混响室的设计开发及验证

秦军旭，张贵豪，廖明辉

摘  要：本文以国内某企业的混响室建设项目为例，研究和验证混响室的容积、形状、背景噪声、吸声量、室内声场扩散以及声源位置安装等设计指标。经过鉴定，各项指标均满足设计要求。混响室的建设对汽车声学包性能开发和试验研究具有重大的意义。

关键词：混响室;设计开发;声场扩散

中图分类号：U467.5     文献标识码：A     文章编号：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    论

随着人民生活水平的日益提高，人们对出行工具的舒适性要求也越来越高。汽车作为我们最常用的出行工具，其NVH（Noise Vibration And Harshness）性能会极大影响着人们的用车体验。为提升人们的出行体验，提高汽车品质，各大车企也越来越重视汽车的NVH性能开发。声学包开发作为一项重要的NVH性能开发项目，其开发过程往往需要一个专业试验室进行声学性能测试。混响室是声学性能测试研究的一种专业试验室，它能用来开展汽车内饰件材料吸声系数测试，汽车整车和零部件（前围系统、车门系统、座椅等）隔声性能测试，对汽车声学包性能开发和研究具有重大的意义。本文以国内某企业的混响室建设项目为例，主要从混响室的容积、形状、背景噪声、吸声量、室内声场扩散以及声源位置安装等设计指标进行研究和验证。

1    混响室声学设计指标

根据GB/T 6881.1-2002 [1]和GB/T 20247-2006 [2] 的要求，混响室容积应能满足试验需求，本体噪声不能太高，室内在关心的频率范围内声吸收足够低，室内逐渐衰变的声场应充分扩散，测试所需频率范围都能提供合适的混响声场。

1.1   混响室容积和形状设计要求

GB/T 20247-2006提出，新建的混响室容积建议应大于200m3。根据混响室容积V和测试下限频率f 的关系[3]。

（1）

当混响室容积小于200m3，无法满足测量频率125Hz的要求。而当混响室容积超过500m3时，可能由于空气吸收而无法准确测量出高频段的吸声。在做整车隔声量测试时，需要把车辆开进混响室，考虑到混响室容积需要满足开发车型的整车尺寸，同时还要留有摆放声源和麦克风的空间位置，因此设计的混响室容积不能太小。结合汽车上吸声测试和隔声测试重点关注的频率段为200Hz-10000Hz，为覆盖测试关心的所有频段，同时满足经济性的考量，本项目设计的混响室容积最终确定为266m3。由公式（1）计算得到，本混响室的测量下限频率为113.7Hz，满足测试所需的下限频率要求。

混响室形状应满足室内最大线度Lmax≤1.9V1/3（V 为混响室容积）[2]。为达到简正频率的均匀分布，消除混响室内声简并共振现象，混响室内部任意两个边的尺寸不能是整数比，理想的室内尺寸（高：宽：长）比例约为1：21/3：41/3。本混响室室内对角线长度为Lmax=10.6m，满足室内最大线度Lmax≤1.9V 1/3的要求。室内尺寸长8.3m，宽7m，高5.1m，高：宽：长=1：1.37：1.63，与1：21/3：41/3 的比例很接近。

1.2   背景噪声控制

为尽量减少混响室外部环境振动噪声对测试的影响，混响室建筑结构采用“房中房”的双层围护结构，外房是实心砖墙结构，底部先浇筑一层钢筋混凝土;在外房地面上放置隔振器，再由钢筋混凝土浇筑而成的整个内房（混响室本体）建在隔振器上，与外房隔离，以此更好的隔绝外部环境的振动噪声，防止其干扰混响室内部的试验测试。同时，为提高混响室的密封性和大门的隔声量，混响室采用两道厚12mm的大隔音门，内部装填吸声材料;两道隔音门相距2200mm，增加了空气层的附加隔声性能。此外大门和大门之间以及大门和混响室墙体之间重叠的区域均安装橡胶密封条。混响室通过“房中房”结构和两道大隔音门的设计，满足了较低的背景噪声要求。经过实测，此混响室的背景噪声约为23dB。混响室平面设计，见图1所示：

1.3   室内吸声量设计

混响室室内吸声量包括空气吸声量和壁面吸声量，为保证有合适的混响声场，混响室表面的吸声系数要足够小。为减少壁面吸收，混响室内表面应坚硬光滑，同时不能出现空鼓。本混响室地面采用瓷砖，墙壁表面涂刷光滑的腻子，大门和隔声窗区域是烤漆处理过的钢板。空场混响室的吸声量A1（单位：m2）计算公式[2]为：

（2）

式中：

V--空场混响室室内的容积，m3;

C1--空场混响室内的声速，m/s;

T1—空场混响室的混响时间，s;

m1—空场混响室的声强衰减系数，m-1; m1与测试过程空场混响室内的温度和相对湿度有关，可根据m1值公式[3]                                         计算得出，其中α为衰减系数，通过GB/T 17247.1[4]查出。

