消音室

声学测试的特殊实验室

‌消音室‌是一种特殊设计的房间，主要用于控制、减少或消除声音的传播，以提供一个低噪音或无回声的声学环境。

简介

指一间没有反射的房间。在消音室的墙壁上均铺设得有吸声性能良好的吸声材料。因此，室内便不会有声波的反射。消音室是专门用来测试音箱、喇叭单元等。

消音室所用的吸声材料，要求吸声系数大于0.99。一般使用渐变吸收层，常用尖劈或圆锥结构，以玻璃棉作吸声材料，也有用软泡沫塑料的。例如一个10×10×10m的实验室，每面敷设1m长的吸声尖劈，其低频截止频率可达50Hz。在消音室中进行试验时，被测试的对象或声源等置于中央的尼龙丝网或钢丝网上，由于此类网能承受的重量有限，故只能测试重量轻、体积小的声源等。

性能

消音室的性能是否符合使用要求，一般用检定自由场的方法来检验，即点声源在其中产生的声压应与到声源的距离成反比，实测声场与理想自由场的偏差，是用以衡量消音室性能优劣的主要指标。在一般的声学测试中，要求此偏差不大于±1dB；对于传声器校准,则要求在校准距离附近此偏差不大于±0.1dB。

消音室除了应满足自由场的要求外，还要求有较低的本底噪声。故在消音室与基础之间，还需采取一定的隔振措施。

对于第一次进入消音室的人来说，在这里面实在是太不习惯了，和外界的听觉感触完全不一样，击掌说话没有任何回声，走动时衣裤摩擦的声音却前所未有的清晰，在不说不动的情况下这里安静的似乎能听到自己血液流淌的声音。在这种极度安静的环境下，第一次接触消音室的人都会马上感觉到孤独和轻微的恐惧。

应用价值

由于实际需要，自70年代起发展了一种称为半消声室的声学实验室。此半消音室除要求地面为硬质刚性反射面外，其余与消音室相同。当声源或接收器置于地面上时，声源和接收器之间只有直达声而没有反射声，故在地面上的半空间中有同消音室中那样的自由场。半消音室的优点是由于地面是硬的，能承受较大的重量，适宜测量如车辆、大型机器、设备等的噪声功率且使用方便，造价比消音室低廉；缺点是当声源的等效声中心或接收器高出地面较多时，声反射的影响使声场严重偏离自由场，这种现象在频率高时更为显著，因此消音声室存在有高频限。

卦限消音室是一个相邻的三个面为硬反射面，另三个面上装有吸声尖劈的实验室。三个反射面形成三面镜子，如声源或接收器置于此三反射面的交点上，则声源和接收器之间和半消音室相同，只有直达声而没有反射声，使在其中形成自由场。由于声源或接收器只能置于交点上，故在实际使用中将受到很大限制。

注意事项

在设计消音室时应注意：

(1)纯音信号的测试项目与宽带噪声信号的测试项目对界面吸声系数的要求可有较大差别。

当界面吸声系数a=0.99，即|R|=0.1时．偏差△L=1dB的范围为r＜O.2L，△L=-1dB的范围为r＜0.18L。扬声器电声参数的测试，多半用纯音信号．所以一般要求界面吸声系数大于0.99，才能在足够大的测试距离上满足声场偏差小于±10%的要求。若要求△Ln＜1dB，则即使r=L/2，即测点接近界面，也只要a=0.88就够了。特别在半消声室中进行机器辐射噪声功率级的测定，允许自由声场偏差≤±2 dB或±3 dB，所以对界面吸声系数不必要求达到0．99。

(2)随之而来的是关于吸声结构的设计。

对于要求吸声系数≥0.99的吸声结构，一般采用尖劈形状。因为多孔性材料的吸声机理，是材料内部有大量气流连通的空气隙，形成细管甚至毛细管，当声波传人时，声波在细管中的振动因内摩擦而转化为热能被吸收。吸声能力与材料的空隙率(如玻璃棉的空隙率达96%左右)、流阻及材料的纤维结构有关。同时．吸声的频率特性与材料厚度有关，即吸声最大值的下限频率大约是其厚度相对应的1/4波长的频率。要使低频吸声好，就得增加多孔性吸声材料的厚度。但由于材料的流阻，不能任意增大厚度来延伸低频吸收，各种多孔性材料都有其有效厚度。

因此，要使高吸声特性向低频扩展，就把多孔性材料做成尖劈形状。从尖劈结构的截面来看．是从空气媒质逐渐过渡到多孔性材料，声阻抗有渐变过程，使声波能传人尖劈结构深部并被转化为热能消耗掉。

当然，要设计达到0.99以上的吸声系数．除与材料本身的参数有关外，还与尖劈的形状(尖劈的角度和劈部与尖部的比例)有关。尖劈的总长度决定最大吸声系数的最低频率(一般称吸声系数大于0.99的最低频率为尖劈的截止频率)。大约为尖劈总长度相应为1/4波长的频率。如果利用尖劈基部与尖劈后空腔深度的共振吸声结构．则截止频率还可稍向低频延伸。

