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建筑声学测量仪器解决方案

建筑声学测量仪器解决方案

内容:

1 建筑声学测量总的仪器解决方案

2 测量混响时间简单配置方案

3 阻抗管法材料吸声系数的测量

 

解决方案

1 建筑声学测量总的仪器解决方案

1.1 适用范围

1.1.1建筑构件隔声测量

(1)概述:隔声测量主要测量发声室和受声室两侧不同中心频率下的声压级差。根据传播途径的不同分为:

1)建筑构件的空气声隔声测量;

2)楼板撞击声隔声测量。

(2)相关标准:

1)GB/T50121-2005 建筑隔声评价标准

2)GB/T19889 声学 建筑和建筑构件隔声测量 (第1~10部分) 

       第1部分:侧向传声受抑制的实验室测试设施要求;

       第2部分:数据精密度的确定、验证和应用; 

       第3部分:建筑构件空气声隔声的实验室测量;

       第4部分:房间之间空气声隔声的现场测量;

       第5部分:外墙构件和外墙空气声隔声的现场测量;

       第6部分:楼板撞击声隔声的实验室测量;

       第7部分:楼板撞击声隔声的现场测量;

       第8部分:重质标准楼板覆面层撞击声改善量的实验室测量;

       第9部分:吊顶上空相通的两室之间空气声隔声的实验室测量 

   第10部分:小建筑构件空气声隔声的实验室测量

1.1.2混响室吸声测量;

(1)概述:在混响室内测量用于处理墙壁或顶部等界面的声学材料的吸声系数,或诸如家具、人、空间吸声体等的吸声量的方法。按混响室放入吸声材料前和放入吸声材料后混响时间的差异,计算吸声材料的吸声系数。这里吸声系数是指试件吸声量与试件面积的比值。用于测量声音无规入射时的吸声系数,即声音由四面八方入射材料时能量损失的比例 。

(2)相关标准:GB/T 20247-2006 声学  混响室吸声测量

1.1.3室内混响时间测量

(1)概述:声音达到稳态后停止发声,平均声能密度自原始值衰减60 dB所需要的时间,称之为混响时间,记做T60,单位为秒(s)。混响时间测量有中断声源法和脉冲响应积分法两种。

中断声源法是声源发声达到稳态后,突然切断声源停止发声,直接记录室内声压级衰减曲线的方法。

脉冲响应积分法是对脉冲响应进行反向积分而得到室内声压级衰减曲线的方法。

     两种测量方法比较

    1)脉冲响应积分法比声源切断法方便快捷,结果稳定性好。运用脉冲响应积分法,在某一传声器/声源位置仅需测得一条衰变曲线;运用中断声源法,为获取合适的可重复性数据,必须把在某一传声器/声源位置测得的数条衰变曲线或数个混响时间值进行平均;一次脉冲响应反向积分法的测量精度与10次声源切断法的平均值相当。 

    2) 脉冲响应积分法声源简单,只需电火花、刺破气球、发令枪及爆竹等突然声音作为脉冲声源。      

3)脉冲响应积分法在低频段(小于250 Hz)测量更具有优势;

    4)脉冲响应积分法可获得很多辅助声学参数 ;早期衰减时间(EDT)、强度因子(G)、相对声压级、期声能比、侧向声能比、双耳互相关函数。

    5)对于有频段混响时间小于0.20 s 的房间宜运用脉冲响应积分法以减小滤波器时间特性对衰变曲线的影响。

    6)运用脉冲响应积分法可改善信噪比,对声源动态范围要求也相应较低。在测量容积较大的房间或房间背景噪声较高时宜运用脉冲响应积分法。 

    因此,正在修订的混响时间测量国标中,宜优先采用脉冲响应积分法测量。 

(2)相关标准:

1)GBJ 76-84   厅堂混响时间测量规范 

    2)ISO 3382-2:2008 声学  房间声学参数的测量  一般房间混响时间测量 

       新的《室内混响时间测量规范》国家标准正在制定中

1.2 我公司测量仪器方案

测量方案框图

 

表1 建筑声学测量仪器选用

 

选用仪器

混响时间测量

材料吸声系数测量

建筑构件隔声测量

声源中断法

脉冲响应积分法

驻波比法

传递函数法

混响室法

空气声隔声

撞击声隔声

AWA6291型实时分析仪

(配倍频程和1/3倍频程分析软件和混响时间测量软件)

 

 

 

 

 

AWA6290型多通道分析仪(通道数)

●(4)

●(2)

1/1和1/3倍频程分析软件

 

建筑声学测量分析软件

AWA5510型12面体声源

 

 

 

 

AWA5871型功率放大器

 

 

 

脉冲声源

 

 

 

 

 

 

AWA5560型标准撞击器

 

 

 

 

 

 

