本文件描述了一种测量表面方向性扩散系数的方法。 扩散系数描述表面反射声方向性分布的均匀性，是衡量表面声散射特性的一个指标，用于向生产和使用者说明表面的声扩散性能，也为室内声学预测模型的开发人员和用户提供信息。但是，扩散系数不适合直接作为室内的几何声学模型中现行扩散算法的输入量。 本文件还详细描述了自由场中表面声扩散特性的表征方法。

ICS91.120.20
CCs A 42;P 31
中华國人民共和国國国家标准國GB/T21228.2—2023/IS017497-2:2012声学
表面声散射特性
第2部分：自由场方向性扩散系数测量Acoustics—Sound-scattering properties of surfacesPart 2:Measurement of the directional diffusion coefficient in a free field(IS017497-2:2012, IDT)
2023-05-23发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2023-12-01实施
引言，
21228.2—2023/ISO 17497-2:2012范围
规范性引用文件
术语和定义
测量原理
频率范围
测量安排
测量环境
测量区域
测试方法
测试信号
声源和接收设备
极坐标响应的处理
结果表达
方向性扩散系数
规范化方向性扩散系数
面积因子计算
无规入射扩散系数
结果表达
测试报告
附录A
(规范性）
空间要求
环境条件
放置要求
参考文献
测量空间的要求
GB/T21228.2—2023/IS017497-2:2012本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件是GB/T21228《声学表面声散射特性》的第2部分。GB/T21228已经发布了以下部分：
一第1部分：混响室无规人射声散射系数测量：一第2部分：自由场方向性扩散系数测量。本文件等同采用IS017497-2:2012《声学表面声散射特性第2部分：自由场方向性扩散系数测量》。
本文件做了下列最小限度的编辑性改动：更改了图1的标引序号说明5，将IS017497-2:2012中的“接收器”改为“接收点轨迹（弧线或球面)”，使解释更清晰。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由中国科学院提出。
本文件由全国声学标准化技术委员会(SAC/TC17)归口。本文件起草单位：中国科学院声学研究所、同济大学、杭州爱华智能科技有限公司、重庆大学、郑州宏森节能科技有限公司、东南大学、中国建筑科学研究院有限公司、南京大学、青岛理工大学。本文件主要起草人：吕亚东、李晓东、程晓斌、莫方朔、熊文波、蒋国荣、俞悟周、谢辉、张建勋、傅秀章、谭华、陶建成、徐欣、尹铋、刘碧龙。1
GB/T21228.2—2023/IS017497-2:2012引言
表面声散射程度在室内声学的各种场合（如：音乐厅、录音棚、车间和混响室等)中非常重要。室内散射和吸收的程度是影响室内音质的重要因素。本文件涉及散射表面的测量和表征。GB/T21228拟分为以下部分。
一一第1部分：混响室无规入射声散射系数测量。目的在于描述由表面粗糙度引起的来自表面的声反射偏离镜面反射的程度
一一第2部分：自由场方向性扩散系数测量。目的在于描述表征扩散表面质量的表面声散射的空间分布特性。
GB/T21228的第1部分引入的无规入射声散射系数与本文件描述的方向性扩散系数是两个不同的概念，前者描述声散射的程度，后者描述声散射的方向性均匀度，二者有相关性，它们各自有不同的应用场合。
1范围
GB/T21228.2—2023/IS017497-2:2012声学表面声散射特性
第2部分：自由场方向性扩散系数测量本文件描述了一种测量表面方向性扩散系数的方法。扩散系数描述表面反射声方向性分布的均匀性，是衡量表面声散射特性的一个指标，用于向生产和使用者说明表面的声扩散性能，也为室内声学预测模型的开发人员和用户提供信息。但是，扩散系数不适合直接作为室内的几何声学模型中现行扩散算法的输入量。本文件还详细描述了自由场中表面声扩散特性的表征方法。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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。
ISO 266声学优选频率(Acoustics—Preferredfrequencies）注：GB/T3240—1982声学测量中的常用频率（neqISO266:1975）IEC61260电声学倍频程和分数倍频程滤波器(Electroacoustics—Octave-bandandfractional-octave-band filters)
