“通過(guò)科技與創(chuàng)新，讓聲音控制技術(shù)造福人類社會(huì)” | 廣州丹品人工環(huán)境技術(shù)有限公司
關(guān)注：
在聲學(xué)研究的領(lǐng)域中，半無(wú)響室作為一種特殊的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室，發(fā)揮著不可或缺的作用。它為科研人員和工程師們提供了一個(gè)近乎理想的聲學(xué)環(huán)境，有助于深入探究聲音的奧秘、測(cè)試聲學(xué)設(shè)備的性能以及解決各類聲學(xué)相關(guān)問(wèn)題。
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一、什么是半無(wú)響室
半無(wú)響室，從定義上來(lái)說(shuō)，是一種特殊的聲學(xué)空間，它的主要功能是模擬半自由場(chǎng)環(huán)境。半自由場(chǎng)是指聲波在無(wú)限大空間傳播時(shí)，除地面外，不存在任何反射體（面）的空間狀態(tài)。自然界中的半自由場(chǎng)空間可類比為有一全反射面的自由空間，聲波只能在 180° 半球方位自由傳播，像水泥地面的大型露天停車場(chǎng)、室外籃球場(chǎng)、停機(jī)坪等，都是常見(jiàn)的自然半自由場(chǎng)空間的例子。而半無(wú)響室就是通過(guò)人工手段，在室內(nèi)營(yíng)造出類似的聲學(xué)環(huán)境。與全消聲室（全無(wú)響室）不同，全消聲室是房間的六個(gè)面全鋪設(shè)吸聲尖劈，以實(shí)現(xiàn)近乎完全消聲，模擬自由聲場(chǎng)空間；半無(wú)響室則是在房間的六個(gè)面中，只在五個(gè)面或者四個(gè)面鋪吸聲尖劈，地面為硬質(zhì)剛性反射面 。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)，使得半無(wú)響室具有其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。
二、半無(wú)響室的結(jié)構(gòu)與原理
（一）吸聲結(jié)構(gòu)
半無(wú)響室的吸聲結(jié)構(gòu)是其實(shí)現(xiàn)半自由場(chǎng)環(huán)境的關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō)，在其墻面和天花板上，會(huì)安裝吸聲性能良好的吸聲材料，常用的是吸聲尖劈。吸聲尖劈通常由玻璃棉、軟泡沫塑料等多孔材料制成，其形狀設(shè)計(jì)成尖劈狀或圓錐結(jié)構(gòu)。當(dāng)聲波入射到吸聲尖劈表面時(shí)，會(huì)在材料的孔隙中不斷摩擦、損耗，將聲能轉(zhuǎn)化為熱能，從而被吸收。為了達(dá)到更好的吸聲效果，尖劈的長(zhǎng)度與可吸收的最低頻率密切相關(guān)。例如，如果要吸收較低頻率的聲波，尖劈的長(zhǎng)度就需要相應(yīng)增加。一般而言，尖劈的長(zhǎng)度適用于 1/4 波長(zhǎng)理論，即尖劈長(zhǎng)度大約為要吸收的最低頻率聲波波長(zhǎng)的 1/4 。通過(guò)這種漸變吸收層的設(shè)計(jì)，半無(wú)響室能夠保證在特定頻率范圍內(nèi)，墻面的吸聲系數(shù)達(dá)到 99% 以上，從而有效減少聲波在室內(nèi)的反射，營(yíng)造出接近半自由場(chǎng)的環(huán)境。
（二）地面設(shè)計(jì)
半無(wú)響室的地面采用硬質(zhì)剛性反射面，這與全消聲室有明顯區(qū)別。硬質(zhì)剛性地面能夠反射聲波，當(dāng)聲源或接收器置于地面上時(shí)，聲源和接收器之間只有直達(dá)聲而沒(méi)有反射聲（在滿足一定條件下），故在地面上的半空間中形成類似消音室中那樣的自由場(chǎng) 。這種地面設(shè)計(jì)使得半無(wú)響室能夠承受較大的重量，為一些大型設(shè)備的聲學(xué)測(cè)試提供了便利。
（三）隔振與降噪措施
