吸声降噪技术:10 吸声系数NRC,SAA和αw的概念及正确使用

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引言


最近,国家标准GB/T16731《建筑吸声产品的吸声性能分级》的最新修订板已经通过最终的专家审查,预计在明年将颁布实施。GB/T16731最新修订中参考了ISO11654-1997中的相关修订,采用了计权吸声系数αw代替了原GB/T16731-1997标准中的降噪系数NRC作为建筑吸声产品的吸声性能评价和分级参量,因此,本次技术分析中我们就跟大家聊聊这几个吸声系数的概念、含义,以及正确用法。


在以前技术分享《吸声降噪技术-1 吸声的基本概念》部分,我们已经对吸声系数的定义以及降噪系数等作过一些介绍,建议大家结合这篇文章一起来阅读本次技术分析的内容,并且本次内容也是根据最新发展动向,对上一次技术分享的技术补充和更新。


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几个吸声系数的定义


2.1 降噪系数NRC


降噪系数NRC(Noise Reduction Coefficient)是吸声系数单值评价量,定义为倍频程中心频率250Hz、500Hz、1000Hz和2000Hz四个倍频带的实用吸声系数的算术平均值,用公式表示为:

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如下图是在GB/T16731-1997标准中定义的原文:



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降噪系数NRC修约到两位小数,并以0.05为最小倍数。


由于当今测量技术的发展,测量频带通常都是采用1/3倍频程带宽,因此测量的结果需要由1/3倍频带吸声系数转换为1/1倍频带吸声系数(标准中称为:实用吸声系数),才能再进行NRC的计算。第i个倍频带的实用吸声系数由该频带内的3个1/3倍频带吸声系数算术平均值求得,按下式计算:

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修订的ASTM C423标准中仍保留了NRC这个评价量,其定义直接引用早期版本中的描述,定义250Hz、500Hz、1000Hz和2000Hz四个频带的吸声系数的算术平均值,如下图:


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ASTM C423标准中虽没有明确指出是4个倍频程吸声系数的平均,但根据早期的声学测量都是以倍频程为常用带宽,后来才逐步发展到1/3倍频程带宽的发展历史,ASTM C423标准中的四个频带应该理解为四个倍频带,应该没有疑问。这包括维基百科[3],美国声学学会出版的ANSI标准和一些技术指导文件中也是这样来定义NRC的:


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但是,ASTM C423的名词术语引用的是ASTM C634,在最新修订的ASTM C634-13中对NRC的定义做了修订,定义了平均的四个频带为1/3倍频带,如下图:


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这样的修订,就使得ASTMC423中的NRC被改成了中心频率250Hz、500Hz、1000Hz和2000Hz四个1/3倍频带的吸声系数的算术平均值,用公式表示为:

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ASTM C634-13的修订给国际上NRC评价量的定义造成了一定的混乱,使得一些吸声产品依据ASTM C423测试给出的NRC与往常的不同,这点需要在使用中注意。期待ASTM C634在下一次修订时修正这一错误。

其实NRC并不是由ASTM最早定义的,这个量在很早就已使用[4],最早被用来表示几个单频吸声系数的平均值,因此虽然NRC现在被定义为混响室吸声系数的单值评价量,有时也有人用来给出驻波管测试的吸声系数单值量。


在混响室测量标准制定发布以前,吸声系数在低频段的测量差异非常大,这也是NRC定义中没有包含125Hz倍频带的重要原因。

2.2 平均吸声系数SAA


平均吸声系数SAA(SoundAbsorption Average)是美国标准ASTM C423中定义的吸声系数单值评价量,为根据ASTM C423混响室法测量得到的,在200~2500Hz频率范围内12个1/3倍频程吸声系数的算术平均值。SAA修约到0.01。


虽然ASTM推出SAA已经三十多年,但至今SAA使用的接受程度仍不如NRC广泛。

2.3 计权吸声系数αw


计权吸声系数αw (Weighted Sound Absorption Coefficient)是在ISO11654-1997中定义的一个吸声系数单值评价量。


新修订即将颁布实施的GB/T16731-2021修正并完善了ISO11654中的计权吸声系数的评估方法,规定了计权吸声系数的评定方法如下:


通过对250Hz、500Hz、1000Hz和4000Hz这四个倍频带的实用吸声系数(根据式2计算)与下表中给出计权值的平移计权曲线进行对比,计权吸声系数αw为不利偏差满足公式(4)和(5)的最大值。计权吸声系数αw修约到两位小数,并以0.05为最小倍数。


