混响室的工作原理 混响室的特点及用途

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经典物理光学、声学、物态变化题

什么是声音？

声音是由物体的振动所造成的，经由弹性介质(Elastic Medium)以声波(Sound Wave)的方式将能量传送出去。介质可以是液体、气体、或固体物质，声音在真空中因缺乏介质故无法传播出去。一般来说，波有两种形式，即横波与纵波两种。横波指物体振动方向与波前进方向互相垂直，又称剪力波。纵波指物体振动方向与波前进方向平行，又叫压力波或疏密波。

声音是怎样产生的？

机器运转会发出声音，若用手去摸机器的壳体多便会感到壳体在振动。若切断电源，壳体在停止振动的同时，声音也会消失，这说明物体的振动产生了声音。通常，振动发声的物体被称为声源。声源可以为固体，如各种机器；也可以是液体与气体，如流水声是液体振动的结果，风声是气体振动的结果。并非所有物体的振动都能为人耳听见，只有振动频率在20-20000Hz的范围内产生的声音，铅备人耳才能听到。这一频率范围好孙的振动称为声振动，声振动属于机械振动。物体振动所传出的能量，只有通过介质传到接收器(如人等)，显示出来的才是声音。因而声音的形成是由振动的发生、振动的传播这两个环节组成的。没有振动就没有声音，同样，没有介质来传播振动，也就没有声音。作为传播声音的中间介质，必须是具有惯性和弹性的物质，因为只有介质本声有惯性和弹性，才能不断地传递声源的振动。空气正是这样一种介质，人耳平时听到的声音大部分也是通过空气传播的。传播声音的介质可以是气体，也可以是液体与固体。在空气中传播的声音称做空气声，在水中传播的声音称做水声，在固体中传播的声音称做固体声(或结构声)。声音在介质中传播时友激链，介质的质点本身并不随声音一起传递过去，是质点在其平衡位置附近来回地振动，传播出去的是物质运动的能量，而不是物质本身。声音的实质是物质的一种运动形式，这种运动形式称做波动。因此，声音又称做声波。声波是种交变的压力波，属于机械波。

描述声波的基本物理量有哪些？它们是怎样定义的？

(1)波长：振动经过一个周期，声波传播的距离称为波长，记作λ, 单位为米(m)。

(2)频率：一秒钟介质质点振动的次数称做声波的频率，记作 f，单位为赫兹(Hz)。人耳能听到的声音其频率一般在20 Hz 至20000 Hz之间。这个范围内的声音称为可听声，高于20000Hz的声音称为超声，低于20 Hz的声音称为次声。蝙蝠、狗等动物可以听到超声，老鼠等动物可以听到次声。在声频范围内，声波的频率愈高，声音显得愈尖锐。反之显得低沉。通常将频率低于300Hz的声音称做低频声；300-1000Hz的声音称做中频声，1000Hz以上的声音称做高频声。

(3)声速：声波在介质中传播的速度称为声速，记作v ，单位为米／秒(m／s)。波长、频率和声速是描述声波的三个基本物理量，其相互关系为λ = v/f。声速的大小主要与介质的性质和温度的高低有关。同一温度下，不同介质中声速不同。在20℃时，空气中声速约为340 m/s，空气的温度每升高1℃，声速约增加0.607 m/s。

(4)声场：介质中有声波存在的区域称做声场。在均匀且各向同性的介质中，边界影响可以不计的声场称做自由声场。

(5)波前(波阵面)：某一时刻声波波动所到达的各点所连成的曲面，称为波前或波阵面。一般按波前的形状将声波划分为平面波、柱面波与球面波。

1.怎样测量振动？

答： 物体的振动是相对于物体某一参考状态下的振荡。在振动中有三个物理量：位移s、速度υ和加速度α。在现代振动测量中，除某些特定情况采用光学测量外，一般用电测的方法，将振动运动转变为电学（或其他物理量）信号的装置称为振动传感器。根据被测振动运动是位移、速度还是加速度，可以将振动传感器分为位移传感器、速度传感器和加速度传感器。由于位移和速度分别可由速度和加速度积分所得，因而速度传感器还可以用于测量位移，加速度传感器也可用来测量速度和位移。实验室中常用加速度计测量物体的振动。加速度计是一种压电换能器，它能把振动或冲击的加速度转换成与之成正比的电压（或电荷），其简单结构如图所示。