在宽带噪声信号的测试情况，尤其半消音室中噪声源声功率级的测定，很多情况下就不一定采用尖劈吸声结构的设计。如，在为某企业设计大型电机的声功率测定进行半消音室设计时，采用三层布幕的多共振吸声结构，在低频驻波管中试验不同材质的防火布，改变与刚性壁的安放距离，获得100Hz以上吸声系数大于0.86的结果，很节省地完成了半消音室的设计任务。

(3)关于消音室大小和形状的考虑。

一般消音室的建筑造型几乎不用球状、柱状或圆弧面的形状。因为如果吸声结构的吸声系数完全大于0．99，则壳体形状的影响不大；但在吸声系数甚低于0．99的情况，至少在吸声结构的截止频率以下，吸声系数急遽下降，则大的凹面会产生聚焦的声缺陷，完全不可能获得近似的自由声场。

对于机器辐射噪声功率的测试，一般测点都要在设备的四周空间布置，所以多为设计成方形或长方形的半消音室．其长宽和高度均可估算，即按有关测试标准所要求的测量距离、测量位置、允许与自由声场的偏差，来确定边长及高度的尺寸，当然会适当留有余地，还要考虑今后可能有的设备大小。

对于电声器件的参数测量，则如果声源(扬声器)放在消音室中心．传声器沿轴向或平面对角线方向放置(一般测试距离1m，对于大尺寸的音箱及线阵列等扬声器系统，需要较大的测试距离)，则消音室尺寸就较大。一般考虑是将声源与传声器测试线的中心设在消音室的中心，并且测试线沿平面对角线方向，消音室的形状是长方形．这样安排使消音室空间最为节省。建成后进行自由声场鉴定时，除声源放在消音室中心进行测量，得到这种情况下一定偏差(为±ldB，±2dB等)内自由声场的范围，另外将测试声源放在将来安放被测扬声器的位置．检测在(平面对角线方向)多远测试距离上，与理想自由声场的偏差为多大。

最静记录

2012年4月4日，据英国《每日邮报》报道，美国制造的地球上最安静场所却静得令人无法忍受，人在此种环境中可以忍受的最长时间为45分钟。

美国明尼阿波利斯南部奥菲尔德实验室（Orfield）的“消音室”可以吸收99.99%的声音，被吉尼斯世界纪录列为世界上最安静的地方。但是待在这里时间过长会令人产生幻觉。这间“消音室”的建造者史蒂文·奥菲尔德（Steven Orfield）说：“我们挑战黑暗中坐在静室中的时间，只有一名记者在那里待了45分钟”“在安静的环境下，耳朵会逐渐适应。屋子里越安静，耳朵听到的东西越多。你会听到心脏的跳动，甚至可以听到你的肺和胃发出咕噜声。在消音室，你自己变成了噪音”他说，在这种静室中，很容易令人迷失方向。

这间静室曾被美国许多大公司使用，以测试声音对他们产品的影响，比如阀门、汽车仪表板、手机等。美国宇航局曾利用其测试宇航员是否适合太空工作。奥菲尔德解释称，太空就像一个巨大的静室，宇航员能在其中保持注意力集中非常关键。

什么是消音室

什么是消音室？根据北京科奥克声学技术有限公司的解释，消音室或称消声室是指一种把内部声音反射和外部的杂音减到最小的声学实验室，外部杂音是靠建筑本身以及厚实的砖石墙和消音室里通风管道中的消音器消除的(即使是消音室，也要有让空气流动的出口，否则会危害到里面工作人员的健康)。

消音室室表内面用毯状或制成水平和垂直的楔形吸声材料覆盖，让声音反射减小到一千分之一。消音室主要的目的是模拟自由空间无障碍的声学环境。

消音室形态

室房间的六个界面全铺吸声材料的，称为全消室。而除了这种形式的消音室外，还有另外两种消音室。

70年代起发展出来的一种称为半消声室的声学实验室，此半消声室除要求地面为硬质刚性反射面外，其余与消声室相同。当声源或接收器置于地面上时，声源和接收器之间只有直达声而没有反射声，故在地面上的半空间中有同消声室中那样的自由场。

半消声室的优点是由于地面是硬的，能承受较大的重量，适宜测量如车辆、大型机器、设备等的噪声功率且使用方便，造价比消声室低廉；缺点是当声源的等效声中心或接收器高出地面较多时，声反射的影响使声场严重偏离自由场，这种现象在频率高时更为显著，因此半消声室存在有高频限。

卦限消声室是一个相邻的三个面为硬反射面，另三个面上装有吸声尖劈的实验室。三个反射面形成三面镜子，如声源或接收器置于此三反射面的交点上，则声源和接收器之间和半消声室相同，只有直达声而没有反射声，使在其中形成自由场。由于声源或接收器只能置于交点上，故在实际使用中将受到很大限制。