表1:评定计权吸声系数的计权值

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式中:

   i   ——频带的序号,代表250Hz~4000Hz范围内的5个倍频带;

微信截图_20201011215142.png——第i个倍频带不利偏差,按公式(5)计算。


计权吸声系数的评价过程与隔声中的计权隔声量Rw的评价过程非常类似。不同的是,在获得计权吸声系数后,还需进一步标注出频谱特性标志。


当某一个或多个倍频带的实用吸声系数超过该频带参考值0.25时,应在计权吸声系数后附括号并加上一个或多个频谱特性标志。当上述情况出现在250Hz时,应以L作为频谱特性标志。当上述情况出现在500Hz或1000Hz时,应以M作为频谱特性标志。当上述情况出现在2000Hz或4000Hz时,应以H作为频谱特性标志。

图1为微信截图_20201011215350.png的一个例子:


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图2 计权吸声系数为αw=0.60(M)的例子(注:图1丢失,该图应为下面图2)



图2为微信截图_20201011215358.png的一个例子,在该例子中我们同时给出了NRC和SAA的评定值,可以作为在相同吸声系数频谱条件下,不同评价量的比较:





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图2 计权吸声系数为αw=0.55(H)的例子


2.4 吸声性能分级


GB/T16731和ISO11654提出了根据计权吸声系数进行建筑吸声产品吸声性能分级的方法,如表2所示。这与之前的标准中根据降噪系数NRC分级的方法,以及等级的名称确定这两方面都不一样。


表2:建筑吸声产品吸声性能等级

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作为对比,表3中给出了原标准中,采用降噪系数NRC来进行分级的方法。

表3:原标准中的建筑吸声产品吸声性能分级方法

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吸声系数单值评价量的正确理解和使用


3.1 降噪系数NRC


对于单值评价量降噪系数NRC出现的因ASTM C634引起的混乱在第2.1节中已作了详细介绍,并截图给出了相关证据。因此,建议在执行ASTM C634定义的NRC时,应特别标明,以防混乱。

在欧洲和我国的机构和厂商,在执行ASTMC423标准时,NRC计算仍采用GB/T16731-1997定义的方法,而美国的有些机构在计算NRC时采用了ASTM C634-13中的定义。

3.2 计权吸声系数


关于计权吸声系数的计权曲线,在本次GB/T16731的修订中,修正了在ISO11654中定义的错误表述方法(包括1997版和2018版的草案),采用修正值表(如表1)。如果用修正值曲线来表示的话,应该采用图3所示的修正值曲线,而不是ISO11654中给出的附图中的曲线和修正值列表。


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图3 评定计权吸声系数的修正值曲线


3.3 吸声性能分级


根据吸声性能分级规定(表2),我们可以看到网上很多漂亮的分级图片(如图4),画出了ABCDE各级吸声系数计权曲线区间,似乎这样可以一目了然判断某种吸声性能产品所处的分级。但是,这是对标准中分级规定的错误理解,吸声性能分级是根据吸声系数采用表1,利用公式(4)和(5)或者图3的计权曲线,进行计权吸声系数评定,得到单值评价量,然后再根据表2确定相应等级的过程,而不是根据类似与图4的计权曲线进行比较判断的。

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图4 常见错误评定计权吸声系数的曲线图


如图5所示的例子,进行评定以后得到计权吸声系数值为0.60,由此可判定该吸声产品的分级为C。但如果采用图4来评定,则该产品的吸声等级分级为D。


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图5 等级评定为C的吸声产品例子


参考文献

1、ASTM Standard C423, 2017, “Standard Test Method for Sound Absorption and Sound Absorption Coefficients by the Reverberation Room Method,” ASTM International, West Conshohocken, PA, 2017, https://www.astm.org/Standards/C423.htm

2、ASTM Standard C634, 2013,   “Standard Terminology Relating to Building and Environmental Acoustics,”     ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013, https://www.astm.org/Standards/C634.htm

3、https://en.wikipedia.org/wiki/Noise_reduction_coefficient

4、J.S. Parkinson, A.Jack. A   Re‐Examination of the Noise Reduction Coefficient. J. Acoust. Soc. Am. 13    (1941) 83.

5、GB/T16731-2021 建筑吸声产品的吸声性能分级


文章分类: 声学
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