混響室的設計開發及驗證

秦軍旭，張貴豪，廖明輝

摘? 要：本文以國內某企業的混響室建設項目為例，研究和驗證混響室的容積、形狀、背景噪聲、吸聲量、室內聲場擴散以及聲源位置安裝等設計指標。經過鑒定，各項指標均滿足設計要求。混響室的建設對汽車聲學包性能開發和試驗研究具有重大的意義。

關鍵詞：混響室;設計開發;聲場擴散

中圖分類號：U467.5? ? ?文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1005-2550（2021）05-0042-05

Design Development and Verification of Reverberation Chamber

QIN Jun-xu， ZHANG Gui-hao， LIAO Ming-hui

（ SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd， Liuzhou 545000， China）

Abstract： This paper takes a domestic enterprise reverberation room construction project as an example， the design parameters of reverberation chamber， such as volume， shape， background noise， sound absorption， indoor sound field diffusion and sound source location installation are researched and verified. After appraisal， all the indicators meet the design requirements. The construction of reverberation chamber is of great significance to the performance development and experimental study of automotive acoustic package.

緒? ? 論

隨著人民生活水平的日益提高，人們對出行工具的舒適性要求也越來越高。汽車作為我們最常用的出行工具，其NVH（Noise Vibration And Harshness）性能會極大影響著人們的用車體驗。為提升人們的出行體驗，提高汽車品質，各大車企也越來越重視汽車的NVH性能開發。聲學包開發作為一項重要的NVH性能開發項目，其開發過程往往需要一個專業試驗室進行聲學性能測試?；祉懯沂锹晫W性能測試研究的一種專業試驗室，它能用來開展汽車內飾件材料吸聲系數測試，汽車整車和零部件（前圍系統、車門系統、座椅等）隔聲性能測試，對汽車聲學包性能開發和研究具有重大的意義。本文以國內某企業的混響室建設項目為例，主要從混響室的容積、形狀、背景噪聲、吸聲量、室內聲場擴散以及聲源位置安裝等設計指標進行研究和驗證。

1? ? 混響室聲學設計指標

根據GB/T 6881.1-2002 [1]和GB/T 20247-2006 [2] 的要求，混響室容積應能滿足試驗需求，本體噪聲不能太高，室內在關心的頻率范圍內聲吸收足夠低，室內逐漸衰變的聲場應充分擴散，測試所需頻率范圍都能提供合適的混響聲場。

1.1? ?混響室容積和形狀設計要求

GB/T 20247-2006提出，新建的混響室容積建議應大于200m3。根據混響室容積V和測試下限頻率f 的關系[3]。

（1）

當混響室容積小于200m3，無法滿足測量頻率125Hz的要求。而當混響室容積超過500m3時，可能由于空氣吸收而無法準確測量出高頻段的吸聲。在做整車隔聲量測試時，需要把車輛開進混響室，考慮到混響室容積需要滿足開發車型的整車尺寸，同時還要留有擺放聲源和麥克風的空間位置，因此設計的混響室容積不能太小。結合汽車上吸聲測試和隔聲測試重點關注的頻率段為200Hz-10000Hz，為覆蓋測試關心的所有頻段，同時滿足經濟性的考量，本項目設計的混響室容積最終確定為266m3。由公式（1）計算得到，本混響室的測量下限頻率為113.7Hz，滿足測試所需的下限頻率要求。

混響室形狀應滿足室內最大線度Lmax≤1.9V1/3（V 為混響室容積）[2]。為達到簡正頻率的均勻分布，消除混響室內聲簡并共振現象，混響室內部任意兩個邊的尺寸不能是整數比，理想的室內尺寸（高：寬：長）比例約為1：21/3：41/3。本混響室室內對角線長度為Lmax=10.6m，滿足室內最大線度Lmax≤1.9V 1/3的要求。室內尺寸長8.3m，寬7m，高5.1m，高：寬：長=1：1.37：1.63，與1：21/3：41/3 的比例很接近。

