消音室[聲學測試的特殊實驗室]

消聲室不僅是聲學測試的一個特殊實驗室,而且是測試系統的重要組成部分,實際上它也是聲學測試設備之一,其聲學性能指標直接影響測試的精度

簡介

指一間沒有反射的房間。在消音室的牆壁上均鋪設得有吸聲性能良好的吸聲材料。因此，室內便不會有聲波的反射。消音室是專門用來測試音箱、喇叭單元等。

消音室所用的吸聲材料，要求吸聲係數大於0.99。一般使用漸變吸收層，常用尖劈或圓錐結構，以玻璃棉作吸聲材料，也有用軟泡沫塑膠的。例如一個10×10×10m的實驗室，每面敷設1m長的吸聲尖劈，其低頻截止頻率可達50Hz。在消音室中進行試驗時，被測試的對象或聲源等置於中央的尼龍絲網或鋼絲網上，由於此類網能承受的重量有限，故只能測試重量輕、體積小的聲源等。

性能

消音室的性能是否符合使用要求，一般用檢定自由場的方法來檢驗，即點聲源在其中產生的聲壓應與到聲源的距離成反比，實測聲場與理想自由場的偏差，是用以衡量消音室性能優劣的主要指標。在一般的聲學測試中，要求此偏差不大於±1dB；對於傳聲器校準,則要求在校準距離附近此偏差不大於±0.1dB。

消音室除了應滿足自由場的要求外，還要求有較低的本底噪聲。故在消音室與基礎之間，還需採取一定的隔振措施。

對於第一次進入消音室的人來說，在這裡面實在是太不習慣了，和外界的聽覺感觸完全不一樣，擊掌說話沒有任何回聲，走動時衣褲摩擦的聲音卻前所未有的清晰，在不說不動的情況下這裡安靜的似乎能聽到自己血液流淌的聲音。在這種極度安靜的環境下，第一次接觸消音室的人都會馬上感覺到孤獨和輕微的恐懼。

套用價值

由於實際需要，自70年代起發展了一種稱為半消聲室的聲學實驗室。此半消音室除要求地面為硬質剛性反射面外，其餘與消音室相同。當聲源或接收器置於地面上時，聲源和接收器之間只有直達聲而沒有反射聲，故在地面上的半空間中有同消音室中那樣的自由場。半消音室的優點是由於地面是硬的，能承受較大的重量，適宜測量如車輛、大型機器、設備等的噪聲功率且使用方便，造價比消音室低廉；缺點是當聲源的等效聲中心或接收器高出地面較多時，聲反射的影響使聲場嚴重偏離自由場，這種現象在頻率高時更為顯著，因此消音聲室存在有高頻限。

卦限消音室是一個相鄰的三個面為硬反射面，另三個面上裝有吸聲尖劈的實驗室。三個反射面形成三面鏡子，如聲源或接收器置於此三反射面的交點上，則聲源和接收器之間和半消音室相同，只有直達聲而沒有反射聲，使在其中形成自由場。由於聲源或接收器只能置於交點上，故在實際使用中將受到很大限制。

注意事項

在設計消音室時應注意：

(1)純音信號的測試項目與寬頻噪聲信號的測試項目對界面吸聲係數的要求可有較大差別。

當界面吸聲係數a=0.99，即|R|=0.1時．偏差△L=1dB的範圍為r<O.2L，△L=-1dB的範圍為r<0.18L。揚聲器電聲參數的測試，多半用純音信號．所以一般要求界面吸聲係數大於0.99，才能在足夠大的測試距離上滿足聲場偏差小於±10%的要求。若要求△Ln<1dB，則即使r=L/2，即測點接近界面，也只要a=0.88就夠了。特別在半消聲室中進行機器輻射噪聲功率級的測定，允許自由聲場偏差≤±2 dB或±3 dB，所以對界面吸聲係數不必要求達到0．99。

