吸声降噪技术：10 吸声系数NRC，SAA和αw的概念及正确使用
引言
最近，国家标准GB/T16731《建筑吸声产品的吸声性能分级》的最新修订板已经通过最终的专家审查，预计在明年将颁布实施。GB/T16731最新修订中参考了ISO11654-1997中的相关修订，采用了计权吸声系数αw代替了原GB/T16731-1997标准中的降噪系数NRC作为建筑吸声产品的吸声性能评价和分级参量，因此，本次技术分析中我们就跟大家聊聊这几个吸声系数的概念、含义，以及正确用法。
在以前技术分享《吸声降噪技术-1 吸声的基本概念》部分，我们已经对吸声系数的定义以及降噪系数等作过一些介绍，建议大家结合这篇文章一起来阅读本次技术分析的内容，并且本次内容也是根据最新发展动向，对上一次技术分享的技术补充和更新。
几个吸声系数的定义
2.1 降噪系数NRC
降噪系数NRC(Noise Reduction Coefficient)是吸声系数单值评价量，定义为倍频程中心频率250Hz、500Hz、1000Hz和2000Hz四个倍频带的实用吸声系数的算术平均值，用公式表示为：
如下图是在GB/T16731-1997标准中定义的原文：
降噪系数NRC修约到两位小数，并以0.05为最小倍数。
由于当今测量技术的发展，测量频带通常都是采用1/3倍频程带宽，因此测量的结果需要由1/3倍频带吸声系数转换为1/1倍频带吸声系数(标准中称为：实用吸声系数)，才能再进行NRC的计算。第i个倍频带的实用吸声系数由该频带内的3个1/3倍频带吸声系数算术平均值求得，按下式计算：
修订的ASTM C423标准中仍保留了NRC这个评价量，其定义直接引用早期版本中的描述，定义250Hz、500Hz、1000Hz和2000Hz四个频带的吸声系数的算术平均值，如下图：
ASTM C423标准中虽没有明确指出是4个倍频程吸声系数的平均，但根据早期的声学测量都是以倍频程为常用带宽，后来才逐步发展到1/3倍频程带宽的发展历史，ASTM C423标准中的四个频带应该理解为四个倍频带，应该没有疑问。这包括维基百科[3]，美国声学学会出版的ANSI标准和一些技术指导文件中也是这样来定义NRC的：
但是，ASTM C423的名词术语引用的是ASTM C634，在最新修订的ASTM C634-13中对NRC的定义做了修订，定义了平均的四个频带为1/3倍频带，如下图：
这样的修订，就使得ASTMC423中的NRC被改成了中心频率250Hz、500Hz、1000Hz和2000Hz四个1/3倍频带的吸声系数的算术平均值，用公式表示为：
ASTM C634-13的修订给国际上NRC评价量的定义造成了一定的混乱，使得一些吸声产品依据ASTM C423测试给出的NRC与往常的不同，这点需要在使用中注意。期待ASTM C634在下一次修订时修正这一错误。
其实NRC并不是由ASTM最早定义的，这个量在很早就已使用[4]，最早被用来表示几个单频吸声系数的平均值，因此虽然NRC现在被定义为混响室吸声系数的单值评价量，有时也有人用来给出驻波管测试的吸声系数单值量。
在混响室测量标准制定发布以前，吸声系数在低频段的测量差异非常大，这也是NRC定义中没有包含125Hz倍频带的重要原因。
2.2 平均吸声系数SAA
平均吸声系数SAA(SoundAbsorption Average)是美国标准ASTM C423中定义的吸声系数单值评价量，为根据ASTM C423混响室法测量得到的，在200~2500Hz频率范围内12个1/3倍频程吸声系数的算术平均值。SAA修约到0.01。
虽然ASTM推出SAA已经三十多年，但至今SAA使用的接受程度仍不如NRC广泛。
2.3 计权吸声系数αw
计权吸声系数αw (Weighted Sound Absorption Coefficient)是在ISO11654-1997中定义的一个吸声系数单值评价量。
新修订即将颁布实施的GB/T16731-2021修正并完善了ISO11654中的计权吸声系数的评估方法，规定了计权吸声系数的评定方法如下：
通过对250Hz、500Hz、1000Hz和4000Hz这四个倍频带的实用吸声系数(根据式2计算)与下表中给出计权值的平移计权曲线进行对比，计权吸声系数αw为不利偏差满足公式(4)和(5)的最大值。计权吸声系数αw修约到两位小数，并以0.05为最小倍数。
式中：
i ——频带的序号，代表250Hz~4000Hz范围内的5个倍频带；
——第i个倍频带不利偏差，按公式（5）计算。
