測(cè)試室是輔助進(jìn)行聲學(xué)測(cè)量的特殊環(huán)境。主要有兩個(gè)目的：
• 創(chuàng)建聲音功率與聲壓之間關(guān)系已知的環(huán)境。
• 為了降低或消除噪聲干擾，其中包括環(huán)境噪聲、輔助設(shè)備、機(jī)械設(shè)備、汽車(chē)、卡車(chē)、飛機(jī)和軌道交通和其他設(shè)備所帶來(lái)的噪聲等等。
聲音功率測(cè)量需要如下的聲學(xué)測(cè)試室和環(huán)境：
• 精確級(jí)別：消聲室、半消聲室和共響室
• 工程級(jí)別：半消聲室和自由場(chǎng)室
• 調(diào)查級(jí)別：自由場(chǎng)室和自然環(huán)境

聲音強(qiáng)度測(cè)量要求自由場(chǎng)室和自然環(huán)境。
聲音質(zhì)量測(cè)量要求自由場(chǎng)室和自然環(huán)境。

基本概念
      聲壓等級(jí)隨著距離聲源的距離和方向而變化。部分變化是聲源導(dǎo)致的，也可能是測(cè)試環(huán)境導(dǎo)致的。一個(gè)好的測(cè)試環(huán)境用戶(hù)可以區(qū)分這些變化。
下圖展示了聲音場(chǎng)相關(guān)的五個(gè)領(lǐng)域：
• 近場(chǎng)：靠近聲源附件的區(qū)域，聲壓在平均值附近波動(dòng)。在近場(chǎng)范圍內(nèi)，距離聲源不同位置的聲波由于相位不同，通過(guò)干擾互相增強(qiáng)或削弱。因此，近場(chǎng)深度是聲源幾何形狀、測(cè)量位置和聲音波長(zhǎng)的函數(shù)。
• 遠(yuǎn)場(chǎng)：遠(yuǎn)離聲源的區(qū)域，聲壓隨著距離增加逐漸減弱。在遠(yuǎn)場(chǎng)范圍內(nèi)，距離聲源不同點(diǎn)的聲波是同相位的。遠(yuǎn)場(chǎng)在近場(chǎng)結(jié)束的地方開(kāi)始。
• 直接場(chǎng)：聲音能量主要來(lái)源于聲源直線(xiàn)傳播而不通過(guò)反射的區(qū)域。
• 共響場(chǎng)：聲音能量主要來(lái)源于聲源通過(guò)反射（至少一次）的區(qū)域。在反射次數(shù)有限的統(tǒng)計(jì)限制下，共響場(chǎng)逐漸達(dá)到散射場(chǎng)的條件。
• 環(huán)境噪聲區(qū)域：聲音能量并非來(lái)源于聲源而主要來(lái)源于與測(cè)試無(wú)關(guān)的區(qū)域。

低環(huán)境噪聲測(cè)試室的聲場(chǎng)

高環(huán)境噪聲測(cè)試室的聲場(chǎng)

1. 消聲室
      消聲室是高精度級(jí)別的聲功率測(cè)試所需的，例如ANSI S12.35和ISO 3745。這樣的測(cè)試室包含高透射損失的外部封套（通常用混凝土或模塊化鋼板構(gòu)造），它的天花板、地板和墻壁帶有消聲的內(nèi)部楔子。通常為了可以在楔子上行走，還使用張力電纜地板。

消聲室結(jié)構(gòu)
      消音楔子是設(shè)計(jì)用于對(duì)高于設(shè)計(jì)節(jié)制頻率的所有頻率，提供高于0.99的吸收系數(shù)。經(jīng)過(guò)這樣楔子的反射，強(qiáng)度將衰減20 dB或以上。消音楔子的長(zhǎng)度通常是截止頻率處波長(zhǎng)的四分之一。例如，100 Hz截止頻率的楔子通常約為36英寸長(zhǎng)。高效消音楔子的設(shè)計(jì)和制造是非常復(fù)雜的任務(wù)，須由聲學(xué)室設(shè)計(jì)者完成。

