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關(guān)注：
在聲學研究的領域中，半無響室作為一種特殊的聲學實驗室，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近乎理想的聲學環(huán)境，有助于深入探究聲音的奧秘、測試聲學設備的性能以及解決各類聲學相關(guān)問題。
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一、什么是半無響室
半無響室，從定義上來說，是一種特殊的聲學空間，它的主要功能是模擬半自由場環(huán)境。半自由場是指聲波在無限大空間傳播時，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、室外籃球場、停機坪等，都是常見的自然半自由場空間的例子。而半無響室就是通過人工手段，在室內(nèi)營造出類似的聲學環(huán)境。與全消聲室（全無響室）不同，全消聲室是房間的六個面全鋪設吸聲尖劈，以實現(xiàn)近乎完全消聲，模擬自由聲場空間；半無響室則是在房間的六個面中，只在五個面或者四個面鋪吸聲尖劈，地面為硬質(zhì)剛性反射面 。這種獨特的設計，使得半無響室具有其自身的特點和優(yōu)勢。
二、半無響室的結(jié)構(gòu)與原理
（一）吸聲結(jié)構(gòu)
半無響室的吸聲結(jié)構(gòu)是其實現(xiàn)半自由場環(huán)境的關(guān)鍵。一般來說，在其墻面和天花板上，會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，其形狀設計成尖劈狀或圓錐結(jié)構(gòu)。當聲波入射到吸聲尖劈表面時，會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。為了達到更好的吸聲效果，尖劈的長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，尖劈的長度就需要相應增加。一般而言，尖劈的長度適用于 1/4 波長理論，即尖劈長度大約為要吸收的最低頻率聲波波長的 1/4 。通過這種漸變吸收層的設計，半無響室能夠保證在特定頻率范圍內(nèi)，墻面的吸聲系數(shù)達到 99% 以上，從而有效減少聲波在室內(nèi)的反射，營造出接近半自由場的環(huán)境。
（二）地面設計
半無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，當聲源或接收器置于地面上時，聲源和接收器之間只有直達聲而沒有反射聲（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 。這種地面設計使得半無響室能夠承受較大的重量，為一些大型設備的聲學測試提供了便利。
（三）隔振與降噪措施
為了保證室內(nèi)聲學環(huán)境不受外界干擾，半無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振動的情況下，通常會采用浮筑結(jié)構(gòu)來隔離外界的影響。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，在對低噪聲要求極高的情況下會采用，但造價高且維護困難，還需考慮彈簧的防銹問題；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景；玻璃棉氈減振結(jié)構(gòu)，隔振頻率小于 15Hz，造價相對較低 。此外，半無響室的隔聲特性會根據(jù)設計要求和周圍環(huán)境來確定，通過采用特殊的通風系統(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)變頻消聲通風系統(tǒng)” 專利技術(shù)，能在保證空氣流通的同時，滿足良好的隔聲特性 。同時，照明系統(tǒng)采用本底噪聲及聲反射要求最小的白熾燈，并且所有電路導管、電線及控制均安裝于尖劈后，以避免聲反射對測試造成影響。
三、半無響室的性能指標
（一）截止頻率
截止頻率是半無響室的一個重要性能指標。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高頻聲波容易吸收，而對低頻吸收則和材料的厚度（尖劈的長度）有關(guān)，所以設計一種能在全頻帶（20Hz - 20000Hz）都達到 100% 吸聲的吸聲體是不可能的。在實際工程中，截止頻率越低，尖劈的長度要求就越大。例如，常見的半無響室截止頻率可能在 125Hz 左右（可根據(jù)要求擴展至 50Hz） 。在截止頻率以上，半無響室能夠滿足自由場條件；而在截止頻率以下，半無響室不能保證滿足自由場條件，在測量時需要根據(jù)相關(guān)標準如 GB 6882 進行自由場修正 。