1.2? ?背景噪聲控制

為盡量減少混響室外部環境振動噪聲對測試的影響，混響室建筑結構采用“房中房”的雙層圍護結構，外房是實心磚墻結構，底部先澆筑一層鋼筋混凝土;在外房地面上放置隔振器，再由鋼筋混凝土澆筑而成的整個內房（混響室本體）建在隔振器上，與外房隔離，以此更好的隔絕外部環境的振動噪聲，防止其干擾混響室內部的試驗測試。同時，為提高混響室的密封性和大門的隔聲量，混響室采用兩道厚12mm的大隔音門，內部裝填吸聲材料;兩道隔音門相距2200mm，增加了空氣層的附加隔聲性能。此外大門和大門之間以及大門和混響室墻體之間重疊的區域均安裝橡膠密封條。混響室通過“房中房”結構和兩道大隔音門的設計，滿足了較低的背景噪聲要求。經過實測，此混響室的背景噪聲約為23dB?；祉懯移矫嬖O計，見圖1所示：

1.3? ?室內吸聲量設計

混響室室內吸聲量包括空氣吸聲量和壁面吸聲量，為保證有合適的混響聲場，混響室表面的吸聲系數要足夠小。為減少壁面吸收，混響室內表面應堅硬光滑，同時不能出現空鼓。本混響室地面采用瓷磚，墻壁表面涂刷光滑的膩子，大門和隔聲窗區域是烤漆處理過的鋼板。空場混響室的吸聲量A1（單位：m2）計算公式[2]為：

（2）

式中：

V--空場混響室室內的容積，m3;

C1--空場混響室內的聲速，m/s;

T1—空場混響室的混響時間，s;

m1—空場混響室的聲強衰減系數，m-1; m1與測試過程空場混響室內的溫度和相對濕度有關，可根據m1值公式[3]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?計算得出，其中α為衰減系數，通過GB/T 17247.1[4]查出。

1.4? ? 混響室內部聲場擴散設計

在混響室設計過程中，將混響室內部形狀設計成不規則的矩形形狀，把墻面設計成多個半圓柱體的起伏形狀或者在室內懸掛擴散板，都是為了盡量使混響室達到均勻和充分的聲場擴散。半圓柱形狀墻面容易實現效果良好的低頻聲反射，但是由于設計成形就很難再改進優化，故設計時不考慮此方案。本混響室采用的是懸掛擴散板的方案，它盡管安裝不夠方便，但是可以根據需要靈活拆裝和布置擴散板的位置角度，以達到設計所需的聲場擴散效果。在混響室頂部隨機且不重疊的懸吊若干塊弧形擴散板[5]，板的總面積接近地面面積，擴散板為光滑的亞克力板，本身的吸聲量很低，聲波經過擴散板各個角度的反射，從而獲得均勻的聲場效果，擴散板的布置見圖2：

1.5? ?聲源的確定

混響室內聲音應由全指向輻射的聲源發出。為保證測試時能獲得足夠大的聲壓級和均勻的混響場，本混響室采用4個發聲頻率為100Hz-10000 Hz的球聲源，聲源分別放置在混響室的四個角落，距離墻壁1.5米以上，同時位置不對稱。

2? ? 混響室的測試驗證

2.1? ?混響室大門隔聲量驗證

為提高混響室的密封性和大門的隔聲量，混響室采用兩道厚12mm的大隔音門，內部填充吸聲材料，大門門框邊緣均安裝橡膠密封條。用LMS Test.lab測試設備測量雙層隔聲門的隔聲性能，結果如圖3所示，能滿足設計要求。