      由于在消音室中缺少反射，室內(nèi)為直接場(chǎng)。聲壓級(jí)別和聲音功率等級(jí)之間的關(guān)系為簡(jiǎn)單的反平方傳播法則：
      其中LPi是第i個(gè)麥克風(fēng)處的聲壓等級(jí)，LW是聲音功率級(jí)別，r是從聲源到接收點(diǎn)以米為單位的距離，DIi是聲源在第i個(gè)麥克風(fēng)方向的直接索引。

      設(shè)計(jì)良好并經(jīng)過(guò)良好構(gòu)建的外殼對(duì)噪聲的降低通常在數(shù)值上至少等于外殼組件的聲音傳播損失。因此第i個(gè)三分之一音高的內(nèi)部聲強(qiáng)等級(jí)為：

      被測(cè)設(shè)備的每個(gè)麥克風(fēng)位置的聲強(qiáng)等級(jí)應(yīng)該比背景聲壓等級(jí)高10 dB或更多。

驗(yàn)證
      在這樣的性能級(jí)別下，任何聲音反射表面都會(huì)影響環(huán)境的性能。盡管許多反射都被有效抑止了，一部分仍然存在。因此，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求完成驗(yàn)證測(cè)試，其中包括一系列偏離測(cè)試，找出聲音傳播在一定程度上沒(méi)有遵照上述等式的區(qū)域。

測(cè)量表面
      使用球形麥克風(fēng)陣列要求在消聲室內(nèi)至少有20個(gè)麥克風(fēng)位置。球形表面的半徑要求不小于被測(cè)設(shè)備長(zhǎng)度尺寸特性的兩倍。在一些條件下，需要多達(dá)40個(gè)麥克風(fēng)位置。

      可以允許在麥克風(fēng)和楔子尖之間有四分之一波長(zhǎng)，盡管在一些情況下（例如在寬帶噪聲源環(huán)境下），可能要用靠近楔子尖位置的麥克風(fēng)對(duì)房間進(jìn)行驗(yàn)證。
• 消音室的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：保存聲源的方向信息
優(yōu)點(diǎn)：保存聲音的時(shí)間歷史
優(yōu)點(diǎn)：高級(jí)別的測(cè)量精度
缺點(diǎn)：需要大型、相對(duì)昂貴、精確驗(yàn)證的房間，對(duì)于小型聲源需要20英尺的立方體（用于測(cè)試100 Hz），如果要測(cè)量更大的聲源，則測(cè)試頻率需降低。缺點(diǎn)：需要大量麥克風(fēng)位置。如果實(shí)驗(yàn)室吞吐量是重要的，則需要考慮多通道的同步采集。
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：ANSI S12.35、ISO 3745。
2. 半消音室
      消音室用于高精確級(jí)別的聲功率測(cè)量，例如ANSI S12.35和ISO 3745，以及工程等級(jí)的聲功率測(cè)量，例如ANSI S12.34和ISO 3744。許多測(cè)試代碼要求使用半消音室（例如用于計(jì)算機(jī)、ECMA 74、ISO 7779和ANSI S12.10）。這樣的測(cè)試室包含高傳輸損失的外殼，它內(nèi)部的天花板和墻壁帶有消音楔子裝飾。地面特意設(shè)計(jì)為高反射性，吸收系數(shù)為0.06或更小，通常用混凝土建造。

半消音室結(jié)構(gòu)圖

      由于消音室欠缺反射，室內(nèi)充滿(mǎn)直接聲場(chǎng)，當(dāng)聲源安裝在反射平面時(shí)，聲壓等級(jí)和聲音功率等級(jí)之間的關(guān)系為方向?yàn)?的反平方法則傳輸關(guān)系：

