震災後建築音響消音箱實驗設備性能驗證之研究

震災後建築音響消音箱實驗設備性能驗

證之研究

內政部建築研究所自 行研究 報 告

中華民國 107 年 11 月

107301070000G0035

震災後建築音響消音箱實驗設備性能驗

證之研究

研 究 人 員：林招焯副研究員

內政部建築研究所自 行研究 報 告

中華民國 107 年 12 月

(本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見)

目次

表次 ... III

圖次 ... V

摘要 ... XII

ABSTRACT ... XIV

第一章 緒論 ... 1

第一節 研究緣起與背景 ... 1

第二節 研究目的 ... 1

第二章 空調通風管路聲學機制與消音箱檢測方法 ... 5

第一節 空調管路噪音特性及傳播機制 ... 5

第二節 消音箱實驗檢測方法與規範 ... 11

第三節 性能實驗中心消音箱檢測設施及 0206 美濃地震後

設備情況 ... 17

第三章 設施修復後量測驗證實驗項目 ... 21

第一節 聲場性能驗證實驗項目 ... 21

第二節 消音箱實驗設施流場性能驗證實驗項目 ... 27

第四章 量測驗證實驗結果 ... 30

II

第一節 R1 迴響室聲場均勻度量測驗證 ... 30

第二節 R1 迴響室聲場背景噪音及溫溼度量測驗證 ... 38

第三節 風管測試段銜接組件反射係數量測驗證 ... 41

第四節 風管測試段管路流場均勻度量測驗證 ... 47

第五節 聲源室平面波量測驗證 ... 49

第六節 聲源室高階模態聲場驗證 ... 51

第七節 量測系統插入損失不確定度分析驗證 ... 53

第五章 結論與建議 ... 62

附錄一 ... 65

附錄二 ... 66

附錄三 ... 74

參考書目 ... 78

表次

表 1- 1 預定工作項目進度表 ... 4

表 2- 1 直線管路單位長度聲功率衰減量

L_W /L

dB/m ... 10

表 2- 2 管路開口單位長度聲功率衰減量

L_W /L

dB/m; (1/1

倍頻)... 11

表 2- 3 國內外消音箱聲學性能檢測相關實驗標準 ... 16

表 3- 1 R1 迴響室聲場性能量測項目 ... 22

表 3- 2 聲源室性能量測項目 ... 26

表 3- 3 風管測試段銜接組件性能量測項目 ... 27

表 3- 4 風管測試段流場性能量測項目 ... 28

表 4- 1 R1 迴響室內聲場均勻度標準差結果 ... 37

表 4- 2 R1 迴響室內環境參數量測結果 ... 40

表 4- 3 風管測試段上游之斷面流場參數量測結果 ... 47

表 4- 4 風管測試段下游之斷面流場參數量測結果 ... 48

表 4- 5 消音箱靜態插入損失 A 類標準不確定度 ... 59

表 4- 6 氣流流向正向動態插入損失(DIL) A 類量測不確定

度 ... 59

表 4- 7 流向正向氣流噪音 A 類標準不確定度 ... 60

IV

表 4- 8 消音箱靜態插入損失之組合及擴充不確定度 ... 60

表 4- 9 氣流流向正向動態插入損失(DIL)之組合及擴充不確

定度 ... 60

表 4- 10 流向正向氣流噪音之組合及擴充不確定度 ... 61

圖次

圖 1- 1 研究方法流程 ... 3

圖 2- 1 空調系統單元之噪音源分布圖 ... 6

圖 2- 2 矩形管路聲場座標圖 ... 7

圖 2- 3 空調管路系統組件聲場元件圖 ... 9

圖 2- 4 消音箱性能參數:插入損失 IL(Insertion loss)概

念圖 ... 12

圖 2- 5 消音箱性能參數: 透過損失 TL(Transmission loss)

概念圖 ... 13

圖 2- 6 消音箱性能參數: 聲壓位準差 LD(Level difference)

概念圖 ... 13

圖 2- 7 性能實驗中心消音箱性能實驗設施(測試段) ... 17

圖 2- 8 性能實驗中心消音箱性能實驗設施剖面圖 ... 18

圖 2- 9 性能實驗中心消音箱性能實驗設施風管測試段災損

情況 ... 19

圖 2- 10 性能實驗中心消音箱性能實驗設施風管測試段修復

情況(a)訂製之測試用風管(b)更換新管後之情況 .... 19

圖 2- 11 性能實驗中心消音箱性能實驗設施壓力量測用皮托

VI

管修復情況(a)將舊有老化與因地震損壞之管路卸除

(b)購置新管線進行總壓與靜壓量測皮托管管路拉線

與更換 ... 20

圖 3- 1 R1 迴響室背景噪音量測點位示意圖 ... 22

圖 3- 2 R1 迴響室聲場量測儀器圖(a) B&K 4943 自由聲場

麥克風(b) B&K TYPE 3560 多頻道頻譜分析儀(c) B&K

TYPE 4231 聲音校正器 ... 23

圖 3- 3 R1 迴響室聲場均勻度量測點位示意圖 ... 24

圖 3- 4 R1 迴響室聲場均勻度量測用 JBL 方向性聲源 ... 24

圖 3- 5 R1 迴響室溫溼度量測用 TSI AIR FLOW TA465 儀器

搭配溫溼度探棒 ... 25

圖 3- 6 R1 迴響室聲源室與轉換段配置 ... 25

圖 3- 7 消音箱風管測試段與 R1 迴響室間之銜接組件配置示

意圖 ... 26

圖 3- 8 消音箱風管測試段流場量測斷面配置示意圖 ... 28

圖 3- 9 消音箱風管測試段流場量測量測取樣點 ... 29

圖 4- 1 聲場量測量測麥克風取樣點、及聲源位置圖(聲源位

置 1) ... 31

圖 4- 2(a)測點 1 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 2 量測所

得之 SPL 頻譜圖 ... 31

圖 4- 3(a)測點 3 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 4 量測所

得之 SPL 頻譜圖 ... 31

圖 4- 4 測點 5 量測所得之 SPL 頻譜圖 ... 31

圖 4- 5 聲場量測量測麥克風取樣點、及聲源位置圖(聲源位

置 2) ... 32

圖 4- 6(a)測點 1 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 2 量測所

得之 SPL 頻譜圖 ... 32

圖 4- 7(a)測點 3 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 4 量測所

得之 SPL 頻譜圖 ... 32

圖 4- 8 測點 5 量測所得之 SPL 頻譜圖 ... 33

圖 4- 9 聲場量測量測麥克風取樣點、及聲源位置圖(聲源位

置 3) ... 33

圖 4- 10(a)測點 1 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 2 量測所

得之 SPL 頻譜圖 ... 34

圖 4- 11(a)測點 3 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 4 量測所

得之 SPL 頻譜圖 ... 34

圖 4- 12 測點 5 量測所得之 SPL 頻譜圖 ... 34

圖 4- 13 聲場量測量測麥克風取樣點、及聲源位置圖(聲源

VIII

位置 4) ... 35

圖 4- 14(a)測點 1 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 2 量測所

得之 SPL 頻譜圖 ... 35

圖 4- 15(a)測點 3 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 4 量測所

得之 SPL 頻譜圖 ... 35

圖 4- 16 測點 5 量測所得之 SPL 頻譜圖 ... 36

圖 4- 17 聲場量測量測麥克風取樣點、及聲源位置圖(聲源

位置 5) ... 36

圖 4- 18(a)測點 1 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 2 量測所

得之 SPL 頻譜圖 ... 37

圖 4- 19(a)測點 3 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 4 量測所

得之 SPL 頻譜圖 ... 37

圖 4- 20 測點 5 量測所得之 SPL 頻譜圖 ... 37

圖 4- 21 R1 迴響室背景噪音量測所得之 SPL 頻譜圖(量測 1)

... 39

圖 4- 22 R1 迴響室背景噪音量測所得之 SPL 頻譜圖(量測 2)

... 39

圖 4- 23 R1 迴響室背景噪音量測所得之 SPL 頻譜圖(量測 3)

