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GBT 25079-2010 声学 建筑声学和室内声学中新测量方法的应用 MLS和SS方法PDF文本

ICS17.140A59中华人民共和国国家标准GB/T25079—2010/1S018233:2006声学筑声学和室内声学中新测量方法的应用MLS和SS方法曲津流去7.7CEAcoustics--Application of new measurement methods inbuilding and room acoustics-MLS and SS methods(IS018233:2006,IDT)2010-09-02发布2011-04-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布蜀素衬网.ET
GB/T25079-2010/IS018233:2006目次前言Ⅲ引言……W1范围2规范性引用文件…………13术语、定义及缩略语…14特指…25理论26脉冲响应测量…………………………………………………57频率响应函数测量…108精密度…109测试报告…11附录A(规范性附录)最大长度序列法……12附录B(规范性附录)正弦扫频法15参考文献………20J.NEIZ.ZC.RET
GB/T25079-2010/IS018233:2006前言本标准等同采用IS018233:2006《声学筑声学和室内声学中新测量方法的应用MLS和SS方法》（英文版）。本标准对等同采用的国际标准进行了编辑性修改。本标准的附录A和附录B为规范性附录。本标准由中国科学院提出。本标准由全国声学标推化技术委员会(SAC/TC17)归。本标准起草单位：中国科学院声学研究所、中国筑科学研究院。本标准主要起草人：吕亚东、仇波、苗振伟、谭华、程明昆、尹铫、徐欣。J.NE興尚理览Z.ZC
GB/T25079-2010/IS018233:2006引言用来测量声音传播现象的随机信号分析方法从1960年开始发展，但是由于当初缺乏有效的计算能力，这些方法只能适用于设备良好的实验室。随着数字电路、功能强大的通用计算机的发展，以及数字信号处理元件在现场声学测量中的应用，使得基于扩展的数字信号处理的测量仪器的应用日趋成熟。目前，专用仪器和能够在通用计算机上运行的专业软件已经采用了这些测量方法，并且获得了广泛应用。与传统方法相比，新方法具有很多优点，例如：抑制背景噪声和扩展测量范围。但如果不遵守某些导则，也可能得不到可靠的结果。同时，与传统方法相比，新方法可能对时间变化和环境条件变化更加敏感。本标准旨在为筑声学和室内声学新测量方法给出相关要求和导则，同时这些要求和导则也能够适用于应用这些方法的测量设备。即使是对传统方法及其测量设备富有经验的人，可能也意识不到新方法某些应用的困难和局限性，因此应鼓励每个使用者对新方法的理论基础有一个更加深人的理解，同时应鼓励仪器设备生产商给出设备应用更多的指南，并将测量结果不可靠时能够及时给出警示作为仪器设备的设计目标。本标准给出了在筑和筑构件隔声测量、混响时间及相关物理量测量中新方法应用的要求和导则，参考文献给出了有关测量内容、测量点数目和位置选择以及测量条件的传统方法的相关标准。J.NEI興尚理览Z.ZC.NE1
GB/T25079一2010/1S018233:2006声学筑声学和室内声学中新测量方法的应用MLS和SS方法1范围本标准规定了测量筑物和筑构件声学特性新方法的应用导则和要求，同时也给出了激励信号的选择、信号处理和环境控制的导则和要求，以及对被测系统线性和时不变性方面的要求。本标准适用于以下测量，如房间之间和外墙的空气声隔声量、房间混响时间和其他室内声学参量的测量、混响室声吸收、振级差和损耗因子的测量。本标准所定义的方法可以代替如GB/T19889(所有部分)，IS03382(所有部分)和GB/T21228.1所定义的传统方法。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T3241倍频程和分数倍频程滤波器(eqv IEC61260:1995,GB/T3241一1998)GB/T3785声级计的电声件能及赛试方法C616721,NE2SC3术语、定义及缩略语3.1术语和定义下列术语和定义适用于本标推。