在建筑聲學(xué)中，隔聲是指建筑結(jié)構(gòu)衰減進(jìn)出聲音的能力。這對(duì)于建筑物居住者的健康和舒適來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的特性，因此許多國(guó)家都制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，為不同的建筑物類(lèi)型定義了理想的隔音水平。因此，我們通常需要進(jìn)行隔音測(cè)試，以確定建筑結(jié)構(gòu)是否符合這些標(biāo)準(zhǔn)。

測(cè)試包括產(chǎn)生具有已知特征的測(cè)試信號(hào)，通過(guò)揚(yáng)聲器播放，測(cè)量建筑結(jié)構(gòu)兩側(cè)測(cè)試室內(nèi)產(chǎn)生的聲場(chǎng)，然后主要計(jì)算兩個(gè)聲學(xué)參數(shù)：聲壓級(jí)（SPL）和混響時(shí)間。從這些參數(shù)可以導(dǎo)出三個(gè)描述符來(lái)量化測(cè)試建筑結(jié)構(gòu)的隔聲能力。有許多方法可以用來(lái)推導(dǎo)這些描述符，其中一個(gè)最穩(wěn)健的方法是從試驗(yàn)室測(cè)量的室內(nèi)脈沖響應(yīng)。該方法對(duì)抗噪音測(cè)試具有較強(qiáng)的實(shí)用性，即使在信噪比較低的情況下也能得到精確的結(jié)果。

該用于建筑物中的隔音測(cè)試的系統(tǒng)具有三個(gè)需要相互配合的主要組件：用于獲取和輸出數(shù)據(jù)的I/O設(shè)備，用于生成測(cè)試信號(hào)并處理所獲取的數(shù)據(jù)以導(dǎo)出隔音描述符的分析組件；以及用戶(hù)界面，以控制系統(tǒng)并可視化分析結(jié)果。獲取這些組件中的每一個(gè)，并將它們集成起來(lái)，以便它們彼此交互，通常需要大量的開(kāi)發(fā)資源。

DASYLab用于簡(jiǎn)化這些組件的獲取和集成。由于DASYLab為許多主要數(shù)據(jù)采集設(shè)備提供了可配置的拖放模塊，因此它幾乎不需要任何努力就可以與I/O設(shè)備集成和交互。通過(guò)其Python接口，DASYLab促進(jìn)了與分析組件之間的數(shù)據(jù)交換，分析組件是用Python實(shí)現(xiàn)的，可以從強(qiáng)大的Python庫(kù)（如NumPy和SciPy）中獲益，用于數(shù)值分析。

虹科DASYLab還提供了一種創(chuàng)建和定制GUI的簡(jiǎn)單方法，其中包含可配置的內(nèi)置拖放顯示和控件。系統(tǒng)如圖1所示。圖2顯示了建筑物隔音測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。

圖1：系統(tǒng)組件互連

圖2：標(biāo)準(zhǔn)隔音測(cè)試設(shè)置

系統(tǒng)描述

該系統(tǒng)由DT9832A數(shù)據(jù)采集設(shè)備，PCB130E20 2類(lèi)麥克風(fēng)，藍(lán)牙揚(yáng)聲器和十二面體揚(yáng)聲器組成。虹科DASYLab允許通過(guò)其內(nèi)置的DT9832A驅(qū)動(dòng)器獲取麥克風(fēng)數(shù)據(jù)，并通過(guò)其聲卡驅(qū)動(dòng)器將生成的測(cè)試信號(hào)輸出至揚(yáng)聲器。 隔音分析 所實(shí)施的分析方法根據(jù)ISO 18233在試驗(yàn)室中測(cè)量的室內(nèi)脈沖響應(yīng)得出隔聲描述符。

為了測(cè)量室內(nèi)脈沖響應(yīng)，采用了指數(shù)正弦掃描方法，該方法基于在室內(nèi)產(chǎn)生并播放指數(shù)正弦掃描信號(hào)。指數(shù)正弦波掃描是具有恒定振幅但頻率呈指數(shù)變化的正弦信號(hào)。為了測(cè)量房間脈沖響應(yīng)，記錄房間對(duì)所播放的指數(shù)正弦掃描的響應(yīng)，并用逆濾波器進(jìn)行卷積，該逆濾波器是對(duì)其施加了幅度調(diào)制的指數(shù)正弦掃描的時(shí)間反向副本。

