文章來源：維也納聲學(xué) 時間：2024-09-23
（1）聲源特性測量和傳聲途徑聲學(xué)特性測量
聲學(xué)測量是使用聲學(xué)儀器對聲傳輸系統(tǒng)的聲學(xué)特性進(jìn)行測量了解。一個聲傳輸系統(tǒng)，包括產(chǎn)生聲音的聲源、聲音傳輸?shù)耐緩胶吐曇舻慕邮照?。在建筑聲學(xué)測量中，通常需要了解的是聲源特性和聲傳輸途徑的特性,。前者包括聲源的頻譜,、指向性,、聲功率及其時間分布特性等,，后者是指材料,、結(jié)構(gòu)和建筑空間的聲學(xué)特性，如吸聲特性,、隔聲特性,、衰減過程和混響時間等。
對于聲源特性的測量,，聲音由被測對象發(fā)出,，測量時通常只需要配置聲接收系統(tǒng)。為了排除各種不同傳輸途徑的影響,，以便于不同聲源的相互比較,，通常要規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的傳輸途徑,，最常用的是自由場和混響場,，即把待測聲源置于標(biāo)準(zhǔn)化的消聲室或混響室中進(jìn)行測量。但有時因為聲源體積和重量很大或搬移安裝困難等原因,，不能把聲源移置到試驗室中測量,，或者聲源的特性需要結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境來了解，如廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng),、交通噪聲和環(huán)境噪聲等,，就需要在現(xiàn)場進(jìn)行測量。在現(xiàn)場測量中有時為了得到聲源“本身”的特性,，即相當(dāng)于放置在自由場中的特性,，需要從測量結(jié)果中“去除”現(xiàn)場環(huán)境的影響，這有時是很困難的,。近年來發(fā)展起來的一些新的測量技術(shù),，如相關(guān)測量,、聲強(qiáng)測量等，有助于這方面問題的解決,。
對于聲傳輸途徑特性的測量,，即材料、結(jié)構(gòu)和建筑空間的聲學(xué)特性的測量,，被測對象本身不產(chǎn)生聲音,，測試時需要配置聲源系統(tǒng)，并對所用的聲源和聲信號作出標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定,。當(dāng)然,，接收系統(tǒng)總是需要的。對于材料和結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性測量,，為了便于不同個體和種類間的比較,，也要規(guī)定一定的傳輸條件。然后把標(biāo)準(zhǔn)化了的試件按規(guī)定的方式納入傳輸系統(tǒng)進(jìn)行測量,。這種測量通常也在試驗室中進(jìn)行,。對建筑空間的聲學(xué)特性的測量通常是在現(xiàn)場進(jìn)行。（2）聲學(xué)測量的儀器設(shè)備
聲學(xué)測量用的聲源系統(tǒng)通?？煞譃閮深悾阂活愂欠请娮釉O(shè)備的聲源,，例如用于產(chǎn)生脈沖聲的發(fā)令槍、爆竹,、汽球(爆裂發(fā)聲),、電火花發(fā)生器和產(chǎn)生寬帶穩(wěn)態(tài)噪聲的氣流噪聲源、標(biāo)準(zhǔn)打擊器等,；另一類是電子設(shè)備聲源,，通常由信號發(fā)生器、濾波器,、放大器和揚聲器組成,，聲源系統(tǒng)測量儀器框圖如圖2.7-1所示。
接收系統(tǒng)通常由傳聲器,、放大器,、濾波器、顯示裝置,、記錄裝置,、數(shù)據(jù)處理裝置等組成。聲學(xué)測量接受系統(tǒng)框圖如圖2.7-2所示,。
傳聲器是聲學(xué)測量中接收系統(tǒng)的“起點”,，其作用是把被測的聲學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成電學(xué)物理量，而后面的儀器設(shè)備都是處理電學(xué)物理量的,?；镜穆晫W(xué)物理量是聲壓,、質(zhì)點速度和位移。因為測量聲壓的傳聲器比測量質(zhì)點速度和位移的傳聲器制造起來簡單容易,，而且有很好的性能,，又因為作為人接收聲音的器官——耳朵，也是一個受壓強(qiáng)作用的接收器,，所以現(xiàn)在廣泛使用的各種傳聲器都是把聲壓轉(zhuǎn)換成電學(xué)量(通常是電壓),。因此，聲學(xué)測量的最常用的基本聲學(xué)物理量是聲壓,。
圖 2.7-1 聲源系統(tǒng)框圖
圖2.7-2 聲學(xué)測量的接收系統(tǒng)框圖
按傳聲器的構(gòu)造不同,，分為晶體式、動圈式,、駐極體式和電容式等等,。在聲學(xué)測量中，使用最普遍的是電容傳聲器,。它具有靈敏度高(即在一定的聲壓作用下輸出的電壓高),，頻率響應(yīng)平直(即在很寬的頻率范圍內(nèi)，在大小相同的聲壓作用下輸出的電壓保持相同),，動態(tài)范圍大(可以測量很低的聲壓到很高的聲壓),，性能穩(wěn)定等優(yōu)點。對傳聲器除了要了解它的靈敏度,、頻率響應(yīng),、動態(tài)范圍等性能外，還要了解它的指向性和使用條件,，如環(huán)境要求,、極化電壓等。
無論是在聲源系統(tǒng)或接收系統(tǒng)中,，通常都加有濾波器,。在濾波器的輸入端加上一寬頻帶的信號，通常是和聲壓相對應(yīng)的電壓,，在濾波器輸出端只有一定寬度頻帶的信號被輸出,。一個理想的濾波器對所需頻帶寬度
(稱為“通帶”)中的信號沒有衰減,，讓其通過,；對通帶以外的信號，即小于
和大于
的各頻率信號全部衰減掉,，不能通過,。理想濾波器的頻率特性如圖2.7-3所示。
圖2.7-3 理想濾波器的頻率特性
