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电声高声强发生及接收测试系统

声疲劳实验需要一个高噪声的环境，常用的实验室有混响室、混响箱和行波管这三种。使用的声源有电动和和气动两种，两种声源各有优缺点。电动声源价格便宜，占用空间小，使用方便，但低频声很难做到140dB以上；气动声源造价昂贵，无论是空气驱动还是氮气驱动，造价动辄就是几百万元，而且占用的场地较大，但中低频噪声高，声功率大。这是我们做的一套电动声源的声疲劳系统，主要设备包括：混响箱、配套隔声间、全频音箱、低频音箱、强声声源、功率放大器、数据采集卡、测量传声器和测试分析软件。混响箱用钢结构框架，内侧用3mm钢板阻尼处理，混响箱两侧用10mm钢板做的钢配件安装待测样品，加工完成后实测箱内500Hz平均混响时间2.11s，箱体隔声量42dB。隔声间采用轻质复合构造，由于混响箱两侧均要安装待测构件，测试时要实时从隔声间外用光学仪器将检测构件的数据，需将隔声门做成可视构造。另外构件重量有较大，需要由叉车运至构件安装口，门不能用门槛。混响箱周围有其他测试仪器和工作人员，实验时周围环境噪声要控制在60dBA以内。我们设计了一个进深较大的声闸，声闸和隔声间顶面用矿棉板吊顶，墙面用聚酯纤维板加空腔的强吸声构造，门使用阻尼夹胶玻璃隔声门，既能隔声又可视。完工后箱内电声设备满功率运行时，隔声间外噪声58dBA。设备噪声最高噪声超过145dB，频谱满足GJB150.17A-2009中的规定。如果要求最高噪声在150dB以内，建议优先考虑电声系统节约场地与资金。

一、简介

该类项目需要研究高噪声对设备的影响。该套设备需满足实验室高噪声测量与控制，设备具体包括：噪声测试软件、测量传声器、校准器、信号调理器、声源、混响箱、功率放大器、支架和线缆等。为了减少对周边环境影响，在混响箱外再做一间隔声间。

二、设计依据

GJB150.17A-2009 军用装备实验室环境试验方法第17部分: 噪声试验

GJB1027A-2020运载器、上面级和航天器试验要求

GJB 1197A-2017 航天器声实验方法

JJF1143 混响箱计量规范

ISO3742 噪声源声功率级的测定—混响箱中测定离散频率和窄带声源的精密法

ISO3743 噪声源声功率级的测定—专用混响箱的工程法

GB6881-2016噪声源声功率级的测定—混响箱精密法和工程法

三、设计指标

1. 可测最大噪声值≥145dB（按148dB设计）；

2. 频谱满足GJB150.17A-2009中的规定

图片2.png

3. 箱体容积大于8.0立方米；

4. 隔声间外噪声不高于60dBA；

5. 构件与参考构件之间无遮挡物。

四、设计方案

行波管和高噪声箱一般配置4只传声器，箱体较小时可使用两只最大声压级150dB以上的1/4inch的传声器实时监控混响箱内噪声，另外配一只低本底噪声传声器1/2inch，测试130dB以下噪声时使用。

配置一台AL615线阵列低频扬声器

频率响应范围是：35Hz~300Hz

系统类型：1单元直射式倒相超低

额定功率：500W

音乐功率：1000W

峰值功率：2000W

标称阻抗：8 Ω

标称灵敏度（1W@1m）：100dB

最大声压级（Pmax@1m）：127dB@500W(133dB@2000W)

配置三台HY-215全频扬声器

频率响应范围是：45Hz~18kHz

系统类型：2分频3单元倒相式

额定功率：800W

最大功率：1600W

标称阻抗：4Ω

推荐功率放大器额定输出功率：1000W~1600W@4Ω

标称灵敏度（1W@1m）：100dB

最大声压级：129dB@800W (132dB@1600W)

频率带宽（-6dB）：45Hz~18kHz

指向性（-6dB）：90°H × 60°V

扬声器配置：铁氧体低频扬声器15"（75mm音圈) × 2

铁氧体高频扬声器3"（75mm音圈) × 1

配置两台JZ-2高噪声发声装置

1、高声压级声音输出，前方最大声压级可达141dB（Peak，1m）

2、使用强声驱动器，具有良好的可靠性，语言清晰度高。

3、可通过有线话筒进行现场喊话。

4、具有USB、AU×两种音频信号输入功能。

5、可配接摄像头，对前方区域进行视频画面监视。

6、可配装云台，控制设备旋转角度及方向，准确定位播放音频。

7、升压电源输入，可根据具体使用场合需求配置DC48V，16A或DC24V，35A，满足多种场景需求。

技术指标：

最大声压级：≥141dB

最大输出功率：600W

有效频率范围：400~6kHz

AUX输入接口：信号电压≤1Vrms

USB输入接口：音频文件幅值≤1Vrms

MIC输入接口：动圈式话筒

整机尺寸：654×261×299mm

图片3.png

混响箱设计参数及隔声量计算书

主要技术指标如下：

箱体整体隔声量Rw≥40dB；

内表面平均吸声系数α≤0.06；

本底噪声≤30dBA；

外形尺寸为2600×1620×2370mm(长×宽×高，不含减振），内部尺寸约为2480×1500×2370mm；

室内混响声场测量的标准偏差符合JJF1143规范:

