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中华人民共和国国家标准

声学 建筑和建筑构件隔声声强法测量 第1部分：实验室测量

Acoustics-Measurement of sound insulation in buildings and of building elements using sound intensity-Part 1：Laboratory measurements
(ISO 15186-1：2000，IDT)
GB／T 31004．1-2014

发布日期：2014年9月3日
实施日期：2015年2月1日

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

前言

    GB／T 31004《声学 建筑和建筑构件隔声声强法测量》分为以下几个部分：
    ——第1部分：实验室测量；
    ——第2部分：现场测量；
    ——第3部分：低频段的实验室测量。
    本部分为GB／T 31004的第1部分。
    本部分按照GB／T 1．1-2009给出的规则起草。
    本部分使用翻译法等同采用ISO 15186-1：2000《声学 建筑和建筑构件隔声声强法测量 第1部分：实验室测量》。
    与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
    ——GB／T 15173-2010电声学 声校准器(IEC 60942：2003，IDT)；
    ——GB／T 16404-1996声学 声强法测定噪声源的声功率级 第1部分：离散点上的测量(eqv ISO 9614-1：1993)；
    ——GB／T 17561-1998 声强测量仪 用声压传声器对测量(IEC 61043：1993，IDT)。
    本部分由中国科学院提出。
    本部分由全国声学标准化技术委员会(SAC／TC 17)归口。
    本部分起草单位：中国科学院声学研究所、华南理工大学、合肥工业大学、同济大学、中国建筑科学研究院、中国第一汽车股份有限公司技术中心、北京市劳动保护科学研究所、无锡吉兴汽车声学部件科技有限公司、云南省设计院。
    本部分主要起草人：刘碧龙、吕亚东、田静、赵越喆、李志远、毛东兴、谭华、卢炳武、李凌志、魏志勇、朱可达、黄威、李家泉。

1 范 围

    GB／T 31004的本部分规定了一种测定建筑构件隔声量和规范化声级差的声强方法。本部分可以作为GB／T 19889．3和GB／T 19889．10的可选方法。特别是当侧向传声较高，GB／T 19889．3中规定的方法不再适用时，采用本部分规定的方法。
    本部分中声强法的复现性约等于或优于GB／T 19889．3规定的方法。
    注：附录A给出了一些应用本部分再现GB／T 19889．3隔声量测量的准确度估计信息。

2 规范性引用文件

    下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
    GB／T 19889．1-2005 声学 建筑和建筑构件隔声测量 第1部分：侧向传声受抑制的实验室测试设施要求(ISO 140-1：1997，IDT)
    GB／T 19889．3-2005 声学 建筑和建筑构件隔声测量 第3部分：建筑构件空气声隔声的实验室测量(ISO 140-3：1995，IDT)
    GB／T 19889．10-2006 声学 建筑和建筑构件隔声测量 第10部分：小建筑构件空气声隔声的实验室测量(ISO 140-10：1991，IDT)
    ISO 9614-1：1993 声学 声强法测定噪声源的声功率级 第1部分：离散点上的测量(Acoustics-Determination of sound power levels of noise sources using sound intensity-Part 1：Measurement at discrete points)
    IEC 60942 电声学 声校准器(Electroacoustics-Sound calibrators)
    IEC 61043 电声学 声强测量仪 用声压传声器对测量(Electroacoustics-Instruments for the measurement of sound intensity-Measurements with pairs of pressure sensing microphones)

3 术语和定义

    下列术语和定义适用于本文件。

3．1
    声源室平均声压级 average sound pressure level in a source room
    L_p1
    声压平方的空间和时间的平均值与基准声压平方之比，取以10为底的对数乘以10，单位为分贝(dB)。空间平均是指对整个测试室而言，但不包括靠近声源或靠近边界(例如：墙、窗户等)的区域，因为它们对结果会有显著影响。
    注：完整定义参见GB／T 19889．3-2005。

3．2
    隔声量 sound reduction index
    R
    入射到受测试件上的声功率W₁与透过试件的透射声功率W₂之比值，取以10为底的对数乘以10，单位为分贝(dB)。这个量用R来表示：

  注：隔声量也采用“传声损失”这一术语。

3．3
    声强
    I
    声场中某点通过与质点速度方向垂直的单位面积的声能在一定时间T内的平均值。声强是一矢量，单位为瓦每平方米(W／㎡)。表达式为：

