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关于您需要了解的室内声学内容

特别是在东南亚地区,住宅建筑的声学特性往往被设计师、开发商、承包商甚至购房者所忽视。来自内部和外部环境的噪音影响居住者的日常生活,造成滋扰,长期影响会严重恶化一个人的生活质量。在本文中,我们将研究建筑物/房间的声学,以及可以采取哪些措施来改善建筑物内的声学环境。

室内声学

一般来说,房间的声学可分为两组:低频和高频。房间内的声音会受到房间表面反射特性的高度影响。这是因为如果房间表面具有高反射性,则可能会发生多次反射,这会导致除了来自源的直接场之外的混响场,尤其是在较高频率范围内。因此,在房间的任何一点,整体声压级都会受到直接场和混响场中包含的能量的影响 (Crocker, 2007)。

建筑物中的声音传输

声音可以在建筑物内通过墙壁或屋顶/天花板限定的空间中的空气传播,称为空气传播。另一种方法是通过建筑物的结构组件或影响进行结构传输。

空气传播的声音源自将声波辐射到空气中的声源,然后声波会撞击建筑物表面。空气传播声音的一个很好的例子是语音,或者来自电视或扬声器的音乐。另一方面,当物体撞击建筑物表面时会产生撞击声。我们在建筑物中最常听到的撞击声是脚步声、家具拖拽声、清洁声和其他直接在地板表面使用的设备声。为了克服这些噪音,应考虑对所有可能的声音路径以及墙壁和地板之间的连接处进行良好的隔音,而不仅仅是在穿过公共墙壁或地板的直接路径上。

隔音——空气传播和冲击

如上所述,必须考虑通过墙壁、天花板或地板等建筑元素控制空气传播和冲击声的传播。在这种情况下,隔音方法将是至关重要的。可以对空气传播的、撞击的和侧翼的声音实施不同的方法(Crocker,2007 年)。

对于空气传播的声音,可以在任何建筑元素上应用绝缘材料。这是因为当声音撞击一个表面时,一小部分入射能量会从另一侧辐射出去。通常测量声音传输损耗 (TL),即入射声能与传输声能之比。 TL可以用分贝(dB)来表示,在欧洲和ISO标准中有时也称为隔音指数(R)。建筑隔音材料的测量是按照标准进行的,常见的方法是二室法。测试样本将安装在混响源室和接收室之间,这样声音传输的唯一重要路径就是样本,其他可能的传输路径将被抑制。因此,确定建筑构件/材料的 TL 将很有用,这样人们就可以估算建筑空间内的空气传播隔音性能。

对于通常从地板辐射到下方或水平房间的冲击声,可以通过地板覆盖物或楼板进行隔音。这是因为这些项目的应用可以降低传播到接收室的冲击声压级。典型的绝缘方法是在混凝土板上添加软地板覆盖物、增加混凝土地板的厚度或实施浮动地板。

单数评级

要了解隔音元件的声学信息,标准方法是参考该元件的单个额定值。这些评级将通过参考曲线或加权求和程序根据其声音传输光谱分配给建筑材料。

最常用的空气隔音单数等级是传声等级 (STC),它符合美国材料与试验协会 (ASTM) E413 标准。还有另一个等效数字称为加权降噪指数 (Rw),它基于国际标准化组织 (ISO) 标准 ISO 717。

上图显示了适用于混凝土板数据的 STC 轮廓示例。等高线以下的数据点与等高线值之间的差异称为“缺陷”。根据 ASTM E413,不足总和不应大于 32 dB,且每个单独不足不应超过 8 dB(也称为 8 dB 规则)。 ASTM 的参考等高线涵盖从 125 Hz 到 4000 Hz 的频率范围。 ISO 717 的 Rw 轮廓具有相同的形状,只是它涵盖了 100 Hz 至 3150 Hz 的更宽频率范围。此外,ISO 717 中没有 8 分贝的规则。比较这两个标准,两个评级的数字通常很接近。然而,ISO 717 中开发的加权求和方法说明了低频在交通噪声和现代音乐系统中的重要性更高。因此,该方法允许产生可与 Rw 评级结合使用的校正/频谱适应项。

至于冲击隔音,通常使用标准攻丝机收集声压级并归一化,然后将其与参考曲线一起使用以计算其等级,通常是冲击隔音等级(IIC)或加权指数Ln, w。事实上,这些等级通常用于建筑规范中。同样,每个标准的评级曲线都是相同的,但它们之间仍然存在一些差异。例如,ASTM IIC 方法不允许任何不利偏差超过 8 dB。增加的 IIC 评级将表明冲击隔音性能提高。相反,随着冲击隔音性能的提高,Ln,w 等级会降低。我们可以将两个评级之间的关系如下(假设未调用 8-dB 规则):

