本文摘要：摘要：某高校原有混響室存在本底噪聲過大，聲場均勻性較差及檢測數據不完整等問題，在不拆除原有基礎建設的前提下，本文旨在優化設計使其符合國家規范，并獲得檢測數據相對標準的混響室.利用聲場擴散理論對聲學混響室的空間進行改造設計，最終將其空間尺寸的長、寬、高
摘要：某高校原有混響室存在本底噪聲過大，聲場均勻性較差及檢測數據不完整等問題，在不拆除原有基礎建設的前提下，本文旨在優化設計使其符合國家規范，并獲得檢測數據相對標準的混響室.利用聲場擴散理論對聲學混響室的空間進行改造設計，最終將其空間尺寸的長、寬、高定為7.76m、5.56m、4.50m，使其在滿足規范GB/T20247—2006要求的最大線度小于1.6倍體積前提下，保證長、寬、高的比值不成整數倍，以此來消除矩形空間的聲簡并共振現象.對混響室內表面進行隔聲處理，使各個頻率的最小吸聲量滿足現行規范GB/T20247—2006的要求;對混響室內墻體進行弧形改造，對墻面涂刷金剛石顆粒，在頂部布置擴散體，使聲場擴散時達到理想狀態，并依照規范JJF1143—2006對混響室進行校準.以某高校研發的吸音板作為標準試件進行測試，最后得到較完整的吸聲系數曲線及平均吸聲系數，用于分析材料在不同頻率范圍內的吸聲特性.
關鍵詞：建筑聲學;混響室;混響時間;降噪效果;聲場擴散;吸聲系數
0引言混響室內聲波得到較為充分的反射后，會形成理想的擴散聲場或磁場.因此，可用該擴散聲場或磁場來測量不同材料、不同結構體的吸音隔聲能力及對電磁波的干擾能力[1].同濟大學聲學研究室建筑聲學組[2]對于混響時間測量中出現偏差的問題進行研究.王季卿等[3]針對混響室內擴散體安置對混響時間測量偏差的影響進行研究.孫廣榮等[4]研究了擴散體在靜止和運動狀態下對混響時間測量的空間偏差和標準偏差影響.
楊小軍等[5]在孫廣榮研究的基礎上，將研究的頻帶拓寬到1/3倍頻程、中心頻率為100～5000Hz的頻帶范圍.通過3組不同實驗條件下混響時間測量的空間偏差和重復偏差的比較，總結出測量空間偏差和重復偏差較小的測量條件.隨著理論研究的深入和科學技術的成熟，混響室的應用得到了極大的擴展.當前我國噪聲問題日趨嚴重，吸聲降噪領域檢測手段的需求也逐年增加.
由于大部分混響室建于混響室理論和施工技術尚不完善的初期階段，其空間結構不合理，聲場擴散度不佳，室內表面吸聲量不達標，拆除重建成本造價高且工期較長.本文以楊志華[1]設計的混響室作為參考，綜合現有條件，在不拆除原有混響室前提下進行改造，并以此總結出了幾種提升混響室檢測性能的方法.本研究在聲學檢測和建筑聲學教學方面具有現實意義，可為建筑聲學相關的研究提供借鑒，為建筑學專業實訓提供聲學場所.
