1、缩尺混响室中测量材料吸声系数的方法摘要：在缩尺模型试验中，常通过测试模型里的一些客观声学参数来预测厅堂的音质状况。若模型的缩尺比为 1：n，则缩尺模型中的材料在 nf 时的吸声频率特性应与足尺厅堂中的材料在 f 频率时的吸声频率特性相同。所以寻找对应材料在厅堂音质缩尺模型试验中显得尤为重要，它将直接影响缩尺模型试验结果的准确性和可靠性。本文介绍利用缩尺混响室测量模型中材料的吸声系数的方法，以方便、准确地选择缩尺模型中的材料。Abstract ：Through scale-model experiment, some objective acoustics parameters can be p
2、redicted for a hall. If the ration of scale model is 1:n, the sound absorption characteristics of a test material for the frequency of nf have to be the same as that of true material for the frequency of f in hall. Therefore seeking the corresponding test materials seems of importance in the scale m
3、odel experiment. It will directly affect the accuracy and the reliability of the scale model test result. The present paper introduces method to surveying the material sound-absorption coefficient in a scale reverberation chamber.关键词：缩尺混响室 缩尺模型 吸声系数 测量Keywords: scale reverberation room scale model a
4、bsorption coefficient Measurement 1 引言缩尺模型技术在厅堂声学中的应用， 是从1934年德国的F.Spondk发表相关研究报告后才真正开始的，其研究结果证明了声学缩尺模型在厅堂声学设计中应用的可能性和可行性。上世纪六十年代缩尺模型开始极盛时期。完全精确地模拟界面声阻抗是困难的而且也没必要，大量的实例和对比实验证明了界面吸声系数模拟的可行性和可用性 1。在实际工程中，常利用缩尺模型对观演建筑的音质进行分析与评价，可用于分析厅堂的脉冲响应、混响特性、声场分布。通过缩尺模型，全面了解所设计厅堂的音质效果，检验有无回声、颤动回声、声场分布不均匀、声聚焦等音质缺陷，据
5、此调整设计方案。还可将缩尺模型技术与现代计算机技术结合以实现在厅堂建成之前的可听化。其中界面吸声系数模拟方法也在不断地完善 2。由此可见，利用缩尺模型试验预测厅堂音质，可使建筑声学设计建立在更加科学的基础之上。为了较准确地挑选厅堂中的材料，常利用混响室测量声波无规则入射条件下材料的吸声系数，因此相应地需要利用缩尺混响室对缩尺模型中的材料吸声系数进行测量。其难度在于：厅堂与模型相对应的材料通常不可能在各个对应频率的吸声系数都相同，在这种情况下，采取首先确保中频吸声性能相同， 其它频率较为接近的原则 3。2 缩尺模型试验基本理论 4缩尺模型试验是建立在相似性法则的基础上的。澳大利亚的 R W Mu
6、ncey提出了声学缩尺模型的模拟条件:尺度比例为 1:n 的模型应与原型有完全相同的边界形状 ,且模型内表面在频率 n f 上的声阻抗应与原型相应部位在频率 f 上的声阻抗相等。其中 ,以几何尺寸、时间、温度、力、电流这 5个物理量作为基本物理量 ,它们在足尺厅堂与缩尺模型之间的比例称为“基本相似比”。“基本相似比”是各自独立选取的 ,其他物理量的相似比可以从这 5个基本相似比推导出来 ,因而 ,称之为“诱导相似比”。当模型与厅堂之间的几何相似比为 1:n ，即 l m=l/n 时（式中 下标m表示缩尺模型，无下标表示足尺厅堂，下同。）则声波波长的 相似比为 m =/n，时间相似比为：tm=t