2.2? ?混響室空場吸聲量的驗證

使用Bruel&Kjaer3050和3160LAN-XI分析儀測量混響室空場混響時間。聲源為4個SS-Q-12A-WH球聲源，發聲頻率為100Hz-10000Hz，分別不規則放置在混響室的四個角落，與墻壁間隔1.5米。測試時，在混響室內均勻選擇6個測點放置擴散場傳聲器，高度為1.5米，得到6個測點的平均混響時間。測試時混響室內的溫度為21.2℃，相對濕度40%。平均混響時間測試結果通過空場混響室的吸聲量計算公式（2）得到各1/3倍頻程的吸聲量結果。結果如表1所示，混響室空場各1/3倍頻程的吸聲量均小于國標上限值，同時任一1/3倍頻程吸聲量與其相鄰兩個1/3倍頻程吸聲量的平均值之差均小于15%，符合設計指標要求。

2.3? ? 混響室聲場擴散驗證

2.3.1 混響室空場混響時間均勻度驗證

按照2.2中測試混響室空場混響時間的設備配置，在混響室內均勻選擇6個測點放置擴散場傳聲器，高度分別為1米和1.5米，得到12個測點的混響時間，對比12個測點的混響時間的均勻度

結果如表2所示。只有125Hz-250Hz中心頻率的混響時間均勻度較大，其余各中心頻率的混響時間均勻度都比較小，說明混響室空場的混響時間均勻度良好。

2.3.2 混響室內穩態聲場的均勻度驗證

按照2.3.1中布置，測試12個測點的穩態聲壓級，按公式? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （其中P 為穩態聲場的聲壓級），計算得到混響室內穩態聲場的均勻度，結果如表3所示。低頻段125Hz-500Hz的均勻度值均小于6dB，中高頻點630Hz-5000Hz的均勻度值均小于3dB，說明混響室內穩態聲場的均勻度良好。

2.3.3 混響室內穩態聲場聲壓級隨時間的衰減關系

按照2.3.1中布置，測試12個測點（S1-S12）的穩態聲場聲壓級隨時間的衰減變化，衰減關系曲線如圖4所示。從圖中可看出，12個測點的穩態聲場聲壓級衰減線性關系良好，重合度高，說明混響室內的聲場擴散度良好。

2.4? ?球聲源數目對混響室聲場擴散影響的驗證

在混響室內均勻選擇6個測點放置擴散場傳聲器，高度為1.2米，通過測試6個測點的平均混響時間、混響時間均勻度和穩態聲場均勻度，驗證在混響室中心放置一個球聲源，對角放置兩個球聲源和四個角落放置球聲源三種方案對混響室聲場擴散的影響。測試結果如表4、圖5、表5、圖6、表6、圖7所示。三組方案的混響室空場的吸聲量均小于國標上限;同時三組方案的低頻段125Hz-500Hz的均勻度值均小于6dB，中高頻點630Hz-5000Hz的均勻度值均小于3dB，室內穩態聲場的均勻度均表現良好;三組方案中方案3（4個球聲源）的混響時間均勻度更均勻。綜合考慮，4個球聲源的的表現更好，既能保證提供穩定的擴散聲場，同時還可以滿足在做整車隔聲量測試時對較大聲壓級的要求。

3? ? 結語

本文對新建設混響室的容積、形狀、背景噪聲、吸聲量和室內聲場擴散等指標進行測試驗證，測試結果表明各項指標均滿足設計要求。最后還驗證了球聲源數目對混響室聲場擴散的影響，測試結果表明在混響室內4個角落無規則放置球聲源，室內聲場擴散表現更穩定。

參考文獻：

[1]GB/T 6881.1-2002.聲學聲壓法測定噪聲源聲功率級混響室精密法[S].

[2]GB/T 20247-2006.聲學混響室吸聲量測量[S].

[3]GBJ47-83.混響室法吸聲系數測量規范[S].

[4]GB/T 17247.1-2000.聲學 戶外聲傳播衰減 第1部分：大氣聲吸收的計算[S].

[5]呂義，高陽，樊康.混響室擴散體聲學設計及數值仿真[J].城市軌道交通研究，2019，22（2）：98-102.