1混響室的工作原理
一個標準的聲學實驗室邊界可以反射全部聲能，使其均勻擴散到混響室的各個角落，房間各處的能量密度相同，聲能傳播的方向無規則分布.因此，利用混響室法測量吸聲系數是目前現有測量方法中唯一與實際工況相近的一種方法.利用大功率音響噪聲源在室內擴散聲能，使其達到穩定狀態后關閉聲源，以此測試室內聲壓衰減到60dB所需時間，即混響時間T60，單位為s.通過混響時間的測量，再利用國家給定規范中的公式可計算出吸聲系數.采用混響室法測量吸聲系數主要是利用均勻的混響室內聲場來測試聲波無規則入射后材料的吸聲性能.通常用吸聲系數來定義其吸聲性能的高低.現行規范《聲學混響室吸聲測量》GB/T20247—2006[6]規定混響室法測量吸聲系數是利用測試出的混響室在不同聲波頻率下得到的混響時間T。
2混響室設計
上述計算吸聲系數公式的必要條件是混響室聲場為理想的擴散場，聲波可以在室內聲場中均勻擴散，以此達到測試混響時間時不會出現誤差范圍之外的空間偏差.混響室內墻體表面的吸聲系數應盡量小，避免由于空場的吸聲量過大而產生誤差.適當布置一些利于聲場擴散的材料，如擴散板和旋轉擴散體等.根據混響室法測量吸聲系數的原理，結合《聲學混響室吸聲測量》(GB/T20247—2006)[6]和《混響室聲學特性校準規范》(JJF1143—2006)[7]要求以及學校實際情況和需求，確定設計思路.結合教學及科研的需求，混響室的優化必須滿足以下要求：
1)在本底噪聲、室內聲壓標準偏差和室內空場吸聲量等方面滿足國家相關規范標準要求.2)測量數據可反映出材料在不同頻率下的吸聲特性，以滿足應用于教學科研項目輔助的功能要求.3)建成后室內空氣質量達標，保證科研人員及學生的健康安全.
2.1混響室空間設計
原有混響室的房間為矩形空間，為減少施工量，混響室繼續沿用矩形空間.保證混響室的長、寬、高之比不成整數倍，以此來消除矩形空間的聲簡并共振現象[1]。
2.2混響室內部吸聲量處理
為了盡量減小混響室在空場時各頻段的吸聲量，混響室內壁表面采用水泥砂漿抹平后平鋪一層金剛石顆粒，再噴涂一層反射材料，使墻體表面毛糙且吸聲量很低.為方便布置試件，減小邊緣效應對測量吸聲系數的影響，地磚采用光面瓷磚.盡量降低墻面和地面對聲波的吸收，增加聲反射，使室內聲場達到更好的擴散效果.
混響室在進行空場吸聲量測量時，各個頻率吸聲量均不大于國家標準規定的最大值，因此，不同頻率下的空場吸聲量滿足規范要求.
2.3室內隔聲設計
混響室的優化設計在原有基礎建設上進行，處于某校建工樓一樓內部，半徑1km內無交通干道且無大型噪聲源.因此，在底噪處理方面進行如下兩方面的優化設計.
1)在原有墻體上加厚墻體，澆筑最大厚度為500mm的弧面墻體，以降低測試時墻體外部噪聲源對試件測試結果產生的影響.2)設置相距1m，厚度為200mm的內外隔聲門，對混響室內外連接通道進行隔聲處理.關閉隔聲門后，使用HS5633B通用聲級計，依照《混響室聲學特性校準規范》(JJF1143—2006)[7]布置測點，進行混響室本底LAeq總聲壓級測量.為保證測試數據的準確性，取3次測量的算術平均值作為該測點的本底噪聲聲壓級。打開AWA5510A十二面體聲源調節至測試功率，在相同測點進行3次聲壓測試，3次測試結果取算術平均值作為該測點工作噪聲(測量噪聲)聲壓級，測試結果如表3所示.由表3可知，各測點的工作噪聲與本底噪聲聲壓級的差值均大于12dB(A).
使用愛華AWA6290M-3主機配合傳聲器在測點5(工作噪聲聲壓薄弱點)處進行1/3倍頻程的本底噪聲與工作噪聲的聲壓級比較，其中工作噪聲聲壓級按規范要求從穩態聲壓衰減5dB起，衰減至20dB后開始測量.比較結果.在1/3倍頻程各個中心頻率工作噪聲聲壓級均大于本底噪聲聲壓級12dB以上。
工作噪聲進行LAeq總噪聲聲壓級測量同樣超過本底噪聲聲壓級12dB(A)以上，均滿足《混響室聲學特性校準規范》JJF1143—2006規定的“在混響室測量頻率范圍內，所有頻帶的本底噪聲聲壓應比該混響室工作聲壓的下限聲壓級一般至少低12dB(A)”[7]要求.綜上所述，該混響室在本底噪聲方面合格，隔聲處理有效.