但實際的濾波器對通帶以內(nèi)的信號會有一定程度的不規(guī)則衰減,，而對通帶以外的信號也衰減得不干凈,，如圖2.7-4所示,。通常把濾波器通帶兩側(cè)衰減3dB的頻率叫做濾波器的截止頻率，高端的叫做高截止頻率
,；低端的叫做低截止頻率
,；
叫做濾波器的帶寬；
叫做濾波器的中心頻率,。于是,，一個濾波器就可以用中心頻率
和帶寬
來表示。
圖2.7-4 實際濾波器與理想濾波器的比較
上述只是一個濾波器單元,，通常所用的濾波器是由中心頻率各不相同但互相銜接的諸多濾波單元組合而成,。各中心頻率和帶寬滿足一定的規(guī)律。聲學(xué)測量中最常用的濾波器是“倍頻程濾波器”和“1/3倍頻程濾波器”,。它們的中心頻率和帶寬的關(guān)系詳見本手冊2.2.3節(jié),。
在聲學(xué)測量系統(tǒng)中，加濾波器的目的主要是為了了解被測對象的頻率特性和把不需要的頻率成分濾除掉,，以改善接收系統(tǒng)的信噪比,，減少噪聲對所需信號的干擾。
為了在聲學(xué)測量時能反映客觀聲音的主觀感覺,，需要考慮到人耳的頻率響應(yīng),。在接受系統(tǒng)中可以插入和人耳頻率響應(yīng)相近的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對不同頻率成分作不同的計權(quán)衰減,，使測得的聲學(xué)量——聲級能和人的主觀感覺比較一致,。常用的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A，C,，D,，L四種。L計權(quán)是對各頻率成分都“一視同仁”,，不加衰減,，稱為“線性”(檔)。D計權(quán)主要用于飛機(jī)噪聲測量,。
把傳聲器,、放大器、計權(quán)網(wǎng)絡(luò)和顯示裝置(電表指示或數(shù)字顯示)組成一個儀器,，就是聲學(xué)測量中廣泛應(yīng)用的聲級計,。有時也把倍頻程濾波器或1/3倍頻程濾波器和聲級計組合在一起，成為一件便攜式儀器,。各種聲學(xué)測量儀器詳見本手冊第7章,。
把放大器、濾波器、計權(quán)網(wǎng)絡(luò),、顯示裝置組合在一起,，就組成頻譜儀或頻率分析儀。前者的濾波器通常是1/3倍頻程和倍頻程濾波器,，中心頻率固定,；后者的濾波器通帶寬度通常是等百分比的，即
是
的某個百分比,，中心頻率往往連續(xù)可調(diào),。
聲級記錄儀可以把測量結(jié)果以曲線形式記錄在記錄紙上；屏幕顯示裝置可以把測量結(jié)果直觀地顯示出來,；磁帶錄音機(jī)可以把測量信號記錄在磁帶上保存和重放,；而數(shù)據(jù)處理設(shè)備(專用或通用的電子計算機(jī))可以對測量數(shù)據(jù)作各種運算、處理和分析,，以得到所需的信息,，并加以存儲、顯示和輸出(打印或繪圖),。正是因為數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展,，產(chǎn)生了許多新型的聲學(xué)測量儀器，使測量過程自動化,，顯示結(jié)果直觀化,，大大節(jié)省了人力，提高了精度,，縮短了作業(yè)時間,，甚至作到實時分析。但是傳聲器,、放大器,、濾波器仍然是各種聲學(xué)測量儀器的基本裝置。
建筑環(huán)境中的噪聲測量
建筑環(huán)境的噪聲測量是為了了解在某個建筑環(huán)境中因為噪聲源的存在而對測量點處產(chǎn)生的噪聲影響情況：聲級,、頻譜和時間特性等,。因為噪聲源的種類很多，差別很大,，所以對不同的噪聲源和在不同的環(huán)境中測量的方法有所不同,。但總是在適當(dāng)?shù)奈恢茫谶m當(dāng)?shù)臅r間,，測量適當(dāng)?shù)念l帶聲壓級或計權(quán)聲壓級,。環(huán)境噪聲測量的目的是為了了解噪聲對人的影響，所以必須和人的主觀感覺相聯(lián)系,。各種噪聲測量方法正是根據(jù)噪聲源的特性,、環(huán)境的特性和對人的影響來確定測量的地點,、時間和頻帶范圍,。
從噪聲的時間分布特性來看,，噪聲通常可分為穩(wěn)態(tài)噪聲,、脈沖噪聲和隨機(jī)分布噪聲,。穩(wěn)態(tài)噪聲是指在相當(dāng)長的時間內(nèi)，噪聲是穩(wěn)定的,，其強(qiáng)度和頻譜沒有太大的變化,，如風(fēng)機(jī)噪聲、電機(jī)噪聲等,。脈沖噪聲的持續(xù)時間很短,，如沖擊和撞擊噪聲，有的脈沖噪聲以一定的間隔周期性地連續(xù)重復(fù),。隨機(jī)分布噪聲指聲源的發(fā)聲是隨機(jī)的,，或者發(fā)聲體的出現(xiàn)和消失是隨機(jī)的，這就使得觀測點接收到的噪聲是隨機(jī)的,，噪聲級隨時間起伏變化,，又稱“起伏噪聲”，如街道交通噪聲,、建筑空間中的人群活動噪聲等,。
對于穩(wěn)態(tài)連續(xù)噪聲，通常用聲級計測量A計權(quán)聲級,，記為dB(A),。同時亦可測量C計權(quán)聲級和線性檔聲級，以粗略估計噪聲的低,、中,、高頻成分的大致分布。如果要求作頻譜分析,，可配合倍頻程或l/3倍頻程濾波器,，測量各頻帶聲壓級，得到噪聲頻譜,。測點位置通常是在聲源附近(以了解聲源情況)和接收者的代表性位置(以了解噪聲對人的干擾),。
測量前要對聲級計進(jìn)行校準(zhǔn)。通常用一個標(biāo)準(zhǔn)聲源,，如產(chǎn)生l000Hz,、94dB純音的聲級校準(zhǔn)器或250Hz、124dB的活塞發(fā)聲器,。聲級計接收標(biāo)準(zhǔn)聲源的聲音,，調(diào)節(jié)靈敏度使指示讀數(shù)正好是規(guī)定的聲壓級。