... 40

圖 4- 24 測試段銜接組件反射係數量測麥克風設置方

式 ... 41

圖 4- 25 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 1) ... 41

圖 4- 26 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 2) ... 42

圖 4- 27 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 3) ... 42

圖 4- 28 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 4) ... 42

圖 4- 29 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 5) ... 43

圖 4- 30 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 6) ... 43

圖 4- 31 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 7) ... 43

圖 4- 32 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 8) ... 44

圖 4- 33 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

X

量測結果(測點 9) ... 44

圖 4- 34 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 10) ... 44

圖 4- 35 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 11) ... 45

圖 4- 36 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 12) ... 45

圖 4- 37 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 13) ... 45

圖 4- 38 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 14) ... 46

圖 4- 39 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域

量測結果(測點 15)及(c)100 Hz 斷面各點反射係數

(d)125 Hz 斷面各點反射係數結果 ... 46

圖 4- 40 風管測試段上下游之斷面量測點配置示意圖 ... 47

圖 4- 41 性能實驗中心實驗流場循環設施配置示意圖 ... 49

圖 4- 42 直接聲源及室內聲源配置配置示意圖 ... 50

圖 4- 43 直接聲源及室內聲源配置聲場頻譜圖 ... 50

圖 4- 44 直接聲源及室內聲源配置插入損失頻譜圖 ... 51

圖 4- 45 室內聲源銜接段高階模態聲場量測配置

圖 ... 52

圖 4- 46 室內聲源銜接段聲場量測結果 ... 53

XII

摘要

關鍵詞: 消音箱、聲學、插入損失 一、研究緣起 本所建築音響實驗室自 94 年完成建置，為國內首座符合 ISO 標準之音響實 驗室，因 105 年 2 月美濃地震造成部分設備損壞， 105 年度完成實驗檢測服務 影響較大之 R6(吸音)、R2/R3(樓板)實驗室修復，考量國內及業界對管路噪音驗 證及創新材料技術研發需求，本年度擬進行 R1 消音箱實驗設備性能檢核驗證， 以維持本所建築音環境完整之研究設備及能量。 二、研究方法及過程 本研究以 CNS 15256/ISO 7235 規範進行 R1 消音箱實驗設備性能檢核驗證研 究，工作內容包含(1)彙整建築通風系統消音箱之相關實驗規範、檢測技術及國 內外實驗標準，以供實驗檢測參考、(2)完成 R1 迴響室、風管測試段及聲源室聲 場、流場量測，數據統計及計算分析，及進行設備性能檢核調整，供實驗及認證 應用、(3)由聲場與流場量測計算結果，依據 CNS 15256/ISO7235 規範內容完成 R1 設備性能檢核驗證，維持建築音環境實驗檢測設施能量，以供實驗檢測應用， 以確保量測品質。 三、重要發現 由本研究完成之聲場、流場及環境溫濕度等實測驗證結果，發現目前 R1 消 音箱各項實驗設備之聲場及流場設備性能符合 CNS 15256/ISO 7235 規範之需求， 並完成本項實驗之設施修復及量測不確定度評估，另相關成果亦配合本年度之實 驗室 TAF 延展認證，供 R1 消音箱試驗項目認證實務應用，以維持本所建築音環 境完整之研究設備及能量。 四、主要建議事項 立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 本所音響實驗室目前共有聲壓法隔音、樓板衝擊音隔音、吸音材吸音等多項實驗

實驗檢測具有重要性，在本次研究完成相關實驗設施修復及性能驗證後，相關成 果將可納入後續之 TAF 延展認證參考應用，延續 R1 消音箱實驗設備性能 TAF 認 證，以維持本所建築音環境完整之檢測與研究設備能量。 中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 因應國內密集之居住特性，對於各類型生活噪音之防治與研究相當重要，對 應不同類型之噪音需採用相對應之措施防治，除空氣音噪音(鐵公路交通、航空 等氣傳音)，生活噪音源(如建築設備、跑跳走動等:固體音隔音)之外，管路噪音 之影響與研究亦為不可或缺之部份，關於消音箱本土實驗數據累積與實驗研究具 有重要之未來需求，尤以台灣國土涵蓋亞熱帶與熱帶氣候，南北之氣候特性具有 明顯差異與國外不同，相形之下本土建築空調設計亦無法完全依循國外之經驗， 未來可藉由本項實驗設備完成修復，進行各項本土建築空調消音箱實驗數據累積 與實驗研究，可供國內建築設計者與業界實務應用，以提升國內居住音環境品 質。

XIV

ABSTRACT

Keywords: silencer, acoustic, insertion loss

The building acoustics laboratory of ABRI has been completed since 2005. It is the first acoustic laboratory in Taiwan that meets the ISO standard. Due to the damage caused by the Mino earthquake in February, 2016, the repair work of R6 (sound-absorbing) and R2/R3 (floor) laboratory has finished in 2016 reasoned with the great impact on the experimental testing service. Others, the test duct section of R1 (silencer test) damaged by earthquake has been updated recently, and the background noise value measurement of the R1 reverberation room is completed. The background noise value is estimated to be 23.1 dB(A), and with the comparison of experimental case in the past 5 years (27~ The 20 dB(A)), It is still within the range of variation. The R1 laboratory consists of a reverberation chamber, a duct test section and a sound source chamber, which can perform the test of silencer dynamic insertion loss, pressure loss and the silencer self-caused sound power level. Considering the industry's need for duct silencer noise verification and requirement of materials technology research and development, this year, we intend to conduct R1 test equipment performance verification to maintain the research equipment and energy of the building's sound environment.

In this study, CNS 15256/ISO 7235 specification is used to verify the performance verification of R1 test facility. The work includes (1) the review of relevant experimental specifications, testing technology, and both the domestic and international experimental standards for the building ventilation duct silencer system to provide experimental testing. (2) Completed the acoustic sound field and fluid field measurement of R1 reverberation chamber, air duct test section and sound source room. It will analyses the data and calculation the equipment performance and performed the adjustment of the experiment facilities (3) finished the verification with the calculation results of the sound field and flow field measurement, and finally, the research performed verification of the R1 equipment ability according to CNS 15256/ISO7235 specification. The test ability of the building sound environment experimental testing facility is maintained for the experimental detection application to ensure the measurement quality.

The research first refers to the CNS 15256/ISO 7235 specification measurement verification project, and refers to the specifications and regulations, to carry out R1 elimination speaker facility repair, and purchase related anemometer and repair equipment. In addition to the facility repair adjustment operation, the subsequent planning related measurement and verification work. The measurement verification work includes the measurement verification of R1 reverberation room sound field, the sound field verification of the air duct test section, and the sound field measurement verification of sound source room. In the field of flow field, it included the air duct test section pipeline flow field measurement, and the environment. Pressure, temperature and humidity. Based on the pressure measurement performance check and measurement results, the research analyzed the data measured by experiment for the performance verification analysis.

Based on the measured results of the sound field, flow field and ambient temperature and humidity, the sound field and flow field equipment performance of the R1 test equipment can meet the requirements of CNS 15256/ISO 7235, and the project is completed. The experimental facility repair and measurement uncertainty assessment, and other related results are also in line with the TAF extension certification in 2018, for certification practice applications, and maintain the experiment abilities of the building's sound environment research experiment energy of ABRI.