2.4混響室聲擴散處理
為降低施工成本和施工難度，在房間側面墻體使用水泥一次性澆筑出弧長為4049mm，弧面最高點為500mm，弧面底部寬為3880mm的弧形墻面.根據施工的具體情況，對實際空間的尺寸做出細微調整(調整幅度不太大，不會增加結構的自重)。對弧形墻體表面噴灑金剛石顆粒，使墻體表面毛糙，增強其漫反射能力，促進聲場在室內更好地無規則擴散;同時，在房間的頂棚布置有機玻璃擴散體，進一步增強房室內的聲場擴散能力。
2.5室內空氣質量
由于混響室主要用于教學和科研，出于隔聲需求，內部空氣流通性較差，所以室內空氣質量問題不容小覷.在不足50.0m2的混響室內布置一個檢測點，進行空氣質量檢測，檢測結果。室內空氣污染物的測點值均小于文獻[8]規定的限值，因此，該混響室室內空氣質量符合國家標準，可保證學生及科研人員安全使用.
3混響室使用
3.1試件及傳感器布置
混響室建成后，利用該校研發的、以吸聲陶粒為主要原料的水泥基多孔吸音板進行吸聲系數測量.陶粒多孔吸聲材料具有耐久性強、成本低等優點，在我國吸聲降噪領域應用范圍越來越廣，常被制作成公路及高速鐵路聲屏障吸聲層及軌道吸音板[9-10].此次測試不僅是測驗優化后的混響室的功能指標，也是對該校科研成果的一次驗證。
吸音板的側邊在沒有處理的情況下暴露在聲場中會吸收一定量的聲能，同時會產生邊界散射等邊界效應[12]，導致吸聲系數的實際測量值大于理論測量值，產生誤差.為盡量減小誤差，需要對吸音板的側邊使用表面平滑且吸聲系數較小的材料進行圍合處理。
4結論
1)通過對原有的混響室進行一系列優化措施，使原本部分頻段數據缺失的混響室具備聲學測試能力，空場時各頻段最大吸聲量小于規范要求.從一定程度上證明了該措施的有效性，對有混響室建造要求的機構具有一定的參考價值.
2)通過實驗數據可以看出，由于低頻產生共振，導致多孔吸聲材料的吸聲性能差和吸聲系數峰值出現在中頻范圍內，且吸聲系數在高頻范圍內數值較高并逐漸趨于穩定，這與理論吸聲系數曲線走向一致.說明該混響室的空間及擴散體設計相對合理，表面處理到位，本底噪聲小，室內聲壓標準偏差低，可以判斷不同吸聲材料的優勢頻率.優化后的混響室可以為科學檢測不同吸聲材料的吸聲系數及降噪效果提供參考.
3)室內空氣質量小于國家標準限值，可以利用混響室的設備以及混響室本身作為高校建筑學專業大學生提高對聲波的產生、傳遞路線及反射方向認識的教學實踐場所.
參考文獻
[1]楊志華.混響室的聲學設計[J].電聲技術，2007(6)：7-10.
[2]同濟大學聲學研究室建筑聲學組.廳堂中混響時間測量的一些實際問題[J].聲學學報，1966(3)：149-154.
[3]王季卿，顧檣國.混響室中懸掛擴散板和試件面積對吸聲測量結果的影響[J].聲學學報，1984(6)：372-384.
[4]孫廣榮，吳啟學.混響室中低頻測量的改進[J].電聲技術，2006(10)：19-20，23.
[5]楊小軍，沈勇，樂意.混響室中混響時間測量偏差的研究[J].聲學技術，2011，30(1)：93-97.
[6]全國聲學標準化技術委員會.聲學混響室吸聲測量標準：GB/T20247—2006[S].北京：中國標準出版社，2006.
[7]全國聲學計量技術委員會.混響室聲學特性校準規范：JJF1143—2006[S].北京：中國計量出版社，2006.
[8]中華人民共和國住房和城鄉建設部.民用建筑工程室內環境污染控制規范：GB50325—2020[S].北京：中國計劃出版社，2020
作者：梁新健，周紅梅*
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