      其中LPi是第i個(gè)麥克風(fēng)的聲壓等級(jí)，LW是聲音功率等級(jí)，r是從聲源到接收點(diǎn)以米表示的距離，DIi是聲源方向第i個(gè)麥克風(fēng)的方向索引。當(dāng)聲源高度高于反射平面較大時(shí)（約為波長(zhǎng)的十分之一），這個(gè)關(guān)系不再成立：直接聲波和反射聲波的相位必須進(jìn)行調(diào)整。

      出于實(shí)際的原因，在被測(cè)設(shè)備較大或較重時(shí)，通常傾向于使用半消聲室。
      良好設(shè)計(jì)并經(jīng)過(guò)良好構(gòu)建的外殼對(duì)噪聲的降低通常在數(shù)值上至少等于外殼組件的聲音傳播損失。因此第i個(gè)三分之一音高的內(nèi)部聲強(qiáng)等級(jí)為：

      如果使用過(guò)大或過(guò)多的穿透深度，或是如果穿透沒(méi)有為噪聲控制進(jìn)行合適的設(shè)置，測(cè)試室外殼隔離可能受到負(fù)面影響。迂回傳播也可能會(huì)將過(guò)多的聲音能量帶到測(cè)試室內(nèi)。

      被測(cè)設(shè)備每個(gè)麥克風(fēng)位置的聲壓等級(jí)在理想情況下，應(yīng)該超過(guò)背景聲壓等級(jí)10 dB或更多。

驗(yàn)證
      在精確等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中要求完成一系列偏離測(cè)試，找出聲音傳播沒(méi)有遵照上述等式接收的區(qū)域。相比消音室而言，半消音室允許大一些的偏差。

      對(duì)于工程等級(jí)的聲音功率測(cè)試，主要驗(yàn)證步驟是完成參照聲源的聲壓測(cè)量，并且注意測(cè)量網(wǎng)格中聲音能量的偏差。這個(gè)測(cè)量中的最大允許環(huán)境校正因數(shù)是2 dB。

測(cè)量表面
      為了進(jìn)行精確等級(jí)的聲音功率測(cè)量，需要使用含有10個(gè)麥克風(fēng)的半球網(wǎng)格。半球的半徑要求不比聲源特征尺寸的兩倍小。

      對(duì)于工程等級(jí)的聲音功率測(cè)量，允許矩形平行六面體（鞋盒）測(cè)量表面。網(wǎng)格適合與距離聲源約為1米的位置，但是比被測(cè)設(shè)備的計(jì)劃尺寸小。對(duì)于大型機(jī)器而言，這減小了所需的測(cè)試室尺寸。

      可以允許在麥克風(fēng)和楔子尖有四分之一波長(zhǎng)，盡管在一些情況下（例如在寬帶噪聲源環(huán)境下），可能要用靠近楔子尖位置的麥克風(fēng)對(duì)房間進(jìn)行驗(yàn)證。
• 半消音室的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：保存聲源的大部分方向信息（特別是相對(duì)于波長(zhǎng)而言較小的聲源）
優(yōu)點(diǎn)：保存聲音的時(shí)間歷史
優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)高級(jí)別的測(cè)量精度
缺點(diǎn)：需要大型、相對(duì)昂貴、精確驗(yàn)證的房間，對(duì)于小型聲源需要20×20×10英尺的立方體（用于測(cè)試100 Hz），如果要測(cè)量更大的聲源，則測(cè)試頻率需降低。
優(yōu)點(diǎn)：半消音室比消音室成本更低。
缺點(diǎn)：需要大量麥克風(fēng)位置。如果實(shí)驗(yàn)室吞吐量是重要的，則需要考慮多通道的同步采集。
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：ANSI S12.35、ISO 3745、ANSI S12.34、ISO 3744、ANSI S12.10、ISO 779、 ECMA 74。

3. 共響室
      共響室用于高精度的聲功率測(cè)量，例如ANSI S12.31和ISO 3741，以及聲音吸收測(cè)量，例如ASTM C423和ISO 354。這個(gè)測(cè)試室由帶有聲音反射內(nèi)部裝飾的高傳輸損失外殼組成。所有測(cè)量在聲源的回響區(qū)域進(jìn)行。

