【声学干货】—消声室设计原理（一）

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消声室的设计原理（一）—消声室的类型

消声室和混响室是音频声学测量的基本实验室。随着我国工业、国防和科学技术的迅速发展，消声室或混响室的使用范围将越来越广。例如各种类型的扬声器（俗称喇叭）和扬声器箱的声学性能测试和鉴定，传声器（俗称话筒）和其他接受或放送声音的电声器件的声学测试和鉴定，都要在消声室或混响室中进行。收音机、电视机等整机的声学性能也要在消声室中进行测试。

需要使用消声室或混响室的学科和行业是很广的，因此，对这类实验室的正确选用和合理设计，是一项极为重要的工作。

下面我先给大家介绍一下消声室。

日常生活中，我们生活着的普通房间里，房间内除了有直达声之外，还存在着来自各个界面的反射声以及室外传来的别的干扰声而无法准确地测量出声源的特性。因此，我们需要将声源放在一个没有干扰的理想空间中。如下图1为普通室内声场结构示意图。

图一普通室内声场的结构示意图

在这个空间中，传播声波的介质均匀地向各个方向无限延伸，使声源辐射的声波能自由地传播，既无障碍物的反射，也无噪声环境的干扰。这样的空间，称之为“自由声场”。

为了创造一个良好而方便的测试条件，人们设法在室内建立近似的自由声场，这就是“消声室”。

消声室内除了没有障碍物外，室内各面上都要铺设高效能的吸声材料，使入射于界面上的声波，在一定频率范围内几乎完全被吸收。同样为了消除外界的干扰，消声室必须有良好的隔声和隔震设计以避免外界杂音的干扰。

首先，跟大家介绍一下消声室的类型。

消声室分全消声室、半消声室和卦限消声室三种类型。

（一）全消声室

1. 定义：房间的六个面全部铺设吸声层

2. 适用范围：（1）要求测量误差比较小，如要求在±1分贝以内

（2）针对测量声源的方向特性等有特殊要求

（二）半消声室

1.定义：房间的六个面中只有五个面或四个面铺吸声层

2．适用范围：被测噪声的机器很笨重，难以在全消声室中安放，

而测量误差允许较大时，可以设计半消声室完成其测试工作。

例如下图2所示中半消声室中的直达声和一次反射声，地面不铺设吸声材料而是磨光水泥等对音频声波几乎是全反射的材料，其余五个面都铺设高吸声材料的半消声室。声源S放在离地面一定高度处，传声器在M处接收，则除了接收到直达声以外，还接收到地面的一次反射声。直达声与一次反射声的声程差为r-(a+b)。如果声源尺寸不是很大（相当于波长而言），放在地面上，接收传声器放在地面上，则r与（a+b）接近相等，或者说只要有r-(a+b) <<λ的条件，这是传声器接收到的直达声和反射声大小相等，相位相同，互相叠加，所以测得的声压值为在全消声室中同样距离下的2倍，即声压级增加6分贝。如果声源和传声器没有一个接近地面，则直达声与反射声之间的位相差，与声程差r-(a+b)和测试频率的波长有关。因此对于单频率声波，在这种情况下在不同位置上测得的声压值比在全消声室中同样位置上的数值可大可小；在同一位置上测量时，对于不同频率的声波，与全消声室相比也可能大可能小。而对于一定频宽的噪声源，不同频率的直达声与反射声之间产生的相位差不同，是频率成分无归叠加的结果，在离地面四分之一的波长以上，大约比在全消声室的测量值增加不到3分贝。一般情况下的测试误差比较大，要提高测试的准确度，测点数目也要比较多。

图2 半消声室中的直达声和一次反射声

（三）其他类型消声室

1.相邻两个面是反射面，其余四面铺设吸声层

测量方法：讲被测声源安放在紧靠这两个面的棱线上来测量声源辐射的声功率或声压级。

2.卦限消声室（相邻三个互相垂直的面是全反射的）

测量方法：将声源或接收器放在三个反射面交接的顶角上，其尺寸要比波长小。

缺陷：受声源或接收器尺寸的限制，一般只在特定用途下才使用。

对于不同的测试需要，消声室的选择是不同的。对于不同类机器或产品的噪声测试，测量时具体的测点布置以及测试方法，有不同的测试规范进行参考。

参考文献：《消声室和混响室的声学设计原理》

【声学干货】—消声室设计原理（一）

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