   式中：
        p(t)——某点的瞬时声压，单位为帕(Pa)；
        u(t)——对应该点的瞬时质点速度，单位为米每秒(m／s)；
        T——积分时间，单位为秒(s)。

3．4
    法向声强 normal sound intensity
    I_n
    与法向单位矢量n定义的测量面垂直的声强分量，单位为瓦每平方米(W／㎡)：

式中：
        n——指向测量面外部的法向单位矢量。

3．5
    法向声强级 normal sound intensity level
    LIn
    法向声强绝对值|I_n|与基准声强I₀的比值，取以10为底的对数乘以10，单位为分贝(dB)。按式(4)计算：

   注：基准声强I₀＝10^-12W／㎡。

3．6
    表面声压-声强指示值 surface pressure-intensity indicator
    F_pIn
    测量面上时间和空间平均的声压级L_p和法向声强级L_In的差值，单位为分贝(dB)。按式(5)计算：

    注：此标志法系根据ISO 9614-2而采用。在ISO 9614-1：1993中则采用F₂。

3．7
    声压-残余声强指数 pressure-residual intensity index
    δ_pI0
    当声强探头置于声场中并指向声强等于0的方位时，所显示的声压级L_p和声强级L_I之间的差值，单位为分贝(dB)。按式(6)计算：

  注：δ_pI0的定义详见IEC 61043。

3．8
    声强隔声量 intensity sound reduction index
    R_I
    对于一个声源室和一个接收室，或者一个声源室和外部空间，当声源室满足扩散场假设时，由式(7)计算传声损失，单位为分贝(dB)：

   式中：
        L_p1——声源室中的平均声压级；
        L_In——接收室中测量面的平均法向声强级；
        S_m——测量面的总面积；
        S——试验中的被测试件的面积。
    注：用R_I替换GB／T 50121-2005中的R来计算计权声强隔声量R_I,W。

3．9
    构件规范化声强级差 intensity element normalized level difference
    D_I,n,e
    规范化构件声强级差由式(8)计算：

   式中：
        L_p1——声源室平均声压级；
        L_In——接收室内测量面的平均法向声强级；
        N——安装在测量面中的小建筑构件单元的数目；
        S_m——测量面的总面积；
        A₀＝10㎡。
    注：用D_I,n,e替换GB／T 50121-2005中的D_n,e来计算计权规范化构件声强级差D_I,n,e,W。

3．10
    修正声强隔声量 modified intensity sound reduction index
    R_I,M
    修正声强隔声量由式(9)计算：

    式中，K_c的值由附录B给出。
    注1：理论上，采用GB／T 19889．3-2005中的传统方法测量隔声量时，由于低估了被测试件向接收室中辐射的声功率，因此测得的隔声量将被高估。考虑到这种情况，如果采用声强法测量的目标是为了与GB／T 19889．3-2005测量相一致，测得的声强隔声量应按式(9)做相应的修正。
    注2：用R_I,M替换GB／T 50121-2005中的R来计算计权修正隔声量R_L,M,W。R_I,n,e,M,W也可以相应地由计算得到。

3．11
    测量面 measurement surface
    用声强探头进行扫描测量或者取点测量时，在接收室侧完全包围建筑构件的假想面。

3．12
    测量距离 measurement distance
    dm
    测量面和被测试件的垂直距离。

3．13
    测量子面 measurement subarea
    声强探头在进行一个连续扫描或者离散点测量时的面，是测量面的一部分。

4 测量设备

4．1 概述
    声强测量仪器应能够测量倍频程或者1／3倍频程声强级[单位为分贝(dB)，基准声强为10^-12W／㎡]。扫描时应做到声强实时测量。包括探头在内的仪器，应满足IEC 61043中规定的1级仪器要求。
    传声器和分析仪的声压-残余声强指数δ_pI0应比F_pIn高10dB。
    注1：为覆盖所有频段的声强测量，组成声强探头的一对传声器之间应使用不同的间距装置。对应频带的传声器间距装置选择由δ_pI0和F_pIn决定。
    下面的例子给出了要遵循的规则：
    a) 50Hz和500Hz之间使用50mm定距柱；
    b) 500Hz以上使用12mm定距柱。2000Hz以上的频率响应一般应加修正。
    经常的情形是使用一个12mm定距柱和两个1／2in传声器以涵盖100Hz～5000Hz频段范围内的声强测量。
    测量声压级的仪器应满足GB／T 19889．3-2005中规定的要求。声源室中使用的传声器应能在扩散声场条件下给出平坦的频率响应。
    注2：IEC WS2P型测试传声器通常能给出一个满意的频率响应。