1

第一章 緒論

第一節 研究緣起與背景

國內居住環境相當密集，都市中住宅類型以公寓大廈及連棟式住宅為主，另 外常見之公共場所如醫院、百貨、展場及辦公大樓等皆屬集合之大型空間類型， 皆須採用中央空調系統，惟因中央空調系統之特性，空調機件運作及高速氣流噪 音易由空調管路傳播至各分別之居住空間單元中，造成室內空間易受噪音干擾影 響；智慧化與優質居住空間的環境，首要條件為居家安寧，而為創造良好的居住 空間聲音舒適性，除目前考量之門、窗隔音，樓板衝擊音與室內吸音外，通風管 路噪音之防治亦為相當重要之課題。 因應前述國內密集之居住特性，對於各類型生活噪音防治與研究相當重要， 除原有之外部噪音源(鐵公路交通、航空等:氣傳音隔音)，生活噪音源(如電器、 跑跳走動等:固體音隔音)之外，管路噪音(空調管路、自來水與排水管路等)之影 響與研究亦為不可或缺之部份，對應不同類型之噪音來源需採用相對應之措施來 防護解決，才能對建築整體音環境有完整之改善防治手段。

第二節 研究目的

針對空調管路噪音實驗測試部分，目前本所性能實驗中心音響實驗室具有符 合 ISO 7235 國際標準之建築音響實驗室，相關實驗項目符合 TAF 認證可進行實 驗測試，自啟用以來累積相當數量之符合 ISO 測試標準檢測成果，音響實驗室 因 105 年 2 月美濃地震造成部分實驗檢測設備損壞，該年度完成檢測服務影響較 大之 R6(吸音)、R2/R3(樓板)實驗室修復。消音箱實驗設備國內已有其他實驗室 可進行檢測納入中程方案辦理。消音箱檢測實驗設備由 R1 迴響室、風管測試段 及聲源室組成，可進行消音箱之動態插入損失、壓損及自身聲功率位準測試，已 初步完成 R1 迴響室聲場背景噪音值量測作業。考量業界對管路噪音驗證及創新 材料技術研發需求，本年度進行震災後 R1 消音箱實驗設備性能驗證檢核，以確 保量測品質及維持本所建築音環境研究設備技術及能量。 研究以採原實驗項目 TAF 認證之 CNS 15256/ISO 7235 規範為基礎，依規範

內容規定項目及原理進行設備調整驗證，目地包含(1)建築空調消音箱實驗檢測 標準與文獻蒐集(2)R1 迴響室聲場量測驗證(3)風管測試段管路聲場量測驗證(4) 風管測試段管路流場量測、環境壓力、溫溼度、及壓差量測設備性能檢核(5)聲 源室聲場量測驗證(6)動態風速量測壓差設備檢核。本研究將蒐集目前國內外建 築空調管路性能相關研究資料，以掌握建築空調消音箱相關實驗檢測規範及驗證 文獻，後續進行實驗量測規劃，並進行 R1 迴響室與聲源室之聲場、風管測試段 聲場及流場等實驗量測，期能藉由量測與資料統計分析結果，完成 R1 消音箱實 驗設備實驗量測驗證，及由實測資料進行分析比較設備性能差異。 本研究主要之研究目標可分為以下重點 1.彙整建築通風系統消音箱之相關實驗規範、檢測技術及國內外實驗標準， 以供實驗檢測參考。 2.完成 R1 迴響室、風管測試段及聲源室聲場、流場量測，數據統計及計算分 析，及進行設備性能檢核調整，供實驗及認證應用。 3.由聲場與流場量測計算結果，依據 CNS/ISO 規範內容完成 R1 消音箱檢測 設備性能檢核驗證，供實驗檢測應用，以確保量測品質，維持建築音環境 實驗檢測技術及設施能量。

第三節 研究方法及步驟

本研究首先進行消音箱檢測相關文獻蒐集探討與研究，後續進行量測項目規 劃，依循 CNS 15256/ISO 7235 規範之內容規定進行量測驗證，接下來由實驗分 析結果進行性能計算，最後進行結果分析彙整及報告撰寫。 所採用之研究方法包括以下項目，研究流程如圖 1.1。 1. 文獻回顧：蒐集國內外有關消音箱實驗檢測方法相關研究報告及文獻，彙 整相關實驗檢測國內外標準、實驗量測方法原理等資料。 2. 實驗分析：以 CNS 15256/ISO 7235 規範項目內容，進行 R1 消音箱實驗設 備迴響室、音源室及風管測試段聲場、流場實驗量測。 3. 統計分析：由實測資料，並進行統計分析以比較設備性能差異，及設備性 能調整。

3 4. 結果分析: 依實驗結果以 ISO 標準內容規定進行結果分析計算，並撰寫成 果報告。 圖 1- 1 研究方法流程 （資料來源：本研究整理） 研究目的與方法 消音箱噪音實驗 檢測文獻蒐集 實驗量測 實驗結果計算 聲場量測及流場 量測實驗規劃 實驗結果分析與 研討 結論與建議

表 1- 1 預定工作項目進度表 月 工作項目 第 1 個 月 第 2 個 月 第 3 個 月 第 4 個 月 第 5 個 月 第 6 個 月 第 7 個 月 第 8 個 月 第 9 個 月 第 10 個 月 備 註 文獻資料蒐集 消音箱測試風 管段檢修 壓力量測皮托 管設備檢修 量測規劃及風 速量測儀測試 R1 迴響室聲場 量測驗證 風管測試段之 管路聲場量測 驗證 聲源室聲場量 測驗證 期中報告撰寫 風管測試段管 路流場量測 環境壓力、溫 溼度、及壓差 量測設備性能 檢核及量測 實驗資料分析 整理 期末報告撰寫 及修正 成果報告 預 定 進 度 ( 累 積 數 ) 10﹪ 20﹪ 25﹪ 30﹪ 40﹪ 50﹪ 60﹪ 70﹪ 80﹪ 1 0 0 ﹪ (資料來源: 本研究整理)

5

第二章空調通風管路聲學機制與消音箱檢測方法

本章首先針對建築物之中央空調管路噪音之聲學背景、噪音源特性做一簡要 的介紹與回顧，後續對空調噪音主要防治方法及消音箱之檢測內容，規範及原理 等做介紹說明。

第一節

空調管路噪音特性及傳播機制

由於台灣地處亞熱帶，氣候潮濕多雨且夏季溫度高，自然環境氣候溼熱，為 因應此自然條件，國內各類建築物無論是集合與獨棟之住宅，除利用自然物理通 風機制之設計手法外，普遍採用各類空調設備，以機械人工空調方式輔助改善居 住之品質，此類空氣調節(air conditioning AC)設備主要將室內空氣之熱氣交換， 控制室內之溫度與濕度，以達成冷房之效果；但由於此類裝置包含眾多機械設備， 如軸流式或離心式送風機，冷卻設備及冷凍機(包含壓縮機、冷凝器、蒸發器、 膨脹筏)等，其亦為建築之主要噪音源，相關特性與防治措施之研究相當重要。 一、風扇噪音聲源之聲學特性 空調管路之系統組成約略可分為風扇、管路及出風口單元，噪音主要可分為 機械震動產生噪音及空氣流動噪音2大類，其中機械震動產生噪音包含送風機、 泵浦運轉產生，而空氣流動則主要為管路中空調氣流快速流動而產生，而空調須 經由管路系統來輸送冷房氣流以達成冷房及控制室內溫溼度效果，管路系統中各 類單元皆可能聲成噪音，整個系統之聲學噪音源，由陳啟中等人研究可表示如圖 2.1所示

圖 2- 1 空調系統單元之噪音源分布圖 (資料來源: 陳啟中) 由圖2.1可知，空調整體系統引起之噪音主要可分為固體振動及空氣傳音兩大部 分，其中出風口送風引起空氣音噪音、冷卻水塔運轉噪音等屬此類，而此類噪音 之傳播係藉由管路進行傳播，本研究之消音箱設施為其空氣傳音部分之主要防治 處理措施。另外機械室因安置機械設備發生之震動，進而引起樓板震動、置於地 面之機器因防振不佳引起之結構體振動等噪音源，目前國內105年7月公告新修訂 之建築技術規則防音規定中，已就置放機械設備空間之分隔樓板及牆面做相關衝 擊音、空氣音隔音規定，可解決此類噪音源問題。 二、管路聲波波傳之聲學特性 由於空調管路皆屬於聲波於管狀物內傳播之物理問題，聲波沿著管狀物之長

7 軸方向傳播，且管狀四周圍之剛性壁體限制了聲波傳播之行為，其物理機制與傳 統之聲波於自由場傳播不同，管路對聲波限制之行為稱之為波導(Wave guide)， 同時管路之形狀亦影響管路聲場，而形成特殊之行為。一般空調管路常見之斷面 形狀以矩形及圓形為主，以下介紹此兩種斷面管路聲場。 (一)聲波於方形管之聲場傳播機制 有一聲源於矩型管路中傳播，管路之幾何如圖2-2所示，其聲波傳播方向沿z 方向傳播，管路橫向斷面幾何尺寸分別為L 及_x Ly 圖 2- 2 矩形管路聲場座標圖