消音方法

消声室所用的吸声材料，要求吸声系数大于0.99。一般使用渐变吸收层，常用尖劈或圆锥结构，以玻璃棉作吸声材料，也有用软泡沫塑料的。

从40年代开始应用逐渐过渡原理，把多孔性（或纤维性）材料做成锥形或尖劈状吸声体，统称吸声尖劈。当声波从尖端入射时，由于吸声层的逐渐过渡性质，材料的声阻抗与空气的声阻抗能较好地匹配，使声波传入吸声体，并被高效的吸收。迄今为止，国内外的高质量消声室均采用尖劈结构作为吸声体。

吸声尖劈的吸声特性与尖劈长度、填充材料、空腔深度有关。同种材料下尖劈长度愈长，尖劈的低频吸声性能愈好。调节空腔深度，也可有效地提高尖劈结构的低频吸声特性。

消声室的性能是否符合使用要求，一般用检定自由场的方法来检验，即点声源在其中产生的声压应与到声源的距离成反比，实测声场与理想自由场的偏差，是用以衡量消声室性能优劣的主要指标。在一般的声学测试中，要求此偏差不大于±1dB；对于传声器校准,则要求在校准距离附近此偏差不大于±0.1dB。

消声室除了应满足自由场的要求外，还要求有较低的本底噪声。故在消声室与基础之间，还需采取一定的隔振措施。

消音室的特点

对于第一次进入消声室的人来说，在这里面实在是太不习惯了，和外界的听觉感触完全不一样，击掌说话没有任何回声，走动时衣裤摩擦的声音却前所未有的清晰，在不说不动的情况下这里安静的似乎能听到自己血液流淌的声音。在这种极度安静的环境下，第一次接触消声室的人都会马上感觉到孤独和轻微的恐惧。

消声室的特点主要体现在以下几点：

1.自由场空间

自由场是指声波在无限大空间里传播时，不存在任何反射体和反射面。消声室的主要功能是为声学测试提供一个自由场空间或半自由场空间。

自由场半径是用于衡量自由场大小的指标，一个设计良好的消声室，自由场半径应从中心点到离尖劈1.0 m 的距离。

2.背景噪声

消声室另一个功能是提供低背景噪声的环境以适应测试环境的要求。在测试频率范围内，背景噪声的声压级至少要比被测声源的声压级低6dB，最好低12dB。

3.截止频率

在消声室设计中，通常把尖劈吸声系数为0.99的最低频率称为截止频率。墙面的吸声系统能保证99%的吸声系数时，可保证消声室在截止频率以上是满足自由场条件的。在截止频率以下的测量，可根据ISO 3746和ISO 3747 的标准进行修正测量。例如一个10×10×10m的实验室，每面敷设1m长的吸声尖劈，其低频截止频率可达50Hz。

截至频率125Hz 可根据要求扩展至50Hz消声室的鉴定方法，依据国家标准ISO 3745“Acoustics-Determination of sound power levels ofnoise sources---Precision methods for anechoic and semi-anechoicrooms” 和国家标准GB6882-86 “声学---噪声源声功率的测定：消声室和半消声室精密法中规定的消声室自由场鉴定方法进行测试。即在125Hz以下和4000Hz以上采用1/3倍频程中心频率间隔单频信号，在125Hz~4000Hz之间采用1/1倍频程中心频率间隔单频信号，测出实测声压级和理论声压级之间的差值。

据此，根据ISO3745和GB6882-86规定的最大允许差值，可确定出允许的测量半径和满足标准的自由声场空区域。ISO3745、GB6882中规定的测量声级和理论声级之间的最大允许差值。消声室（半消声室）声学性能参数半消声室设计标准ISO3745和GB6882-86截止频率125Hz（可根据要求扩展至50Hz）本底噪声16 dB (采用特殊设计可达到11 dB )外部尺寸、内部尺寸根据需要和标准进行设计。

消音室应用范围

城市区域民用建筑、空调机房、车库、展馆、宾馆、饭店、商场超市、医院、写字楼等场所环境的噪声治理、隔声防振工程。

录音室、摄影棚、演艺厅、音乐厅、剧院、电影院、琴房、教研室、多功能厅、体育馆、会议室等建筑的音效设计、施工及安装工程。

各式隔声门、隔声窗、隔声室、隔声罩、隔声屏等隔声工程。

实验室、消音室、消音箱、同声传译室、听力检测室及各类电子、电器、医疗、机械设备、动力发动机、飞机引擎等检测等超静音无响实验室工程。

工业厂界的厂房、火电厂、机房、空调系统、泵房等设备噪声及厂区的环境噪声治理、隔声、降噪、减振等综合噪声治理工程。

总结：

消音室是我们对声学进行研究的重要工具，其实让声音有来无回并不是其真正的建设目的，它的本质是创建近似于自由场空间的一个供工程师研究测试设备声学特性的建筑。

这样的一个建筑物需要不小的投资，一般来说，20㎡左右的消音室的建设费用在40万左右，空间越大成本也越高。所以目前来说，这样的测试环境只有在一线大厂才能有能力营建。这也是我们前言所说消音室是厂商“标志性建筑”的由来了。

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