开放性实验指导书及报告形式

实验一人工天穹采光实验

一、实验目的

通过对带不同形式天窗的房间进行采光测试并对比分析，以求得到更合理的开窗形式；同时利用数码技术，以便更直观观察模型内部采光效果。

二、实验仪器

JT-1型人工天穹（北京世纪建通科技发展有限公司制造），该设备采用环氧聚酯（玻璃钢）做罩面，钢材做底座，结构简单，有不易变形，耐老化，尤其是拆移搬迁不破坏结构等特点。造价也较低。其缺点是不能将内径做得更大，灯具全安装在底部，需要更大功率，调试亮度分布较困难，而且由于光源在内部，处理不好易对穹内光环境造成直接干扰。

照度计二台，房间模型（尺度约为人工天穹半径的1/5）

三、实验原理

该实验理论根据是立体角投影定律

E=∫LαdΩcosθ

室内工作面上一点P的照度E，是由透过窗口“看到”的天空表面与观测点P所形成立体角在被照面上的投影与发光天空亮度的乘积所决定。

四、实验内容

利用人工天穹和建筑采光的模型，测试分析和预测其天然采光设计的效果。

五、实验步骤

（1）打开电源，点亮天穹半球照明用的反射灯，检查每盏反射灯的点亮情况，使其达到稳定状态后开始进行测试。（白炽灯5秒，荧光灯15秒以上）（2）对天穹亮度分布进行调试，使其符合CIE全阴天（自然天空有晴天、半云天、全阴天等不同情况，其中半云天及晴天亮度分布是非均匀的，情况较复杂，在采光设计中，我们通常考虑一个特殊情况作为研究对象，即天空全部为云所遮盖的天气，国际采光协会命名这样的天空为全阴天空。这时无直射日光，只有天空扩散光。在该标准天空中，CIE规定天顶亮度与不同仰角处亮度有一个关于仰角正弦值的函数关系）特征。亮度计安装在带刻度盘的三角架上，放置在和工作台等高的中心位置；按15度的仰角，依次从零开始，逐点测试天

穹内部的各点亮度；通过调试灯具的功率，使其达到CIE全阴天的亮度分布要求，一次调好后不用重复调试。

然后将照度计探头放置在平台上，测试照度值，记录；将室外照度计放在模型顶上，以测定天空照度。室外照度计依次放在模型内各测点上测量读值。

（3）在模型内部选择具有代表性的照度测点。利用照度计进行测量。

（4）放置带半透明开口天窗的屋顶，测试各点照度，同时从侧开口实拍照片；计算采光系数，绘制图表。依次更换透明和小格两个天窗，重复上述步骤。将测得数据填入下表。

六、数据记录及处理

2、计算采光系数并绘制采光曲线，曲线的横坐标为测点位置，纵坐标为采光系数。

七、实验注意事项

1、严禁用水等液体擦洗人工天穹；

2、严禁带电擦拭灯具；

3、实验完毕马上关闭电源，调光器不能在满负荷条件长期下工作。

八、思考题

1、窗口设置、室内表面的光特性对室内采光是如何影响的？

实验二 材料吸声系数的测量

一、 实验目的

1、学习驻波管法测量吸声系数原理

2、测量吸声材料的吸声系数

3、绘制频率特性曲线

二、实验仪器

驻波管（图4-1）；双通道声学分析仪；功率放大器；计算机；测量软件。

图4-1驻波管测试系统连接示意图

1、计算机；

2、双通道声学分析仪；

3、功率放大器；

4、盛样器；

5、驻波管；6；声探管；7、声源箱；8、传声器（小车）；9、小车轨道

三、实验原理

驻波管为一优质金属直管，长 150 cm ，内径为 10 cm ，它的一端可以用夹具安装试件，另一端接好扬声器，声频讯号由声频发生器产生，经放大器进行放大，由扬声器发出单频声波，声波在驻波管内传播，由于管径较低小，对于音频声波的波长相比，可近似将声波面看作为平面入射波，沿管内直线传播；当入射到试件后，进行反射，由于反射波与入射波传递的方向和相位相反，声压产生叠加，干涉而形成驻波，并在管内某个位置上形成声压极大值 Pmax （N ／m 2

），和声压极小值Pmin ，其间距为1／4波长。 011E E r

-=-=γα

式中：α ———吸声系数

E0 ———入射声能（W ）

γ ———反射系数

Er ———反射声能（W ）

令n P P =m in m ax / 称为驻波比 (1)

故有：24/(1)n n α=+ (2)

一般频谱分析仪或声级计，测试的标称值是声压级，而不是声压P 值，根据声压和声压级的关系，吸声系数可如下计算。

n P P L L L lg 20min/lg 20max /lg 20min max 00=Φ-Φ=-=∆

202204*10

(110)

P P L L a =+…………………………………(3) 四、实验内容

测试倍频程（或1／3倍频程）频率下吸声系数，绘制材料吸声系数频率特性曲线。

五、实验步骤

1、检查电路接线正确后，信号发生器等电子仪器电源接通，并预热5分钟，（关于各电子声学仪器的使用，由指导教师对照仪器讲述操作程序）；

2、测量测试材料的大小尺寸。

3、将试件按照要求装在试件筒内，并用凡士林将试件与筒壁接触处的缝隙填塞，使之严密，然后再用夹具将试件筒固定在驻波管上；

4、调节声频发生器的频率，依次发出12

5、250、500、1000、2000、4000Hz 不同的声频；在设置仪器输出信号的频率时，测量到的声压级波峰值不超过136分贝，声压级波谷值不低于50分贝。

5、移动测试小车，在靠近试件的一端找出第一个声压级的极大值和极小值，并记下读数；

6、计算不同频率条件下的吸声系数，绘制频率特性曲线。

六、数据记录及处理

通过计算机计算不同频率条件下的吸声系数，并绘制频率特性曲线。