02-NVH实验室的声学设计和工程应用(客户版)

2017/11/201朗德声学与振动测试技术交流汽车NVH声学测试室技术消声室的声学设计朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐2引言—消声室的基本概念1.一般定义：消声室是在其中得到自由场的房间2.理想条件：均匀的自由场，各向同性的介质中无边界的(不受边界影响)声场∎ 消声室的定义[ISO 3745]:3.现实条件：边界的反射声在要求的频率范围内（一般定义为截止频率）可以忽略的声学空间∎ 消声室的关键性能参数:1. 截止频率：100Hz (50Hz, 63Hz, 80Hz)2. 自由场范围(自由场精度)——两个相互关联的参数3. 本底噪声朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐3∎ 早期的消声室消声室声学设计的发展1. 贝尔实验室消声室[1936]1.E.H.Bedell[1936].Somedataonaroomdesignedforfreefieldmeasurements,JournaloftheAcousticalSocietyofAmerica8(1936)118–125.2.Meyer,Buchmann&Schoch.AkustischeZeits.5(1940):352吸声结构：10层平纹细布6层法兰绒9cm空气层2. 柏林工业大学消声室[1938]吸声结构：金字塔式尾部长度的影响1940年在Murray Hill 建成尖劈消声室，尖劈长度4.5ft(~137cm)曾进入吉尼斯昀安静房间记录。房间：16x11x9 m3，尖劈15x15x100cm尾部曲线：1. 指数曲线2. 直线朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐4∎ 早期的消声室消声室声学设计的发展3. 哈佛大学消声室[1943]尖劈长度145cm，玻璃棉1.H.F.Olson.Acousticpropertiesofanechoicchamber,JournaloftheAcousticalSocietyofAmerica15(1943)96–150.2.L.L.Beranek,H.P.SleeperJr.Thedesignandconstructionofanechoicsoundchambers,JournaloftheAcousticalSocietyofAmerica18(1946)140–150.4. 哈佛大学新消声室[1946]Beranek比较了5种不同的吸声结构，认为：尖劈结构是昀有效的消声室内部吸声结构。奠定了尖劈结构消声室的基础2017/11/202朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐5∎ 多样化的消声室消声室声学设计的发展海尔空调G.R.A.S日本东北大学中国国家计量院BMW，Dingolfing■尖劈结构是消声室结构型式的一种；■消声室更应关注的是自由声场条件。朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐6吸声结构：平面型吸声构造总厚度45cm (膜吸声器10cm)技术参数：截止频率: 50Hz自由声场: 7.5m第一间无纤维材料无纤维平板型吸声结构的产生与发展–膜吸声器组合的宽频带吸声构造——德国斯图加特大学FKFS声学风洞驻室1993年消声室声学设计的发展朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐7空间利用率:V0= 339 m3Vi= 276m3Vi/V0= 81%800Hz50Hz消声室声学设计的发展无纤维平板型吸声结构的产生与发展–宽频复合吸声构造——BMW发动机测试全消声室1997年自由声场:R 80= 1.06 mR≥125 = 1.45 m吸声结构：25cm厚宽频带复合吸声构造朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐8结合室内声场分布理论BCA 吸声构造布局设计获得甲方赞赏。消声室声学设计的发展无纤维平板型吸声结构的产生与发展–宽频复合吸声构造BCA——奔驰-梅赛德斯测试中心6间2000年2017/11/203朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐9全新设计和要求的测试中心–声场高精度要求下的非对称吸声构造ASA——大众声学测试中心2001年3 间大的半消声室对声场的要求：≥100Hz，精度±1.0dB特点：1. 声学从规划建设之初参与；(泛亚实验室)2. 高于ISO3745的标准的精度；即：100Hz以上，半消达到全消的精度要求；3.开发新型非对称吸声结构ASA消声室声学设计的发展朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐10全新设计和要求的测试中心——大众声学测试中心2001年ASACPA10消声室声学设计的发展朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐11全新设计和要求的测试中心——大众声学测试中心200111fg≤ 50Hz ; ≥ 100Hz±1dB CPACPACPABCAASAASA3种替代型吸声构造建设的先进消声室消声室声学设计的发展房间类型1/3倍频带频率/Hz允许偏差/dB消声室≤630800~5000≥6300±1.5±1.0±1.5半消声室≤630800~5000≥6300±2.5±2.0±3.0朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐121.Cunefare,K.A.andBadertscher,J.