為了保證室內(nèi)聲學(xué)環(huán)境不受外界干擾，半無(wú)響室還采取了一系列隔振與降噪措施。在外界噪聲較高或要求測(cè)振動(dòng)的情況下，通常會(huì)采用浮筑結(jié)構(gòu)來(lái)隔離外界的影響。浮筑結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的減振材料有多種選擇，如彈簧結(jié)構(gòu)，其隔振頻率可以做到 1Hz，在對(duì)低噪聲要求極高的情況下會(huì)采用，但造價(jià)高且維護(hù)困難，還需考慮彈簧的防銹問(wèn)題；橡膠減振墊結(jié)構(gòu)，隔振頻率能做到 7Hz，適用于低噪聲要求較高的場(chǎng)景；玻璃棉氈減振結(jié)構(gòu)，隔振頻率小于 15Hz，造價(jià)相對(duì)較低 。此外，半無(wú)響室的隔聲特性會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和周圍環(huán)境來(lái)確定，通過(guò)采用特殊的通風(fēng)系統(tǒng)，如廣州丹品人工環(huán)境技術(shù)有限公司的 “渦輪增壓微循環(huán)變頻消聲通風(fēng)系統(tǒng)” 專利技術(shù)，能在保證空氣流通的同時(shí)，滿足良好的隔聲特性 。同時(shí)，照明系統(tǒng)采用本底噪聲及聲反射要求最小的白熾燈，并且所有電路導(dǎo)管、電線及控制均安裝于尖劈后，以避免聲反射對(duì)測(cè)試造成影響。
三、半無(wú)響室的性能指標(biāo)
（一）截止頻率
截止頻率是半無(wú)響室的一個(gè)重要性能指標(biāo)。它是指在此頻率以上，墻面的吸聲系統(tǒng)能保證 99% 的吸聲系數(shù)。由于通用的吸聲材料對(duì)高頻聲波容易吸收，而對(duì)低頻吸收則和材料的厚度（尖劈的長(zhǎng)度）有關(guān)，所以設(shè)計(jì)一種能在全頻帶（20Hz - 20000Hz）都達(dá)到 100% 吸聲的吸聲體是不可能的。在實(shí)際工程中，截止頻率越低，尖劈的長(zhǎng)度要求就越大。例如，常見(jiàn)的半無(wú)響室截止頻率可能在 125Hz 左右（可根據(jù)要求擴(kuò)展至 50Hz） 。在截止頻率以上，半無(wú)響室能夠滿足自由場(chǎng)條件；而在截止頻率以下，半無(wú)響室不能保證滿足自由場(chǎng)條件，在測(cè)量時(shí)需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如 GB 6882 進(jìn)行自由場(chǎng)修正 。
（二）本底噪聲
本底噪聲也是衡量半無(wú)響室性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。半無(wú)響室需要提供低背景噪聲的環(huán)境以適應(yīng)測(cè)試環(huán)境的要求。根據(jù)相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 3745 - 2003、ANSI S12.55 - 2006 和國(guó)標(biāo) GB 6882《聲學(xué) 噪聲源聲功率級(jí)的測(cè)定 消聲室和半消聲室精密法》，在測(cè)試頻率范圍內(nèi)，背景噪聲的聲壓級(jí)至少比被測(cè)聲源的聲壓級(jí)低 6dB，最好是低 12dB 。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的半無(wú)響室，本底噪聲可以達(dá)到很低的水平，例如 16dB (A)，甚至采取特殊設(shè)計(jì)可達(dá)到 11dB (A) 。本底噪聲越低，越能為高精度的聲學(xué)測(cè)試提供良好的環(huán)境。
（三）聲場(chǎng)自由空間特性
聲場(chǎng)自由空間特性是鑒定半無(wú)響室好壞的關(guān)鍵依據(jù)。在半無(wú)響室中，聲波在半自由場(chǎng)空間里傳播應(yīng)符合特定的物理定義，如對(duì)點(diǎn)聲源，聲壓應(yīng)隨距離衰減，遵循聲能的反平方律；聲壓級(jí)在常溫壓下應(yīng)等于聲強(qiáng)級(jí) 。通過(guò)對(duì)這些特性的測(cè)試和驗(yàn)證，可以判斷半無(wú)響室是否滿足聲學(xué)測(cè)試的要求。相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)如 ISO 3745、ANSI S12.55 和國(guó)標(biāo) GB 6882 提供了鑒定半無(wú)響室自由空間的具體鑒定方法 。
四、半無(wú)響室的應(yīng)用領(lǐng)域
（一）工業(yè)產(chǎn)品噪聲測(cè)試