然而,关于在不同类型地板上获得的 ISO 攻丝机数据的有用性存在争议。因此,最新版本的 ISO 717-2 提议使用 C1,这是一个频谱适应术语,用于考虑通常在轻型托梁地板下产生的低频噪声。是三分之一倍频程(50 或 100 Hz – 2500 Hz)中未加权的能量总和减去 15 dB。根据该标准,该评级有望与地板下噪音的主观评价具有更好的相关性,尤其是低频噪音。

在确定材料可以提供的隔音水平时,上面提到的单个评级数字都很有用。通过上面关于室内声学和可以实施的隔音措施的解释,它将更好地了解应该如何处理和处理建筑物中的室内声学。

参考资料

Crocker, M. J. (2007). Chapter 103: Room Acoustics. In C. H. Hansen, & M. J. Crocker (Ed.), Handbook of Noise and Vibration Control (pp. 1240-1246). Adelaide, South Australia, Australia: John Wiley & Sons, Inc. doi:ISBN 978-0-471-39599-7

Crocker, M. J. (2007). Chapter 105: Sound Insulation—Airborne and Impact. In A. C. Warnock, & M. J. Crocker (Ed.), Handbook of Noise and Vibration Control (pp. 1257-1266). Ottawa, Ontario, Canada: John Wiley & Sons, Inc. doi:ISBN 978-0-471-39599-7

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Acoustic of Small Studio

小型录音室因其高可行性和经济友好性而被广泛应用于录音行业。这使得录音/音乐行业的工作人员能够远程工作,而无需经常前往大型录音室。通过良好的声学处理,在小型录音室录制的音乐仍然可以保持高音质,有时甚至适合用于商业发行。

那么,是什么能够保证录音室的声学品质呢?

在今天的文章中,我们将探讨音乐在小型录音室里按照录制的方式进行演奏的声学效果(Everest & Pohlmann, 2015)。

环境条件


一个安静的环境是工作室的必要条件,有时甚至很难做到这一点。首先,一定要避免嘈杂的地点,因为只要为您的工作室选择一个安静的位置,就不会出现许多噪音和振动问题。再来,应避免靠近火车轨道、繁忙道路,十字路口甚至机场等嘈杂区域。最主要的是减少外部噪声,然后通过在建筑物中实施隔音将背景噪声保持在标准目标范围内。然而,有效隔音的材料(如浮动地板或经过特殊隔音处理的墙壁/窗户/门)的建造成本可能会很高。因此,最好的方式,也是更划算的方式,首先是选择一个安静的地点,而不是在嘈杂的地方隔离一个工作室。

HVAC 系统,包括加热、通风和空调系统的声学设计应满足所需的噪声标准目标。来自电机、风扇管道扩散器等的噪音和振动应降至最低,以便实现低环境噪音水平。

噪音

与任何静音的房间相似,小型录音室需要遵守隔音规则和一定的标准。构建具有高传输损耗并与外部噪声和振动源分离的建筑元件非常重要,以确保环境噪声水平足够低以实现良好的录音质量。不仅如此,这些结构还将起到隔离作用,防止工作室中的噪音(音乐)水平影响邻近空间。

工作室声学特性

在录音室中,存在的声音类型和可能被麦克风收到的声音类型是“直达声:和”间接声“。直达声基本上是来自声源的声音(在到达表面之前)。间接声紧随直接声之后,由封闭区域的各种非自由场效应特性引起。简而言之,所有不是直达声的东西都被认为是间接声或反射声音。

众所周知,封闭空间中的声压级会根据与声源的距离而变化,同时也会受到房间或空间吸收能力的影响。如果一个房间的所有表面都是完全反射性的,这便意味着房间是完全混响的(就像一个混响室)。因此房间每个地方的声压级都是相同的(来自声源的声音),因为没有声能被吸收。我们也可以把它假设成相对没有直达声,因为绝大部分声音是被反射的,间接的。此外,导致间接声的另一个因素来自房间内的共振,这也是反射声的结果。

间接声还取决于室内构造的材料(例如,门、墙壁、窗户、地板、天花板等)。这些元素也可以通过来自声源的声音振动被激发。因此,当激发元素被移除时,它们能够以自己的速率逐渐衰减。

混响时间

所有间接声音类型的复合效果可以被称之为”混响“。许多人会说混响时间是房间声学质量的指标,但实际上,测量混响时间并不能直接揭示混响各个成分的性质。这也是用混响时间作为指标的一个小弱点。因此,混响时间往往不是声学条件的唯一指标。