3.1.1传统方法classical method直接通过记录的无规噪声或脉冲信号的响应来测定声压级或衰变率的传统测量方法。3.1.2新方法new method利用各种确定性信号首先获得被测系统脉冲响应，从而得到所需的声压级和衰变率的测量方法。注：新方法具有传统方法所不具备的一些其他固有特点，如新方法能够避免其他声源的噪声干扰。3.1.3有效信噪比effective signal-to-noise ratio信噪比signal-to-noise ratio由激励源产生和新方法得到的信号部分的方均值与由同样方法和非激励源产生的信号中不需要部分的方均值之比，取以10为底的对数再乘以10。注1：有效信噪比用分贝表示。注2：在基于传统方法立的新方法测试步骤中，用有效信嗓比代替通常的信噪比。3.1.4峰噪比peak-to-noise ratio由激励源产生和新方法得到的信号部分峰值的平方与由同样方法和非激励源产生的信号中不需要部分的方均值之比，取以10为底的对数再乘以10。注：有效峰噪比用分贝表示興尚理览Z.ZC.NE1
GB/T25079-2010/1S018233:20063.1.5分数倍频程fractiona-octave bandGB/T3241规定的分数倍频程滤波器从下限到上限的频率范围，单位为Hz。注：倍频程和分数倍频程滤波器均为特定的分数倍频程滤波器。3.2缩路语MLS最大长度序列法SS正弦扫频法4特指4.1最大长度序列法(MLS)符合本标准的MLS方法被定义为“GB/T25079-MLS”。4.2正弦扫频法(SS)符合本标准的SS方法被定义为“GB/T25079-SS”。5理论5.1概述室内和房间之间的声传播通常可视为近似线性时不变系统。因此，适用于该系统的一般理论都可用来立激励和响应之间的声传播关系。脉冲响应是所有测量的基础。结构振动速度测量及室内声压级测量均可采用该方法。5.2室内声GB/T19889的第3部分至第5部分、第10部分和第14部分规定了筑构件以及房间之间空气声隔声的测量方法。IS03382(所有部分)规定了混响时间的测试方法。为了测试这些物理量，应使用噪声激励，对室内声压级和混响时间进行测量。对于混响时间的测量，噪声源应当开启一段时间以获得稳态声压，然后关闭噪声源，观察房间中的声衰变。在本标准中，将噪声源关闭时刻设为时间零点，t=0。声压级随时间变化的记录一般包含房间稳态声压级和混响时间的信息。图1是典型的声压级与时间关系图。噪声源关闭前的稳态声压级为t<0时记录的信息，t≥0包含的是衰变信息。衰变信息经过<>进一步处理可以获得混响时间。GB/T19889及IS03382系列标准定义的房间空气声测量的传统方法规定采用随机信号作为激励源。尽管通常情况下房间可以被描述成一个确定性系统，但由于随机激励信号的统计分布，使得最终结果有一定的随机变化，并用标准偏差来表征这种随机性。因此，通常需要取多次测量结果的平均值来逼近统计意义上的期望值。传统方法是通过空间测点的测量结果取平均来获得房间的平均值。本标准所述方法旨在获得分数倍频程的测量值。需要选择相应的要求和导则。如参考文献[6]所示，通过直接处理激励信号源（扬声器）和观测点（传声器）之间的脉冲响应可以获得某特定观测点的期望衰变，无需平均。只要系统是线性和时不变系统，则应用该理论来测量衰变曲线和稳态声压级就能够成立。该理论可以扩展并应用到声源室和接收室的声场测量以及从声源室到接收室的传声测量中。理论上传统方法测得的基于噪声激励的响应可以描述为激励信号和房间脉冲响应的卷积。但是，在基于噪声激励的传统方法中，可以直接记录的是响应，而一般情况下脉冲响应则是未知的。按照本标准所介绍的新方法，可以通过处理脉冲响应本身来得到测量结果。注：脉冲响应通常为包括放大器、传感器、所用滤波器以及发射点与接收点之间的封闭空间组成的系统的综合脉冲响应。2興尚理览Z.ZC.NE1
