消聲室不僅是聲學(xué)測(cè)試的一個(gè)特殊實(shí)驗(yàn)室,而且是測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分,實(shí)際上它也是聲學(xué)測(cè)試設(shè)備之一,其聲學(xué)性能指標(biāo)直接影響測(cè)試的精度。消聲室分全消聲室和半消聲室。 房間的六個(gè)面全鋪設(shè)吸聲層的稱(chēng)為全消聲室,一般簡(jiǎn)稱(chēng)消聲室。房間的六個(gè)面中只在五個(gè)面或者四個(gè)面鋪吸聲層的,稱(chēng)為半消聲室。 消聲室的主要功能是為聲學(xué)測(cè)試提供一個(gè)自由聲場(chǎng)空間或半自由聲場(chǎng)空間。其吸聲處理是保證消聲室建成后取得良好的自由聲場(chǎng)性能的關(guān)鍵,大多采用具有強(qiáng)吸聲能力的吸聲尖劈或平板式薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。
(一)隔聲和隔振
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和實(shí)地考察,確定待建消聲室位置附近的低頻噪聲源和環(huán)境噪聲,根據(jù)采集結(jié)果分析確定設(shè)計(jì)方案,為了提高隔聲和隔振效果,一般采取與原有建筑完全分離的“房中房”式隔聲結(jié)構(gòu)。
(二)浮筑地面
為了隔絕因撞擊引起的固體聲,采用彈性墊層的浮筑地面進(jìn)行隔振。其做法是在原地面上鋪上一層15cm厚(經(jīng)壓實(shí)后為10cm)的玻璃棉保溫板作為隔振彈性墊層,在它的上面再做一層厚20cm的鋼筋混凝土地板,與外墻留有5cm的問(wèn)隙,以防止與外墻的剛性連接,隔絕大樓內(nèi)和戶(hù)外固體聲的傳入。
(三)隔墻
在浮筑地面上砌一層厚24cm的磚墻作為內(nèi)墻,與外墻之間留有20cm的間隙,砌墻磚縫要求砂漿飽滿(mǎn),以防縫隙漏聲。
(四)隔聲吊頂
考慮到施工和減輕隔聲平頂?shù)闹亓?,采用雙層鋼絲網(wǎng)水泥抹灰,中間留有10cm空氣層的隔聲平頂,其特點(diǎn)是隔聲量高、重量輕。為了使消聲室能獲得盡量大的有效高度,支承樓板的大梁讓其部分向下凸出。
(五)隔聲門(mén)
消聲室門(mén)具有隔聲和吸聲功能,它由隔聲門(mén)和吸聲尖劈門(mén)組成,設(shè)在與儀器室之間的分隔墻上,安裝有兩道單開(kāi)鋼質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)隔聲門(mén)以及內(nèi)壁的吸聲扯門(mén)。其特點(diǎn)是大大縮小一般推拉式吸聲尖劈門(mén)所占的空問(wèn)位置,而且開(kāi)關(guān)也很方便。由于消聲室設(shè)計(jì)采用了短吸聲尖劈,為此將靠壁面的一組吸聲尖劈朝內(nèi)安裝,留空檔解決扯門(mén)位置。
(六)吸聲尖劈
吸聲尖劈的設(shè)計(jì)是保證消聲室聲場(chǎng)特性和測(cè)試下限頻率的決定因素。為了盡可能增大有效空間,尖劈的長(zhǎng)度由截止頻率暨1/4波長(zhǎng)理論決定,具體的計(jì)算方法為L(zhǎng)=1/4*(340/Fc)。其中Fc為截止頻率;340為聲波在空氣中的傳播速度,單位為m/s;L則為要達(dá)到截止頻率的吸音消聲尖劈理論上的長(zhǎng)度。用4mm的冷拔鋼絲做骨架,內(nèi)填充環(huán)保型無(wú)甲醛吸音消聲材料,采用定制模具切割,切割后整體填充,確保每一個(gè)尖劈的外型一致而美觀,無(wú)碎棉和棉渣,確保玻璃棉不外漏、內(nèi)層面采用新型高織數(shù)白色玻璃布整體套裁,接縫處用魔術(shù)貼粘接;外層面采用防火的灰白阻燃洞布,整體套裁確保規(guī)格統(tǒng)一,后接縫處都處于尖劈底部,手工封口。
(七)地網(wǎng)結(jié)構(gòu)
為了測(cè)試方便,消聲室設(shè)有一工作地網(wǎng)。根據(jù)消聲室的高度,地網(wǎng)設(shè)在離地面64cm處。工作地網(wǎng)一方面應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度,以保;另一方面不允許地網(wǎng)聲反射影響聲場(chǎng)特性。為此,選用4高強(qiáng)度鋼絲,兩端分別連在固定于墻圈梁上的花籃螺絲和拉鉤上,利用花籃螺絲把鋼絲收緊,使地網(wǎng)保持平直,鋼絲間距為10cm。
地網(wǎng)在靠墻角處設(shè)計(jì)有一個(gè)1m×1m的人孔,以便安裝網(wǎng)下地面上的尖劈,必要時(shí)
混響室一詞在聲學(xué)領(lǐng)域和電磁學(xué)領(lǐng)域都有應(yīng)用,其實(shí),電磁學(xué)領(lǐng)域混響室一詞是源于聲學(xué)領(lǐng)域的。在這里,為了區(qū)分二者,將聲學(xué)領(lǐng)域的混響室稱(chēng)為聲學(xué)混響室,將電磁學(xué)領(lǐng)域的混響室稱(chēng)為電波混響室。聲學(xué)混響室是一個(gè)能在所有邊界上全部反射聲能,并在其中充分?jǐn)U散,使形成各處能量密度均勻、在各傳播方向作無(wú)規(guī)分布的擴(kuò)散場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室。電波混響室是一個(gè)電大尺寸且具有高導(dǎo)電反射墻面構(gòu)成的屏蔽腔室,腔室中通常安裝一個(gè)或幾個(gè)機(jī)械式攪拌器或調(diào)諧器,通過(guò)攪拌器的轉(zhuǎn)動(dòng)改變腔室的邊界條件,進(jìn)而在腔室內(nèi)形成統(tǒng)計(jì)均勻、各向同性和隨機(jī)極化的電磁環(huán)境。