如果要求知道某個具體噪聲源在總的環(huán)境噪聲中的作用，可分別測量這個噪聲源參與運行和單獨停止后的聲級L1和L2,，L2稱為背景噪聲級,。當(dāng)
(A)，可以忽略背景噪聲的影響,。L1就是這個噪聲源產(chǎn)生的聲級Lp,。否則應(yīng)在Ll中扣除背景噪聲的影響： 
，
是
確定的修正值,。
對于脈沖噪聲,，需要用脈沖聲級計來測量。這種聲級計具有脈沖保持檔,，在脈沖聲過后,，可以把脈沖聲的聲級保持住，便于讀取,。如果需要進(jìn)一步了解脈沖聲的時間特性,，如脈沖聲延續(xù)時間、脈沖形狀等,，就需要用示波器或其他脈沖測量儀器進(jìn)行分析,。
對于隨機(jī)噪聲，如果起伏不大,，或者只要求測量一個短時間(1秒至數(shù)秒)內(nèi)的值,，可以用聲級計慢檔讀取一個平均數(shù)。如果隨機(jī)噪聲起伏較大而又要了解較長時間內(nèi)(幾分鐘,、幾小時,，甚至一天)的噪聲情況，顯然只讀取一兩個測量值是不行的,。這時就需要測量統(tǒng)計噪聲級(或稱累積分布聲級),。
統(tǒng)計噪聲級是在相當(dāng)長的一段時間T內(nèi)，以一定的取樣間隔
,，讀取
個聲級(通常是A聲級)數(shù)值,。例如交通噪聲的統(tǒng)計噪聲級測量就是以
＝5s，連續(xù)讀取n＝200個A聲級數(shù),，大約為17min,。然后對所得到的n個數(shù)據(jù)按從大到小的順序排列，可得到下述各統(tǒng)計聲級,；L10,，L50和L90，分別對應(yīng)于有10%,，50%,，90%的讀數(shù)大于該統(tǒng)計聲級,。例如把200個數(shù)據(jù)按從大到小排列，第20個數(shù)值是L10,，第100個數(shù)值是L50,第180個數(shù)值是L90,。
L10反映了隨機(jī)噪聲的峰值，L50反映了平均值,，L90反映了背景噪聲,。
等效連續(xù)聲級相當(dāng)于以一個穩(wěn)定的連續(xù)噪聲來替代隨機(jī)噪聲,，兩者在時間T內(nèi)具有的能量相同,。
混響時間測量
混響時間測量是建筑聲學(xué)中最常規(guī)的測量。一方面,，混響時間是目前用于評價廳堂音質(zhì)的最重要的和有明確概念的客觀參量,；另一方面，吸聲材料和結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散入射吸聲系數(shù)的測量,、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲測量,、聲源聲功率測量等項目都需要進(jìn)行混響時間測量。
測量混響時間的常規(guī)設(shè)備如圖2.7-5所示,。
圖2.7-5 混響時間測量儀器布置框圖
由信號發(fā)聲器通過放大器驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音,，傳聲器把接收到的聲能轉(zhuǎn)換為電能輸出給放大器和濾波器，然后加到聲級記錄儀上,。在揚聲器發(fā)出的聲音使房間聲場激發(fā)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后的某個瞬間,，用開關(guān)切斷信號。通過紙帶或數(shù)字采樣等記錄方法,，繪出聲壓級(dB)衰減的曲線,。用混響時間曲線盤就可以讀取混響時間值。圖2.7-6為混響曲線示例,。
圖2.7-6 混響曲線和混響時間的度量
測量混響時間常用的聲源信號有兩種：一種是調(diào)頻的正弦信號,，稱為“囀音”，調(diào)制的頻率約10Hz,。采用囀音是為了避免單純正弦信號會出現(xiàn)駐波現(xiàn)象,。另一種是用窄帶無規(guī)噪聲，這是在粉紅噪聲發(fā)生器后面加接倍頻程或l/3倍頻程濾波器而得到的,。在廳堂混響時間測量時,，聲源信號也可以用脈沖聲，再采用脈沖反響積分法的方法計算混響時間,。通常使用的脈沖聲源有發(fā)令槍,、爆竹、汽球爆裂等,。
混響時間是從記錄儀記錄下的衰減曲線得出的,。通常用相應(yīng)于一定的走紙速度和橫坐標(biāo)(dB數(shù))刻度的透明圓盤,，使衰減曲線回歸成一條直線，根據(jù)此直線的斜率
(dB/s),，即可用式（2.7-1）得到混響時間T,。
(s)
（2.7-1）
實際上從混響圓盤上可直接讀出混響時間T，見圖2.7-6,。
通常是從衰減曲線上穩(wěn)態(tài)聲級的(-5～-35)dB的范圍來決定衰減斜率,。
國內(nèi)新開發(fā)的一些聲學(xué)測量儀器已可以自動測量混響時間，以數(shù)字直接顯示并打印出來,，無需人工去量混響曲線,。但是聲級記錄儀畫出的混響曲線，除了可用于量出混響時間外,，還包含著衰減過程的信息,，有時還是很需要的。
在廳堂音質(zhì)的混響測量中,，聲源通常是放在自然聲源的位置,，如舞臺中央大幕線內(nèi)3m，高度離舞臺面1.5m左右,。傳聲器位置選取有代表性的幾個點,，如觀眾區(qū)的池座前區(qū)、中區(qū),、樓座,、挑臺下等(如果平面對稱，則僅布置一半即可),。在混響室內(nèi)測量時,，聲源通常放在室內(nèi)一角，傳聲器位置取3-5點,，各點均應(yīng)離開房間界面1m以上,，并離開聲源1m以上。
測量的頻率,，對于廳堂音質(zhì)通常為(125—4000)Hz倍頻程的中心頻率,，對于混響室測量也可以用1/3倍頻程的中心頻率。每個測點,、每個頻率在低頻(500Hz以下)測取6條混響曲線,，取其平均值，在中,、高頻則取3條混響曲線加以平均,。
隔聲測量
（1）空氣聲隔聲測量