(2)隨之而來的是關於吸聲結構的設計。

對於要求吸聲係數≥0.99的吸聲結構，一般採用尖劈形狀。因為多孔性材料的吸聲機理，是材料內部有大量氣流連通的空氣隙，形成細管甚至毛細管，當聲波傳人時，聲波在細管中的振動因內摩擦而轉化為熱能被吸收。吸聲能力與材料的空隙率(如玻璃棉的空隙率達96%左右)、流阻及材料的纖維結構有關。同時．吸聲的頻率特性與材料厚度有關，即吸聲最大值的下限頻率大約是其厚度相對應的1.4波長的頻率。要使低頻吸聲好，就得增加多孔性吸聲材料的厚度。但由於材料的流阻，不能任意增大厚度來延伸低頻吸收，各種多孔性材料都有其有效厚度。

因此，要使高吸聲特性向低頻擴展，就把多孔性材料做成尖劈形狀。從尖劈結構的截面來看．是從空氣媒質逐漸過渡到多孔性材料，聲阻抗有漸變過程，使聲波能傳人尖劈結構深部並被轉化為熱能消耗掉。

當然，要設計達到0.99以上的吸聲係數．除與材料本身的參數有關外，還與尖劈的形狀(尖劈的角度和劈部與尖部的比例)有關。尖劈的總長度決定最大吸聲係數的最低頻率(一般稱吸聲係數大於0.99的最低頻率為尖劈的截止頻率)。大約為尖劈總長度相應為1/4波長的頻率。如果利用尖劈基部與尖劈後空腔深度的共振吸聲結構．則截止頻率還可稍向低頻延伸。

在寬頻噪聲信號的測試情況，尤其半消音室中噪聲源聲功率級的測定，很多情況下就不一定採用尖劈吸聲結構的設計。如，在為某企業設計大型電機的聲功率測定進行半消音室設計時，採用三層布幕的多共振吸聲結構，在低頻駐波管中試驗不同材質的防火布，改變與剛性壁的安放距離，獲得100Hz以上吸聲係數大於0.86的結果，很節省地完成了半消音室的設計任務。

(3)關於消音室大小和形狀的考慮。

一般消音室的建築造型幾乎不用球狀、柱狀或圓弧面的形狀。因為如果吸聲結構的吸聲係數完全大於0．99，則殼體形狀的影響不大；但在吸聲係數甚低於0．99的情況，至少在吸聲結構的截止頻率以下，吸聲係數急遽下降，則大的凹面會產生聚焦的聲缺陷，完全不可能獲得近似的自由聲場。

對於機器輻射噪聲功率的測試，一般測點都要在設備的四周空間布置，所以多為設計成方形或長方形的半消音室．其長寬和高度均可估算，即按有關測試標準所要求的測量距離、測量位置、允許與自由聲場的偏差，來確定邊長及高度的尺寸，當然會適當留有餘地，還要考慮今後可能有的設備大小。

對於電聲器件的參數測量，則如果聲源(揚聲器)放在消音室中心．傳聲器沿軸向或平面對角線方向放置(一般測試距離1m，對於大尺寸的音箱及線陣列等揚聲器系統，需要較大的測試距離)，則消音室尺寸就較大。一般考慮是將聲源與傳聲器測試線的中心設在消音室的中心，並且測試線沿平面對角線方向，消音室的形狀是長方形．這樣安排使消音室空間最為節省。建成後進行自由聲場鑑定時，除聲源放在消音室中心進行測量，得到這種情況下一定偏差(為±ldB，±2dB等)內自由聲場的範圍，另外將測試聲源放在將來安放被測揚聲器的位置．檢測在(平面對角線方向)多遠測試距離上，與理想自由聲場的偏差為多大。

最靜記錄

奧菲爾德實驗室的“消音室”（網頁截圖）

2012年4月4日，據英國《每日郵報》報導，美國製造的地球上最安靜場所卻靜得令人無法忍受，人在此種環境中可以忍受的最長時間為45分鐘。

美國明尼阿波利斯南部奧菲爾德實驗室（Orfield）的“消音室”可以吸收99.99%的聲音，被金氏世界紀錄列為世界上最安靜的地方。但是待在這裡時間過長會令人產生幻覺。這間“消音室”的建造者史蒂文·奧菲爾德（Steven Orfield）說：“我們挑戰黑暗中坐在靜室中的時間，只有一名記者在那裡待了45分鐘”“在安靜的環境下，耳朵會逐漸適應。屋子裡越安靜，耳朵聽到的東西越多。你會聽到心臟的跳動，甚至可以聽到你的肺和胃發出咕嚕聲。在消音室，你自己變成了噪音”他說，在這種靜室中，很容易令人迷失方向。