4．2 校准
    为符合IEC 61043的要求，测量系统需按照相关标准至少每年在实验室中进行一次检定。如果每次测量前都进行声强校准，测量系统也可每两年进行一次检定。
    每次使用声强测量系统前，经过型式试验和校准的仪器需按下面的步骤检查操作的正确性：
    a) 遵循操作指南进行预热。
    b) 设定仪器为声压模式，使用符合IEC 60942中的1级或者更高要求的声压校准器，对声强探头中用作声压级测量的每个传声器进行校验。
    c) 对声强探头的两个传声器使用残余声强测试装置测量声压一残余声强指数，并在测量过程中确保仪器能够满足级别要求。尽可能采用相位补偿和厂商推荐的其他步骤以提高性能。相位补偿和残余声强测量应该在接近使用的级别上进行。
    d) 如果可能，使用声强校准器进行声强校准。

5 测试安排

5．1 房间和测试洞口
    声源室和测试洞口应符合GB／T 19889．1-2005的要求。接收室应符合表面声压-声强指示值F_pIn和背景噪声要求，参见6．4．2和6．5。

5．2 被测试件
    被测试件应符合GB／T 19889．3-2005的要求，对于小建筑构件应符合GB／T 19889．10-2006的要求。

5．3 安装条件
    试件安装应符合GB／T 19889．3-2005的要求。对于小建筑构件应符合GB／T 19889．10-2006的要求。如果试件的一面具有吸声性能，应将该面朝向声源室。

6 测试步骤

6．1 概述
    通过在声源室中测量平均声压级，在接收室中测量测量面的平均声强级，当表面声压-声强指示值符合要求时，计算声强隔声量或规范化构件声强级差。

6．2 声场的产生
    扬声器、信噪比和扬声器位置应符合GB／T 19889．3-2005的要求。

6．3 声源室平均声压级的测量
    根据GB／T 19889．3-2005规定的步骤进行声源室平均声压级测量。

6．4 接收室平均声强级的测量

6．4．1 测量面
    接收室一侧的测量面应能包围整个被测试件。如果被测试件和测试洞口形成龛室，通常取龛室开口的平面作为测量面。如果被测试件和测试洞口没有形成龛室，或者龛室深度小于0．1m，亦采用箱型测量面。对于小建筑构件尤其合适。
    注：对小建筑构件，有时也采用半球形、圆柱形或部分箱型测量面。
    测量距离亦选取在0．1m～0．3m之间。应避免测量距离小于0．1m，由于振动体的近场效应，使得近场声强的正负号频繁变化。龛室开口处的声场比龛室内的声场要更加均匀。应用箱型测量面时，应避免测试距离大于0．3m。

6．4．2 测量面的合格性检验
    测量平均声压级L_p和法向声强级L_In，通过式(10)计算表面声压-声强指示值F_pIn(单位：dB)：

如果测量的声强为负值，或者F_pIn不符合要求(即：对于反射型建筑构件，F_pIn＞10dB；或者对于接收室中具有吸声表面的建筑构件，F_pIn＞6dB)，应考虑改善测量环境。可尝试将测量距离增加5cm～10cm，如果无效，应在接收室中增加吸声材料。在采用扫描法测量时，对于每次扫描及每个扬声器位置的表面声压-声强指示值均应满足要求。不过，仅需对整个测量面满足要求即可，不必对每个测量子面一一满足。而对于离散点法，对测量面平均满足要求即可。
    注：经验法则：F_pIn＜10dB要求
    S／A＜1．25
    式中：
        S——测量面的面积；
        A——接收室的吸声面积(定义参见GB／T 19889．3-2005)，侧向传声越大，越应增加吸声面积。