1.4    混响室内部声场扩散设计

在混响室设计过程中，将混响室内部形状设计成不规则的矩形形状，把墙面设计成多个半圆柱体的起伏形状或者在室内悬挂扩散板，都是为了尽量使混响室达到均匀和充分的声场扩散。半圆柱形状墙面容易实现效果良好的低频声反射，但是由于设计成形就很难再改进优化，故设计时不考虑此方案。本混响室采用的是悬挂扩散板的方案，它尽管安装不够方便，但是可以根据需要灵活拆装和布置扩散板的位置角度，以达到设计所需的声场扩散效果。在混响室顶部随机且不重叠的悬吊若干块弧形扩散板[5]，板的总面积接近地面面积，扩散板为光滑的亚克力板，本身的吸声量很低，声波经过扩散板各个角度的反射，从而获得均匀的声场效果，扩散板的布置见图2：

1.5   声源的确定

混响室内声音应由全指向辐射的声源发出。为保证测试时能获得足够大的声压级和均匀的混响场，本混响室采用4个发声频率为100Hz-10000 Hz的球声源，声源分别放置在混响室的四个角落，距离墙壁1.5米以上，同时位置不对称。

2    混响室的测试验证

2.1   混响室大门隔声量验证

为提高混响室的密封性和大门的隔聲量，混响室采用两道厚12mm的大隔音门，内部填充吸声材料，大门门框边缘均安装橡胶密封条。用LMS Test.lab测试设备测量双层隔声门的隔声性能，结果如图3所示，能满足设计要求。

2.2   混响室空场吸声量的验证

使用Bruel&Kjaer3050和3160LAN-XI分析仪测量混响室空场混响时间。声源为4个SS-Q-12A-WH球声源，发声频率为100Hz-10000Hz，分别不规则放置在混响室的四个角落，与墙壁间隔1.5米。测试时，在混响室内均匀选择6个测点放置扩散场传声器，高度为1.5米，得到6个测点的平均混响时间。测试时混响室内的温度为21.2℃，相对湿度40%。平均混响时间测试结果通过空场混响室的吸声量计算公式（2）得到各1/3倍频程的吸声量结果。结果如表1所示，混响室空场各1/3倍频程的吸声量均小于国标上限值，同时任一1/3倍频程吸声量与其相邻两个1/3倍频程吸声量的平均值之差均小于15%，符合设计指标要求。

2.3    混响室声场扩散验证

2.3.1 混响室空场混响时间均匀度验证

按照2.2中测试混响室空场混响时间的设备配置，在混响室内均匀选择6个测点放置扩散场传声器，高度分别为1米和1.5米，得到12个测点的混响时间，对比12个测点的混响时间的均匀度

结果如表2所示。只有125Hz-250Hz中心频率的混响时间均匀度较大，其余各中心频率的混响时间均匀度都比较小，说明混响室空场的混响时间均匀度良好。

2.3.2 混响室内稳态声场的均匀度验证

按照2.3.1中布置，测试12个测点的稳态声压级，按公式                      （其中P 为稳态声场的声压级），计算得到混响室内稳态声场的均匀度，结果如表3所示。低频段125Hz-500Hz的均匀度值均小于6dB，中高频点630Hz-5000Hz的均匀度值均小于3dB，说明混响室内稳态声场的均匀度良好。

2.3.3 混响室内稳态声场声压级随时间的衰减关系

按照2.3.1中布置，测试12个测点（S1-S12）的稳态声场声压级随时间的衰减变化，衰减关系曲线如图4所示。从图中可看出，12个测点的稳态声场声压级衰减线性关系良好，重合度高，说明混响室内的声场扩散度良好。

2.4   球声源数目对混响室声场扩散影响的验证

在混响室内均匀选择6个测点放置扩散场传声器，高度为1.2米，通过测试6个测点的平均混响时间、混响时间均匀度和稳态声场均匀度，验证在混响室中心放置一个球声源，对角放置两个球声源和四个角落放置球声源三种方案对混响室声场扩散的影响。测试结果如表4、图5、表5、图6、表6、图7所示。三组方案的混响室空场的吸声量均小于国标上限;同时三组方案的低频段125Hz-500Hz的均匀度值均小于6dB，中高频点630Hz-5000Hz的均匀度值均小于3dB，室内稳态声场的均匀度均表现良好;三组方案中方案3（4个球声源）的混响时间均匀度更均匀。综合考虑，4个球声源的的表现更好，既能保证提供稳定的扩散声场，同时还可以满足在做整车隔声量测试时对较大声压级的要求。

3    结语

本文对新建设混响室的容积、形状、背景噪声、吸声量和室内声场扩散等指标进行测试验证，测试结果表明各项指标均满足设计要求。最后还验证了球声源数目对混响室声场扩散的影响，测试结果表明在混响室内4个角落无规则放置球声源，室内声场扩散表现更稳定。

参考文献：

[1]GB/T 6881.1-2002.声学声压法测定噪声源声功率级混响室精密法[S].

[2]GB/T 20247-2006.声学混响室吸声量测量[S].

[3]GBJ47-83.混响室法吸声系数测量规范[S].

[4]GB/T 17247.1-2000.声学 户外声传播衰减 第1部分：大气声吸收的计算[S].

[5]吕义，高阳，樊康.混响室扩散体声学设计及数值仿真[J].城市轨道交通研究，2019，22（2）：98-102.