(資料來源:L.E.Kinsler et al. Fundamentals of acoustics) 則由聲波控制方程式可得到聲場之理論解為 ( ) cos cos _{xl ym} jwt k z lm lm z ye k x k A p   (2-1) 其中







2



2 2





1/2 / _{xl ym} z w c k k k    k_xl l/L_x l0,1,2... k_ym m/L_y m0,1,2... 若令側向分量之波向量k 為 _lm



2 2



1/2 ym xl lm k k k   (2-2) 由上面關係式，並由波向量之定義，可得到沿管路傳播方向(z方向)之波向量分

量k_z為







2 2



1/2 / lm z w c k k   (2-3) 觀察式(2-3)可知道當w/ck_lm時，波向量分量k_z為實數，意即此時屬傳播模態 (Propagating mode)，聲波在管路中具可向前傳播之特性，由此可定義出管路之 聲波截止頻率(cutoff frequency)為當w/ck_lm時可得到 w_lm ck_lm (2-4) 而當管路中聲波頻率小於此截止頻率時，由式(2-3)觀察可得到沿z方向之波向量 分量kz為



2





2



1/2 / c w k j k_z  _lm (2-5) 此時波向量為虛數，物理意義則代表此時聲波為無法向前傳播之模態，若將此波 向量代入式(2-1)中可得到此模態之管路中聲壓為













jwt lm ym xl lm lm A k x k y k w c ze

p  cos cos exp  2  / 21/2 (2-6) 由式(2-6)亦可觀察得知聲壓為沿著z軸方向以指數比率衰減，也證實當管路中聲 波頻率小於此截止頻率時，聲壓為衰減模態之物理機制。管路中聲場由於邊界條 件之限制，僅有聲音頻率高於截止頻率時，聲波才可向前傳遞能量，而當聲音頻 率低於管路截止頻率時，聲場則呈現指數衰減之模式，此頻率之聲波聲場在距聲 源不遠處即行衰減，故此模態即無法沿長向傳播能量；前述之聲場特性於管路聲 學及消音箱研究中，需要特別納入整體考量。 (二)空調系統組件之聲場衰減及特性 空調管路系統之主要為各種管路元件(element)所組成，依照組件類型主要可 分為風扇(主要之聲源)、直管段、彎管段、分岐段及出風段(或隔柵)，如圖2-3 所示

9 圖 2- 3 空調管路系統組件聲場元件圖 (資料來源: Barron et al.) 各類不同之元件具有不同之聲場特性；在空調管路中主要之空氣音能量衰減因子 為(1)聲音能量與空調管壁間相互作用而衰減、(2)管路開口端因聲阻抗變化造成 聲音能量反射、(3)聲音能量於彎管或分岐段吸收而衰減 三、空調管路之聲學特性 空調系統中由於要將冷空氣能充分輸送至各空間，經常於主幹管中加裝相當 多的分岐管路，而這些分歧管路除了能將冷房效果充分發揮外，也會傳播噪音之 能量，關於不同之管路也具有不同之聲音傳播衰減特性，而對於各類管件單元聲 學特性之研究，亦累積相當多的理論與經驗值，以下對於管路中具代表性之單元 其聲學特性做簡單介紹 (一)分岐管 分岐管為管路中相當常見之元件，聲波經過分岐管路後，其能量將會被分散， 分岐管之聲功率為 _    Sj Si W W i L L ( ) 10log10( )/ (2-7) 上式之物理意義為某i分岐管之聲功率L_W(i)，為該節點聲功率L 扣減衰減量值，_W 而此衰減量值依照該分岐管之斷面積s 與該節點各分岐管路總面積和_i 比值 來分配。



Sj

(二)直管 聲波在管路中傳播會隨著傳撥距離而衰減，這歸咎於空氣中震動粒子會與管 壁摩擦衰減，若當為直管時其單位長度之衰減量為如下表 表 2- 1 直線管路單位長度聲功率衰減量 L_W /L dB/m 倍頻之中央頻率值, Hz W e S P D 4 / 63 125 250 500 ≧1000 0.075 0.59 0.59 0.57 0.53 0.47 0.15 0.59 0.57 0.53 0.47 0.37 0.3 0.57 0.53 0.47 0.37 0.23 0.6 0.53 0.47 0.37 0.23 0.16 1.2 0.47 0.37 0.23 0.085 0.084 2.4 0.42 0.29 0.14 0.033 0.033 備註 _{s為管路之斷面，} w P 為管路周長 (資料來源:Barron et al.) 而當直管中有包覆內襯吸音材料時，吸音材料會吸收部分聲音能量，但因為吸音 材料之加入造成聲波衰減具有頻率特性，於不同之頻率範圍具有不同之衰減行為 ，在低頻段時 1.聲音頻段63 Hz≦f≦2000 Hz 單位長度管路之聲音衰減量為 L_W 4.201.4



L/D_e



(2-8) 式中D 為消音管路之等效水力半徑，計算方式為_e D_e 4S/P_W，L為管路之長度， 而參數



為內襯之吸音材料之吸音係數。 2.聲音頻段2000 Hz<f<8000 Hz 單位長度管路之聲音衰減量為

11

 

1/2 *



10 4.20 1.4( / )



e W L D L     (2-9) 3. 聲音頻段f≧8000 Hz 單位長度管路之聲音衰減量為 L_W 10 dB (2-10) (三)管路開口端之聲音能量衰減 當聲波傳播至管路開口端時，因由四周具邊界限制之管路，傳播至外部無限空間， 此視為兩種不同聲阻抗(Impedance)劇烈變化之物理情形，將會造成聲音反射而衰 減，依據國外之研究此類管路聲能衰減值為如下表所示 表 2- 2 管路開口單位長度聲功率衰減量 L_W/L dB/m; (1/1 倍頻) D f₀ , Hz-m 衰減L_W,dB f₀D, Hz-m 衰減量L_W,dB 5 20.6 70 3.7 10 15.3 80 3.1 15 12.4 90 2.6 20 10.5 100 2.2 25 9.1 120 1.6 30 8.1 140 1.0 35 7.2 160 0.6 40 6.4 180 0.3 50 5.3 >200 0.0 60 4.4 － － (資料來源:Barron et al.)

第二節

消音箱實驗檢測方法與規範

本節將就目前消音箱之性能參數及國內外相關實驗檢測方法做簡要之介紹

及回顧，消音箱設計主要考慮之性能參數為須能達到消除空調系統產生之噪音， 另外亦須減少氣流之壓力損失量，以免雖然具消除噪音性能，但因壓力損失過多 而使整體空調效率不彰 一、消音箱之性能參數 (一)聲學參數 消音箱為管路系統中之消音構件，主要之功能為消散聲音之能量，常用之性 能 評 估 參 數 有 3 種 ， 包 含 (1) 插 入 損 失 IL(Insertion loss) 、 (2) 透 過 損 失 TL(Transmission loss)、及(3)聲壓位準差LD(Level difference)或稱之為NR(Noise

reduction)，主要比較參數採聲場能量功率及聲壓位準之比較 1.插入損失IL(Insertion loss) 插入損失之定義為有、無設置消音設備兩不同情況下，整體管路系統下游端 所輻射之聲音能量位準差值 ) / log( 10 _{1 2} 2 1 L W W L IL _W  _W  (2-11) 上式中W₁為當管路系統中無消音設備時，系統下游所量測之聲功率，而W₂為管 路中安裝消音設備時，系統下游所量測之聲功率，由兩者間之差值來檢測消音箱、 消音設備之性能。物理意義為比較有、無消音箱之不同情況下，下游端所接收到 之能量差，概念上為以接收者之感受到能量不同來定義消音箱之性能。 圖 2- 4 消音箱性能參數:插入損失 IL(Insertion loss)概念圖 (資料來源:本研究整理) 2.透過損失TL(Transmission loss)

