“噪声的评价量(4) — RC Mark II 和 LNC”

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在体验了NVH厨房朗德料理铁人的车辆关门声品质的功力(NVH厨房之三:车门关闭声品质的主观体验客观化NVH厨房之四:某车门关闭声品质的脱胎换骨),以及ATOM对于NVH测试工作的新思路(ATOM=NVH数据管理系统?No,Much More!),今天让我们再次打开“声学演义-Something About Sound”,一起来进一步聊聊室内噪声评价量的发展以及朗德于此的思考。

房间评价RC Mark II曲线

喜欢摄影的人都知道,佳能EOS 5D是数字单反相机中创造性的作品,而佳能EOS 5D Mark II (谐音:无敌兔)则是其的进一步改良,并进而成为标志性产品。在噪声评价量中也有一个相当分量的Mark II,这就是在我们上次介绍的RC曲线基础上发展起来的 RC Mark II参量1)。RC Mark II评价量是ASHRAE (American Society of Heating Refrigerating and Air-conditioning Engineers美国采暖、制冷与空调工程师学会)手册中现行规定的评价曲线,在1997年研究制定。

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和RC曲线相比, RC Mark II曲线的主要改变有以下几点:

1) 在低频16~31.5Hz频段的曲线由斜线调整为平直线(如图1);

2) 增加了能量平均频谱偏离因子;

3) 增加了QAI(Quality Assessment Index 品质评价指数)


下面 就对这3点改变分别进行介绍。

01

低频段曲线调整


图1中给出了RC Mark II曲线和RC曲线的对比,两者的差异在16~31.5Hz的低频段,其中RC曲线的允许声级仍然按照整个频段的增长趋势增加,而RC Mark II在16~31.5Hz调整为平直线,要求声压级不再随频率的降低而增加。这反应了RC Mark II对低频31.5Hz以下的噪声限制更加严格。

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(图1 RC Mark II和RC曲线在低频部分的差异)

02

能量平均频谱偏离值

在RC Mark II中将所评价的噪声频段分成低频(LF)、中频(MF)、高频(HF)三个频段,这三个频段所定义的1/1倍频程频率范围,以及相应的噪声主观听觉感知特征如下:

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针对需要评价的噪声,分别计算在三个频段内的噪声级与RC评价曲线(即中频声压级均值LMF=(L500+L1k+L2k)/3)偏离值的能量平均值:

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03

品质评价指数QAI

品质评价指数QAI定义为低频(LF)、中频(MF)、高频(HF)三个频段计算的能量平均偏离值中的最大值与最小值的差值。例如,某噪声计算得到的能量平均频谱偏离值分别为ΔLF=7.2dB;ΔMF=0.5 dB;ΔHF=1.6 dB,则QAI=7.2-0.5=6.7 dB。

在进行QAI评价时,当QAI<5dB时,则该噪声的特征定义为中性(N);当QAI>5dB时,用最大的能量偏离频段LF、MF、HF来标注噪声的特征;在5<QAI<10dB时,噪声频谱的可接受程度为勉强能接受,当QAI>10dB时,该频谱的噪声将不能被接受。如果噪声在低频段进入区域A或者B时,还分别用LFVA和LFVB来标注该噪声。

RC Mark II曲线的评价示例

由于RC Mark II参量的评价过程比较复杂,我们通过一个示例来介绍它的评价过程。示例评价噪声的频谱如图2中所示,

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(图2 RC Mark II的评价)


该示例噪声的RC Mark II评价过程在下表中表示:


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第3行:列出评价噪声的倍频程频谱值;

第4行:计算中频声压级均值作为RC曲线的中心值,即计算500、1000、2000Hz这3个倍频程的声压级平均值LMF=(L500+L1k+L2k)/3。如表中红框内所示,示例噪声的计算结果为46dB,由此得出该噪声的RC曲线值为46dB;

第5行:给出对应RC曲线46dB的各倍频程频谱值;

第7行:计算所评价噪声对应频段噪声值与RC曲线值的差值;

第8行:计算低频(LF)、中频(MF)、高频(HF)三个频段的能量平均偏离值;

第9行:计算LF,MF,HF三个频段能量平均偏离值的最大差值作为QAI指数。示例中计算得到的QAI=4<5dB,因此,该噪声用中性(N)来标注。

完成以上步骤后,我们就获得了该噪声的RC值和QAI指数,接下来需要再判断该噪声频谱在区域A和区域B内的表现,就是比较在16Hz,31.5Hz以上63Hz这3个频带内噪声值进入哪个区域。表中的11~19行给出了这一判断过程,另外也可以直接从图2中看出,该噪声在低频段已经进入区域A,因此评价量中要用LFVA来标注该噪声。

最终,我们用 RC 46(N, LFVA)来完整标注该噪声。表中的右下角红色框内给出了示例噪声RC Mark II评价的过程总结。

朗德室内噪声评价曲线 LNC

让我们略为总结一下这几回阐述的噪声评价量吧:

由于A计权声级(表示为:dB(A))比较直接明了,且设计控制相对简单,因此通常的室内噪声控制、对应的消声系统设计采用A计权声级作为控制指标。为了在噪声控制中获得更好的效果,NR和NC等对噪声频谱进行控制的曲线被提出。为了进一步提升对低频噪声的控制,获得室内噪声的更高的满意度, ASHARE规定了在暖通空调噪声设计中采用RC Mark II评价曲线,这是当前国际上最严格的噪声控制曲线。

从RC曲线到RC Mark II曲线的发展历程,我们可以发现,人们逐步认识到了室内噪声在低频段的有效降低对改善室内声环境和主观感受有着很大的帮助。但受制于当时的技术瓶颈,在制定RC Mark II标准时,对低频噪声进一步提出更高要求也不现实。

而今随着CPA和BCA等独特低频吸声结构技术的成熟,将其应用于室内声场和通风消声系统的设计中,使得在63Hz以下的频段,室内噪声控制曲线比RC Mark II评价线规定值再降低5dB,进一步改善室内声环境的舒适性。基于RC Mark II评价曲线的朗德低频噪声评价曲线(LNC)已经成为朗德在室内声场设计以及通风空调噪声控制设计中的技术控制指标2)。

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(图3 朗德低频噪声评价曲线)

参考文献

1. Blazier, Jr., Warren E., “RC Mark II: A refined procedure for rating the noise of heating, ventilating, and air-conditioning (HVAC) systems in buildings,” Noise Control Engineering Journal, 45, 243-250 (1997)

2. LD 3501-2017 空调通风消声产品技术参数. 朗德技术文档,2017年12月


文章分类: 声学
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