7、/n,因此对应的声速相似比为：1：1 ，即c m=c;频率相似比为：f m = nf。考虑到空气吸声的问题，厅堂中的混响时间可由式（1）计算： (1)4mVS0.6T式中 T为厅堂中混响时间（s）， S为界面面积（m 2），V为厅堂的体积（m 3），为界面平均吸声系数，m 代表厅堂相应的测试频率的空气吸声系数，下同。模型中的混响时间可由式（2）计算： (2) 4VS0.16Tm式中 为模型中混响时间（s）， 为模型界面面积（m 2）， 为模型的体积（m 3），SV为模型界面的平均吸声系数， 代表模型相应的测试频率的空气吸声系数，下同。当模型比例为1:n 时，由（1）、（2）式可得到足尺厅堂的混
8、响时间与缩尺模型中的混响时间的关系如式（3）所示： mmT16.0)4n(T1 (3) 3 测量原理测量材料的吸声系数一般有混响室测量法和驻波管法。混响室法常用于测量材料在声波无规入射条件下的吸声系数，测量结果可直接用于声学设计。驻波管法测量材料在声波垂直入射条件下的吸声系数，测量结果一般仅用于不同材料吸声能力大小的比较或用于材料加工的研制阶段 4。所以实际应用中多采用混响室法测量吸声系数。在缩尺模型试验中选择模型界面材料时，也相应地选择匹配材料的吸声系数。因此为了精确地测量缩尺模型中材料的吸声系数，采用在按相同比例缩尺的混响室内测量模型界面材料的吸声系数。为了保证和足尺混响室测量吸声系数的方
9、法和条件的一致性，缩尺混响室中材料吸声系数的测量也按照标准 ISO 354:2003 进行。缩尺模型材料的吸声频率特性应最大程度上接近足尺厅堂中实际材料的吸声频率特性。在缩尺混响室中材料吸声系数可由公式（4） 、 （5）计算得到 5： (4)12m12mT4V-Tc3V.5A (5) Ss其中：A T试件吸声量，m 2； 试件吸声系数；sT1m放置试件前缩尺混响室的混响时间,s； T 2m放试件后缩尺混响室的混响时间,s； Vm 缩尺混响室体积，m 3； S试件面积，m 2； m1、m 2 声功率衰减系数，由公式 计算得到，其中 可在国家标准 e10lgGB/T17247.1-2000中查询。
10、c 声音在空气中的传播速度，单位是m/s，在15 0C300C 范围内可由：c=331+0.6t （t为空气温度 ）计算。由于m 1、m 2与空气的温度和湿度有关。若缩尺混响室在放试件后缩尺混响室的混响时间的空气温度、湿度相同时，计算公式（4）可简化为： (6) 1m2TTc3V.5A由（4） (6)式可知，若测量材料的吸声系数，仅需测量放置试件前后缩尺混响室的混响时间。 4 在缩尺混响室中测量材料吸声系数的测试系统：材料吸声系数的测试、计算系统如图1所示。 试 件 Pulse声 学 分析 仪 Dirac分 析计 算B&K438传 声 器 +1-转 换 器 4前 置 放 大 器 脉 冲 声 发
11、 生 器图1 在缩尺混响室中材料吸声系数的测试、计算系统测试仪器与软件：（1）脉冲声发生器声源采用 BPMS1-040528 便携式脉冲声发生器。（2）传声器和前置放大器传声器采用 1/8 吋、B & K 4138 传感器，后加一个 1/4 吋的前置放大器，中间用1/8-1/4 的转换器连接。（3）利用 PULSE 声学分析仪和 PULSE 电脑软件录制在缩尺混响室中放置吸声材料前、后的脉冲响应。（4）利用 DIRAC 声学分析软件求出放置吸声材料前后缩尺混响室内的混响时间。得到放置试件前后缩尺混响室的混响时间后，代入式（4） (5)计算试件的吸声系数。参考文献：1 康健 .厅堂声学缩尺模型五十二年J.应用声学.1988 7（2）：30-312 黄险峰.缩尺模型技术在厅堂音质设计中的应用J.四川建筑科学研究.2003 29（1）：98-993 项端祺,王峥,陈金京等.科特迪瓦共和国剧场声学设计与缩尺声学模型试验J.应用声学.1998 17（5）：214 吴硕贤 张三明 葛坚，建筑声学设计原理 M，北京：中国建筑工业出版社，2000,192-1975 ISO 354:2003 ，声学 混响室中的吸声测量 S