13 透過損失之定義為安裝消音箱後，入射至消音箱之能量W 與穿透消音箱後下₃ 游輻射出之能量W₄差值，其物理意義為入射與透射之能量位準差，即為消音箱 本身吸收之能量 4 3 W W L L TL  (2-12) 此參數之觀點為以消音箱為主體，實際求取消音箱之可消除能量為參數定義，用 於評估消音箱本體之消能性能。 圖 2- 5 消音箱性能參數: 透過損失 TL(Transmission loss)概念圖 (資料來源:本研究整理) 3.聲壓位準差LD(Level difference) 聲壓位準差之定義為消音箱上游端之聲壓位準P 與消音箱下游端之聲壓位_n 準P1之差值，其性能參數採用聲場直接量測之聲壓位準值，應用上較為直觀 1 / log 20 p p LD _n dB (2-13) 上式中p 為消音箱上游端任意選定量測點之壓力值，_n p₁為下游端管路任意選定 點之量測壓力值。 圖 2- 6 消音箱性能參數: 聲壓位準差 LD(Level difference)概念圖 (資料來源:本研究整理)

(二)流場壓力相關參數 壓力相關之參數包含消音箱自生氣流噪音、壓力損失及壓力損失係數(ISO 7235)， 簡述如下: 1. 消音箱自生氣流噪音 消音箱自生氣流噪音為在動態具氣流狀態下，由於消音箱為具備消音效果， 常須於箱體管內配設吸音材料或能消減聲音能量之設備，因氣流流經消音箱或消 音段時，因配置前述相關消音材料常造成斷面縮減，此類斷面變化於聲場中形成 阻抗之不連續變化，常造成聲音反射外也對流場形成極大之干擾，而形成渦流或 其他流場擾動，這些效應又形成二次之聲源，而形成消音箱自生氣流噪音。 消音箱自生氣流噪音之計算，係為量測氣流產生之聲功率值，若採用實驗室 量測，由迴響室進行聲場能量量測時，其計算公式為 C D L L_W  _p  _td  (2-14) 式中，L_P 為平均聲壓位準，C為聲壓位準與聲功率位準之差值，Dtd為迴響室側 管路出口端之穿透損失，依據ISO規範計算式為 dB c S f D_td                        ₂ 4 1 log 10  (2-15) 式中，S為風管斷面積，0.36 m2；Ω風管底端樣式，2π；f為頻率，單位Hz；c 為聲音之速度，單位m/s。 2.總壓力損失 依照ISO規範總壓力損失為插入損失時，有、無消音箱或消音段之兩不同情況 下，兩者相對於下游斷面之靜壓差值，計算方式為總壓力損失=無消音段時上下 游斷面靜壓差-有消音段時上下游斷面靜壓差，壓力損失物理意義為以原始通風 管路之靜壓差為基準，計算得到消音箱之靜壓損失量。 3.壓力損失係數 總壓力損係數 定義為

15 2 1 2 1 f t v p     (2-16) 上式中 p_t:總壓力損失(Pa) ₁:消音箱進氣端之空氣密度(kg/ m3) v_f :面速度，為體積流率q /進氣端截面積s，單位為_v m /s 計算時也與壓力損失使用相同概念，以原始通風管路無安裝消音箱之壓損係數為 基準，計算有、無試件兩案例之係數差值，為消音箱之壓力損失係數值。 二、國內外之實驗檢測方法與規範 目前國內外消音箱相關之實驗檢測規範主要包含有ISO、CNS、ASTM、

AMCA(The Air Movement and Control Association International )等大類，其中國內

消音箱聲學性能檢測之CNS 15256標準，為將ISO 7235標準CNS化之成果，採用 與ISO相同之實驗方法進行檢測，檢測設施主要為迴響室法搭配氣流產生風扇設 備，國外測試標準部分，目前於ISO國際標準中與消音箱聲學檢測相關共有4種 現行標準，分別為ISO 11691:1995 Acoustics -- Measurement of insertion loss of ducted silencers without flow -- Laboratory survey method 、 ISO 11820:1996

Acoustics -- Measurements on silencers in situ 、 ISO 14163:1998 Acoustics --

Guidelines for noise control by silencers、及ISO 7235:2003 Acoustics -- Laboratory

measurement procedures for ducted silencers and air-terminal units -- Insertion loss,

flow noise and total pressure loss，其中實驗室量測方法為ISO 7235與ISO 11691，

現場量測法1種為ISO 11820，另外ISO 14163為使用消音箱進行噪音控制之工程 指引；而目前研擬中標準為ISO/NP 11691，ISO系列標準之完整性高，涵蓋由實 驗室量測到現場量測方法，動態有風速及靜態實驗，更包括消音箱降噪之工程指 引，應用範圍廣且完整。

另 一 國 際 常 引 用 之 測 試 規 範 為 ASTM E477 Standard Test Method for

第二章 空調通風管路聲學機制與消音箱檢測方法 第二章 空調通風管路聲學機制與消音箱檢測方法

Laboratory Measurements of Acoustical and Airflow Performance of Duct Liner

Materials and Prefabricated Silencers，除此之外美國AMCA國際組織亦出版相當完

整之消音箱測試規範，包含AMCA 300: 2014 Reverberant Room Method For Sound Testing Of Fans、AMCA 330:1997 Laboratory Method Of Testing To Determine The

Sound Power In A Duct及AMCA 320:2007 Laboratory Methods Of Sound Testing

Of Fans Using Sound Intensity 等 項 測 試 規 範 ； 另 外 中 國 大 陸 也 訂 有 GB/T

25516-2010聲學管道消聲器和風道末端單元的實驗室測量方法，國內及國際之標 準整理如表2.3 表 2- 3 國內外消音箱聲學性能檢測相關實驗標準 項次 標準名稱 發行單位 備註 1 CNS 15256聲學－風管消音箱及空氣終端單元之實驗 室量測程序－插入損失、氣流噪音及總壓力損失 經 濟 部 標 準 檢驗局 由 ISO 7235 標 準CNS化

2 ISO 11691:1995 Acoustics -- Measurement of insertion _{loss of ducted silencers without flow -- Laboratory} survey method

ISO 國 際 標 準組織

3 ISO 11820:1996 Acoustics -- Measurements on silencers _{in situ} ISO 國 際 標

準組織

4 ISO 14163:1998 Acoustics -- Guidelines for noise _{control by silencers} ISO 國 際 標

準組織

5 ISO 7235:2003 Acoustics -- Laboratory measurement _{procedures for ducted silencers and air-terminal units --} Insertion loss, flow noise and total pressure loss

ISO 國 際 標 準組織

6 ASTM E477 Standard Test Method for Laboratory _{Measurements of Acoustical and Airflow Performance of} Duct Liner Materials and Prefabricated Silencers

ASTM

7 AMCA 300: 2014 Reverberant Room Method For Sound Testing Of Fans

AMCA

8 AMCA 330:1997 Laboratory Method Of Testing To Determine The Sound Power In A Duct

AMCA

9 AMCA 320:2007 Laboratory Methods Of Sound Testing Of Fans Using Sound Intensity

AMCA

10 GB/T 25516-2010聲學管道消聲器和風道末端單元的 實驗室測量方法

中國大陸

17

第三節 性能實驗中心消音箱檢測設施及 0206 美濃地震後設備情況

一、本所性能實驗中心消音箱設備介紹 本所建築音響實驗室係國內首座符合ISO國際標準之實驗室，其量測並可符 合ISO、ASTM、JIS及CNS等標準之規定。館內共有9間實驗室，分別為6間迴響 室以及3間全(半)無響室，本實驗室所提供之樓板隔音性能檢測、門(窗)及牆類建 材隔音性能檢測及吸音材吸音性能檢測等項目已取得多項TAF之認證、內政部綠 建材性能試驗機構試驗項目認可、及建築新技術新工法新設備及新材料隔音性能 試驗機構認可，可提供各項建築音響性能試驗，並配合我國綠建材標章制度之推 動，整合國內綠建材產品檢測技術服務，作為產學研合作研發平台。 消音箱性能檢測設備部分，檢測設備由一迴響室(編號R1)與一組與聲源室結 合之消音箱測試系統組成，迴響室之內容積為250 m3_{，截止頻率為100 Hz，設計} 之操作頻寬為100~10k Hz，背景噪音等級為NR-5。變頻式之風扇驅動系統可調 整輸出0~10 m/s之風速，並可改變正、逆向之氣流傳播方向。可量測之消音箱長 度最長為4 m，測試風管斷面尺寸之寬與高分別為0.9 m*0.4 m。目前取得ISO 7235、 CNS 15256測試規範之TAF認證。相關設備設施如圖2-7、圖2-8所示。 圖 2- 7 性能實驗中心消音箱性能實驗設施(測試段) (資料來源:本研究整理)

