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[技术] 射击场中的极端声学

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发表于 2019-9-18 12:18:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
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想象一下好莱坞大片中可能出现的画面:警察在混凝土高墙环绕的工业区内追捕逃犯。随后爆发了枪战。不过有惊无险,警察安然无恙并且抓住了坏人。

这样的场面有没有什么不对劲的地方?现实中如果发生同样的事情,所有涉及的人员都可能短暂失聪甚至受到永久听力损伤。
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Jack Finnigan 拍摄

作为声级计制造商,我们不禁疑惑,枪声到底有多大?为此,我们找到了一家室内射击场。位于列支敦士登沙恩的 RMS 射击场是一家顶级射击场,这里也是德国,奥地利和瑞士三国的交界地带。除了娱乐和竞赛,安保人员也经常到这里进行训练。

射击场所有者 Carmelo Accardi 设计了这个高科技场馆并将其和一家餐馆结合。这里地处沙恩市的工业区中心,周边被多家公司围绕。卓越的隔声,强大的通风系统和先进设备是这里的招牌。RMS 通过电子系统实现了动态训练课程,用于固定和移动目标的射击。Accardi 先生也同时负责安保和整个运营流程。RMS 射击场由 RMS 安保公司赞助。

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拥有八个 25 米射击位的现代室内射击场

鉴于可以独家进入这里,我们不仅仅测量了射击噪声,还进行了室内声学测量。射击场的混响时间越低越好。

测量混响时间

室内射击场的理想混响时间是多少?没有射击时噪声已经很大了,因为强大的通风系统对背景噪声影响颇大。

因此,我们分别在开关通风系统的情况下测量混响时间。测量借助 DS3 十二面体全指向性扬声器进行。它放置在房间中央,介于射击位和目标之间,这样才能在房间内得到完全的声能分布。

关闭通风时室内的背景噪声是 54.1 dB。这个数据由 XL2 声级计在距离 DS3 四米处测得。

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射击场中的 DS3 十二面体扬声器

我们还想知道通风系统的层状气流是否会对声学参数有影响。所以我们在开启和关闭通风系统的情况下测量了所有能够测量的参数。
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关闭(红色)和开启(粉色)通风系统时的混响时间

没有通风噪声(红色)时的测量一帆风顺。打开通风系统后(粉色),低频部分的混响时间似乎更小了。不过,这更可能是由更大的不确定度造成,因为气流显著增大了低频背景噪声。

那么,射击噪声到底多大?

在最开始的测量中我们发现,如果将麦克风放在射击人员旁,即便使用低灵敏度麦克风,都一定会超出仪器量程。所以,我们选择和射击位呈 30° 角,距其 2.5 米处测量。这里测得的峰值高达 154.1 dB 甚至更高。

将这一数值换算到 0.7 米处(射击者耳朵和枪的距离),峰值接近 165.2 dB。在如此大的声压级下,不受保护的人耳几乎必将被冲击波永久损伤。

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2.5 米处的声压级

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2.5 米处六次射击测得的 LCpkMax(蓝色),LCIMax(红色)和 LAFMax(绿色)

第二台仪器同时在 8.5 米处测量了这六次射击。这里,峰值 LCpkMax 还是达到了 143.8 dB。
我们注意到,要按照标准测量超短脉冲噪声,理想情况下测量采样率应达到 192 kHz(美国 MIL-STD 1474E 标准注明)。不管怎样,在这个测量应用中,XL2 的 48 kHz 采样率已经足够进行有意义的测量。如果 XL2 采样率不够,那 LCpkMax 值会出现巨大波动。
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8.5 米处测得的同样六次射击

如果将测量结果套用到文章开头设想的电影中,第一枪后几乎所有人都会受到听力损伤,不管这一枪谁先开。
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 楼主| 发表于 2019-9-18 12:20:20 | 显示全部楼层
我们还研究了峰值是否会随通风系统变化。下图中两次射击之间的背景噪声上升了,但射击峰值并未受到影响。

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三次射击时通风系统分别是关/开/关

受训射击人员都知道佩戴听力保护是必须的。好的听力保护设备能在中高频降噪 35 – 40 dB,低于 500 Hz 的部分只能减小 15 – 20 dB。

射击的主要能量聚集在超出 1 kHz 的部分。假设降噪35 dB,射击者还是能听到高达 130 dB 的峰值。对于比较敏感和经常射击的人来说,建议再额外佩戴耳塞或耳膜。

射击场隔壁就是一家餐厅。我们对射击场的隔音情况也非常感兴趣。

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射击场(左图),前厅(中图)和餐厅(右图)的射击噪声

通过短时 Leq 可以看出,前厅门处噪声衰减了 44 dB,餐厅中则衰减了 80 dB。衰减值 65 dB时,关闭音乐和空调的情况下射击声就几乎听不到了。这里的隔声非常优异。

完美环境

测得的混响时间和隔声等数据表明这里的声学状况令人满意,其作为射击场的功能与其它地方相比也毫不逊色。不过总的来说,关于射击场所的声学特性并没有参考数据。

“在最初设计阶段我们就已经着重考虑了声学性能。内部结构和材料选择不仅仅满足于实现基本功能,而是为了给顾客提供舒适的环境”,Carmelo Accardi 说道。“让顾客获得最佳体验和一对一训练是我的首要任务。只有让每个人都感到安全和舒适才能实现这一目标。”
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