空氣聲隔聲測量的試驗室由兩個相鄰的混響室組成，一個是聲源室,，一個是接收室,。在這兩個房間之間有一個安裝待測試件的洞口,，洞口的標(biāo)準(zhǔn)面積是10m2，通常為4m×2.5m,。為了防止側(cè)向傳聲的影響,，聲源室和接收室是相互脫開的，它們之間沒有剛性連接,。為了避免基礎(chǔ)或地基連接的傳聲,，減少外部振動和噪聲的影響，接收室通常支承在彈簧或彈性墊層上,。接收室的門也應(yīng)具有良好的隔聲性能,。接收室的體積必須大于50m3，最好在100m3左右,。聲源室還可稍大一些,。兩個房間都要求聲場有良好的擴(kuò)散,。在聲源室可以通過盡量少的吸收以達(dá)到長混響而建立擴(kuò)散聲場,。在接收室為了能和實際使用情況接近，不希望混響時間太長,，最好不大于2s,，這和要求良好的擴(kuò)散是矛盾的，解決的辦法是設(shè)置擴(kuò)散體,。
測試儀器的布置見圖2.7-7,。信號發(fā)生器(通常是白噪聲發(fā)生器)通過濾波器產(chǎn)生窄帶無規(guī)噪聲——l/3倍頻程的白噪聲或粉紅噪聲，也可由正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生純音,。信號通過功率放大器反饋給聲源室的揚聲器發(fā)出聲音,。聲源室和接收室的傳聲器分別測出各自的聲壓級
和
，它們都是時間和空間的平均值,?？臻g的平均可以通過房間中的多個(3~5個)測點所測值的平均，亦可使傳聲器在一定的范圍內(nèi)連續(xù)運動(轉(zhuǎn)動或移動),，而由測量儀器作自動平均,。時間的平均比較簡單，因為聲源系統(tǒng)是穩(wěn)定的,，只要用慢檔就可讀出,。
圖 2.7-7 隔聲的實驗室測試示意圖
除測量
和
外，還要測量接收室的混響時間T,，并根據(jù)賽賓公式即式（2.3-1）或式（2.7-2）求得吸聲量A。
（m2）
（2.7-2）
式中： 
——聲源室（發(fā)聲室）平均聲壓級,，dB,；
——接受室（受聲室）平均聲壓級，dB,；
V ——接受室體積,，m3；
S——試件面積,，m2,。
根據(jù)，和A以及試件的面積S(通常是10 m2),，就可由式（2.7-3）計算出試件的空氣聲隔聲量R,。
dB
（2.7-3）
測量的頻率范圍通常是(100~3150)Hz，共16個1/3倍頻程中心頻率,。
把16個頻帶的值畫在坐標(biāo)圖上,，就可得到該試件的空氣聲隔聲曲線，并可按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50121《建筑隔聲評價標(biāo)準(zhǔn)》求得計權(quán)隔聲量Rw和C,，Ctr,。
（2）撞擊聲隔聲測量
撞擊聲隔聲的實驗室測量，是由上下相鄰的兩個混響室組成,，上面為聲源室,，下面為接受室。兩室之間留有安裝試件的洞口,，洞口標(biāo)準(zhǔn)面積為10m2,。通常聲源室又是空氣聲隔聲測量的聲源室，即由三個混響室構(gòu)成一組隔聲試驗室,，如上圖2.7-7所示,。
撞擊聲的聲源是一個標(biāo)準(zhǔn)打擊器,，已由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO加以規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)打擊器在試件上的位置至少有4個,，各個位置至少離邊緣0.5m,。標(biāo)準(zhǔn)打擊器的落錘打擊試件的上表面，在試件下方的接收室內(nèi)測量聲壓級的空間和時間平均值,。其平均方法和測量空氣聲隔聲時相同,。測量通過1/3倍頻程濾波器進(jìn)行，測量頻帶的中心頻率也是從(100~3l50)Hz,，共16個,。并測量接收室的混響時間以確定接受室的總吸聲量A。根據(jù)測得的接受室的聲壓級
和A,，由式（2.7-4）計算試件的規(guī)范化撞擊聲級Lpn,。
（dB）
（2.7-4）
式中：A0為參考吸聲量，取A0＝10m2,。
把16個頻帶的Lpn畫在坐標(biāo)圖上,，可得到撞擊聲級曲線,，按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50121《建筑隔聲評價標(biāo)準(zhǔn)》可得出規(guī)范化計權(quán)撞擊聲級Lpn,w,。
（3）現(xiàn)場隔聲測量
在實際的建筑物中，可現(xiàn)場測量兩個房間之間的空氣聲隔聲或撞擊聲隔聲,。測量的量和實驗室測量的基本相同,，但這時的傳聲途徑不僅是隔墻或樓板，還包括各種側(cè)向傳聲途徑,，所以測得的是由下述公式計算的隔聲值：
①表示兩個房間之間空氣聲隔聲性能的標(biāo)準(zhǔn)聲壓級差
,。
（dB） （2.7-5）
式中：T0為參考混響時間，對于住宅,，T0＝0.5s,。
②表示兩個房間之間隔墻隔聲的表觀隔聲量。
（dB） （2.7-6）
式中：S為隔墻面積,，m2,，A為接收室的總吸聲量，m2,。
③標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級
（dB） （2.7-7）
式中：T0為參考混響時間,，對于住宅，T0＝0.5s,。
④規(guī)范化撞擊聲壓級
（dB） （2.7-8）
式中：A0為參考吸聲量,，取A0＝10m2,。
吸聲系數(shù)測量
材料和結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)測量方法——混響室法、駐波管法和現(xiàn)場測量法,。
混響室法
測量吸聲系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)混響室是容積為200-240m3左右的房間,。混響室的界面(墻,、地面,、頂棚)應(yīng)盡可能做成剛性的，如磁磚,、水磨石,。為了聲場充分?jǐn)U散，混響室的形狀一般是不規(guī)則的,。