2.实际中的质点振动系统结构复杂，形态多样，对各种振动系统的研究有何规律？

答： 所谓质点振动系统都离不开质量、弹性物体，如果存在阻尼，还要将阻尼考虑在内。实际中的质点振动系统都可等效成如右图所示的情形：

（ 1 ）不受外力时 :

（ 2 ）受外力时：

3.怎样列出振动方程？

答： ①选取合适的坐标，对分析对象进行受力分析；②根据牛顿第二定律，列出振动方程；③如果分析对象不止一个，则分别对它们选取坐标，再进行分析。

举例一：拾振分析

（1）以质量块M 静止状态为坐标原点，选取向下正方向x；

（2）取地基向下振动方向为正方向y；

（3）假设M有向下的小位移，进行受力分析；

（4）列振动方程：

举例二：动力吸振器

（1）如图选取坐标x、y ；

（2）假设M、m有向下的小位移，进行受力分析；

（3）列振动方程：

4.什么是共振频率、固有频率、基频？

答： 由结构本身质量和刚度所决定的频率称为固有频率，其中最低的固有频率称为基频；结构出现共振时的频率称为共振频率。

5.怎样控制振动？

答： 振动系统可以看成由弹簧和具有阻尼的质量块组成。最简单的振动系统由一个带有阻尼的质量块和一个弹簧组成。假设振动由机器内部的发动机产生，则必须使发动机的频率（即强迫力的频率）大于机器的固有频率，通过改变机器的质量或弹性来实现。控制振动的方法主要有以下几种：1）隔振。就是在振动源于地基、地基与需要防振的机器设备之间，安装具有一定弹性的装置，使得振动源与地基之间或设备与地基之间的近刚性连接成为弹性连接，以隔离或减少振动能量的传递，达到减振降噪的目的。2）阻尼减振。就是将机械振动的能量转变成热能或其他的可以损耗的能量，从而达到减振的目的。

6.波数的具体直观意义是什么？

答： 以两端被固定的弦为例：由图2-1-3知n次振动有n个波数，即n与波的个数有关，而k与n有关，因此从直观上看，k即表示为波的个数。

7.棒的纵振动方程中，当棒受纵向力时，x处与x+dx处相对伸缩为什么不同？

答： 棒的纵振动方程中，当棒受纵向力时，x 处与 x+dx 处相对伸缩为什么不同？

8.为什么半径为a的圆形截面？

解： 则

令

得

1.什么是理想流体媒质？

答：理想流体媒质有以下假设：

（1） 媒质中不存在粘滞性，声波传播时没有能量耗损；

（2） 没有声扰动时，媒质在宏观上是静止的，即初速度为零。媒质是均匀的，静态压强、静态密度都是常数；

（3） 声波传播时，媒质中稠密和稀疏过程是绝热的；

（4） 小振幅声波。

2.什么是分贝（dB）？

答：分贝是自然学科中常用的对数单位，其定义是将某些数据与参考值进行比值，在声学中有声压级、声强级、声功率级等，分别是将声压、声强、声功率与各自的参考值相比再取对数。声压级定义为 ；声强级定义为 ；声功率级定义为 。由声压级、声强级、声功率级的定义式可知，级的分贝数的运算不能按算术法则进行，而应按对数运算的法则进行。

3.什么是平面波？

答： 声波仅沿x方向传播，而在yz平面上所有质点的振幅和相位均相同的情况，因这种声波的波阵面是平面，所以称为平面波。

4.声功率、声强、声压级、声功率级、声强级的定义以及它们的关系是什么？

答： 单位时间内通过垂直于声传播方向的面积S的平均声能量就称为平均声功率，即；通过垂直于声传播方向的单位面积上的平均声能量流就称为声强，即；；声压级以符号SPL表示，其定义为，pe为待测声压的有效值，pref为参考值，pref=2*10-5Pa；声强级以符号SIL表示，其定义为，I为待测声强，Iref为参考值, Iref=10-12W/m2；声功率级以符号SWL表示，其定义为, W为待测声强，Wref为参考值,Wref=10-12W。

