声较好的小车内，在其前部装有探管5。小车移动时，可以从频谱仪（或频率分析仪）表头上读出最大值和最小值。一般频谱仪表头上有吸声系数α的刻度，可直接读出α值。

测量时，先将试件安装盖（即刚性壁）固定在驻波管上，用油泥密封好，测量空管各个频率的本底吸收，此值应小于5％。然后安装被测试件，也用油泥密封。移动小车找出极大值（常在试件表面附近）；并将频谱仪表头指针调至满刻度（即100％），再移动小车找出极小值；此时表上的读数就是试件的吸声系数。通常取三块同样试件进行测量，取平均值表示该材料的吸声系数。驻波管除了用于测量试件的吸声系数外，还用于测量材料表面的声阻抗。

将试件暴露在一无规入射的扩散声场中，在声源突然停止后，测量其混响时间，如已知空室（即未安装试件时）的混响时间，即可算出试件的吸声系数αT。

混响室的体积由下式决定：

V≥4λ3式中V 为混响室的体积（米3）；λ为测量的最低频率所对应的波长（米）。通常V ≈200米3。混响室的长、宽、高之比应成调和级数，而lmax≤1.9V1/3。其混响时间应满足下表的要求：

125～500赫 1000赫 2000赫 4000赫

>5秒 >4.5秒 >3.5秒 >2.0秒

为了获得较好的扩散声场，应在混响室内布置扩散体、扩散板或足够大的转帆。实验证明，扩散板总面积如等于地面面积50％以上，即能满足使用要求。转帆面积一般为10平方米左右，每分钟旋转2～10转。

测量混响时间所用的信号源是多种多样的，有啭声、白噪声、粉红噪声。在剧场测量混响时间时，有时用发令q、鞭炮或者交响乐队。通常以粉红噪声加1/3倍频带或倍频带滤波器做声源。在信号源和滤波器之间加一开关，作为切断信号之用。如功率放大器质量不高，扬声器会在切断信号后仍发出交流声，影响测量。因此，最好在功率放大器和扬声器之间加接开关，用短路扬声器的方法切断声源；但在这种情况下应加一假负载，以防止烧毁功率放大器。

接收器应使用频响较好的电容传声器，经频谱仪选频放大后的信号输给级记录仪，用10或30毫米每秒的记录纸速将混响衰变曲线记录下来。测试规范要求每个频带要有三个以上的测点，每个测点要记录三条以上合格的衰变曲线：曲线衰变量要在30分贝以上，曲线不能是折线或弧线。在测量时，要选择合适的纸速，使衰变曲线与底线的夹角在45°左右。将每个频带的合格衰变曲线用计算圆盘量出其混响时间，取其平均值，即为该频率的混响时间。现在有测量混响的专用设备，可直接测出混响时间。

在混响室中测量时，声源应放在墙角处，其声功率应足够大；传声器位置应符合测试规范要求。通常，将试件放在地面上，长宽应符合一定比例，即1:0.7。试件面积约10米2。如果试件为空间吸声体时，则应将其悬挂在天花板上。测量时，应同时测量空室（未放试件）和满室（已放试件）的混响时间。对于空气吸收的影响可以忽略，或者进行修正（在高频）。

混响室法测量的吸声系数按下式计算：

式中ΔA为材料或结构的总吸声量；c为空气中的声速;V为混响室体积;T1和T2为满室和空室的混响时间;m1和m2为满室和空室的空气吸收系数；αT为材料或结构的吸声系数;S为试件总面积。如满室和空室同时测定，则m2=m1，式中4(m2-m1)一项可以忽略。

此法系利用一稳态的标准声功率源作为测试声源，进行声压级精密测量。此法对声级计的精度要求很高，因此，只有在不能使用上述两种方法的情况下，特别是不能形成扩散声场的有强吸收的房间或厅堂才使用。用此法测量时，声源应放在远离材料表面的地方。声压级的测点和声源的距离不能过远或过近，一般为1～2米。精密声级计必须配有倍频带或1/3倍频带滤波器，以便测试所需要的频带。测量一次后，声源应改变一下位置或方向，重测一次，取两次的平均值。室内总吸收量由下式决定：

式中A为室内总吸收量；岧W为标准声源的声功率级;岧p为同一频带的声压级。只有测出岧p之微小分贝差数，方能达到足够的精度。此法在现场测量隔声量时较为有用。

总的来说，驻波管法测试便捷，不需要特殊的实验室和大面积的吸声材料，便于多种材料的比较。要选取其中较佳的几种，再进行混响室法测量。混响室法是在无规入射声场中进行的，比驻波管法更符合实际情况，而且对任何类型的材料或结构都可以测试。而驻波管法只能测试多孔材料、穿孔板结构或微穿孔板结构。稳态声源法则适于测定非扩散情况下的室内吸收。因此，在选用吸声系数时应注意使用条件和测试条件尽量一致。