声学消声室是一种用于模拟自由场的专业测试空间,其内部通过结构性吸声材料实现极低的声反射率,通过各种隔声措施使其本底噪声极低,被广泛应用于电子音频、航空航天、汽车工程等领域的声学测试和科研实验。全球范围内,有若干极具代表性的 “极限” 级别消声室,不仅在技术上堪称世界之最,更因其独特设计而成为工程与声学领域的里程碑。杭州爱华将带领领略几处世界上著名、堪称特殊的声学消声室。
其消声室于 2021 年 11 月 19 日以‑24.9 分贝(A 计权声级)的环境声级被吉尼斯世界纪录认证为全球最安静房间。房间通过 Bruel&Kjær 4145 型双传声器相关技术消除电噪声干扰,背景噪声低于仪器本底噪声,主要用于产品音质检测与声学精密测量。打破了由数学家理论根据布朗运动,即气体或液体内微粒的运动,推导的最安静的噪声级 — 绝对最低噪声级‑23 dB。
地点:美国明尼苏达州明尼阿波利斯市
尺寸:3.7 × 3.1 × 2.3 m
本底噪声:低至 −24.9 dBA(吉尼斯认证为 “世界最安静的房间”)
由于完全隔绝外界声音,身处其中者能清晰感知如心跳、胃肠蠕动等体内声响,多数人停留超过 45 分钟会出现方向感丧失、幻觉等生理反应。该空间被用于测试心脏瓣膜、汽车仪表等产品的声学特性,哈雷‑戴维森公司曾通过实验调整摩托车产声效。美国国家航空航天局利用其模拟太空寂静环境,训练宇航员在无声状态下的专注力。
该实验室在 2004 年(‑9.4 dB)、2012 年 (‑13.4 dB) 和 2021 年 (‑24.9 dB) 三次获得 “全球最安静之地” 的吉尼斯纪录。
地点:美国华盛顿州 雷德蒙市
尺寸:25×20×10 m
建成时间:2015 年
本底噪声:低至‑20.6 dBA(当时经吉尼斯认证为 “世界最安静的房间”)
微软的 Building 87 内部拥有多间声学实验室,其中最引人瞩目的是其全消声室。消声室由微软的一个大团队规划,并由 Eckel 公司的声学专家建造。该房间墙壁、天花板及地面均由高密度玻璃纤维尖劈吸声结构包裹,形成一个 “无反射、无回音的消音舱”。为了消除来自建筑结构的振动干扰,整个测试空间通过弹簧减振装置与地基隔离,浮在地下的混凝土地板上。据吉尼斯世界纪录测量,该室背景噪声低至‑20.6 dBA,接近空气分子布朗运动的理论噪声极限。
这是 Bruel & Kjær 与 Blackhawk 技术公司一起按照吉尼斯规定测量方法,使用双传声器 (包括两个 4955 型低噪声传声器) 相干干涉技术,测量了微软的消声室的本底噪声声压级为‑20.6 dB (A)。声学家多次重复该测量得到相同的总 dB (A) 结果。
应用实例:微软用于测试 Surface 设备、Xbox 音频系统、语音识别麦克风等产品的声反馈精度。由于房间极度寂静,工作人员一般不能长时间逗留,部分人会听到心跳或神经系统血流声,引发 “感觉失衡” 现象。这个综合许多硬件实验室的尖端建筑群容纳了对声学人类学工程学因素例如人机工程学的研究,以及 “未来实验室”,这里汇集了在许多领域诸如心理声学、工业设计和历史的世界领先的专家,致力于寻找人机交互的新方法。微软通过交互式参观和视频使这整个建筑群广为人知。
地点:美国的 Minneapolis(明尼苏达州明尼阿波利斯市)
建成时间 2012 年 10 月
本底噪声:低至‑13 dBA