目前,應(yīng)用多、標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可、運(yùn)行比較可靠的電波混響室是機(jī)械攪拌式混響室,又稱(chēng)模式攪拌式混響室(Mode Stirred Reverberation Chamber),它是在高反射腔體內(nèi),安裝一個(gè)或多個(gè)機(jī)械式攪拌器,通過(guò)攪拌器的連續(xù)或者步進(jìn)式轉(zhuǎn)動(dòng)改變邊界條件,從而在腔室內(nèi)形成統(tǒng)計(jì)均勻、各向同性、隨機(jī)極化的場(chǎng)。此外,在混響室的研究中,不少學(xué)者提出了其他一些也能實(shí)現(xiàn)電磁混響的設(shè)計(jì)方案,這里做一簡(jiǎn)單介紹。
(1)擺動(dòng)墻(Moving Wall)式混響室。
1992年,Huang Yi等提出采用擺動(dòng)墻方案。由于混響室墻體的擺動(dòng),使室內(nèi)體積不斷變化.從而連續(xù)改變空腔的諧振條件而達(dá)到混響的目的,但這種裝置的實(shí)際實(shí)現(xiàn)有一定困難。2002年,N.K.Kouveliotis等用FDTD方法仿真計(jì)算了擺動(dòng)墻混響室的品質(zhì)因數(shù)Q和場(chǎng)均勻性.并通過(guò)建模、仿真其對(duì)EUT進(jìn)行了測(cè)試,考察了擺動(dòng)墻混響室產(chǎn)生混響的性能。
(2)漫射體式混響室。
1997年,M.Petirsch等提出將建筑聲學(xué)中對(duì)聲波反射的Schroeder漫射體用于改善混響室內(nèi)電磁波的諧振,并用數(shù)值方法分別計(jì)算了帶有和不帶有漫射體的混響室內(nèi)電磁場(chǎng)的分布情況,結(jié)果表明漫射體改善了室場(chǎng)內(nèi)的均勻性。
(3)波紋墻式混響室。
1998年,E.A.Godfrey等提出了一種波紋墻的混響室結(jié)構(gòu)方案,并探討了在一個(gè)小型混響室內(nèi)(1.8m×1.2 m×0.8m)采用波紋墻對(duì)場(chǎng)均勻性的影響,考察的頻率范同為150MHz~650MHz,實(shí)驗(yàn)分別在平面鋁墻和鋼波紋墻混響室內(nèi)進(jìn)行,對(duì)比兩種條件下的數(shù)據(jù)結(jié)果表明,波紋墻有利于改善混響室內(nèi)的場(chǎng)均勻性。
(4)源攪拌混響室。
1992年,Y.Huang和D.J.Edwards提出源攪拌的方法。它通過(guò)在測(cè)試中移動(dòng)天線的位置或控制天線陣中不同天線的發(fā)射信號(hào)的方法改變測(cè)試中源的位置,達(dá)到混響的目的。它的基本原理是改變混響室中各本征模的權(quán)重因子。這種方法由于不用機(jī)械攪拌器,使得測(cè)試空間增大,而且還能改善混響室的低頻性能,所以至今仍有人對(duì)之進(jìn)行研究,這些研究用本征函數(shù)疊加的方法推導(dǎo)了混響室有源激勵(lì)的電磁場(chǎng)分布公式,并提出了對(duì)稱(chēng)模與反對(duì)稱(chēng)模發(fā)射的方法(即源攪拌方法),從理淪上證實(shí)了利用源攪拌實(shí)現(xiàn)混響的可行性,一定條件下在低模狀態(tài)下可獲得均勻場(chǎng),并且模擬的結(jié)果證實(shí)了數(shù)據(jù)推導(dǎo)的正確性,為混響室在低于可用頻率的分析提供了可行的方法。
(5)頻率攪拌混響室
1994年,David A.Hill提出頻率攪拌的方法。其二維的數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,用中心頻率為4GHz、帶寬為10MHz的線源激勵(lì)時(shí),場(chǎng)的均勻性很好,其三維分布情況還有待進(jìn)一步分析。此外,非零帶寬對(duì)敏感度測(cè)試的影響有待進(jìn)一步分析。在輻射發(fā)射測(cè)試中,由于不能控制受試設(shè)備(EUT)的頻譜,是否還能用頻率攪拌的方法進(jìn)行測(cè)試有待研究。
(6)不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)(或固有)混響室
1998年,F(xiàn)rank B.J.Leferink等設(shè)計(jì)了一種新型混響室,它沒(méi)有任何兩個(gè)墻面是平行的,只有一個(gè)壁面垂直于其他墻面,混響室的長(zhǎng)、寬、高尺寸不成比例,且在室內(nèi)某些位置安裝了漫射體。研究結(jié)果表明,其在沒(méi)有使用機(jī)械攪拌器的情況下產(chǎn)生了統(tǒng)計(jì)均勻的電磁場(chǎng),使得測(cè)試時(shí)間相對(duì)于機(jī)械攪拌混響室而言大幅度減少。S.Y.Chung等還考察了“Schroeder diffuser”和“Rand