6．4．3 扫描步骤
    扫描时始终保持声强探头与测量面垂直，且指向被测试件。
    测量面可能由一个测量子面或几个测量子面组成。每个子面的扫描时间应与其面积大小成比例。保持扫描速度不变，且宜控制在0．1m／s～0．3m／s之间。从一个测量子面移到另一个测量子面过程中要中断测量。其他情形应避免中断测量。
    如图1所示，沿平行线扫描每个测量面或每个测量子面，并在靠近边界处转向。扫描线密度的确定取决于声辐射的无规程度。当存在大量无规声辐射的情形，如存在多处声泄露，则需要采用更高的扫描线密度。通常选取扫描线之间的距离与测量距离相同。

图1 两组常用的扫描方式

对于安装在边界或拐角处的小建筑构件，如果测量面是如图2所示的箱形，或部分箱形，需要特别注意靠近箱体表面和安装试件隔墙之间交叉处的区域。通过合理扫描测量面，确保全部的辐射声强得到测量。特别注意，扫描要尽可能靠近隔墙。

图2 包围被测试件(阴影部分)的箱形测量面示意图

6．4．4 离散点的扫描测量
    作为扫描类型的一个替代选择，可应用固定离散点对6．4．3中描述的测量面进行测量。声强探头测点间的距离选取宜近似等于被测试件与测量面的距离。如果被测试件存在强烈的声泄露或不均匀的声能流，需采用更密集的测点网格，但要保持测量距离不变。测量过程要遵循ISO 9614-1：1993中规定的2级方法进行。采用ISO 9614-1：1993的附录B来检验测量点阵选取的合理性。每个测点的声强测量时间至少维持10s。若采用移动扬声器法，则对门、窗和小建筑构件，完成整套离散点测量需要扬声器最少横过2次；对于整个墙体，最少应为8次。

6．4．5 单个测量面的扫描测量
    对于每个固定的扬声器位置，一旦满足测量环境要求，需进行两次完整路径扫描测量。即第一次常规扫描，第二次扫描路径转过90°(参见图1)，并且进行比较。如果两次扫描测量的数据在各个频带内的差值不大于1dB，那么测量结果取两次测量的算术平均值。如果差值大于1dB，那么本次测量无效。
    如果上述要求不能满足，应重复两次扫描测量直到要求满足。如果还不能满足要求，应尝试改变扫描线密度、测量面或测量环境，再重复测量直到满足上述要求。如果在采取上述措施之后，仍然不能满足要求，那么提供的测量报告中应明确说明与本测量方法要求的所有偏差。
    如果使用一个以上的扬声器位置，那么对每个扬声器位置都要进行两次扫描。每次扫描都要满足上述要求。计算所有扫描测量的算术平均值，并给出隔声量和表面声压-声强指示值等全部测量结果。
    如果使用一个移动的扬声器，那么每次扫描，扬声器至少要横过门、窗和小建筑构件一次，横过墙两次。用两种不同的路径扫描测量面，每次扫描应在一个完全的扬声器横过中进行。合理选择扫描方向，在两次扫描中避免扬声器和传声器的位置重合。每次的扫描结果是能量平均。对于一个固定的扬声器位置，计算两次扫描测量的算术平均值。对于每次路径扫描，门、窗和小建筑构件的总扫描／横过时间至少要120s，墙体则至少需要600s。

6．4．6 多个测量子面的扫描测量
    应用6．4．4或6．4．5中规定的扫描步骤对各个测量子面进行测量。
    如果测量面由若干个子面组成，其中第i个子区域的面积记为S_mi，且扫描测量的声强级记为L_Ini，那么测量面的法向声强级L_In(单位：dB)可通过式(11)计算：


式中：
        i——子面序号；
        S_m——测量面的总面积。


如果对某个子面测得的声强为负(如声能流的方向指向被测试件的情形)，则在代入式(11)前，需在该S_mi前加一负号。
    相应地，表面声压-声强指示值可通过式(13)计算：

  式中：
        L_pi——第i个子面S_mi的平均声压级。

6．5 背景噪声
    声压级和声强级均应至少高出背景噪声级10dB。可用下述方法检验该要求是否得到满足：
    如果表面声压-声强指示值F_pIn＜10dB，则将声源声压级降低10dB。如果这时F_pIn的改变量小于1dB，即说明达到上述背景噪声的要求。