AWA6122A型驻波管吸声系数测试仪

 

 

 

 

 

 

AWA8550型驻波管(L管和S管)

 

 

 

 

 

 

AWA8551系列阻抗管

 

 

 

 

 

 

1/4″测试传声器和前置放大器

(相位配对)

 

 

 

●(4)

 

 

 

传递函数法吸声测量软件

 

 

 

 

 

 

1/2″测试传声器和前置放大器

 

●(2)

 

表2 建筑声学测量仪器选用配置清单

 

型号及名称

主要功能

数量

AWA6290M两通道噪声分析仪

测量放大及数据采集

1

AWA14423型测试传声器 

频率范围20~16000 Hz,灵敏度约40 mV/pa

2

AWA14604型前置放大器

ICP型,阻抗变换,频率范围10~200 kHz,增益1

2

10米延伸电缆

可相互串联, 延伸测试传声器

4

过门电缆接线

延伸电缆穿门窗用

2

测试传声器固定架

固定测试传声器用(三脚架)

2

AWA5870B型功率放大器

最大有效值输出功率150 W

1

AWA5510型12面体声源

无指向,最高声压级110 dB

1

建筑声学测量软件包

隔声、撞击声、混响时间测量

1

1/1和1/3 OCT分析软件包

1/1和1/3OCT频谱分析,二通道同时测量

1

便携箱

放配件用 

1

AWA5560型标准击打器

楼板隔声、撞击声测量的声源

1

AWA6221A声级校准器 

准确度1级,声压94dB和114dB,频率1kHz

1

计算机(自备或代购)

要求有USB接口

 

 

1.3测量结果的图形和曲线

 1.4 与传统建筑声学仪器配置的比较: 

    1)设备少了许多,不再需要噪声发生器、滤波器、电平记录仪; 

    2)智能化程度高,由计算机直接计算各项测量指标,省力省时间;

    3)混响时间测量既可以按中断声源法,也可按脉冲响应积分法;

4)同时测量出各个中心频率下的混响时间、隔声量和吸声系数,效率大大提高;

5)可以自动生成报表;

6) 还可进行噪声的频谱分析等测量。如果用户需要对振动进行测量,只要增加振动测量通道和相应的软件。

7) 当测量标准修订了,也可以通过软件升级或增加的办法,使它符合新标准的要求,而不需重新购买。

 

测量混响时间简单配置方案

如果仅仅测量混响时间,只需选用AWA6291型实时信号分析仪,配置实时倍频程和1/3倍频程分析软件和混响时间测量软件。

该配置的优点: 

    1)使用设备非常简单,不再需要噪声发生器、滤波器、电平记录仪; 

    2)按脉冲响应积分法测混响时间,准确性高,低频尤其明显;

3)同时测量并直接计算所有频带的混响时间,省力省时间;

4)该仪器还能进行噪声测量和实时倍频程和1/3倍频程分析。

注:如要按中断声源法测量,需另配备AWA1650型音频信号发生器、AWA5870B型功率放大器和AWA5510型12面体声源。

     

表3测量混响时间仪器选用简单配置

 

序号

型号及名称

主要功能

数量

备注

1

AWA6291型实时信号分析仪 

含S6291-00202倍频程实时分析软件、S6291- 00303 1/3倍频程实时分析软件和S6291-05008混响时间测量软件,不含打印机

1

 

2

传声器固定架

固定传声器用

1

 

3

10米延伸电缆

延伸测试传声器

1

 

4

发令枪

用作脉冲声源

1

选购

5

AWA1650型音频信号发生器

正弦波、扫频、白噪声、粉红噪声、猝发声

1

中断声源法测量使用

6

AWA5870B型功率放大器

最大有效值输出功率150 W

1

中断声源法测量使用

7

AWA5510型12面体声源

无指向,最高声压级110 dB

1

中断声源法测量使用

    

3 阻抗管法材料吸声系数的测量

3.1 概述:材料吸声系数的测量除了混响室法,还可采用阻抗管法。

阻抗管与混响室两种测试方法的比较:

1)阻抗管法既可用来测定吸声系数,也可用来测定声阻抗率或声导纳率。 

2)规定声波法向入射到试件表面。混响室法(在理想条件下)测定无规入射吸声系数。

3)阻抗管法的根据是存在一个入射平面声波,这种条件下它能给出准确的测量值。混响室中吸声系数的测定,建立在对声场和试件大小的一些简化和近似的假设的基础之上,因此,有时会得到大于1的吸声系数。