计权吸声系数的评价过程与隔声中的计权隔声量Rw的评价过程非常类似。不同的是，在获得计权吸声系数后，还需进一步标注出频谱特性标志。
当某一个或多个倍频带的实用吸声系数超过该频带参考值0.25时，应在计权吸声系数后附括号并加上一个或多个频谱特性标志。当上述情况出现在250Hz时，应以L作为频谱特性标志。当上述情况出现在500Hz或1000Hz时，应以M作为频谱特性标志。当上述情况出现在2000Hz或4000Hz时，应以H作为频谱特性标志。
图1为的一个例子：
图2 计权吸声系数为αw=0.60(M)的例子（注：图1丢失，该图应为下面图2）
图2为的一个例子，在该例子中我们同时给出了NRC和SAA的评定值，可以作为在相同吸声系数频谱条件下，不同评价量的比较：
图2 计权吸声系数为αw=0.55(H)的例子
2.4 吸声性能分级
GB/T16731和ISO11654提出了根据计权吸声系数进行建筑吸声产品吸声性能分级的方法，如表2所示。这与之前的标准中根据降噪系数NRC分级的方法，以及等级的名称确定这两方面都不一样。
作为对比，表3中给出了原标准中，采用降噪系数NRC来进行分级的方法。
吸声系数单值评价量的正确理解和使用
3.1 降噪系数NRC
对于单值评价量降噪系数NRC出现的因ASTM C634引起的混乱在第2.1节中已作了详细介绍，并截图给出了相关证据。因此，建议在执行ASTM C634定义的NRC时，应特别标明，以防混乱。
在欧洲和我国的机构和厂商，在执行ASTMC423标准时，NRC计算仍采用GB/T16731-1997定义的方法，而美国的有些机构在计算NRC时采用了ASTM C634-13中的定义。
3.2 计权吸声系数
关于计权吸声系数的计权曲线，在本次GB/T16731的修订中，修正了在ISO11654中定义的错误表述方法(包括1997版和2018版的草案)，采用修正值表(如表1)。如果用修正值曲线来表示的话，应该采用图3所示的修正值曲线，而不是ISO11654中给出的附图中的曲线和修正值列表。
图3 评定计权吸声系数的修正值曲线
3.3 吸声性能分级
根据吸声性能分级规定(表2)，我们可以看到网上很多漂亮的分级图片(如图4)，画出了ABCDE各级吸声系数计权曲线区间，似乎这样可以一目了然判断某种吸声性能产品所处的分级。但是，这是对标准中分级规定的错误理解，吸声性能分级是根据吸声系数采用表1，利用公式(4)和(5)或者图3的计权曲线，进行计权吸声系数评定，得到单值评价量，然后再根据表2确定相应等级的过程，而不是根据类似与图4的计权曲线进行比较判断的。
图4 常见错误评定计权吸声系数的曲线图
如图5所示的例子，进行评定以后得到计权吸声系数值为0.60，由此可判定该吸声产品的分级为C。但如果采用图4来评定，则该产品的吸声等级分级为D。
图5 等级评定为C的吸声产品例子
参考文献
1、ASTM Standard C423, 2017, “Standard Test Method for Sound Absorption and Sound Absorption Coefficients by the Reverberation Room Method,” ASTM International, West Conshohocken, PA, 2017, https://www.astm.org/Standards/C423.htm
2、ASTM Standard C634, 2013, “Standard Terminology Relating to Building and Environmental Acoustics,” ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013, https://www.astm.org/Standards/C634.htm
3、https://en.wikipedia.org/wiki/Noise_reduction_coefficient
4、J.S. Parkinson, A.Jack. A Re‐Examination of the Noise Reduction Coefficient. J. Acoust. Soc. Am. 13 (1941) 83.
5、GB/T16731-2021 建筑吸声产品的吸声性能分级
声学演义 之 吸声降噪技术
Something about sound
系列谈之十