GB/T25079-2010/IS018233:2006hommwoimNsw-r4L。一激励信号关闭前的稳态噪声级：LN一背景噪声级；t一时间。注：t=0时，激励信号关闭。图1声压级随时间变化的典型曲线可以采用多种方法来获得脉冲响应和对脉冲响应进行傅里叶变换得到的频率响应函数。如果在正常测试条件下这些方法表明能够获得可靠的结果，就可以采取所有这些方法。用稳态白噪声信号激励房间系统，并且持续足够长的时间以获得稳定的声场，在t一0时关闭声源，在≥0的任意时刻预期声压级L(t)(单位：dB)可表示为：筑爵式中：W。一常数，指激励信号单位带宽功率；h(t)一脉冲响应；Crf—计算声压级而任意选取的参考值。与基于传统方法的预期衰变相对应的衰变曲线通常可近似为直线。注：由于时间：是积分的下限起始点，因此式(1)可以看成一个反向积分，经公式等价变换，从十∞开始反向积分到实际时间，过去曾使用录音倒带模拟技术实现反向积分。式(1)不包含测量过程通常伴随的外部噪声。若测量系统运用分数倍频程滤波器，则式(1)描述的是按照传统方法获得的滤波频带的预期衰变。式(1)可用于计算关闭声源后任意时刻的预期声压级。运用此公式也可以计算出关闭声源之前的平均声压级Lo(单位：dB)。设式(1)中的t=0,则：…ttt（2)图2举例说明如何用传统方法和新方法获得声压级与时间之间的函数关系。5.3两室之间声传播若噪声源放置在声源室中，声压级的测点为S,则可按照式(2)由激励点和测点S点之间的脉冲响应h1(t)获得预期声压级L1(单位：dB):L1=1olge∫h(d…(3)蜀素村网Z.ZC.WET
GB/T25079一2010/1S018233:2006L (0L2(0h2(0()drLN(D)Lm()L(0憲J.E工a)传统方法b)新方法L一一声压级；h—脉冲响应；t一时间。注：在传统方法中，预期衰变曲线的近似值Lm(t)为多个基于噪声激励法测得的衰变曲线L1(t),L2(t),…,LN()的平均值。而在新方法中，预期衰变曲线L()是通过处理脉冲响应h()获得。图2传统方法和新方法之间差异的图解同样，若在相邻接收室中的R点测量声压级，则可由激励点和测点R点之间的脉冲响应h2(t)获得预期声压级L2(单位：dB):L2 =101g「Woh(t)dt…(4）声源室和接收室之间的预期声压级差D(单位：dB)由式(5)计算：)adD=L1-L2 =101g0…(5）h(t)dt由式(5)可见，预期声压级差与激励信号功率W。及参考值Crf无关。注：本标准的新方法也可以应用到筑物外墙的隔声测量。测量中一个测点应位于筑物的户外位置。5.4频率响应函数的应用在信号与线性时不变系统理论中，正弦信号具有独特的作用。如果忽略信号开启和关闭时产生的瞬态现象，线性时不变系统对正弦信号的响应仍为相同频率下的正弦信号，但幅值（增益）和相位会发生4蜀素村网Z.ZC.WET
GB/T25079-2010/IS018233:2006变化。将输入和输出信号之间的幅值和相位的变化信息作为频率的函数表示出来，称为系统的颜率响应函数。与脉冲响应一样，频率响应函数可给出任意输人信号的全部响应信息。对脉冲响应进行傅里叶变换可以得到频率响应函数。应用帕塞瓦尔(Parseval).定理，式(2)可改为：00Wo h2 (t)dt=WoH(@)2do0...………(6)2式中：ω—一角频率；H(w)一对系统脉冲响应h(t)进行傅里叶变换得到的频率响应函数：H(a)=F(h(t)}=h(t)e-iu dt式中：j=√-1注：式(6)中，假设t<0时h()=0,这与物理可实现的因果系统相一致。<>从式(6)中可以看出，声压级计算只与频率响应函数的模量有关。而混响时间的测量则与频率响应函数的相位和模量有关。将式(5)、式(6)联立，即可通过房间的频率响应得到声源室和接收室之间的预期声压级差D。分数倍领程（下限频率为f1=2,上限频率为f=)的预期声压级差D(单位：B)可表示为：H场平SCD=LI-L2 =101g……………(8)|H2(w)|2dw6脉冲响应测量6.1概述典型的房间脉冲响应为具有许多周期的振荡信号。信号的包络是非规则的，但是通常有一个很短的脉冲时间，然后以指数的形式衰变。可以将房间对很短的声音脉冲的响应作为房间的脉冲响应。但是，在大多数情况下所用的声源不是扬声器，因此很难控制激励信号的频谱及指向性。