這間靜室曾被美國許多大公司使用，以測試聲音對他們產品的影響，比如閥門、汽車儀錶板、手機等。美國宇航局曾利用其測試太空人是否適合太空工作。奧菲爾德解釋稱，太空就像一個巨大的靜室，太空人能在其中保持注意力集中非常關鍵。

什麼是消音室

什麼是消音室？根據北京科奧克聲學技術有限公司的解釋，消音室或稱消聲室是指一種把內部聲音反射和外部的雜音減到最小的聲學實驗室，外部雜音是靠建築本身以及厚實的磚石牆和消音室里通風管道中的消音器消除的(即使是消音室，也要有讓空氣流動的出口，否則會危害到裡面工作人員的健康)。

消音室室表內面用毯狀或製成水平和垂直的楔形吸聲材料覆蓋，讓聲音反射減小到一千分之一。消音室主要的目的是模擬自由空間無障礙的聲學環境。

消音室形態

室房間的六個界面全鋪吸聲材料的，稱為全消室。而除了這種形式的消音室外，還有另外兩種消音室。

70年代起發展出來的一種稱為半消聲室的聲學實驗室，此半消聲室除要求地面為硬質剛性反射面外，其餘與消聲室相同。當聲源或接收器置於地面上時，聲源和接收器之間只有直達聲而沒有反射聲，故在地面上的半空間中有同消聲室中那樣的自由場。

半消聲室的優點是由於地面是硬的，能承受較大的重量，適宜測量如車輛、大型機器、設備等的噪聲功率且使用方便，造價比消聲室低廉；缺點是當聲源的等效聲中心或接收器高出地面較多時，聲反射的影響使聲場嚴重偏離自由場，這種現象在頻率高時更為顯著，因此半消聲室存在有高頻限。

卦限消聲室是一個相鄰的三個面為硬反射面，另三個面上裝有吸聲尖劈的實驗室。三個反射面形成三面鏡子，如聲源或接收器置於此三反射面的交點上，則聲源和接收器之間和半消聲室相同，只有直達聲而沒有反射聲，使在其中形成自由場。由於聲源或接收器只能置於交點上，故在實際使用中將受到很大限制。

消音室如何消音

消聲室所用的吸聲材料，要求吸聲係數大於0.99。一般使用漸變吸收層，常用尖劈或圓錐結構，以玻璃棉作吸聲材料，也有用軟泡沫塑膠的。

從40年代開始套用逐漸過渡原理，把多孔性（或纖維性）材料做成錐形或尖劈狀吸聲體，統稱吸聲尖劈。當聲波從尖端入射時，由於吸聲層的逐漸過渡性質，材料的聲阻抗與空氣的聲阻抗能較好地匹配，使聲波傳入吸聲體，並被高效的吸收。迄今為止，國內外的高質量消聲室均採用尖劈結構作為吸聲體。

吸聲尖劈的吸聲特性與尖劈長度、填充材料、空腔深度有關。同種材料下尖劈長度愈長，尖劈的低頻吸聲性能愈好。調節空腔深度，也可有效地提高尖劈結構的低頻吸聲特性。

消聲室的性能是否符合使用要求，一般用檢定自由場的方法來檢驗，即點聲源在其中產生的聲壓應與到聲源的距離成反比，實測聲場與理想自由場的偏差，是用以衡量消聲室性能優劣的主要指標。在一般的聲學測試中，要求此偏差不大於±1dB；對於傳聲器校準,則要求在校準距離附近此偏差不大於±0.1dB。