注：GB/T3241—2010电声学倍频程和分数倍频程滤波器（IEC61260:1995,MOD）3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
声线soundray
自声源点发出，跟踪声传播的某一可能方向的线3.2
镜面反射specularreflection
遵循斯奈尔(Snell）定律（即反射角等于入射角）的反射。注：镜面反射能通过远大于入射声波长的刚性平面来近似得到。3.3
specularzone
镜面反射区
由来自虚声源的声线所包围的区域（即特定参考平面与围绕参考平面边缘的声线以及接收点弧线或球面所构成的区域）。
注1：参考平面为刚性平面，具有与试件表面相同的投影形状或占地面积。注2：虚声源到接收点的声线穿过扩散体的位置为镜面反射点（见图1）。GB/T21228.2—2023/IS017497-2:2012标引序号说明：
-声源；
2——镜面反射区；
3扩散体；
4—虚声源；
接收点轨迹(弧线或球面)。
图1镜面反射区域示意图
远场farfield
来自试件表面的反射声声压级随距离加倍而衰减6dB的区域。注：在近场中，声场各方向的分布形状取决于与扩散体的距离。3.5
单维扩散体
single plane diffuser
表面明确显示出各向异性特性的扩散体，例如圆柱体或一维施罗德(Schroeder）扩散体。注：对于这些表面，扩散是在最大扩散面测量的。3.6
多维扩散体
multiple-plane diffuser
表面显示出更接近各向同性特性的扩散体，例如半球或二维施罗德(Schroeder）扩散体。注：对于这些表面，半球评价是适当的，可得到一个单一的扩散系数。另外，可在两个正交平面中进行测量。3.7
semicircularpolarresponse
半圆形极坐标响应
自由场或近似自由场条件下，在指定平面内以参考点为中心、参考法线为极轴的适当半径的半圆上测得的作为极坐标函数的表面散射声能声压级。注：参考法线是与参考平面垂直并指向外的失量，参考点是参考平面的几何中心。3.8
半球形极坐标响应
hemisphericalpolarresponse
自由场或近似自由场条件下，在以参考点为中心、参考法线为极轴的半球面上测得的作为球坐标函数的表面散射声能声压级。
方向性扩散系数
directional diffusion
coefficient
单声源位置辐射时，衡量表面声扩散均匀性的指标GB/T21228.2—2023/IS017497-2:2012注：ds.的值在0～1之间。当表面完全扩散时，扩散系数为1。然而，实际扩散体很少具有高于0.7的扩散系数。如果所有接收点位置中仅有一处接收到非零散射声压，则扩散系数为0。下标θ表示相对于参考表面法线的俯仰角。下标Φ表示方位角。
无规入射扩散系数randomincidencediffusioncoefficientd
多声源位置辐射时，在半圆弧上测得的单维扩散体的扩散均匀性指标或在半球面上测得的半球形扩散体的扩散均匀性指标。
注：使用不同声源位置下的方向性扩散系数的平均值或计权值来计算该扩散系数，如8.4中所述。在6.2.2中给出了实现代表性声源样本的指南。无下标的d表示无规入射扩散系数。3.11
规范化方向性扩散系数normalizeddirectionaldiffusioncoefficientdg4 .n
以参考平面进行规范化处理的试件的方向性扩散系数，3.12
规范化扩散系数
normalized diffusioncoefficientdg
从规范化方向性扩散系数确定的无规人射扩散系数。3.13
实物缩尺比例
physicalscaleratio
实物缩尺模型的任一线性尺度与足尺实物同一线性尺度之比。注：用于声学测量的缩尺模型中的声波波长遵循同样的实物缩尺比例。因此，如果缩尺模型与足尺实物采用同样的声速，则模型测量所用的频率是足尺实物所用频率的N倍。4测量原理
扩散系数是表面反射声能空间分布的量化指标，该空间分布由反射声压级在极坐标或球坐标系中方向性来描述。用一声源照射试件表面，并且在表面前方放射状布置多个传声器测量声音。使用第7章中概述的步骤从传声器信号中提取反射声。使用第8章所示的公式从反射声压级计算扩散系数。计算规范化扩散系数是为了消除边缘效应，该效应会导致扩散系数随频率增加而减小。传声器位置宜布置成半圆形或半球形，分别用于平面测量或半球测量，以获得半圆形极坐标响应或半球形极坐标响应。可使用二维测角仪来测量单维扩散体，测量可使用边界平面或在消声室中进行。对于多维扩散体，可在二维测角仪的正交平面中进行两个单平面测量，这是最快速和最简单的方法，也可使用三维测角仪进行半球形测量。三维测角仪半球形测量示例见图2，二维边界平面测量示例见图3。
5频率范围
对于足尺实物测量，应按ISO266和IEC61260规定的1/3倍频程进行测量，其中心频率在100Hz～5000Hz频率范围内。如果采用1:N实物缩尺比例，则测量中心频率宜在Nx100NX5000
Hz频率范围内。