为了获得对激励信号的必要控制，在许多实际情况中通过数字信号处理获得脉冲响应。用已知信号激励房间一段时间，从房间对激励信号的响应中计算出房间的脉冲响应。激励信号分布在一个很长时间周期内以便增加总辐射能量。这种处理方法可增加所获得的动态范围，减少外部噪声的影响。参考文献介绍了脉冲响应的几种测量方法，见参考文献[6]~[8]和[13]~[15]。测量脉冲响应时，不允许改变声源及传声器位置，因为这会违背被测系统所需的时不变性要求。房间的脉冲响应由房间的地板、天花板和墙壁反射的声波相互作用形成。在多次反射之间，室内空气影响声传播。空气的流动或声速的变化（由气温引起）也可能违背被测系统的时不变性要求。6.2激励信号6.2.1概述在传统方法中，激励信号为随机信号或带宽至少与测量通道的带宽相等的脉冲信号。噪声信号的随机性使得测得的声级随机分布，并且也限制了测量的重复性。新方法采用确定的激励信号，这些信号可以被准确地再现，从而增强了测量的重复性。5筑素前网Z.ZC.ET
GB/T25079-2010/IS018233:20066.2.2频谱要求6.2.2.1概述激励信号的有效频率响应范围应至少覆盖实际被测分数倍频程。如果进行覆盖整个音频范围的宽带测量，目的是使得接收点接收到的激励信号谱形与周围背景噪声的谱形接近，这样就可以获得与频率无关的信噪比。典型的背景噪声源（由空调系统、交通等）具有随频率的降低而增加的频谱。因此，当测量房间的脉冲响应时，要加强激励信号的低频成分。在大多数类似情况下，适合采用粉红噪声激励信号（每个分数倍频程上具有相同的能量），以获得足够的信噪比。在隔声测量中，隔声量通常会随频率的增加而增加，因此有必要增加激励信号的高颜成分能量。最完善的调整方法是既能补偿测量扬声器的声功率响应，又能适应背景噪声的谱分布。能够完成这两项功能比较理想的方法是：在预先指定的测量频率范围内，将光滑后的背景噪声的谱分布与扬声器的反向响应相乘，作为合适的激励信号谱的发声模式。6.2.2.2重复激励信号如果应用重复激励信号，激励信号的频谱将包含窄带谱线，相邻谱线的距离△∫为信号的重复周期TREP的倒数：1△f=TREP为了保证房间所有简正振动模式均被激励起来，信号的重复周期不应比被测房间的混响时间短。这一要求均适用于混响时间和声压级差测量：曲出由白主十T≥T…(10）注：房间的每一个简正振动模式均可通过兵个具有特定品质因数(Q因数)的二阶带通函数通近。品质因数越大意味着频率响应带宽越窄和激励信号停止后衰变时间越长。对于一个带宽为（衰变一3dB)B(单位Hz)的二阶方程，实际混响时间大约是(2.2/B)。要求重复时间应保证任意房间简正振动模式的带宽中至少有两条激励信号的频谱线落于其内。6.2.2.3非重复性激励非重复性激励信号可以是任意合适的长度。但是，在激励信号之后需要保持一定时段的安静，以保证准确记录衰变响应。应在至少等于1/2混响时间的时段内记录衰变。对于一个从低频向高频扫描的扫频信号（见附录B),所要求的静默时段长度由上限频率的混响时间决定。6.2.3声压级及线性度激励信号的声功率应足够高，以获得能够满足所适用传统方法的标准所要求的有效信噪比。通常，运用确定性激励信号的方法比传统方法能够更好地抑制外部噪声。与传统方法相比，信噪比能够提高20dB到30dB甚至更高。使用扬声器通常会将非线性失真引人系统。非线性失真不符合新方法的线性度要求。扬声器的非线性失真会随声压级的增加而增大。使用者应意识到这个问题，并试验不同的激励信号声压级以获得最佳信噪比。有时通过降低激励信号的声压级，信噪比反而会升高。在附录A介绍的MLS方法的应用中，需要特别考虑这个问题（见附录A)。如果立得当，附录B介绍的MLS正弦扫频法能够有效地消除谐波失真对测量结果带来的影响。脉冲响应衰变到噪声本底的区域通常最容易受到非线性失真的影响。这使得混响时间测量比声压级差测量更容易受到失真效应的影响。6.2.4指向性声源的指向性应符合所适用的传统方法的规定要求。6.2.5声源位置数目声源位置数目应符合所适用的传统方法的规定要求。6興尚理Z1
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