1/3倍频带中心频率/Hz

标准偏差/dB

≥400

≤1.5

箱体配减振系统为GD橡胶隔振垫两层，固有频率≤14Hz；

两侧面开设光学窗口安装接口，两安装接口的正对中间区域无其他设备阻挡。

混响箱采用金属隔声板组装而成，并在内部设有阻尼减振结构，以增加整体隔声量，减小“吻合谷”。箱体下部安装万象轮及支架，金属隔声板整体厚度为60mm，外表面是2mm 钢板为隔声面，内表面为钢板反射面，内腔填充隔声、阻尼和吸声材料，兼有隔声和反射功能，箱体的表观隔声量不低于40dB。

该构造实验室隔声构造的隔声量测试曲线如下：

频率/Hz

100

125

160

200

250

315

400

500

630

隔声量/dB

26.9

28.6

33.1

36.6

42.3

46.3

47.7

50.0

51.3

频率/Hz

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

RW(C;Ctr)

隔声量/dB

51.7

51.8

52.7

54.3

54.8

55.8

56.2

57.4

52(-3;-7)

图片4.png

箱体隔声曲线图

混响箱

具体参数：

1、箱体外径尺寸：2600×1620×2370mm(长×宽×高，不含减振和洞口探出部分），内部尺寸约(长×宽×高）：2480×1500×2200mm；

2、箱体灵活出线，使用“几”字形迷宫穿线孔，箱体背面留2个20mm穿线孔（一个直孔，一个“几”字孔）；

3、门尺寸为：2000×900mm，敞开角度>150度；

4、箱体配减振系统为GD橡胶隔振垫两层，固定在底板上；

5、箱体为白色，采用喷塑处理；门采用喷漆处理与箱体颜色相同；

6、主体构造为外面2mm厚钢板，中间用40×60mm方管做出60mm空腔，内塞50mm厚岩棉，里面装3.0mm厚钢板；

7、箱体做成整体，橡胶垫直接固定在底部。

做法如下：

混响箱门左右两侧各安装一个待测构件，位置如图

图片5.png

正视图（红色为待测构件）

箱内噪声会高达145dB，门隔声量在45dB以上。

图片6.png

横向剖面图

电气图（遥控灯）另外加感应开关保证人在室内不发声，插座均不做暗盒，明装。

根据马大猷《噪声与振动控制工程手册》一书中，关于双层板构造隔声量计算经验公式

图片9.png

，M1=7.8×2=15.6kg/m2，M2=7.8×3=23.4kg/m2。带入公式后求得

0fe4648f-3e74-4ff3-a6c8-37585b33513e.png

双层墙附加隔声量与中间空腔的关系（各频率的平均值）

曲线1，双墙间弹性连接；

曲线2，双墙间刚性连接。

R1=6 dB。

中间填充吸声材料室附加的隔声量如下

图片7.png

R2=6 dB。

R=29.9+12=41.9dB。

混响箱内噪声在145dB时，箱外噪声Lp=145-41.9=103.1dB。

混响箱外面的隔声间按隔声罩计算，根据马大猷《噪声与振动控制工程手册》书中公式

图片10.png

α2为上述表面的平均吸声系数；

R为罩的隔声量dB；

S1、S2分别为罩内表面积和室内表面积m2。

240mm砖墙的隔声量为55dB，门的隔声量40dB，根据马大猷《噪声与振动控制工程手册》书中公式

图片11.png

组合后隔声量R=52.5dB。

隔声罩的内表面积为80m2，室内总面积按232m2计算，普通房间α2取0.2，带入后求得NR=50.1dB。103.1-50.1=53dB，满足招标文件中隔声间外噪声不高于60dB的要求。

隔声间设计

该混响箱内噪声峰值会达到145dB以上，混响箱隔声量在40dB左右，传到混响箱也会在100dB左右，人员仍不能在这样环境下办公，为减小实验噪声对周围的影响，计划场地布置在无地下室的一楼。在混响箱布置场地砌一间隔声间，主体构造按下图设计，砌筑到屋顶，外侧做铝塑板装饰，内部墙面用聚酯纤维板做吸声，以增加吸声起到辅助隔声的效果。顶部做隔声吊顶，隔声吊顶下做矿棉板吸声，留两盏平板灯。

五、过程控制

关键设备实验室检验