GB/T21228.2—2023/IS017497-2:2012如果缩尺模型填充的气体声速不同于空气声速，则测量频率应按波长遵循实物缩尺比例1：N进行选择。
如果空气衰减过大，则测量可忽略高频。6测量安排
6.1测量环境
附录A给出了测量环境的技术细节，可采用合格的消声室，这种测量设置如图2所示。此外，如果采用附录A中描述的某些技术，则可使用大的非消声空间来模拟无声反射环境。图2三维测角仪
如果符合附录A的条件，也可进行边界测量，单个平面的测量可不采用消声空间。这种测量设置如图3所示。
GB/T21228.22023/IS017497-2:2012图3二维边界测量技术
可使用缩尺模型来评估试件表面的扩散。如果缩尺模型与足尺实物采用同样的声速，则模型测量所用的频率应是足尺实物所用频率的N倍。试件在缩尺模型等效频率下的吸声特性应与所对应的足尺实物原频率下的吸声特性相同。考虑试件吸声时，应包括边界层黏滞效应造成的损耗，这将制约可用的缩尺模型比例。
6.2测量区域
6.2.1近场测量与远场测量
扩散体可能用于部分或全部的声源和接收点处于近场的情况。在这种情况下，用于确定扩散系数的测量宜分别在实际应用的近场和远场位置上进行。远场测量用于监测实际的扩散量，近场测量应用于检查近场声场畸变，特别是声聚焦。如果扩散体仅用于远场声源和接收点，则上述规则不适用，在这种情况下，只能在远场进行扩散系数测量。
当进行试件比较时，应在每种情况下使用相同几何形状的试件，以避免误差。应在报告中说明完整的几何信息、声源位置、接收点位置、试件尺寸和结构，6.2.2远场测量
如果至少80%的接收点位置在镜面反射区域以外，则可获得近似的远场条件，见图4。声源到参考点距离宜为10m，接收点所处的半圆或半球的半径宜为5m。测量时接收点采样的步进角度不应超过5°（即△θ≤5°和△p≤5°)，可采用离散的固定位置系统或连续移动系统来实现。
GB/T21228.2—2023/IS0
17497-2:2012
标引序号说明：
方向性扩散系数；
接收弧半径；
80%的接收点在镜面反射区域之外的分界线。10
图4扩散系数随接收点距离的变化100
为获得半球形扩散体的无规入射扩散系数，应根据表1给出的俯仰角和方位角来选择覆盖半球的声源位置。角度的定义见图7。对于简易级别的测量，宜采用表1中编号为1、8、10和12的四个位置。当采用二维边界测量技术时，优选的声源位置相对于参考法线的俯仰角为0°、土30°和土60°。表1半球测量的声源位置
单位为度bZxz.net
位置编号
近场测量
俯仰角e
方位角
近场接收点和声源位置宜选取预期实际应用的代表性位置。如果这些位置未知，声源和接收点位置的选择要保证能测量到典型实际应用位置中发生的声聚焦效应，6
63试件
6.3.1单维扩散体
GB/T21228.2—2023/IS0 17497-2:2012单维扩散体试件，应在一个方向(x）上具有恒定的表面结构和声阻抗。通常在与x正交的平面中测量扩散系数，即可获得最大扩散面的性能参数。表面结构和阻抗的均匀性宜事先通过目视检查来判断。
6.3.2多维扩散体
当目视检查不能确定均匀性时，宜进行多维扩散系数的测量。通常在两个正交平面中进行测量就足以确定试件表面是否是各向异性的。进而，半球测量或一系列平面测量可全面测出试件表面的声扩散性能。
6.3.3试件的选择
考虑选择部分表面还是全部表面作为试件时，宜考虑其实际应用情况以及本文件中规定的几何限制，尤其是要满足80%的接收点位于镜面区域之外的要求。在可能的情况下，宜选择实际应用的整个结构进行测试，这种选择可确保由表面粗糙度和边缘衍射效应引起的对散射声场的影响正确地表现出来。
对于大型扩散体，可能无法测试整个结构。在这种情况下，可采用以下取样方案来减少试件表面尺寸。
对于表面形状呈周期性的试件，至少要包括三个完整的重复序列（如有可能宜包括更多），以便周期性散射声场波瓣尽可能接近实际。对于非周期性表面或随机表面，试件取样宜对表面粗糙度有代表性，并且样品宜足够大，以使扩散系数测试结果主要体现表面粗糙度影响而非边缘衍射效应。本文件推荐的几何要求适用于中心频率不大于5kHz的1/3倍频程的足尺测量。7测试方法
7.1测试信号
使用传递函数技术［例如：脉冲响应的测量、快速傅里叶变换(FFT)、时延谱(TDS)、正弦扫频信号(SS)或ISO18233中的最大长度序列(MLS）方法]获得幅值极坐标响应的测量。7.2声源和接收设备
声源采用能辐射整个扩散体的近似无指向性的扬声器，扬声器应在参考平面上产生与无指向性声源相当的声压分布，误差范围：幅值为土2dB，相位为士20°。
对传声器而言，从扩散体直接反射到传声器的所有可能路径宜具有相同的灵敏度，误差范围：幅值为土1dB,相位为士10°。
7.3测量
对每个配对的“声源-接收点对”，应进行以下测量：有测试样品的脉冲响应，h1(t);；无测试样品的脉冲响应，h2(t);
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