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厅堂拥有良好音质不仅取决于空间的几何形状,还取决于空间内各界面的声学特性,包括吸声特性和扩散特性。作为评估表面声扩散能力的重要指标,散射系数在厅堂声场的音质设计方面具有重要的应用价值。散射系数能够方便地应用到声场仿真模型中,提高声场预测的准确度。2004年,国际标准组织颁布了混响室内无规入射声散射系数的测量标准,ISO17497-1。理论上,该标准同等适用于足尺和缩尺混响室测量。缩尺测量的频率范围主要在高频,其测量结果较足尺测量更加敏感,更容易受各种因素的影响。实际测量过程中,缩尺测量的缩尺比越小,测量结果的精度越难保证。因此,如何提高缩尺测量的精度和测试效率,获得与足尺测量结果相吻合的缩尺结果是目前亟待解决的问题。本文针对缩尺混响室内散射系数测量精度及常用的数论扩散体(Schroeder扩散体)的散射特性进行了系统的实验研究,具体研究内容包括:
1,建立1:10缩尺混响室声散射系数测量系统,并对该测量系统的有效性进行了实验验证,测量了该1:10缩尺混响室的混响半径、声场均匀度、转台旋转精度和转台底板的散射系数。此外,本研究在半消声室内详细测量并验证了电火花高频脉冲声源具有良好的可重复性。研究结果验证了该1:10缩尺混响室声散射系数测量系统在测量频率范围1kHz~40kHz(对应足尺频率100Hz~4000Hz)的有效性,满足ISO17497-1标准测量的要求。
2,采用以上缩尺测量系统进行一系列对比实验,研究缩尺测量过程中不同因素对测量结果的影响。研究方法为单因子变量法,研究内容包括声源位置、测点位置、房间脉冲响应的录制方法、脉冲响应的锁相平均个数、转台半周旋转测量方法以及试件的制作精度。综合分析以上六个方面对散射系数测量结果的影响,提出了该1:10缩尺混响室散射系数测量的优化建议,并采用建议的测量设置在1:10缩尺混响室中进行多次重复测量。测量结果高度吻合,验证了该缩尺测量具有良好的重复性。
3,对该1:10缩尺混响室散射系数测量精度进行实验验证。分别在1:10缩尺混响室和足尺混响室中对多组扩散体试件进行散射系数测量,对比分析两混响室测得的散射系数结果的吻合度,各混响时间和各系数(散射系数、吸声系数和镜像吸声系数)的测量准确度。结果显示,在100Hz~4000Hz频率范围内,采用建议测量设置在1:10缩尺混响室中测得的散射系数与足尺测量结果吻合良好,并且缩尺混响室内测得的混响时间偏差度以及各系数的标准偏差均与对应的足尺结果接近。以上结果验证了采用建议测量设置时1:10缩尺混响室散射系数测量系统具有良好的准确度,能够获得与足尺实验同样准确可靠的测量结果,为未来开展大批量的缩尺测量工作奠定基础,推动散射系数数据库的建立。
4,对常用的两种Schroeder扩散体,即最长序列扩散体(MLS扩散体)和二次剩余扩散体(QRD扩散体)的散射特性进行实验研究。在1:10缩尺混响室中,测量7组MLS扩散体和3组QRD扩散体的散射系数,并分析两种扩散体的散射特性随频率、结构深度、周期长度等变化的规律。本研究测得的MLS扩散体和QRD扩散体的散射系数结果可以为工程师和声学家在室内声学设计中提供可靠的参考数据。此外,这两类Schroeder扩散体随频率,最大阱深(d max )以及比值dmax/λ(λ为波长)变化的规律能够帮助设计师更好地设计扩散体,获得具有期望声散射特性的MLS扩散体和QRD扩散体。
1,建立1:10缩尺混响室声散射系数测量系统,并对该测量系统的有效性进行了实验验证,测量了该1:10缩尺混响室的混响半径、声场均匀度、转台旋转精度和转台底板的散射系数。此外,本研究在半消声室内详细测量并验证了电火花高频脉冲声源具有良好的可重复性。研究结果验证了该1:10缩尺混响室声散射系数测量系统在测量频率范围1kHz~40kHz(对应足尺频率100Hz~4000Hz)的有效性,满足ISO17497-1标准测量的要求。
2,采用以上缩尺测量系统进行一系列对比实验,研究缩尺测量过程中不同因素对测量结果的影响。研究方法为单因子变量法,研究内容包括声源位置、测点位置、房间脉冲响应的录制方法、脉冲响应的锁相平均个数、转台半周旋转测量方法以及试件的制作精度。综合分析以上六个方面对散射系数测量结果的影响,提出了该1:10缩尺混响室散射系数测量的优化建议,并采用建议的测量设置在1:10缩尺混响室中进行多次重复测量。测量结果高度吻合,验证了该缩尺测量具有良好的重复性。
3,对该1:10缩尺混响室散射系数测量精度进行实验验证。分别在1:10缩尺混响室和足尺混响室中对多组扩散体试件进行散射系数测量,对比分析两混响室测得的散射系数结果的吻合度,各混响时间和各系数(散射系数、吸声系数和镜像吸声系数)的测量准确度。结果显示,在100Hz~4000Hz频率范围内,采用建议测量设置在1:10缩尺混响室中测得的散射系数与足尺测量结果吻合良好,并且缩尺混响室内测得的混响时间偏差度以及各系数的标准偏差均与对应的足尺结果接近。以上结果验证了采用建议测量设置时1:10缩尺混响室散射系数测量系统具有良好的准确度,能够获得与足尺实验同样准确可靠的测量结果,为未来开展大批量的缩尺测量工作奠定基础,推动散射系数数据库的建立。
4,对常用的两种Schroeder扩散体,即最长序列扩散体(MLS扩散体)和二次剩余扩散体(QRD扩散体)的散射特性进行实验研究。在1:10缩尺混响室中,测量7组MLS扩散体和3组QRD扩散体的散射系数,并分析两种扩散体的散射特性随频率、结构深度、周期长度等变化的规律。本研究测得的MLS扩散体和QRD扩散体的散射系数结果可以为工程师和声学家在室内声学设计中提供可靠的参考数据。此外,这两类Schroeder扩散体随频率,最大阱深(d max )以及比值dmax/λ(λ为波长)变化的规律能够帮助设计师更好地设计扩散体,获得具有期望声散射特性的MLS扩散体和QRD扩散体。