圖 2- 8 性能實驗中心消音箱性能實驗設施剖面圖 (資料來源:本研究整理) 實驗設施主要由聲源室、風管測試段及R1迴響室所組成，搭配造風之風扇設備 可提供氣流模擬動態運轉時情形，測試原理為由聲源室以全頻譜之聲源發出測試 音，聲波傳播經過風管測試段後，透過之聲音能量於右方銜接之R1迴響室內接 收，實驗時於迴響室內佈設5支麥克風做聲場量測，並於聲源室佈設1支麥克風以 作為聲源處聲場狀態監控，量測時使用B&K Type 3560多頻道分析儀進行同步聲 場即時量測，流場部分之溫度、濕度、上下游斷面總壓與靜壓與環境大氣壓力則 以壓力量測儀進行量測，完成所有數據量測後進行後續計算，最後由比對計算空 件(無試件)與安裝測試件兩不同情況下之所量測聲場能量與壓力數值，可得出測 試件消音箱之插入損失與壓損值。 二、0204美濃震災損傷情況 105年2月4日南臺灣發生美濃地震，震央位於高雄市美濃區，芮氏規模6.6， 最大震度為臺南市新化7級，臺南市震災相對嚴重，該地震造成實驗室迴響室實 驗艙體位移，其中消音箱實驗檢測之風管測試段因地震側向力作用而造成位移， 如圖2-9所示，另外流場量測設備(皮托管，訊號傳輸基板等)亦損壞，地震後於2 月19日邀請原協助實驗室建置之中科院陳金文工程師進行現場勘查，確認損害情 況及修復需求內容與順序，囿於經費有限及為縮短修復時程降低實驗檢測服務影 響，105年優先辦理實驗檢測服務影響較大之R6(吸音)、R2/R3(樓板)實驗室委外

19 修復。 圖 2- 9 性能實驗中心消音箱性能實驗設施風管測試段災損情況 (資料來源:本研究整理) 消音箱實驗檢測設備之測試段修復則納入實驗室自行修復，包含採購置新的 空管段進行更換位移之原測試段、購置皮托管連接管線，更換損壞之壓力量測皮 托管路系統，及購置更新壓力量測儀器設備，以重建壓力量測系統，另外亦將聲 場分析用之分析儀等設備一併進行整理修復。 (a) (b) 圖 2- 10 性能實驗中心消音箱性能實驗設施風管測試段修復情況(a)訂製之測試 用風管(b)更換新管後之情況 (資料來源:本研究整理)

(a) (b) 圖 2- 11 性能實驗中心消音箱性能實驗設施壓力量測用皮托管修復情況(a)將舊 有老化與因地震損壞之管路卸除(b)購置新管線進行總壓與靜壓量測皮托管管路 拉線與更換 (資料來源:本研究整理)

21

第三章 設施修復後量測驗證實驗項目

本節將就目前消音箱設施於硬體檢修復原後之性能參數，依照CNS/ISO標準 內容之規定，規劃相關性能驗證實驗項目，以就修復後性能進行實驗量測，消音 箱設計主要考慮之性能參數為須能達到消除空調系統產生之噪音，主要量測內容 分類為聲場與流場壓力參數，相關量測使用之設備主要為隨機聲場麥克風及壓力 量測儀搭配皮托管。

第一節 聲場

性能驗證實驗項目

R1消音箱之實驗設施可分為三大區塊，分別為R1迴響室、聲源室、及風管 測試段，其中聲源室與R1迴響室之功能主要涉及聲場量測部分，另風管測試段為 消音箱試件安裝測試段，在此段則有流場壓力之量測設備。以下就前揭之各區塊 實驗項目內容進行說明 一、R1迴響室 R1迴響室設計為一RC構造，建築結構為7面體之造型，其實驗目的為消音箱 實驗設施之受音室，故需要有一內部聲場穩定均勻之特性，原設計7面體之空間 特色為室內平面空間中各牆面為非平行面，另外天花板與地面亦非平行面，以防 止室內聲場產生駐波(Standing wave)之效應，即於某一頻率特定波長之聲波， 其波長恰好與室內兩壁面間之距離相似，此時將會造成能量之震動而使的迴響室 內之聲場劇烈震盪，形成室內之聲場均勻度不佳。 本研究依據CNS 15256/ISO 7235之規定，R1迴響室進行之性能驗證項目包含 迴響室背景噪音量測、聲場均勻度量測、及溫溼度偏差量量測等項目，各項目整 理分類如表3-1，相關內容分述如下 (一) 迴響室背景噪音量測 由於R1迴響室之主要功能係作為消音箱實驗設施接收側聲場量測，為避免

背景噪音過大對實際透過消音箱之聲場干擾，於測試規範中規定須做相關背景噪 音量測，以確定相關背景噪音量為可接受並符合測試規範。 表 3- 1 R1 迴響室聲場性能量測項目 R1迴響室聲場量測驗證項目表 項目 驗證參考規範 量測物理量 迴響室背景噪音 ISO 7235 5.3及ISO 3741規定 聲壓 聲場均勻度 ISO 3741 聲壓 溫溼度偏差 ISO 3741 溫度及濕度 (資料來源: 本研究整理) 於背景噪音量測時，主要參酌ISO 7235 5.3及ISO 3741規定及陳金文等之研究， 量測時採用測點均佈於迴響室內之量測方式，為避免迴響室內靠近四周壁面之局 部聲場之干擾，麥克風高度設定須大於1.5 m，朝向上方，另外各量測點位距離 四周牆面至少2 m，其佈設方式如圖3-1所示。 圖 3- 1 R1 迴響室背景噪音量測點位示意圖 (資料來源:陳金文等)

量測儀器採用B&K 4943 自由聲場麥克風、B&K TYPE 3560多頻道頻譜分析儀作為 訊號之接收與分析，進行聲壓量測前各量測麥克風先依照程序以B&K TYPE 4231

23

聲音校正器進行靈敏度校正，以確保實驗精確度

(a) (b) (c)

圖 3- 2 R1 迴響室聲場量測儀器圖(a) B&K 4943 自由聲場麥克風(b) B&K TYPE 3560 多頻道頻譜分析儀(c) B&K TYPE 4231 聲音校正器 (資料來源:本研究整理) (二)聲場均勻度 聲場均勻度主要為檢測R1迴響室之室內空間於不同之位置，量測所得聲場值 大小，由於消音箱實驗中迴響室之功能為作聲功率量測使用，於CNS 15256/ISO 7235規範規定，為使聲場量測結果達到需要的精度，量測聲場時須做空間與時間 之平均，其中空間平均即為於迴響室內不同位置點做聲壓位準取樣，故對於迴響 室空間中之聲場均勻度需做一定之性能規範。 實驗中依照ISO 7235 5.3及ISO 3741規定及陳金文等之研究，以變換不同聲 源位置，搭配多點之麥克風測點進行聲場均勻度之檢測，各點位之配置如圖3-3 所示

圖 3- 3 R1 迴響室聲場均勻度量測點位示意圖 (資料來源:陳金文等) 其中聲源採用方向性聲源(JBL, SR-X series)為發聲聲源進行聲場激振，本測試以 變換5個不同聲源位置來進行多次量測，以確保迴響室之各個模態(Room mode) 能被充分的激發，而為使量測結果能精確，接收麥克風亦採用5不同位置點同步 接收方式進行，共需進行5次25點量測以求取聲場均勻度。 圖 3- 4 R1 迴響室聲場均勻度量測用 JBL 方向性聲源 (資料來源:本研究整理) (三)溫溼度偏差測試 迴響室內之聲場量測原始參數為聲壓，由於聲波於空氣中傳播，空氣之溫度、 濕度之變化對聲波衰減具有影響，為求量測結果精確，ISO 7235 5.3及ISO 3741

25

中有對迴響室內不同位置之溫濕度變化範圍有相關規定，研究參考其規定，採用 與背景噪音量測之點位方式(圖3-1)，進行不同點位之迴響室空間溫度及濕度量 測，量測儀器採用TSI AIR FLOW TA465儀器搭配溫溼度探棒進行迴響室室內之溫 濕度量測，可同步紀錄室內不同點位之溫度及濕度數據。