用于聲音吸收測(cè)試
      所有表面都故意做成反射性的，其吸收系數(shù)在所有頻率下為0.05或更低，允許部分空氣吸收。測(cè)試室的體積必須比125立方米大，為200立方米或更大。房間尺寸不能為1：1，長(zhǎng)邊和短邊的比例也不能超過(guò)2：1。需要聲音反射材料懸掛在室內(nèi)，并且強(qiáng)烈推薦在測(cè)試過(guò)程中進(jìn)行移動(dòng)。測(cè)試室和散射表面區(qū)域可能按照實(shí)際經(jīng)驗(yàn)使用驗(yàn)證過(guò)程確定。此外，散射區(qū)域的表面區(qū)域（兩面）需要至少為主測(cè)試室的25％。

      每三分之一音階的理想測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍是45 dB。注意為了能夠同時(shí)測(cè)量所有頻帶，必須在所有頻帶同時(shí)滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)范圍需求。

聲功率測(cè)試
      需求是相似的，但是房間容量必須是用于精確等級(jí)測(cè)試聲源容量的100倍。此外，還需要在低于200 V1/3的頻率進(jìn)行聲音吸收，其中V是用立方米表示的體積。

建造問(wèn)題
      測(cè)試室使用混凝土建造的，對(duì)于聲音吸收測(cè)試十分有用，但是需要為聲音功率等級(jí)測(cè)試添加低頻率聲音吸收材料。用模塊化鋼板建造的測(cè)試室對(duì)聲音功率等級(jí)測(cè)試十分有用，因?yàn)殇摪逶诘皖l下十分靈活，提供了正確的低頻吸收能力。鋼板測(cè)試室在聲音吸收測(cè)試中并不是最有效的：提高的低頻聲音吸收可能會(huì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)容忍的極限，從而使解析低頻下典型的聲音吸收數(shù)值變得困難。

聲壓/功率關(guān)系
      測(cè)試室是設(shè)計(jì)用于大量的房間模式使用的，在極高模式數(shù)量的統(tǒng)計(jì)極限下，會(huì)產(chǎn)生聲壓級(jí)別和聲音功率級(jí)別的以下簡(jiǎn)單關(guān)系：
      其中LP是聲壓級(jí)別，LW是聲音功率級(jí)別，A是測(cè)試室的Sabine吸收。根據(jù)溫度和靜態(tài)壓力，標(biāo)準(zhǔn)給出了多個(gè)修正。對(duì)于聲音功率測(cè)試，為了補(bǔ)償墻壁大于均值的聲音能量密度引進(jìn)了Waterhouse修正。

      如果模式數(shù)量足夠多，聲壓等級(jí)本質(zhì)上是在測(cè)試室的中央部分統(tǒng)一的。注意模式數(shù)量與Vf3成正比，因此隨著頻率降低，模式數(shù)量快速減小。將測(cè)試室的體積翻倍有效擴(kuò)展了三分之一音階的低頻性能。

聲音隔離
      良好設(shè)計(jì)并經(jīng)過(guò)良好構(gòu)建的外殼對(duì)噪聲的降低通常在數(shù)值上大大小于外殼組件的聲音傳播損失。這是因?yàn)槿魏未┐踢M(jìn)入測(cè)試室內(nèi)部的聲音會(huì)在幾次反射之內(nèi)滯留在測(cè)試室內(nèi)，從而提高能量強(qiáng)度。因此第i個(gè)三分之一音高的內(nèi)部聲強(qiáng)等級(jí)為：