(2006).Onthequalificationofanechoicchambers;Issuesrelatedtosignalsandbandwidth.JAcoust.Soc.ofAm.120(2):820-829【例1】美国George Tech消声室房间尺寸：L×W×H= 5.1×5.1×3.5m3截止频率：f0= 80 Hz,吸声构件：1/4尖劈测量信号：纯音;1/12~1/3Oct带宽测量结果：1.用纯音和较窄的信号带宽测试时，自由场出现较大偏差；⇨房间尺寸优化设计问题2. 消声室存在回声调制问题，越靠近墙壁这种影响越严重。⇨房间模态抑制；测点位置消声室的设计技术∎消声室设计技术和关键消声室设计不单纯是在一个(满足本底噪声要求的)房间布置满足要求的吸声构造!1000 Hz2000 Hz2017/11/204朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐13与文献中尺寸接近房间，但经过：1. 尺寸优化；2. 采用BCA吸声，并进行模态抑制自由场衰减特性的对比1.010.0EntfernungSchallquelle-Mikrofon[m]Pegelabnahme[dB]10dB1kHz(withBCA,V=103m3)1kHz(withwegesinpaper)消声室的设计技术∎消声室设计技术和关键□实测结果对比□案例2：XXX研究院消声室吸声结构：德国XXX企业的尖劈结构⇨ ⇨消声室设计不单纯是在一个(满足本底噪声要求的)房间布置满足要求的吸声构造!朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐14正弦信号4 m○消声室的设计技术自由声场特性模拟∎ 室内声场模拟和优化在音乐厅、剧场等厅堂设计中，除了从技术指标上控制，还需要通过计算机模拟、缩尺模型试验等手段验证。声学实验室的设计也需要借助计算机仿真手段来辅助设计、房间尺寸优化、吸声结构布局优化，来减小工程风险。经验是能力的体现，但仅凭经验不能完全保证个案的成功！Beranek&纽约Philharmonic音乐厅朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐15消声室的设计技术∎ 室内声场模拟和优化XYZQ(0,0,0)Q5Q1Q2Q3Q4Q6NijkriijkrierpRerpp10000镜像声源法声场模拟计算朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐16计算实测消声室的设计技术自由声场范围-实测与计算的对比∎ 室内声场模拟和优化2017/11/205朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐17房间尺寸：6 x 6 x 6 m吸声性能：α= 0.99消声室的设计技术∎ 室内声场模拟和优化□房间体型的影响：房间尺寸：7 x 6 x 5 m吸声性能：α= 0.99避免房间尺寸不合理引起的先天不足；通过尺寸优化获得昀佳尺寸。朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐18消声室的设计技术∎ 室内声场模拟和优化□信号带宽的影响：模拟不同信号带宽要求下自由场特征正弦信号1/3倍频程带宽信号朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐19消声室的设计技术∎ 吸声材料加护面板对吸声性能的影响0.000.200.400.600.801.001.201252505001000200040008000吸声系数as频率f，Hz32k50mmGlasswool-NoFacing32kg50mmGlasswool+25%perforationPanelSuggestLowLimitFacing23%P-Al(金属)穿孔板护面在1kHz以上出现对材料高频吸声的阻挡/高频反射。⇨一般要求穿孔金属板的孔径4mm，穿孔率40%时，影响相对较小。高频单频测量误差朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐20供电消声室的设计技术∎ 嵌入式照明、电缆线等2017/11/206朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐21消声室的设计技术∎ 房间模态节点处应布置充足的吸声构造消声室顶角、棱边是房间模态的节点，通风管路设置在角落是不合理的!朗德声学与振动测试技术交流InstituteofAcoustics,TongjiUniversity同济大学声学研究所2‐22ISO 3745‐2012[表A.2] / ISO 26101‐2017 [表A.1] ：测量值与按平方反比律计算值之间的允许昀大偏差消声室声学性能的检定测试室类型1/3倍频带频率/Hz允许偏差/dB消声室≤630800~5000≥6300±1.5±1.0±1.5半消声室≤630800~5000≥6300±2.5±2.0±3.01.测量值与理论值之间的偏差满足表A.2要求的频率范围为消声室的测试频率范围。2.在100Hz~10kHz范围内满足A.2允许偏差要求的实验室为“完全满足ISO3745”的实验室。消声室的截止频率：满足A.2偏差要求的昀低频率！应称为：测试频率范围不能简单理解为吸声结构的截止频率。消声室精确测量的核心：接近理想条件的自由衰减、均匀声场消声室内声场受吸声结构及其布局