在放入待測材料和物體前,，先測取空室的混響時間，然后放入一定面積的待測材料,，通常為10m2,，或一定數(shù)量的吸聲體。這些材料的安裝方式應(yīng)盡可能地接近實際應(yīng)用時的情況,。再測取放入試件后的混響時間,。由于試件的放入，會使混響時間縮短,。根按式（2.4-5）和式（2.4-6）即可得到吸聲系數(shù)α或吸聲量A,。
（2.4-5）
m2 （2.4-6）
式中：
——被測材料的吸聲系數(shù)；
——被測吸聲體的單體吸聲量,，m2,；
V ——混響室體積，m3,；c——空氣中聲速,，m/s；
S——試件面積,，m2; n——吸聲體個數(shù),；
T1——未放入試件時空室的混響時間，s ,；T2——放入試件后測得的混響時間,，s。
圖2.4-1為混響室內(nèi)墻面吸聲材料測量照片,。圖2.4-2為混響室內(nèi)吸聲體測量照片,。
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圖2.4-1混響室內(nèi)墻面吸聲材料吸聲系數(shù)測量照片 |
圖2.4-2 混響室內(nèi)吸聲體吸聲系數(shù)測量照片 |
駐波管法：
用于測量吸聲材料正入射吸聲系數(shù)的駐波管，是一個具有剛性內(nèi)壁的矩形或圓形截面的管子。在管的一端放置揚聲器,，管的另一端安裝吸聲材料,。在管中有一根和傳聲器相連的探管，用以測量探管端部的聲壓,。揚聲器從信號源(正弦信號發(fā)生器)得到純音信號,，在管中產(chǎn)生平面聲波。當(dāng)聲波到達(dá)另一端吸聲材料表面時產(chǎn)生反射,，反射波和入射波就在管中形成駐波,。在波腹處形成聲壓極大值，在波節(jié)處形成聲壓極小值,。移動傳聲器探管,，測出管中的聲壓極大值
和極小值
，就可以得到正入射吸聲系數(shù)
,，其計算式如式（2.4-7）所示,。
（2.4-7）
圖2.4-3為駐波管法測量材料吸聲系數(shù)裝置圖。
圖2.4-3 駐波管法測量材料吸聲系數(shù)裝置圖
用駐波管測量的是正入射吸聲系數(shù),，只適用于樣品的聲學(xué)特性和它的大小無關(guān)的材料,，多孔材料、穿孔板結(jié)構(gòu)等,，而對薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)等吸收和板面積有關(guān)的結(jié)構(gòu)就不適用了,。
現(xiàn)場測量法
測量聲源揚聲器位于被測表面正前方（一般采用1.25m），指向材料,。揚聲器與材料表面之間放置一傳聲器,，一般距離0.25m。揚聲器發(fā)出MLS信號,，傳聲器接收,，并利用MLS相關(guān)運算得到揚聲器和傳聲器之間的脈沖響應(yīng)函數(shù)(即系統(tǒng)響應(yīng))。現(xiàn)場法測量吸聲系數(shù)的示意圖如圖2.4-4所示,。
圖2.4-4 現(xiàn)場法測量吸聲系數(shù)示意圖
在該脈沖響應(yīng)函數(shù)中將包含兩部分，一部分是揚聲器直接到達(dá)傳聲器的響應(yīng)函數(shù)
,，另一部分是來自反射路面的響應(yīng)函數(shù)
,，可通過時間窗和信號相減等數(shù)字技術(shù)將這兩部分分離出來。再根據(jù)ISO13472-2:2002的給出的計算吸聲系數(shù)
,，其公式如式（2.4-8）所示:
（2.4-8）
式中,，
，為傳播系數(shù),；
——聲源距地面距離,，一般取1.25m；
——傳聲器距地面距離，一般取0.25m,。
需要注意的是,，現(xiàn)場測量通過反射延遲的時間窗確定反射波和入射波，通過計算,，得到的是聲波接觸界面后立即被反射回來那部分的能量比例,，更確切地說是反射系數(shù)，再用1減去反射系數(shù)得出吸聲系數(shù),。然而,，吸聲系數(shù)不一定就完全是1減去界面反射系數(shù)，如果入射表面的后面還有反射面,，透射的聲音還將有一部分比例反射出來,，吸聲系數(shù)是應(yīng)將這部聲音也扣除出去的，這一點需要注意,。
建筑聲學(xué)中其他常用聲學(xué)測量項目
除了上述幾種聲學(xué)測量外,，在建筑聲學(xué)中還有幾種常用的聲學(xué)測量，如聲場分布測量,、脈沖響應(yīng)測量,、方向性擴(kuò)散測量和聲源聲功率及指向性測量等。
（1）聲場分布測量
在一個廳堂中,，為了了解在使用(演出,、講演)時聽眾席上各點聽到的聲音大小是否相同或差別多大，可以通過聲場分布測量來了解,，即在聲源發(fā)聲時,，測量聽眾席上各點的聲壓級。因為通常不可能同時測量較多點,，所以要求聲源發(fā)出的聲音是穩(wěn)定的,，在每個測點測量時能相同地重放。這對自然聲很難做到,，所以通常是用電子設(shè)備的聲源系統(tǒng),，信號用囀音或窄帶噪聲，也可以用音樂的片斷,。聲源位置通常就是實際使用時自然聲源的位置,。在空場時進(jìn)行測量，可以在觀眾席上測取很多點,，甚至每個席位逐個測量,。但空場測量結(jié)果往往不能反映實際使用時的情況。在聽眾滿場測量時,，限于時間,，不可能測取很多的點，只能在有代表性的若干個點進(jìn)行測量。
（2）脈沖響應(yīng)測量
在廳堂音質(zhì)測量中,，為了了解接收點的反射聲的時間分布,，可以進(jìn)行脈沖響應(yīng)測量。用一個短的脈沖聲激發(fā)房間聲場,，脈沖寬度一般應(yīng)小于20毫秒,。在接收點處用高質(zhì)量的傳聲器連接到示波器以觀察聲壓響應(yīng)。如果需要可以把示波器上的圖形拍攝下來,。也可以采用聲頻A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采樣,，獲得脈沖響應(yīng)的數(shù)字序列。脈沖聲源通常用電火花發(fā)生器,。如果要區(qū)分頻率,，也可以用短的突發(fā)純音作測試信號，用揚聲器系統(tǒng)來放音,。