4)阻抗管法要求试件与阻抗管的横截面一样大。混响室法要求相当大的试件。 

5)混响室法还可用于在横向和/或表面的垂直方向有明显不均匀结构的试件。在阻抗管中对这种不均匀试件所作的测量必须小心地解释。

3.2测试方法        

3.2.1驻波比法吸声系数测量方法

(1)原理:试件装在一平直、刚性、气密的阻抗管的一端。入射正弦平面声波pi由阻抗管另一端的扬声器产生。入射波pi与从试件来的反射声波pr,相叠加,p=pi + pr,从而在阻抗管中建立起驻波。驻波比根据测得的第n个声压极小值处的声压振幅︱p(xmin.n) ︱和第n个声压极大值处的声压振幅︱p(xmax,n) ︱得到。

(2)相关标准:GB/T 18696.1-2004 (ISO 10534-1:1996)声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第1部分 驻波比法

测量仪器:利用AWA6122A型驻波管吸声系数测试仪,测定垂直入射条件下吸声材料的吸声系数。测试仪软件根据测量到的峰声级值和谷声级值自动计算出吸声系数,并能生成吸声系数与频率的坐标曲线。

 

表4 驻波比法吸声系数测量仪器选用配置

 

项目

性能和用途

数量

AWA6122A型驻波管吸声系数测试仪

 

1

低频管(L管)Ф96x1000 (mm)

适用于吸声材料90 Hz~1800 Hz频率的吸声系数测量;

1

高频管(S管)Ф30x350(mm)  

适用于吸声材料1500 Hz~6500 Hz频率的吸声系数测量。

1

打印机(自备或代购)

打印测量结果

 

特点: 

● 工作原理直观,尤适宜教学使用;

● 不另需要信号发生器、测量放大器、滤波器等设备; 

● 自动计算吸声材料各频率点的吸声系数,生成吸声系数频响曲线;

● 只能一个一个频率点测量,而且要寻找波峰和波谷点,费时费力。

 

3.2.2 传递函数法测量吸声系数

(1)原理:测试样品装在一支平直、刚性、气密的阻抗管的一端。管中的平面声波由(无规噪声、伪随机序列噪声或线性调频脉冲)声源产生。在靠近样品的两个位置上测量声压,求得两个传声器信号的声传递函数,用此计算试件的法向人射复反射因数、法向人射吸声系数和声阻抗率。

(2)相关标准:GB/T 18696.2-2002 声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量  第2部分 传递函数法

(3)测量仪器:选用AWA6290M型双通道分析仪或AWA6290B型四通道分析仪,相位配对的1/4″测量传声器和AWA14634E前置放大器,加上AWA8551系列阻抗管,配置信号发生软件、1/3 OCT分析软件、FFT 分析软件、传递函数吸声系数测量软件和四传声器隔声测量软件。不同测量要求选择选择不同配置,见表5.

   表5传递函数法测量吸声系数仪器选用配置

 

项目

50Hz-6.4kHz

吸声测量

100Hz-3.2kHz

吸声测量

50Hz-6.4 kHz

吸声及隔声测量

100Hz-3.2 kHz

吸声及隔声测量

AWA8551阻抗管 

1套

——

——

——

AWA8551A阻抗管 

——

1套

——

——

AWA8551T传递损失管 

——

——

——

1套

,AWA8551AT传递损失管 

——

——

1套

——

1/4″测量传声器对 

1对

1对

2对

2对

AWA14614E前置放大器 

2个

2个

4个

4个

AWA6290M双通道分析仪 

1台

1台

——

——

AWA6290B四通道分析仪 

——

——

1台

1台

AWA5871功率放大器 

1

1

1

1

信号发生软件 

1

1

1

1

1/3 OCT分析软件 

2通道授权

2通道授权

4通道授权

4通道授权

FFT 分析软件 

2通道授权

2通道授权

4通道授权

4通道授权

传递函数吸声系数测量软件 

1

1

1

1

四传声器隔声测量软件 

——

——

1

1

 

    表6 传递函数法测量吸声系数仪器的主要技术性能

 

          型号 

参数 

AWA8551型 

阻抗管 

AWA8551A型 

阻抗管 

AWA8551T型 

传递损失管 

AWA8551AT型

隔声管

频率范围 

50 Hz-1.6 kHz 

500 Hz-6.4 kHz 

100 Hz-3.2  kHz 

50 Hz-1.6 kHz 

500 Hz-6.4 kHz 

100 Hz-3.2 kHz

吸声系数测量 

有 

有 

有 

反射系数测量 

有 

有 

有 

声阻抗率测量 

有 

有 

有 

声导纳率测量 

有 

有 

有 

传递损失/隔声量 

无 

无 

有 

特点: 

● 是一种更为方便、快捷、操作误差小、测量结果一致性好的吸声系数和声阻抗的近代测量技术;

● 同时测量并计算所有频率点的吸声系数,生成吸声系数频响曲线;

● 采用4传声器法还可测量材料的隔声系数;

● 设备比较复杂,价格相对较高。

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