5.人耳是怎样听到声音的？

答： 物体振动的能量在空气等媒质中传播，就构成了声波。特定频率范围(20-20,000赫兹)内的声波， 可使人耳产生听觉，这就是我们通常意义上的声音。低于20赫兹的声波形成次声，高于20,000赫兹的声波形成超声，人耳一般感受不到。耳的适宜刺激是空气振动的疏密波，但振动的频率必须在一定的范围内，并且达到一定强度，才能被耳蜗所感受，引起听觉。通常人耳能感受的振动频率在16-20000Hz之间，而且对于其中每一种频率，都有一个刚好能引起听觉的最小振动强度，称为听阈。当振动强度在听阈以上继续增加时，听觉的感受也相应增强，但当振动强度增加到某一限度时，它引起的将不单是听觉，同时还会引起鼓膜的疼痛感觉，这个限度称为最大可听阈。由于对每一个振动频率都有自己的听阈和最大或听阈，因而就能绘制出表示人耳对振动频率和强度的感受范围的坐标图，如图所示。其中下方曲线表示不同频率振动的听阈，上方曲线表示它们的最大听阈，两得所包含的面积则称为听域。凡是人所能感受的声音，它的频率和强度的坐标都应在听域的范围之内。由听域图可看出，人耳最敏感的频率在1000-3000Hz之间；而日常语言的频率较此略低，语音的强度则在听阈和最大可听阈之间的中等强度处。

6.什么是音高？

答： 音高是声音的三大品质之一，指具有一特定且通常是稳定音高的信号，通俗的讲是声音听来调子高低的程度。它主要取决于频率，还与声音强度有关。频率高的声音人耳的反应是音调高而频率低的声音人耳的反应是音调低。音调随频率(Hz)的变化基本上呈对数关系。

7.什么是音色？

答： 指具有一特定且通常是稳定音高的信号，通俗的讲是声音听来调子高低的程度。它主要取决于频率，还与声音强度有关。频率高的声音人耳的反应是音调高而频率低的声音人耳的反应是音调低。音调随频率(Hz)的变化基本上呈对数关系。

8.声学边界条件是什么？

答： 两种媒质中的声压在分界面处是连续的，即p1=p2；此外，如果分界面两边的媒质由于声扰动得到的法向速度分别为v1和v2，因为两种媒质保持恒定接触，所以两种媒质在分界面处的法向速度相等，即v1=v2。这就是声学边界的两个条件。

9. 声波干涉的条件是什么？

答： 发生干涉的声波必须频率相等、相位差恒定，两者缺一不可。发生干涉后，声场的能量不能简单的等于各声波的平均能量密度之和，而与相位差有关。不发生干涉的声波，声场的能量才等于各声波的平均能量密度之和，故有 。

1.什么是指向性？

答：定义任意θ方向的声压幅值与θ=0?轴上的声压幅值之比为该声源的辐射指向特性，即 。对于偶极声源，其指向特性为 ，在极坐标图上是 字形；同向小球声源指向特性为 。

2.镜象原理是什么？

答：对于刚性壁面前一个小球源的辐射声场，可以看成为该小球源以及一个在对称位置上的"虚源"（即镜像）所产生的合成声场，也就是说刚性壁面对声源的影响等效于一个虚声源的作用，这就是镜像原理。当声源接近绝对软边界时，边界面也会影响声源的辐射情况，此时虚声源的相位与真实声源相位相反。

3.什么是声音衰减？

答： 声音的衰减与声源的大小、形状以及环境条件有关。如果声源很小且在空旷的环境条件下，声衰减的计算比较简单；但如果声源位于室内（混响声场），则计算比较复杂。如果噪音在空旷的环境条件下且它的尺寸相对于与测点位置来说很小(理想地可以看成一个点声源)，则声场中的声能量与距离的平方成反例，距离每增加一倍，声压级将减少6dB。线性声源如公路上的车流，这种声源产生的声场是柱形声场，声场中的声能量与距离成反例，距离每增加一倍，声压级将减少3dB。但是对于近场中的声压将不满足以上规律，声能量随距离变化较小，此时声衰减的计算要考虑空气对声音的吸收，尤其高频成分吸收比较明显。