6．6 测量频率范围
    采用1／3倍频程测量声压级和声强级至少要包括以下中心频率，单位为赫兹(Hz)：
    100，125，160，200，250，315，400，500，630，800，1000，1250，1600，2000，2500，3150，4000，5000。
    如果需要增加低频数据，可采用以下1／3倍频程中心频率，单位为赫兹(Hz)：
    50，63，80。
    如果需要，应通过1／3倍频程的数据计算相应倍频程的结果。
    注：GB／T 31004．3-2014中给定的方法，将在低频获得更准确的结果。

7 结果表述

    对于试件的空气声隔声测量，应以表格、曲线的形式给出测量频率范围内的声强隔声量和表面声压-声强指示值。曲线的纵坐标对应分贝数，横坐标对应频率对数坐标，其格式宜采用下面的形式：
    5mm对应1／3倍频程；
    20mm对应10dB。

8 测试报告

    按照本部分进行测量时，应报告下列内容：
    a) 测量机构名称；
    b) 测试场地说明，包括空气温度和相对湿度；
    c) 委托人／机构名称；
    d) 测试日期；
    e) 被测试件的描述，包括安装方式、密封方式和面密度；
    f) 测试实验室的容积及对测试实验室的描述；
    g) 被测物的面积S和测量面的面积S_m；
    h) 声强隔声量和对应频率，计权声强隔声量。如果相关，修正声强隔声量和计权修正声强隔声量。如果使用修正声强隔声量，应说明计算中采用的体积和边界面；
    注：要获得隔声单值评价量，如计权隔声量，参见GB／T 50121-2005。
    i) 表面声压-声强指示值F_pI和声压-残余声强指数δ_pI0与频率的关系；
    j) 测量距离、测量面的形状和面积；如果被测试件不止一个部分，应对每部分进行描述；
    k) 测量仪器，包括声强探头(传声器直径、间距等)；
    l) 测试方法。

附录A 测量方法准确度估计

    表A．1给出了本部分测量方法准确度估计的一个示例。GB／T 19889．3-2005所确定的隔声量R，可通过修正声强隔声量R_I,M予以再现。
    在北欧的三个实验室中进行了30组测量对比，得到表A．1中的数据。其中接收室均做了清楚的规定，使在两种测试方法中保持一致。

表 A．1

附录B 修正项K_c

    采用GB／T 19889．3-2005中的传统方法测量隔声量时，理论表明，传统测量方法低估了被测试件向接收室中辐射的声功率，因而测量的隔声量被高估。考虑到这种情况，如果采用声强法测量的目标是为了与GB／T 19889．3-2005测量相一致，测得的声强隔声量应做相应的修正。
    依据GB／T 19889．3-2005中的传统方法进行测量，如果接收室定义明确，那么K_c(单位：dB)的值应按式(B．1)确定：

    式中：
        S_b2——接收室所有边界面的总表面积；
        V₂——接收室的体积；
        λ——中频段频率的波长。

    依据GB／T 19889．3-2005中的传统方法进行测量，如果接收室定义不明确，那么K_c的值由表B．1给出。
    K_c也可通过式(B．2)计算：

  式中：
        f——1／3倍频程的中心频率。
    表B．1中的值是通过以下不同参数计算得到的：


房间尺寸的选择综合考虑了声学测量中常用的两种测试室，即近似50m³和100m³。

表 B．1

参考文献

    [1] GB／T 6881．1-2002 声学 声压法测定噪声源声功率级混响室精密法
    [2] GB／T 31004．3-2014 声学 建筑和建筑构件隔声声强法测量 第3部分：低频段的实验室测量
    [3] GB／T 50121-2005 建筑隔声评价标准
    [4] ISO 717-1，Acoustics-Rating of sound insulation in buildings and of building elements-Part 1：Airborne sound insulation．
    [5] ISO 3741，Acoustics-Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure-Precision methods for reverberation rooms．
    [6] ISO 9614-2，Acoustics-Determination of sound power levels of noise sources using sound intensity-Part 2：Measurement by scanning．
    [7] ISO 15186-3，Acoustics-Measurement of sound insulation in buildings and of building ele-ments using sound intensity-Part 3：Laboratory measurements at low frequencies．

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