（二）本底噪聲
本底噪聲也是衡量半無響室性能的關(guān)鍵指標之一。半無響室需要提供低背景噪聲的環(huán)境以適應測試環(huán)境的要求。根據(jù)相關(guān)國際標準 ISO 3745 - 2003、ANSI S12.55 - 2006 和國標 GB 6882《聲學 噪聲源聲功率級的測定 消聲室和半消聲室精密法》，在測試頻率范圍內(nèi)，背景噪聲的聲壓級至少比被測聲源的聲壓級低 6dB，最好是低 12dB 。一個設計良好的半無響室，本底噪聲可以達到很低的水平，例如 16dB (A)，甚至采取特殊設計可達到 11dB (A) 。本底噪聲越低，越能為高精度的聲學測試提供良好的環(huán)境。
（三）聲場自由空間特性
聲場自由空間特性是鑒定半無響室好壞的關(guān)鍵依據(jù)。在半無響室中，聲波在半自由場空間里傳播應符合特定的物理定義，如對點聲源，聲壓應隨距離衰減，遵循聲能的反平方律；聲壓級在常溫壓下應等于聲強級 。通過對這些特性的測試和驗證，可以判斷半無響室是否滿足聲學測試的要求。相關(guān)國際標準如 ISO 3745、ANSI S12.55 和國標 GB 6882 提供了鑒定半無響室自由空間的具體鑒定方法 。
四、半無響室的應用領域
（一）工業(yè)產(chǎn)品噪聲測試
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。半無響室因其能夠模擬半自由場環(huán)境且能承受較大重量，成為了大型工業(yè)產(chǎn)品噪聲測試的理想場所。例如，汽車制造商在研發(fā)新車時，會將整車放入半無響室，測試發(fā)動機、輪胎等部件在運行過程中產(chǎn)生的噪聲水平，以便優(yōu)化隔音設計，降低車內(nèi)噪聲，提高駕乘舒適性 。同樣，大型機械設備如發(fā)電機、空壓機等的噪聲測試也可以在半無響室中進行，通過準確測量噪聲，為設備的降噪改進提供依據(jù)。
（二）聲學設備研發(fā)與測試
對于聲學設備的研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)，半無響室是不可或缺的測試環(huán)境。揚聲器、音箱等音頻設備在研發(fā)過程中，需要在半無響室中精確測量其聲學性能，如頻率響應、指向性、聲功率等 。通過在半無響室中的測試，可以準確評估設備的性能優(yōu)劣，發(fā)現(xiàn)問題并進行改進，從而生產(chǎn)出音質(zhì)更好、性能更優(yōu)的聲學產(chǎn)品。此外，麥克風等聲學傳感器的校準和性能測試也常常在半無響室中進行，以確保其測量的準確性。
（三）科研領域的聲學研究
在科研領域，半無響室為聲學研究提供了理想的實驗環(huán)境。科學家們可以在半無響室中開展各種聲學實驗，研究聲音的傳播特性、聲學材料的性能等 。例如，研究新型吸聲材料的吸聲機理和性能時，在半無響室中可以排除外界干擾，準確測試材料在不同頻率下的吸聲系數(shù)，為材料的進一步優(yōu)化和應用提供數(shù)據(jù)支持。同時，對于一些關(guān)于聲音與人體生理、心理交互作用的研究，也可以在半無響室的安靜環(huán)境中進行，減少外界噪聲的干擾，提高研究結(jié)果的準確性。
五、半無響室的發(fā)展趨勢
隨著科技的不斷進步，聲學研究和應用領域?qū)Π霟o響室的性能和功能提出了更高的要求，推動著半無響室不斷發(fā)展。一方面，新材料的研發(fā)和應用將為半無響室?guī)硇碌臋C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)實現(xiàn)更寬頻帶、更高效率的吸聲效果，未來有望應用于半無響室的吸聲結(jié)構(gòu)中，進一步提升半無響室的聲學性能 。另一方面，智能化技術(shù)的融入也是半無響室的發(fā)展趨勢之一。通過引入智能化控制系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測室內(nèi)的聲學環(huán)境參數(shù)，如聲壓級、頻率分布等，并根據(jù)測試需求自動調(diào)整吸聲裝置、通風系統(tǒng)等設備，提高測試精度和效率 。此外，隨著虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）等技術(shù)的發(fā)展，半無響室可能會與這些技術(shù)相結(jié)合，為聲學研究和體驗創(chuàng)造出更加豐富和逼真的環(huán)境，拓展半無響室在教育、娛樂等領域的應用。