1.怎样利用驻波管法测量材料的吸声系数？

答：用驻波管法只能测定吸声材料的垂直吸声系数，根据测量结果可推算到均匀无规入射条件下的吸声系数。如果在管中声波传播的频率低于管道截止频率，则管道中只传播平面波。利用平面波在有限长管道中驻波分布特点即可得到管道末端声学材料的吸声系数。平面波在材料表面被反射回来，其结果是在管中建立起驻波声场。从材料表面算起，管中出现了声压极大和极小的交替分布。利用可移动的探管传声器，可测出声压极大与极小的声级差（或极大值与极小值的比值），由此便可确定垂直入射吸声系数。

2.声波在突变截面管和有旁支的管中传播有什么规律可循？

答：声波在以上两种管中传播遵循以下两种边界条件：声压连续和体积速度连续。这里要注意的是，与声波投射不同，声波在管道中的传播存在体积速度连续，而不是法向速度连续。这是因为在界面附近的声唱是非均匀的，根据质量守恒定律，体积速度应连续。只要遵循这两个条件，一切问题迎刃而解。

3.声波导管理论应注意哪些要点？

答： 管中产生沿z方向传播声波的条件是 ， 。由此可见，管道中一定能传播（0，0）次波，即平面波，要是管道只传播平面波，则声源的工作频率应小于管道的截止频率。

4.什么是群速？什么是相速？

答： 如图所示，平面声波的传播可用一波束的运动来表示，其运动速度为c0，高次波就是一束与管轴成一角度，而斜向传播着的平面波，其传播方向用AB表示，波阵面可用aa?与bb?等平行线表示。假设波阵面相当于幅相，那么当波阵面在aa?位置时，达到管壁处的幅相为E点，经过t时间后波沿波束方向运动了距离AB，波阵面已到了bb?，则从A点运动到C点的速度称为高次波的相速；而能量沿管轴方向的传播距离仅为AD，称为能量传播速度或称群速。

1.什么是消声室，什么是混响室？

答：消声室原理：房间壁面的吸声系数接近完全吸声，即平均吸声系数接近1，室内声场接近自由声场。常用吸声尖劈达到吸声效果。

混响室原理：房间壁面的吸声系数接近完全反射，即平均吸声系数接近0，室内混响强烈。

2.什么是扩散声场？

答：满足以下条件的声场称为扩散声场：

1）声以声线方式以声速c0直线传播，声线所携带的声能向各方向的传递几率相同；

2）各声线是互不相干的，声线在叠加时，它们的相位变化是无规的；

3）室内平均声能密度处处相等。

3.什么是吸声系数？

答： 吸声是声波撞击到材料表面后能量损失的现象，吸声可以降低室内声压级。描述吸声的指标是吸声系数a，代表被材料吸收的声能与入射声能的比值。理论上，如果某种材料完全反射声音，那么它的a=0；如果某种材料将入射声能全部吸收，那么它的a=1。事实上，所有材料的a介于0和1之间，也就是不可能全部反射，也不可能全部吸收。不同频率上会有不同的吸声系数。人们使用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上的吸声性能。按照ISO标准和国家标准，吸声测试报告中吸声系数的频率范围是100-5KHz。将 100-5KHz的吸声系数取平均得到的数值是平均吸声系数，平均吸声系数反映了材料总体的吸声性能。测量材料吸声系数的方法有两种，一种是混响室法，一种是驻波管法。混响室法测量声音无规入射时的吸声系数，即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例，而驻波管法测量声音正入射时的吸声系数，声音入射角度仅为90度。两种方法测量的吸声系数是不同的，工程上最常使用的是混响室法测量的吸声系数，因为建筑实际应用中声音入射都是无规的。在某些测量报告中会出现吸声系数大于1的情况，这是由于测量的实验室条件等造成的，理论上任何材料吸收的声能不可能大于入射声能，吸声系数永远小于1。任何大于1的测量吸声系数值在实际声学工程计算中都不能按大于1使用，最多按1进行计算。在房间中，声音会很快充满各个角落，因此，将吸声材料放置在房间任何表面都有吸声效果。吸声材料吸声系数越大，吸声面积越多，吸声效果越明显。