消聲室除了應滿足自由場的要求外，還要求有較低的本底噪聲。故在消聲室與基礎之間，還需採取一定的隔振措施。

消音室的特點

對於第一次進入消聲室的人來說，在這裡面實在是太不習慣了，和外界的聽覺感觸完全不一樣，擊掌說話沒有任何回聲，走動時衣褲摩擦的聲音卻前所未有的清晰，在不說不動的情況下這裡安靜的似乎能聽到自己血液流淌的聲音。在這種極度安靜的環境下，第一次接觸消聲室的人都會馬上感覺到孤獨和輕微的恐懼。

消聲室的特點主要體現在以下幾點：

1.自由場空間

自由場是指聲波在無限大空間裡傳播時，不存在任何反射體和反射面。消聲室的主要功能是為聲學測試提供一個自由場空間或半自由場空間。

自由場半徑是用於衡量自由場大小的指標，一個設計良好的消聲室，自由場半徑應從中心點到離尖劈1.0 m 的距離。

2.背景噪聲

消聲室另一個功能是提供低背景噪聲的環境以適應測試環境的要求。在測試頻率範圍內，背景噪聲的聲壓級至少要比被測聲源的聲壓級低6dB，最好低12dB。

3.截止頻率

在消聲室設計中，通常把尖劈吸聲係數為0.99的最低頻率稱為截止頻率。牆面的吸聲系統能保證99%的吸聲係數時，可保證消聲室在截止頻率以上是滿足自由場條件的。在截止頻率以下的測量，可根據ISO 3746和ISO 3747 的標準進行修正測量。例如一個10×10×10m的實驗室，每面敷設1m長的吸聲尖劈，其低頻截止頻率可達50Hz。

截至頻率125Hz 可根據要求擴展至50Hz消聲室的鑑定方法，依據國家標準ISO 3745“Acoustics-Determination of sound power levels ofnoise sources---Precision methods for anechoic and semi-anechoicrooms” 和國家標準GB6882-86 “聲學---噪聲源聲功率的測定：消聲室和半消聲室精密法中規定的消聲室自由場鑑定方法進行測試。即在125Hz以下和4KHz以上採用1/3倍頻程中心頻率間隔單頻信號，在125Hz~4KHz之間採用1/1倍頻程中心頻率間隔單頻信號，測出實測聲壓級和理論聲壓級之間的差值。

據此，根據ISO3745和GB6882-86規定的最大允許差值，可確定出允許的測量半徑和滿足標準的自由聲場空區域。ISO3745、GB6882中規定的測量聲級和理論聲級之間的最大允許差值。消聲室（半消聲室）聲學性能參數半消聲室設計標準ISO3745和GB6882-86截止頻率125Hz（可根據要求擴展至50Hz）本低噪聲16 dB(A) (採用特殊設計可達到11 dB(A) )外部尺寸、內部尺寸根據需要和標準進行設計。

消音室套用範圍

城市區域民用建築、空調機房、車庫、展館、賓館、飯店、商場超市、醫院、寫字樓等場所環境的噪聲治理、隔聲防振工程。

錄音室、攝影棚、演藝廳、音樂廳、劇院、電影院、琴房、教研室、多功能廳、體育館、會議室等建築的音效設計、施工及安裝工程。

各式隔聲門、隔聲窗、隔聲室、隔聲罩、隔聲屏等隔聲工程。

實驗室、消音室、消音箱、同聲傳譯室、聽力檢測室及各類電子、電器、醫療、機械設備、動力發動機、飛機引擎等檢測等超靜音無響實驗室工程。

工業廠界的廠房、火電廠、機房、空調系統、泵房等設備噪聲及廠區的環境噪聲治理、隔聲、降噪、減振等綜合噪聲治理工程。

總結：

消音室是我們對聲學進行研究的重要工具，其實讓聲音有來無回並不是其真正的建設目的，它的本質是創建近似於自由場空間的一個供工程師研究測試設備聲學特性的建築。

這樣的一個建築物需要不小的投資，一般來說，20㎡左右的消音室的建設費用在40萬左右，空間越大成本也越高。所以目前來說，這樣的測試環境只有在一線大廠才能有能力建設。這也是我們前言所說消音室是廠商“標誌性建築”的由來了。