房間或房間內(nèi)某個位置上的一些嚴(yán)重聲學(xué)缺陷,，能夠從示波器顯示的脈沖響應(yīng)圖中發(fā)現(xiàn)。這些缺陷例如沒有初始反射聲,，強(qiáng)反射之間的時間間隔太長,，在較晚的時間內(nèi)出現(xiàn)明顯的峰，則表示存在回聲等等,。圖2.7-8是脈沖響應(yīng)的示例圖
圖2.7-8 脈沖響應(yīng)示例圖
（3）聲場方向性擴(kuò)散測量
脈沖響應(yīng)測量是為了了解接受點處反射聲的時間分布結(jié)構(gòu),，而方向性擴(kuò)散測量是了解接受點處反射聲的空間分布形態(tài)。聲源仍和脈沖測量時相同,，但要求是穩(wěn)定的連續(xù)發(fā)射的脈沖,。在接收點處用強(qiáng)指向性的傳聲器(可以把傳聲器放在管中，或置于拋物面的聲反射鏡中心),，測量空間各方向傳來的反射脈沖的聲壓級,。傳聲器可以和極坐標(biāo)聲級記錄儀相聯(lián)，兩者同步轉(zhuǎn)動,，可以自動測量空間某個平面上反射聲的方向性分布,。改換不同的平面就可以完成全空間的測量。把各方向反射聲大小按方向分布畫出來,，其形狀如同刺猬,，故俗稱“聲刺猬”，見圖2.7-9,。
圖 2.7-9 聲場方向性擴(kuò)散測量示例
（4）聲源聲功率和指向性測量
為了了解一個噪聲源的特性，最好是了解它的總聲功率,、頻帶聲功率和指向性,。這些都是噪聲源固有的不隨測試條件而變化的量。
聲源聲功率的測量常在實驗室中進(jìn)行?？梢栽诨祉懯一蛳暿?/span>(全消聲室或半消聲室)中進(jìn)行,，也可以在安靜的空曠的室外測量以代替消聲室。把噪聲源置于容積大于聲源體積200倍以上的混響室中,，測取空間和時間平均的頻帶聲壓級,，則可按式（2.7-9）計算頻帶聲功率級Lw(用于精密級測量)。
（dB） （2.7-9）
式中,，T——測試室混響時間,，s；
V——測試室體積,，m3,；
S——測試室界面總面積，m2,；
λ——頻帶中心頻率對應(yīng)的波長,，m；
B——大氣壓,，毫巴,。
也可用式（2.7-10）近似地計算聲功率級
(用于工程級測量)：
（dB） （2.7-10）
在工程級測量時，測試室可以是專用混響室,，也可以是吸收較少,、混響較長的大房間。Lp可以是A計權(quán)平均聲壓級,，得到A計權(quán)聲功率級,。
如果噪聲源位置可以用一個標(biāo)準(zhǔn)聲源替代，則可以用比較法測量噪聲源聲功率,。標(biāo)準(zhǔn)聲源是一個已知聲功率的聲源,。測取由噪聲源產(chǎn)生的平均聲壓級
；在噪聲源位置上換上標(biāo)準(zhǔn)聲源,，測量由標(biāo)準(zhǔn)聲源產(chǎn)生的平均聲壓級
,；由式（2.7-11）計算噪聲源的聲功率
。
（dB）
（2.7-11）
Lwr——標(biāo)準(zhǔn)聲源的聲功率級,，dB,。
若要測量聲源聲功率，又要測量聲源指向性,，就必須在自由場或半自由場中進(jìn)行,，即在消聲室、半消聲室或室外空曠硬地面場地上進(jìn)行(混響室中測試不能得到聲源指向性),。消聲室的容積必須大于聲源體積200倍以上,。在聲源周圍劃出一個包圍面,，通常是以聲源幾何中心為球心的半球面，球面半徑至少應(yīng)為聲源主尺寸的兩倍,，且不小于1m,。在包圍面上采取傳聲器列陣布點，或一只傳聲器逐次測量,，來測取包圍面上各點的聲壓級
,。測取的點數(shù).通常在消聲室為20點，半消聲室為10點,。按式（2.7-12）計算平均聲壓級
,。
dB
（2.7-12）
式中，Si——第i個測點代表的面積,，m2,；
S——包圍的總面積，m2,；
——第i個測點的聲壓級,，dB。
測點的布置方式如圖2.7-10所示,，此時,，每個測點代表的面積Si都相等。也可用一只傳聲器在包圍面上連續(xù)移動來測取平均聲壓級,。
圖 2.7-10 聲功率測量的測點分布
根據(jù)平均聲壓級
,，由式（2.7-13）計算聲源聲功率級
（dB） （2.7-13）
式中：S——對于半消聲室是包圍面的面積，若包圍面是半球面,，則
,，r為球半徑(m)；對于全消聲室是包圍面面積的兩倍,，若包圍面是球面,，
；
——溫度,，℃,；
B——大氣壓，毫巴,。
根據(jù)各測點的聲壓級
,，可以按式（2.7-14）和式（2.7-15）求得噪聲源在這個方向上的指向性指數(shù)
。
(消聲室) （2.7-14）
(半消聲室) （2.7-15）
連續(xù)移動傳聲器,，或傳聲器固定而連續(xù)轉(zhuǎn)動聲源(如測量揚聲器指向性時,，把揚聲器置于消聲室的特制轉(zhuǎn)臺上)，并和極坐標(biāo)記錄儀同步,，可以連續(xù)地畫出空間某個平面上的指向性圖,。
（5）材料散射系數(shù)測量
圖2.7-11 混響室“脈沖聲響應(yīng)轉(zhuǎn)動平均法” 測量材料散射系數(shù)照片
散射系數(shù)是房間聲學(xué)的一個非常重要的參數(shù)（例如音樂廳,、歌劇院,、錄音室,、排練室和混響室等），它對室內(nèi)聽聞起著顯著的影響,。散射不良不僅會導(dǎo)致聲場不均勻,，而且會引起聲染色和聲像定位不準(zhǔn)等問題；相反地,，房間內(nèi)散射充分的表面是良好聲場的重要保障,。另外，對于計算機(jī)聲場模擬與預(yù)測工作,，獲得準(zhǔn)確的散射系數(shù)也是非常必要的,。圖2.7-11為混響室“脈沖聲響應(yīng)轉(zhuǎn)動平均法”測量材料散射系數(shù)的照片。