圖 3- 5 R1 迴響室溫溼度量測用 TSI AIR FLOW TA465 儀器搭配溫溼度探棒 (資料來源:本研究整理及TSI)

二、聲源室

在消音箱檢測中，噪音源係由安置於半無響空間之聲源室，搭配內置指向性 聲源所組成，此聲源室透過轉換段(Transition element; ISO 7235 5.2.2)銜接消音 箱測試段，相關配置如圖3-6所示

圖 3- 6 R1 迴響室聲源室與轉換段配置 (資料來源:本研究整理)

聲源室部分，依照CNS 15256/ISO 7235規範之內容，需進行聲場之量測檢核，包 含平面波聲場及量測定截面積風管之縱向衰減量兩項測試，於聲源室平面波模態

部分，規範之方式為採用聲源直接發聲及以聲源室，搭配內置指向性聲源所組成 兩種不同聲源配置方式，比較其測得之插入損失量，若兩種不同配置聲源所測得 之插入損失值符合差距範圍，則可確保聲源產生之聲場為符合平面波模態。 另外之定截面積風管之縱向衰減量則參考CNS 15256/ISO 7235規範附錄F 之規定方式，採由麥克風於管內沿軸向移動不同位置進行聲壓量測，以求得每單 位長度之衰減量，實驗項目整理如表3-2所示 表 3- 2 聲源室性能量測項目 聲源室聲場量測驗證項目 項目 驗證參考規範 量測物理量 平面波聲場 ISO 7235 附錄A 聲壓 縱向衰減量 ISO 7235 附錄F 聲壓 (資料來源: 本研究整理) 三、風管測試段 實驗設備之風管測試段部分，由於聲波通過安裝消音箱測試段後，需銜接後 端量測聲音能量之R1迴響室，此銜接段稱之為銜接組件(Transmission element)， 其功能為將聲波由測試段導引進入R1迴響室中，設施配置如圖3-7所示 圖 3- 7 消音箱風管測試段與 R1 迴響室間之銜接組件配置示意圖 (資料來源:本研究整理) 由於此銜接組件(Transmission element)之功能主要為導引聲波傳播進入後端迴響

27 室中，為避免聲音能量之反射過多而造成透射部分損失，使量測之結果失真，依 據測試規範之內容需進行銜接組件之聲壓反射係數量測，量測內容整理如表3-3 所示 表 3- 3 風管測試段銜接組件性能量測項目 風管測試段-聲場量測驗證項目 項目 驗證參考規範 量測物理量 銜接組件聲 壓反射係數 ISO 7235 附錄B 聲壓 (資料來源: 本研究整理) 量測方式主要以單頻音為聲源，將麥克風沿銜接組件佈設後，沿軸向變換不同位 置進行聲壓量測，將所測得之聲壓值依照CNS 15256/ISO 7235規範附錄B之式(B.1) 計算反射係數，此反射係數值需符合規範之規定範圍。

第二節 消音箱實驗設施流場

性能驗證實驗項目

消音箱性能量測除前述之聲場外，另一主要之量測參數為流場，包含環境溫 溼度、壓力(總壓及靜壓)、大氣壓力與體積流率等，量測相關流場方式採用上、 下游兩斷面配置方式，中間則為消音箱安裝測試段，配置方式可參考圖3-8所示， 其中總壓與靜壓需在上下游斷面做量測，而環境溫濕度及體積流率等參數則於上 游斷面進行測量。

圖 3- 8 消音箱風管測試段流場量測斷面配置示意圖 (資料來源:本研究整理) 風管測試段之量測驗證，依CNS 15256/ISO 7235規範之規定，項目包含管道內上、 下游段面不同量測點位壓力之均勻性，及流速均勻性等，以確保壓力及流速量測 結果之變異性在可接受之範圍內。相關之實驗量測項目及所依據之測試規範整理 如表3-4所示 表 3- 4 風管測試段流場性能量測項目 風管測試段-流場壓差量測驗證項目 項目 驗證參考規範 量測 物理 量 上 游 斷 面 管 內 壓 差 均 勻 性 ISO 7235 5.4.2 壓力 下 游 斷 面 管 內 壓 差 均 勻 性 ISO 7235 5.4.2 壓力 流 量 體 積 流 率&流速均勻 性 ISO 7235 5.4.2 & 6.5.2 壓力 (資料來源:本研究整理)

29 其中依據測試規範規定，對於測試段中壓力與流速之量測點位有位置之要求，包 含距離消音箱安裝位置為1.5D，D為風管之斷面縱向幾何尺寸，另於管內量測取 樣點位亦有相關規定，如圖3-9所示。 圖 3- 9 消音箱風管測試段流場量測量測取樣點 (資料來源:CNS15256及陳金文等)

第四章 量測驗證實驗結果

本研究依照前面之量測驗證項目，並參考規範規定方式，進行R1消音箱設施 修復及相關量測驗證工作，並將儀器量測所得數據進行分析。除進行設施修復調 整作業外；目前完成之量測驗證項目包含R1迴響室聲場均勻度之測試、R1迴響室 背景噪音量測、R1迴響室不同點位溫溼度均勻度量測及風管測試段銜接組件聲場 反射係數量測等4大項實驗驗證。

第一節 R1 迴響室聲場均勻度量測驗證

R1迴響室聲場均勻度之量測方式為採用不同之聲源位置，於迴響室中激振，藉由 聲源位置變換藉以激振出迴響室之不同室內模態(Room mode)，及由聲場中不同 點位聲壓位準量測結果，經統計分析後來評估聲場均勻性，本研究採用變換5個 不同聲源位置，搭配室內配置5個量測點位進行聲場量測方式，進行實際聲場量 測，各聲壓位準實測結果分述如下 一、聲源位置1 本案例之聲源位置配置方式如圖4-1所示，聲源採用JBL方向性聲源，接收麥克風 則於R1迴響室中佈設5支B&K Type 4943麥克風(含前置放大器)，布置時麥克風間 距離至少0.7m、麥克風與餘響室內牆距離至少0.7m、麥克風與測試件及音源距離 至少1m、高度至少1.5m，以避免迴響室內局部音場之干擾造成量測結果之誤差。

31 圖 4- 1 聲場量測量測麥克風取樣點、及聲源位置圖(聲源位置 1) (資料來源:本研究整理) 聲源訊號以規範建議之白噪音(White noise)為音源信號，經量測後，各量測麥 克風所測得各聲場之聲壓位準數值如圖4-2至4-4所示 (a) (b) 圖 4- 2(a)測點 1 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 2 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 3(a)測點 3 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 4 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) 圖 4- 4 測點 5 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) 二、聲源位置2

續改變聲源位置至迴響室中之第2角點位置，如圖4-5所示，以進行聲源位置2 之迴響室內聲壓位準量測 圖 4- 5 聲場量測量測麥克風取樣點、及聲源位置圖(聲源位置 2) (資料來源:本研究整理) 聲源訊號以規範建議之白噪音(White noise)為音源信號，經量測後，各量測麥 克風所測得各聲場之聲壓位準數值如圖4-6至4-8所示 (a) (b) 圖 4- 6(a)測點 1 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 2 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 7(a)測點 3 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 4 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理)

33 圖 4- 8 測點 5 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) 三、聲源位置3 續改變聲源位置至迴響室中之第3角點位置，如圖4-5所示，以進行聲源位置3 之迴響室內聲壓位準量測 圖 4- 9 聲場量測量測麥克風取樣點、及聲源位置圖(聲源位置 3) (資料來源:本研究整理) 聲源訊號以規範建議之白噪音(White noise)為音源信號，經量測後，各量測麥 克風所測得各聲場之聲壓位準數值如圖4-9至4-11所示 80 85 90 95 100 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1,000 1,250 1,600 2,000 2,500 3,150 4,000 5,000 dB Frequency Hz

測點5 SPL位準圖(聲源位置2)

(a) (b) 圖 4- 10(a)測點 1 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 2 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 11(a)測點 3 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 4 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) 圖 4- 12 測點 5 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) 四、聲源位置4 續改變聲源位置至迴響室中之第4角點位置，如圖4-5所示，以進行聲源位置4 86 88 90 92 94 96 98 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1,000 1,250 1,600 2,000 2,500 3,150 4,000 5,000 dB Frequency Hz