1.建筑声学的发展及原理。

答： 建筑声学 是研究建筑中声学环境问题的科学。它主要研究室内音质和建筑环境的噪声控制。有关建筑声学的记载最早见于公元前一世纪，罗马建筑师维特鲁威所写的《建筑十书》。书中记述了古希腊剧场中的音响调节方法，如利用共鸣缸和反射面以增加演出的音量等。在中世纪，欧洲教堂采用大的内部空间和吸声系数低的墙面，以产生长混响声，造成神秘的宗教气氛。当时也曾使用吸收低频声的共振器，用以改善剧场的声音效果。15～17世纪，欧洲修建的一些剧院，大多有环形包厢和排列至接近顶棚的台阶式座位，同时由于听众和衣着对声能的吸收，以及建筑物内部繁复的凹凸装饰对声音的散射作用，使混响时间适中，声场分布也比较均匀。剧场或其他建筑物的这种设计，当初可能只求解决视线问题，但无意中却取得了较好的听闻效果。16世纪，中国建成著名的北京天坛皇穹宇，建有直径65米的回音壁，可使微弱的声音沿壁传播一二百米。在皇穹宇的台阶前，还有可以听到几次回声的三音石。18～19世纪，自然科学的发展推动了理论声学的发展。到19世纪末，古典理论声学发展到最高峰。20世纪初，美国赛宾提出了著名的混响理论，使建筑声学进入利学范畴。从20年代开始，由于电子管的出现和放大器的应用，使非常微小的声学量的测量得以实现，这就为现代建筑声学的进一步发展开辟了道路。建筑声学的基本任务是研究室内声波传输的物理条件和声学处理方法，以保证室内具有良好听闻条件；研究控制建筑物内部和外部一定空间内的噪声干扰和危害。

2.环境声学的发展及原理。

答：环境声学是环境物理学的一个分支学科，主要研究声环境及其同人类活动的相互作用。人类生活的环境里有各种声波，其中有的是用来传递信息和进行社会活动的，是人们需要的；有的会影响人的工作和休息，甚至危害人体的健康，是人们不需要的，称为噪声。为了改善人类的声环境，保证语言清晰可懂，音乐优美动听。从二十世纪初开始，人们对建筑物内的音质问题进行研究，促进了建筑声学的形成和发展。50年代以来，随着工业生产、交通运输的迅猛发展，城市人口急剧增长，噪声源也越来越多，所产生的噪声也越来越强，造成人类生活环境的噪声污染日益严重。因此，不仅要在建筑物内改善音质，而且要在建筑物内和在建筑物外的一定的空间范围内控制噪声，防止噪声的危害。这些问题的研究涉及物理学、生理学、心理学、生物学、医学、建筑学、音乐、通信、法学、管理科学等许多学科，经过长期的研究，成果逐渐汇聚，形成了一门综合性的科学--环境声学。在1974年召开的第八届国际声学会议上，环境声学这一术语被正式使用。环境声学的内容主要是研究声音的产生、传播和接收，及其对人体产生的生理、心理效应；研究改善和控制声环境质量的技术和管理措施。

3.水声学的发展及原理。

答： 水声学 是声学的一个分支学科,它主要研究声波在水下的产生、传播和接收过程，用以解决与水下目标探测和信息传输过程有关的声学问题。水声学随着海洋的开发和利用发展起来，并得到了广泛的应用。 827年左右，瑞士和法国的科学家首次相当精确地测量了水中声速。1912年"巨人"号客轮同冰山相撞而沉没，促使一些科学家研究对冰山回声定位，这标志了水声学的诞生。美国的费森登设计制造了电动式水声换能器，1914年就能探测到两海里远的冰山。1918年，朗之万制成压电式换能器，产生了超声波，并应用了当时刚出现的真空管放大技术，进行水中远程目标的探测，第一次收到了潜艇的回波，开创了近代水声学，也由此发明了声呐。随后，水声换能器的革新，关于温度梯度影响声传播路径的机理、声吸收系数随频率变化等水声学研究的成就，使声呐得以不断改进，并在第二次世界大战期间反德国潜艇的大西洋战役中起了重要作用。第二次世界大战以后，为提高探测远距离目标(如潜艇)的能力，水声学研究的重点转向低频、大功率、深海和信号处理等方面。同时，水声学应用的领域也越加广泛，出现了许多新装置，例如：水声制导鱼雷，音响水雷主、被动扫描声呐，水声通信仪，声浮标，声航速仪，回声探测仪，鱼群探测仪，声导航信标，地貌仪，深、浅诲底地层剖面仪，水声释放器以及水声遥测、控制器等。现代水声学的研究课题涉及面很广，主要有：新型水声换能器；水中非线性声学；水声场的时空结构；水声信号处理技术；海洋中的噪声和混响、散射和起伏，目标反射和舰船辐射噪声；海洋媒质的声学特性等。特别是水声学正在与海洋、地质、水生物等学科互相渗透，而形成海洋声学等研究领域。