      在存在活躍寬帶噪聲源的聲壓等級(jí)將在所有感興趣的頻帶內(nèi)，比環(huán)境聲音等級(jí)（包括脈沖事件）高45 dB或更多。

驗(yàn)證
對(duì)于聲音吸收：
• 空房間聲音吸收系數(shù)。
• 在沒(méi)有測(cè)試標(biāo)本存在的情況下，對(duì)測(cè)試室的麥克風(fēng)位置衰減速率的變化進(jìn)行測(cè)量。
• 在有測(cè)試標(biāo)本存在的情況下，對(duì)衰減速率變化進(jìn)行測(cè)量。使用參照測(cè)試標(biāo)本。
• 在有聲源位置的情況下，對(duì)衰減速率變化進(jìn)行測(cè)量。
對(duì)于聲音功率：
• 空房間聲音吸收系數(shù)。
• 對(duì)于寬帶噪聲源，平均聲壓等級(jí)隨著參照聲源在測(cè)試室內(nèi)位置的變化。
• 對(duì)于音高聲源，聲壓等級(jí)隨著麥克風(fēng)位置對(duì)于播放間斷音高喇叭的聲壓等級(jí)變化。

優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)
共響室對(duì)聲音功率的優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)
缺點(diǎn)：聲源的方向信息丟失
缺點(diǎn)：聲音的時(shí)間歷史丟失
優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)較高的測(cè)量精度
缺點(diǎn)：需要較大、經(jīng)過(guò)仔細(xì)驗(yàn)證的測(cè)試室，大約為200立方米
優(yōu)點(diǎn)：可以使用一個(gè)麥克風(fēng)快速完成測(cè)量
• 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：
ANSI S12.31/S12.32
ISO 3741/3742
ASTM C423/ISO 354

4. 自由場(chǎng)室
      自由場(chǎng)室是半消音室的近似。不在墻壁和天花板上布置消音楔子，而是在測(cè)試室的墻壁和天花板布置幾英寸的玻璃纖維或是類(lèi)似的聲音吸收材料。小房間以及用于低頻測(cè)試的房間需要的材料層較厚，大房間以及用于高頻測(cè)試的房間有時(shí)候僅包含三英寸的聲音吸收材料。
自由場(chǎng)室用于工程級(jí)別和調(diào)查級(jí)別的聲音功率測(cè)試。自由場(chǎng)室還用于聲音強(qiáng)度測(cè)試，其主要功能是控制環(huán)境噪聲，通過(guò)降低聲音反射提高強(qiáng)度測(cè)試的精度。
      用于工程等級(jí)的聲音功率測(cè)試，需要使用平行六面體測(cè)試表面。主要驗(yàn)證步驟是在參照聲源上完成聲壓測(cè)試，注意聲音功率差別是根據(jù)測(cè)量網(wǎng)格計(jì)算的。最大允許出現(xiàn)2 dB差別。如果差別過(guò)大，室內(nèi)的聲音吸收材料無(wú)法改進(jìn)，解決方案是使用更多布置在聲源附近的麥克風(fēng)。

關(guān)于聲音強(qiáng)度測(cè)試的注意事項(xiàng)
      聲音強(qiáng)度的理論指出測(cè)試方法可以完全消除室內(nèi)聲音反射和環(huán)境噪聲的影響。這個(gè)理論背后要點(diǎn)是：
• 使用無(wú)限多的采樣點(diǎn)
• 源輸出完全穩(wěn)定或是所有點(diǎn)同時(shí)采樣。
實(shí)際實(shí)現(xiàn)要求在一段時(shí)間內(nèi)順序采樣有限多的點(diǎn)。因此盡管這個(gè)方法可以將反射效應(yīng)抑制到一定的程度，它卻無(wú)法完全消除它。自由場(chǎng)室通常提供充足的聲音吸收和聲音隔絕，從而可以得到聲音強(qiáng)度方法的完美結(jié)果。
• 自由場(chǎng)房間的優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：可以接受的測(cè)量精度
優(yōu)點(diǎn)：需要大小適中、相對(duì)便宜、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的測(cè)試室。
缺點(diǎn)：大量的麥克風(fēng)位置需要使用大量麥克風(fēng)。如果實(shí)驗(yàn)室吞吐量是重要的，則需要考慮多通道的同步采集。
缺點(diǎn)：除了聲音強(qiáng)度外，相比半消音室精度較低。
• 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):
ANSI S12.34
ISO 3744
ANSI S12.10
ISO 7779
ECMA 74
ANSI S12.12
ANSI S12.36
ISO 3746