測點5 SPL位準圖(聲源位置3)

35 之迴響室內聲壓位準量測 圖 4- 13 聲場量測量測麥克風取樣點、及聲源位置圖(聲源位置 4) (資料來源:本研究整理) 聲源訊號以規範建議之白噪音(White noise)為音源信號，經量測後，各量測麥 克風所測得各聲場之聲壓位準數值如圖4-13至4-15所示 (a) (b) 圖 4- 14(a)測點 1 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 2 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 15(a)測點 3 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 4 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理)

圖 4- 16 測點 5 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) 五、聲源位置5 續改變聲源位置至迴響室中之第5角點位置，如圖4-5所示，以進行聲源位置5 之迴響室內聲壓位準量測 圖 4- 17 聲場量測量測麥克風取樣點、及聲源位置圖(聲源位置 5) (資料來源:本研究整理) 聲源訊號以規範建議之白噪音(White noise)為音源信號，經量測後，各量測麥克 風所測得各聲場之聲壓位準數值如圖4-17至4-19所示 80 85 90 95 100 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1,000 1,250 1,600 2,000 2,500 3,150 4,000 5,000 dB Frequency Hz

測點5 SPL位準圖 (聲源位置4)

37 (a) (b) 圖 4- 18(a)測點 1 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 2 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 19(a)測點 3 量測所得之 SPL 頻譜圖(b) 測點 4 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) 圖 4- 20 測點 5 量測所得之 SPL 頻譜圖 (資料來源:本研究整理) 量測結果分析如下，在聲場均勻度方面，由R1迴響室之聲場量測結果分析各頻帶 之聲壓位準標準差後，如表5-1所示 表 4- 1 R1 迴響室內聲場均勻度標準差結果

頻率 point1 point2 point3 point4 point5 標準差 100 94 91 92 90 90 1.49 125 86 86 85 87 87 0.69 160 92 93 92 92 90 1.12 200 94 94 92 92 93 0.78 84 86 88 90 92 94 96 98 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1,000 1,250 1,600 2,000 2,500 3,150 4,000 5,000 dB Frequency Hz

測點5 SPL位準(聲源位置5)

第四章 量測驗證實驗結果

250 92 92 92 91 89 1.00 315 92 92 92 91 90 0.60 400 92 91 92 91 91 0.31 500 92 93 92 91 92 0.56 630 91 92 91 92 91 0.41 800 93 93 93 93 93 0.13 1000 92 92 92 92 92 0.22 1250 90 90 90 89 89 0.33 1600 94 93 93 93 93 0.17 2000 96 95 96 96 95 0.37 2500 97 96 96 96 96 0.30 3150 96 96 96 97 96 0.20 4000 93 92 92 92 92 0.43 5000 94 93 93 93 93 0.33 (資料來源:本研究整理) 依據ISO 3741建議之迴響室均勻度標準差，於1/3倍頻100~160 Hz為1.5 dB、而 於200~630 Hz區間為1 dB，於800~2500 Hz區間為0.5 dB，於3150 Hz以上為1 dB， 由目前量測之結果可知，100~160 Hz標準差為1.49 dB、而於200~630 Hz區間為1 dB，於800~2500 Hz區間為0.37 dB，於3150 Hz以上為0.43 dB，尚於規定之限值 內。

第二節 R1 迴響室聲場背景噪音及溫溼度量測驗證

背景噪音值之量測，其麥克風佈設方式與聲場均勻度相同，採用5點均佈於R1 迴響室內之方式，由於背景噪音值易受周邊環境影響，為增加精確度，本研究共 進行3次重複之背景噪音值量測，各量測結果之平均值如圖4-20至4-22所示

39 圖 4- 21 R1 迴響室背景噪音量測所得之 SPL 頻譜圖(量測 1) (資料來源:本研究整理) 圖 4- 22 R1 迴響室背景噪音量測所得之 SPL 頻譜圖(量測 2) (資料來源:本研究整理) 0 5 10 15 20 25 30 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 _{1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000} dB Frequency, Hz

第1次背景噪音SPL結果(平均值)

0 5 10 15 20 25 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 _{1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000} dB Frequency, Hz

第2次背景噪音SPL結果(平均值)

圖 4- 23 R1 迴響室背景噪音量測所得之 SPL 頻譜圖(量測 3) (資料來源:本研究整理)

另外R1迴響室溫濕度均勻度部分，本研究採用TSI AIR FLOW TA465儀器搭配溫溼 度探棒進行不同位置量測，點位數量共6點，採用迴響室內均佈方式，每一測點 可同步進行溫度、濕度、大氣壓力及靜壓參數之量測，將儀器佈設於迴響室內量 測，量測結果如表4-2所示 表 4- 2 R1 迴響室內環境參數量測結果 量測 點位 靜壓 Pa 溫度 deg C 相對溼度% rh 大氣壓 hPa 1 3.9 30.3 69.6 1004.6 2 4 31.3 68.8 1004.6 3 4 31.9 66.8 1004.6 4 4 32.4 67.4 1004.6 5 4 32.7 66.9 1004.5 6 4 32.9 68.8 1004.5 (資料來源:本研究整理) 依據ISO 3741 5.5節之規定內容，量測用迴響室內不同點位量測之溫、溼度偏差 0 5 10 15 20 25 30 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 _{1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000} dB Frequency,Hz

第3次背景噪音SPL量測結果(平均值)

41 容許量為±3 ℃，±5％，比較量測相關結果後發現溫度及濕度偏差量尚在範圍之 內，可符合ISO 3741 5.5節之容許範圍。

第三節 風管測試段銜接組件反射係數量測驗證

風管測試段由於聲場由前端聲源室發出後，傳播經過風管測試段，其聲音能 量需藉由測試段銜接組件引導，傳入後端R1迴響室中，以便於R1迴響室內配置接 收麥克風等，進行聲音能量之量測，故此測試段銜接組件需具備引導聲音能量之 功能，依照測試規範則以單頻音為音源，於聲源室發出後，將單一麥克風沿銜接 組件長軸向，每距10 cm間距取一量測點位，進行聲場量測，本研究依循此方式， 麥克風布置方式採10 cm間距，共沿銜接組件長軸向量測15點，如圖4-23所示 圖 4- 24 測試段銜接組件反射係數量測麥克風設置方式 (資料來源:本研究整理) 測試之單頻音頻率參考ISO/CNS測試規範，及陳金文等之研究，研究中選擇100 Hz 及125 Hz為測試聲源頻率，各點之聲壓量測結果如圖4-24至4-38所示 (a) (b) 圖 4- 25 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 1) (資料來源:本研究整理)

(a) (b) 圖 4- 26 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 2) (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 27 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 3) (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 28 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 4) (資料來源:本研究整理)

43 (a) (b) 圖 4- 29 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 5) (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 30 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 6) (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 31 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 7) (資料來源:本研究整理)

(a) (b) 圖 4- 32 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 8) (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 33 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 9) (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 34 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 10) (資料來源:本研究整理)

45 (a) (b) 圖 4- 35 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 11) (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 36 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 12) (資料來源:本研究整理) (a) (b) 圖 4- 37 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 13) (資料來源:本研究整理)

(a) (b) 圖 4- 38 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 14) (資料來源:本研究整理) (a) (b) (c) (d) 圖 4- 39 測試段銜接組件聲壓 (a)100 Hz(b)125 Hz 時間域量測結果(測點 15) 及(c)100 Hz 斷面各點反射係數(d)125 Hz 斷面各點反射係數結果 (資料來源:本研究整理) 上圖之(c)、(d)為經變換不同量測點位置，量測聲壓後，依據CNS 15256/ISO 7235 規範附錄B，由式(B.1) 1 10 1 10 20 / 20 /    _L_l r 計算所得之斷面各點反射係數值，式中 L 為量測之聲壓值中最大與最小聲壓值差，若將延斷面各點之反射係數值取平均後， 其反射係數平均值分別為r 0.3(125 Hz)及r0.33(100 Hz)，與CNS 15256/ISO 7235規範表5中規定比較，於反射係數最大值於100 Hz為0.4，而125 Hz為0.3，可 知量測結果符合測試規範。