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）針對無規(guī)入射散射系數(shù)的測量提出了標(biāo)準(zhǔn)ISO17497-1,。在此標(biāo)準(zhǔn)中,，給出了在混響室內(nèi)采用脈沖響應(yīng)同步平均法測量無規(guī)入射散射系數(shù)的方法，據(jù)此測量得到的無規(guī)入射散射系數(shù)具有實用意義,，也適合于作為計算機(jī)廳堂音質(zhì)模擬與預(yù)測的輸入?yún)?shù),。
①無規(guī)入射散射系數(shù)的定義
無規(guī)入射散射系數(shù)通常用s表示，設(shè)全部反射聲能為Er,，鏡面反射聲能為Espec,，則：
(2.7-16)
即某一界面反射聲能中散射聲能（非鏡面反射聲能）所占的比值，取值范圍為0～1.0表示界面為完全鏡面反射,，1表示界面為完全散射,，沒有鏡面反射。
無規(guī)入射吸聲系數(shù)用as表示,，設(shè)入射聲能為Ei,，則：
(2.7-17)
即材料或界面所吸收聲能與全部入射聲能的比值，這也就是通常在混響室內(nèi)所測量的材料吸聲系數(shù),。
無規(guī)入射鏡面吸聲系數(shù)用aspec表示,，
(2.7-18)
即散射聲能與被吸收聲能之和與全部入射聲能的比值。顯然,，aspec的取值范圍為as～1,。
根據(jù)上述定義，可以得到無規(guī)入射散射系數(shù)S,，如式(2.7-19)所示,。
(2.7-19)
②無規(guī)入射散射系數(shù)的測量原理
由式(2.7-19)可知，為了得到散射系數(shù)s,，需要測量得到aspec與as的值,。as的測量可以采用常規(guī)的混響室吸聲系數(shù)測量方法,，而aspec的測量成為測試方法的關(guān)鍵，這可以采用脈沖響應(yīng)平均法巧妙地獲得,。
通過在時域圖上觀察聲波在界面的反射和散射情況可以有助于直觀地理解該方法,。圖2.7-12是三個經(jīng)過帶通濾波后的脈沖響應(yīng)（經(jīng)同步鎖相）疊加的時域示意圖，這三個脈沖響應(yīng)是在固定聲源和傳聲器位置的情況下,，散射試件處于三種不同方向的測試結(jié)果,。很顯然，脈沖響應(yīng)的早期反射（重疊部分）是高度相關(guān)的,。這些重疊部分是試件反射中的鏡面反射分量,。相反的，脈沖響應(yīng)的后部相位是不一致的,，與試件所處的方向是相關(guān)的,，這些“尾部”的反射聲包含了散射部分。
圖2.7-12 三個脈沖響應(yīng)同步疊加示意圖
測試方法的原理是從脈沖響應(yīng)中將鏡面反射能量部分提取出來,。這一點可以通過對試件不同方向的脈沖響應(yīng)采用同步（鎖相）平均法來實現(xiàn),。
這種方法可以直接應(yīng)用在混響室中。除了傳統(tǒng)的吸聲系數(shù)測量以外,，在一可旋轉(zhuǎn)圓形轉(zhuǎn)盤上安放試件,，測量試件在不同方向下的脈沖響應(yīng)，將這些脈沖響應(yīng)同步平均后,，鏡面反射成分被同相疊加,，而散射成分被去除掉了，從而可以計算得到aspec,。如圖2.7-13所示,。
圖2。7-13 不同次數(shù)的脈沖響應(yīng)采用同步平均后反向積分得到的衰減曲線
③無規(guī)入射散射系數(shù)的測量實例
根據(jù)ISO17497-1,，我們對一種散射成品試件在混響室內(nèi)進(jìn)行了散射系數(shù)足尺測試,。測量時，首先在混響室內(nèi)安裝一可旋轉(zhuǎn)圓形轉(zhuǎn)盤,，在轉(zhuǎn)盤上沒有試件（空場）和有試件（滿場）的情況下測量脈沖響應(yīng)從而得到混響時間T1（空場）和T2（滿場）,。在全部測試中，至少要有兩個聲源位置和三個傳聲器位置,，共六次測量,。混響時間為各次測量的算術(shù)平均值,。
當(dāng)進(jìn)行aspec的測量時,，分別在轉(zhuǎn)盤上安放和不安放試件，針對每一組聲源-傳聲器位置,，離散測量n個脈沖響應(yīng),，每次測量后轉(zhuǎn)動試件360°/n,。我們在測試中取n=72，即每次轉(zhuǎn)動試件5°,。將全部測量結(jié)果采用脈沖響應(yīng)同步平均法處理后可以得到混響時間T3（空場,，只有轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動）和T4（滿場，轉(zhuǎn)盤和試件一起轉(zhuǎn)動）,。
無規(guī)入射吸聲系數(shù)as由式(2.7-20)計算：
(2.7-20)
式中,，V為混響室體積，S為試件表面積,，c1和c2分別是測量T1和T2時的聲速，m1和m2分別是測量T1和T2時的空氣吸收系數(shù),。
無規(guī)入射鏡面吸聲系數(shù)aspec由式(2.7-21)計算：
(2.7-21)
式中,，c3和c4分別是測量T3和T4時的聲速，m3和m4分別是測量T3和T4時的空氣吸收系數(shù),。
據(jù)此,，由式(2.7-19)可計算得到無規(guī)入射散射系數(shù)s。結(jié)果見圖2.7-14,。
圖2.7-14 實測試件無規(guī)入射散射系數(shù)s
（6）人工雨模擬雨噪聲測量
雨噪聲很早就受到人們的注意,。國內(nèi)外劇場設(shè)計規(guī)范中，有采用重屋蓋隔絕室內(nèi)雨噪聲的要求,。近年來,，大跨度、造型奇異的建筑增多,，輕質(zhì)屋蓋大量使用,，雨噪聲問題增多。在別墅,、講堂,、體育館、演播廳,、電影院,、劇場、劇院等噪聲敏感建筑中采用彩鋼夾心板,、膜結(jié)構(gòu),、金屬屋面、陽光板等輕屋蓋時,，常有雨噪聲問題發(fā)生,。尤其在我國南部降水較多地區(qū)，輕質(zhì)屋蓋雨噪聲問題的影響更加突出,。