5. 其他環(huán)境
      “其他環(huán)境”是剩下所有種類(lèi)的類(lèi)別，包含適當(dāng)條件、測(cè)試室外、測(cè)試非專(zhuān)用地區(qū)（例如會(huì)議室）等等。在大多數(shù)情況下，他們是用于調(diào)查等級(jí)的聲音功率測(cè)試。可能需要很大、很安靜的地方完成工程等級(jí)的測(cè)量。

      對(duì)于聲音質(zhì)量測(cè)量，環(huán)境對(duì)聲音的作用可能是測(cè)試的相對(duì)部分，例如汽車(chē)中的聲音錄制。在這樣的情況中，內(nèi)部聲學(xué)并不是問(wèn)題，而來(lái)自環(huán)境聲音的潛在干擾是需要考慮的。

內(nèi)部聲學(xué)
      許多“其他”環(huán)境缺少墻壁或天花板上的聲音吸收材料，因此在完成工程級(jí)別的聲音功率測(cè)量時(shí)十分困難。更大的區(qū)域可能會(huì)有更好的表現(xiàn)，因?yàn)樗休^大的吸收空間。顯然，室外測(cè)試具有一些特定應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗泻艽蟮目臻g，能夠近似半消音室的性能（無(wú)限大的停車(chē)場(chǎng)）。

      聲音強(qiáng)度方法在這樣的環(huán)境中仍然使用。然而，需要記住這個(gè)方法并不完全是“防彈”的，測(cè)量的精度在很高的共響環(huán)境中可能受到影響。為了達(dá)到測(cè)試環(huán)境偏離半消音狀態(tài)的程度，需要額外注意和進(jìn)行采樣。

聲音隔離
      “其他”環(huán)境通常至多提供中等程度的聲音隔離。來(lái)自建筑、機(jī)械系統(tǒng)和周邊活動(dòng)的噪聲可能會(huì)進(jìn)行干擾。這些情況的可接受性依賴(lài)于被測(cè)設(shè)備所發(fā)生的相對(duì)強(qiáng)度和周?chē)h(huán)境的聲音強(qiáng)度。因此，相比較輕的聲源而言，較響的聲源更可能在這樣的空間中被接受。

      如果周邊等級(jí)較高，甚至?xí)?duì)聲音強(qiáng)度測(cè)量進(jìn)行干擾。實(shí)際上，穩(wěn)定狀態(tài)的環(huán)境噪聲可以有效抑制在比被測(cè)設(shè)備的聲壓強(qiáng)度高10 dB附近。脈沖環(huán)境可以被抑制到相同的極限，但是如果測(cè)量在所有位置同時(shí)完成。而在環(huán)境等級(jí)較高時(shí)候，需要尋找較為安靜的環(huán)境。

      在室外測(cè)試的最大困難是控制環(huán)境噪聲。因此，室外測(cè)試通常在大型機(jī)器上完成。
• 其他環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)：
缺點(diǎn)：較低的測(cè)量精度
優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需特別的測(cè)試室。
缺點(diǎn)：可能需要測(cè)量更多的位置，延長(zhǎng)了測(cè)試時(shí)間。
缺點(diǎn)：可能會(huì)出現(xiàn)更多環(huán)境噪聲干擾
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):
ANSI S12.12
ANSI S12.36
ISO 3746
更多參考資料
相關(guān)NI產(chǎn)品：
• 聲音與振動(dòng)工具包
實(shí)用網(wǎng)站:
• Acoustic Systems
• Eckel Industries
• Industrial Acoustics
信息貢獻(xiàn)者：David A. Nelson, P.E., INCE Bd. Cert.，來(lái)自于Nelson Acoustical Engineering, Inc，專(zhuān)攻噪聲與振動(dòng)控制、聲音質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)室設(shè)施、測(cè)試控制系統(tǒng)和有關(guān)設(shè)備、建筑、實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品和機(jī)器的指令。