在工業(yè)生產(chǎn)中，許多產(chǎn)品的噪聲水平是衡量其質(zhì)量和性能的重要指標(biāo)。半無(wú)響室因其能夠模擬半自由場(chǎng)環(huán)境且能承受較大重量，成為了大型工業(yè)產(chǎn)品噪聲測(cè)試的理想場(chǎng)所。例如，汽車制造商在研發(fā)新車時(shí)，會(huì)將整車放入半無(wú)響室，測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎等部件在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲水平，以便優(yōu)化隔音設(shè)計(jì)，降低車內(nèi)噪聲，提高駕乘舒適性 。同樣，大型機(jī)械設(shè)備如發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)等的噪聲測(cè)試也可以在半無(wú)響室中進(jìn)行，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量噪聲，為設(shè)備的降噪改進(jìn)提供依據(jù)。
（二）聲學(xué)設(shè)備研發(fā)與測(cè)試
對(duì)于聲學(xué)設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)，半無(wú)響室是不可或缺的測(cè)試環(huán)境。揚(yáng)聲器、音箱等音頻設(shè)備在研發(fā)過(guò)程中，需要在半無(wú)響室中精確測(cè)量其聲學(xué)性能，如頻率響應(yīng)、指向性、聲功率等 。通過(guò)在半無(wú)響室中的測(cè)試，可以準(zhǔn)確評(píng)估設(shè)備的性能優(yōu)劣，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行改進(jìn)，從而生產(chǎn)出音質(zhì)更好、性能更優(yōu)的聲學(xué)產(chǎn)品。此外，麥克風(fēng)等聲學(xué)傳感器的校準(zhǔn)和性能測(cè)試也常常在半無(wú)響室中進(jìn)行，以確保其測(cè)量的準(zhǔn)確性。
（三）科研領(lǐng)域的聲學(xué)研究
在科研領(lǐng)域，半無(wú)響室為聲學(xué)研究提供了理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境�？茖W(xué)家們可以在半無(wú)響室中開(kāi)展各種聲學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究聲音的傳播特性、聲學(xué)材料的性能等 。例如，研究新型吸聲材料的吸聲機(jī)理和性能時(shí)，在半無(wú)響室中可以排除外界干擾，準(zhǔn)確測(cè)試材料在不同頻率下的吸聲系數(shù)，為材料的進(jìn)一步優(yōu)化和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，對(duì)于一些關(guān)于聲音與人體生理、心理交互作用的研究，也可以在半無(wú)響室的安靜環(huán)境中進(jìn)行，減少外界噪聲的干擾，提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。
五、半無(wú)響室的發(fā)展趨勢(shì)
隨著科技的不斷進(jìn)步，聲學(xué)研究和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Π霟o(wú)響室的性能和功能提出了更高的要求，推動(dòng)著半無(wú)響室不斷發(fā)展。一方面，新材料的研發(fā)和應(yīng)用將為半無(wú)響室?guī)?lái)新的機(jī)遇。例如，一些新型的吸聲材料，如超材料吸聲器，具有更優(yōu)異的吸聲性能，能夠在更小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更寬頻帶、更高效率的吸聲效果，未來(lái)有望應(yīng)用于半無(wú)響室的吸聲結(jié)構(gòu)中，進(jìn)一步提升半無(wú)響室的聲學(xué)性能 。另一方面，智能化技術(shù)的融入也是半無(wú)響室的發(fā)展趨勢(shì)之一。通過(guò)引入智能化控制系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)的聲學(xué)環(huán)境參數(shù)，如聲壓級(jí)、頻率分布等，并根據(jù)測(cè)試需求自動(dòng)調(diào)整吸聲裝置、通風(fēng)系統(tǒng)等設(shè)備，提高測(cè)試精度和效率 。此外，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等技術(shù)的發(fā)展，半無(wú)響室可能會(huì)與這些技術(shù)相結(jié)合，為聲學(xué)研究和體驗(yàn)創(chuàng)造出更加豐富和逼真的環(huán)境，拓展半無(wú)響室在教育、娛樂(lè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。