將聲源放置在源房間中時(shí)，既可以在源房間中也可以在接收房間中測(cè)量房間的脈沖響應(yīng)，并從測(cè)量的脈沖響應(yīng)中推導(dǎo)出兩個(gè)房間之間的SPL差異譜及其各自的混響時(shí)間。兩個(gè)房間之間的SPL差異及其混響時(shí)間頻譜用于計(jì)算隔音描述符，該描述符用于量化不同頻率下的隔音性能。ISO 16283定義了三個(gè)建筑聲學(xué)描述符：降噪指數(shù)（R‘），歸一化聲級(jí)差（Dn）和標(biāo)準(zhǔn)化聲級(jí)差（DnT）。它們由以下方程式給出： R’=D+ 10log（S/A） Dn=D+ 10log（A/A0） DnT=D-10log（T/T0）

式中，D是源室和接收室之間的聲壓級(jí)差，S是兩個(gè)室之間公共隔墻的面積，A和A0是接收室的計(jì)算和參考吸收面積，T和T0是計(jì)算和參考混響時(shí)間。 為了評(píng)價(jià)建筑結(jié)構(gòu)的隔音性能，根據(jù)ISO 717將上述描述符轉(zhuǎn)換為單個(gè)數(shù)字。然后將計(jì)算出的隔聲等級(jí)與法規(guī)規(guī)定的標(biāo)稱(chēng)等級(jí)進(jìn)行比較，以確定是否存在違反法規(guī)的情況。圖3說(shuō)明了系統(tǒng)分析組件的流程以及相應(yīng)的中間結(jié)果。

圖3 隔音分析流程

用戶(hù)界面

虹科DASYLab可以創(chuàng)建用于配置、控制和可視化隔音測(cè)試結(jié)果的GUI。創(chuàng)建的GUI如圖4所示。

圖4：DASYLab GUI

實(shí)驗(yàn)裝置

該系統(tǒng)的主要結(jié)果是計(jì)算單個(gè)數(shù)字來(lái)評(píng)定被測(cè)建筑結(jié)構(gòu)的隔聲性能，并將計(jì)算出的額定值與建筑聲學(xué)法規(guī)中規(guī)定的標(biāo)稱(chēng)額定值進(jìn)行比較。圖3隔聲分析管道計(jì)算和預(yù)期額定值之間的比較允許檢測(cè)違反建筑聲學(xué)法規(guī)的情況。可以進(jìn)一步分析測(cè)量數(shù)據(jù)和計(jì)算出的描述符，以便不僅檢測(cè)違規(guī)行為，而且診斷違規(guī)行為背后的潛在原因。通過(guò)試驗(yàn)，研究了建筑結(jié)構(gòu)上開(kāi)孔、開(kāi)槽對(duì)電器隔聲性能的影響。對(duì)于墻壁上安裝燈具的槽，計(jì)算了三種情況下的隔聲描述符：

當(dāng)插槽為空時(shí)

當(dāng)插槽裝有燈時(shí)

當(dāng)插槽中充滿混凝土?xí)r

在圖5、6和7中說(shuō)明了每種情況下計(jì)算出的建筑聲學(xué)描述符和隔音性能等級(jí)。如果違反法規(guī)，則可以使用計(jì)算出的建筑聲學(xué)描述符進(jìn)一步分類(lèi)和診斷類(lèi)型測(cè)試中的建筑結(jié)構(gòu)中的缺陷。

圖5：插槽為空

圖6：插槽中裝有一個(gè)燈

圖7：插槽中充滿了混凝土

結(jié)論

本文描述了一個(gè)測(cè)試建筑結(jié)構(gòu)隔聲性能的系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹了如何使用虹科DASYLab簡(jiǎn)化其功能的實(shí)現(xiàn)，使其不同組件易于集成和開(kāi)發(fā)。DASYLab支持與DT9832A的接口連接，用于采集PCB130E20麥克風(fēng)數(shù)據(jù)。DASYLab支持與用Python實(shí)現(xiàn)的分析組件的簡(jiǎn)單接口，從而利用了許多強(qiáng)大的Python庫(kù)。最后，DASYLab允許輕松地開(kāi)發(fā)一個(gè)GUI來(lái)與系統(tǒng)交互并可視化結(jié)果。

編輯：jq