这是一个隔音效果极好的消声实验室。Orfield 专门为那些需要在无声环境下进行科研工作的机构或公司提供服务。其房间墙壁由 1 米厚的玻璃纤维隔音棉、3.3 英尺厚的玻璃纤维声楔及双层绝缘隔音板和 0.3 米厚水泥制成。其内的噪音低至‑13dB。
地点:美国 明尼苏达州 明尼阿波利斯
本底噪声:‑9 dBA
这间消声室曾一度保持 “世界最安静的房间” 的记录,后被微软打破。Orfield Labs 消声室内部由超厚玻璃纤维尖劈类吸声覆盖,噪声性能极强。其特别之处在于,它不仅服务于工业与医用听觉设备的测试,还成为艺术装置与公众实验项目的一部分。例如,“你能在黑暗中待多久?” 实验即借此环境挑战人体在极度安静中所能承受的心理极限。
地点:瑞士苏黎世
6 个总面积:大概 176 平方米,其中 1 个最大 110 平方米是 IBM 与瑞士苏黎世联邦理工学院共享实验室
振动:<100 nm/s@1 Hz,地面 8 米以下
本底噪声:<‑21 dBC
由 IBM 投资 9000 万美元建设的 Noise‑Free Lab(瑞士苏黎世)位于纳米技术研究中心。该房间噪音极低,可导致人因内耳紊乱而产生晕眩和呕吐。
地点:美国 俄亥俄州 克利夫兰 NASA Glenn Research Center
特点:世界最大的航空发动机机动消声穹顶,全消声体积超 9,000 立方米
建成时间:1970 年代
AAPL 是一个为研究喷气发动机和推进系统产生的航空噪声而建造的巨型消声室。该室采用椭圆穹顶结构,内部表面全部由超过 17,000 个玻璃纤维尖劈构成,形成 360° 无回声环境,尤其适用于大推力涡扇发动机在地面运转时的声学研究。其还组装成了超强气流通风系统,用于模拟真实飞行条件下的吸气与排气状况。技术挑战:在如此大体积下仍能维持有效低频噪声吸收(20‑200 Hz)非常困难,需要特殊设计的大尺寸吸声体以及独立基础与防震结构。
地点:苏州・中国声谷(常熟)
本底噪声:‑8.5 dB(A)
号称全亚洲最安静的地方。
地点:中国北京
尺寸:14.0 m×11.4 m×8.8 m
本底噪声:‑2.4 dB(A)
据报道,广州声博士技术股份有限公司正在建造声学产业园(广州番禺区),准备在地下 30 米来建造本底噪声小于‑21 dB 的消声室,准备 2026 年底建成。
值得说明一下,当前大多数消声室的本底噪声由于测量技术的关系往往被大大高估了,因为现在使用常规 1/2 英寸传声器的声级计和类似声学测量仪器的测量下限(本底噪声)只能达到 15 dB(A),使用 1 英寸传声器的只能达到 10 dB(A),使用这样的仪器测量的消声室本底噪声最低只能是 10 dBA。虽然使用低噪声传声器,例如 B&K 4955 型和 GRAS 40HL 型 1/2 英寸低噪声传声器能达到 6.5 dBA;B&K 4179 型和 GRAS 40HF 型 1 英寸低噪声传声器也只能达到‑2.5 dBA 和‑2 dBA,国内有的消声室就是使用 B&K 4179 型传声器测量的可以达到‑2 dBA 左右,而实际消声室的本底噪声可能还要更低。
前面介绍过美国奥费尔德实验室(Orfield Laboratories)和微软 Redmond Building 87 消声室都是使用双传声器(包括两个 Bruel&Kjer 4145 型或 4955 型低噪声传声器)相关测量技术测得‑24.9 dBA 和‑20.6 dBA 的最低本底噪声。我公司利用两只 AWA 14411 型 1 英寸传声器和相关技术试验测量某消声箱本底噪声达到‑6.5 dB 的测见值,比以前的测见值低了许多。