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織編制了屋蓋產(chǎn)品雨噪聲的實驗室測量規(guī)范,，用以規(guī)范雨噪聲的測量方法,、比較輕質(zhì)屋蓋產(chǎn)品和降噪方案的雨噪聲性能。該標(biāo)準(zhǔn)為ISO140-18:2006 Acoustics- Measurement of Sound Insulation in Buildings and of Building Elements-Part18,。
①降落雨滴的模擬
采用滴流法可以近似模擬落雨現(xiàn)象,。即在水管或水槽底部鉆小孔，水因重力下流,，由于表面張力先形成水滴,，重量超過極限后將自然下落。
雨滴的直徑取決于鉆孔直徑,，鉆孔直徑不能太大,，否則將形成水流而不是水滴。通過實驗反復(fù)嘗試,，在合適的鉆孔直徑條件下,，可獲得5－6mm直徑的模擬雨滴。如在PVC水管上鉆直徑為0.8mm的孔,，可穩(wěn)定地獲得6mm直徑的雨滴,。
另一種可行的方法是，鉆較大的孔,，在孔中插入同直徑的鋼釘,，由于鋼釘根部為楔型，水流會從鋼釘與孔壁之間的間隙流出,，并在鋼釘末端釘尖處形成滴流,。選擇合適的鋼釘，可形成6mm直徑的雨滴,。
對于自然雨來講,，既有大雨滴，也有直徑小一些的雨滴,，常見于0.1-6mm之間,，雨強(qiáng)越大，大雨滴越多 ,。因為,，雨噪聲模擬主要考慮大雨甚至暴雨的情況，而且雨噪聲主要以大雨滴的貢獻(xiàn)為主,，所以,，采用6mm直徑的雨滴進(jìn)行模擬是合適的。
②降雨高度的影響
自然雨是從高空下落的,，落地時為極限末速度,。人工降雨采用的雨滴自由落體高度受到實驗室的條件的限制，對普通建筑改造的人工實驗室，設(shè)計高度可采用3m,。6mm直徑的雨滴,，理論極限末速度為
=9.1m/s左右，自由下落h=3m時,，末速度約
=6.8m/s,，不同高度雨滴自由降落末速度實測值見表2.7-1。根據(jù)研究,，3m降落雨滴與高空降落的自然雨相比,，雨噪聲L聲級降低約5dB。
表2.7-1 6mm直徑雨滴降落末速度實測值
降落高度m | 2 | 3 | 5 | 10 | 30 | 40 | 50 |
末速度m/s | 6.2 | 6.8 | 7.6 | 8.6 | 9.1 | 9.2 | 9.1 |
③人工降雨水系統(tǒng)的設(shè)計
利用樓板撞擊聲隔聲實驗室,，建立了人工雨模擬雨噪聲實驗室,。實驗室設(shè)計降雨高度3m，降雨粒徑6mm,，通過液面高度控制,，可控制降雨強(qiáng)度。進(jìn)行雨噪聲測試時,，將12m2左右測試屋面構(gòu)件安裝在接收室上部作為頂棚，接收室為“房中房”浮筑結(jié)構(gòu),，可有效防止側(cè)向傳聲,，保證接收室內(nèi)測量的聲能均為來自于屋蓋構(gòu)件受雨滴沖擊所產(chǎn)生的聲音。
上水系統(tǒng)采用自來水,，可人工控制地流入高處的水箱,。與水箱連接有間距100的40根直徑30mm的PVC水平管排，每根水管底部鉆孔,，孔距80mm,，孔徑0.7mm，從水箱中流出的水可均勻地進(jìn)入水管,，并在試件上方形成10 m2的模擬降雨,。該滴水系統(tǒng)是在不斷調(diào)整、試驗的基礎(chǔ)上最終確定的,。
試驗構(gòu)件上根據(jù)實際屋面的傾斜角度確定散水的傾斜角度,，在試件的周邊通過水槽收集滴落的雨水，并通過管道排出實驗室外,。圖2.7-15為位于清華大學(xué)建筑學(xué)院的雨噪聲實驗裝置示意圖及實驗室實景照片,。
垂直落雨面積為10 m2，根據(jù)接收室測量的聲壓級按ISO3741 計算可獲得屋蓋每平米雨噪聲聲功率級,，該數(shù)值可用作屋面構(gòu)造雨噪聲比較,，也可用于預(yù)測房間室內(nèi)噪聲。
圖2.7-15 清華大學(xué)的人工模擬降雨雨噪聲實驗室
2007年以來，清華大學(xué)對雨噪聲進(jìn)行了深入研究,，通過調(diào)查,、測試、分析,、計算,，積累了大量數(shù)據(jù)，在雨噪聲研究方面已有所突破,。表2.7-2列出了不同屋蓋構(gòu)造,、不同雨強(qiáng)下的平米雨噪聲聲功率級，可供設(shè)計參考,。
表2.7-2 屋蓋構(gòu)件雨噪聲實測數(shù)據(jù)表
（續(xù)）
屋蓋構(gòu)造 | 應(yīng)用工程 | 實驗雨強(qiáng) mm/min | 平米雨噪聲聲功率級 dB(A)/m2 |
0.6mm波紋彩鋼板 | 用于研究 | 1.0 | 74.8 |
0.6mm波紋彩鋼板,，底貼0.8mm厚靜音氈 | 用于研究 | 1.0 | 63.8 |
100mm厚聚苯彩鋼夾心板 | 用于研究 | 0.5 | 68.7 |
100mm厚聚苯彩鋼夾心板 | 國防部演播廳 | 0.5 | 70.1① |
100mm厚聚苯彩鋼夾心板上設(shè)輕質(zhì)隔聲層 | 國防部演播廳 | 0.5 | 38.6① |
鈦金屬屋面板，底噴25mm厚K13吸聲纖維層 | 國家大劇院 | 1.0 | 37.0① |
金屬屋面板,，底噴25mm厚TC吸聲纖維層 | 國家體育館 | 2.0 | 37.8 |
雙層ETFE薄膜氣枕 | 國家游泳中心 | 2.0 | 74.6 |
雙層ETFE薄膜氣枕,，上鋪TEXLON防雨網(wǎng) | 國家游泳中心 | 2.0 | 64.0 |
①注：實驗采用固體顆粒物模擬雨噪聲，與雨滴作為沖擊源相比,，測量數(shù)值可能偏大,。
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