1.什么是语音识别技术？

答：语音识别技术是2000年至2023年间信息技术领域十大重要的科技发展技术之一。语音识别是一门交叉学科，语音识别正逐步成为信息技术中人机接口的关键技术，语音识别技术与语音合成技术结合使人们能够甩掉键盘，通过语音命令进行操作。语音技术的应用已经成为一个具有竞争性的新兴高技术产业。语音识别技术就是让机器通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本或命令的高技术。目前主流的语音识别技术是基于统计模式识别的基本理论。一个完整的语音识别系统可大致分为三部分：（1）语音特征提取：其目的是从语音波形中提取出随时间变化的语音特征序列。（2）声学模型与模式匹配（识别算法）：声学模型通常将获取的语音特征通过学习算法产生。在识别时将输入的语音特征同声学模型（模式）进行匹配与比较，得到最佳的识别结果。（3）语言模型与语言处理：语言模型包括由识别语音命令构成的语法网络或由统计方法构成的语言模型，语言处理可以进行语法、语义分析。对小词表语音识别系统，往往不需要语言处理部分。

2.有源噪声控制的原理是什么？

答：典型的单通道自适应有源噪声控制系统如图所示。一个有源噪声控制系统包括两部分：控制器和电声部分。控制器部分有模拟和数字之分；电声部分主要包括次级声源、参考传感器和误差传感器。

3.什么是有源主动控制?

答： 有源主动控制是主动控制的一种。举例来说，假如用主动控制器来监测植物的生长，通常控制器会使用一些植物动力学的数学模型进行监测, 但由于植物会因为温度或其他的环境情况的改变而随时调节自身的生长情况。这样控制器会随着植物的改变而不断的进行调节以适应需要，如果植物改变得太快, 控制器就会崩溃。而有源主动控制就是监测植物，并不断地或定期地更新它的植物动力学的内在模型。

4.有源主动控制在声学中有哪些应用?

5.白噪声，粉红噪声各是什么?

答：所有频率具有相同能量的随机噪声称为白噪声。从我们耳朵的频率响应听起来它是非常明亮的"咝"声（每高一个八度，频率就升高一倍。因此高频率区的能量也显著增强）。粉红噪声指每个八度带有相同能量的随机噪声。我们的耳朵将以"平直"的频率响应接受这些声音（因为粉红噪声建立于八度的基础而不是个别的频率，因此频率变高的时候能量并不增加）。因为这一特性和实时分析仪（RTA）关注一个八度或1/3八度的音域，粉红噪声对于测量音频设备的频率响应和决定房间的扩音应用非常有用。

不知道这些对你有用没有，如果有用，还有其他的

学校的消声室和混响室是干什么用的?

消声室——消除所有非直达的声音。

混响室——尽量保留所有非直达的声音。

这两者是对腔尺立的关系，一个是墙面强吸声，另一个是强反射。

消声室可以测樱旁量伍颂高电声设备的参数，比如话筒、扬声器、喇叭等。而混响室是用来测量建声材料的吸声系数等声学参数的。

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混响室的介绍

混响室一词在声学领域和电磁学领域都有应用，其实，电磁学领域混响室一词是源于声学领域的。在这里，为了区分二者，将声学领域的混响室称为声学混响室，将电磁学领域的混响室称为电波混响室。晌梁闭声学混响室是一个能在所有边界上全部反射声能，并在其中充分扩散，使形成各处能量密度均匀、在各传播方向作无规分布的扩散场的实验室。电波混响室是一个电大尺寸且具有高导电反射墙宴裂面构成的屏蔽腔室，腔室中通常安装一个或几个机械式搅拌器或调谐器，通渣并过搅拌器的转动改变腔室的边界条件，进而在腔室内形成统计均匀、各向同性和随机极化的电磁环境。

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