混响时间是衰减率的量度,通常称为 T60。例如,1 秒的 T60 表示 60 dB 的衰减需要 1 秒才能完成。有人可能会说,将混响时间概念应用于小房间内是不准确的,因为真正的混响场在小空间中可能不存在。然而,在小房间设计中利用萨宾方程(Sabine Formula, 用于混响)来估算不同频率下的吸收需求仍然是可行的,前提是在估算过程中考虑了过程的限制。

基本上混响时间太长或太短都不好。这是因为对于混响时间过长的房间,语音音节和音乐短语会被掩盖,从而导致语音清晰度和音乐质量变差。相反,如果混响时间太短,语音和音乐将失去特性,因此质量会受到影响,而音乐通常会受到更大的影响。尽管如此,混响时间并没有一个具体的最佳值可以适用于任何房间,因为除了混响之外还涉及太多因素。诸如声源类型(女声/男声、语速、语言类型等)之类的因素都会影响房间的声学效果。然而,出于实际原因,声学家可以参考一些近似值,其中已经实施了一定程度的折衷以使其可用于多种类型的录音应用程序。

漫射
由于房间反射的空间多样性,高漫射房间给人一种宽敞的感觉。它也是控制共振效果的一个很好的解决方案。为了产生显着的漫射效果,八字形墙壁和几何突起的实施效果很好。另一种方法是在房间内分布吸波材料,这除了漫射之外,还可以提高房间的吸波效率。通常,模块化衍射光栅漫射元件(例如 2- x 4-ft 单元)可以提供漫射和宽带吸收,并且可以轻松安装在小型录音室中。尽管如此,在实践中,录音室内不会有太多漫射效果。

声学处理实例
那么,您可以使用哪些声学处理元素来改善您的工作室呢?可以考虑以下这些项目 (Studio, 2021):
1. 低音陷阱 Bass Traps
这是录音室中最重要的部分之一。 Bass traps通常用于吸收低频,也称为低音频率,但实际上它们是宽带吸收器。这意味着它们也擅长吸收中高频。

2. 隔音板 Acoustic Panels
隔音板的工作原理类似于低音陷阱,但在吸收低音频率方面效果不佳。与低音陷波器相比,吸音板的一个好处是,由于它们更薄,因此可以用更少的材料提供更大的表面积。因此,与低音陷阱相比,隔音板能够以更低的成本提供更大的墙壁覆盖范围。

3. 扩散器/漫射器 Diffusers
如果以在小型录音室中使用为例,扩散器可能不如低音陷阱和隔音板有效。所以,这完全取决于用户——他们是否觉得漫射器对他们的应用有用。
那么,声学处理产品应该放在哪里呢?
在这种情况下,要定义房间的三个关键区域:
– 三面角
– 二面角
– 墙壁
覆盖的优先级从三面角、二面角到墙壁。这是因为理想情况下,声学处理应放置在影响最大的区域。例如,在三面角处,三组平行墙会聚在一起,因此如果这里有吸音材料,它会从所有三个维度捕获房间模式,从而提供三倍的初始效率。同样的概念适用于二面角和墙,但分别具有二维和一维。

参考资料
Everest, F. A., & Pohlmann, K. C. (2015). Acoustics of Small Recording Studios. In F. A. Everest, & K. C. Pohlmann, Master Handbook of Acoustics (6th Edition ed.). McGraw-Hill Education – Access Engineering. doi:ISBN: 9780071841047
Studio, E.-H. R. (2021). CHAPTER 3: The Ultimate Guide to Acoustic Treatment for Home Studios. Retrieved from E-Home Recording Studio: https://ehomerecordingstudio.com/acoustic-treatment-101/

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SCOPE OF ARCHITECTURAL ACOUSTIC CONSULTANT’S WORK

建筑声学咨询公司应该做什么?当要求声学家提交项目工作建议时,这个问题很常见。在本文中,我们将参照混合用途高端建筑项目的类型来描述声学顾问的工作范围。因为在这类项目中,建筑声学顾问需要能够描述一个项目的所有工作范围,而且非常复杂。

综合用途高端建筑项目声学顾问的工作范围详情如下:

1.标准制定
在项目开始时,声学顾问必须为建筑物内的各个房间和区域推荐设计标准/目标,例如零售、卧室和客厅的公寓单元,以及会议室、多功能厅、水疗中心等商业区域,健身,餐厅。 、俱乐部休息室等。这些标准是根据对国家适用标准、国际标准、客户建议和相关建筑运营商的研究和总结确定的。

2.原理图
由于此类项目的声学顾​​问的工作范围涉及如此多的房间,因此强烈建议声学师在项目的早期阶段为几个重要的房间提供原理图设计,以供其他顾问注意。例如 MEP 房间、建筑结构连接、HVAC 设备在天花板上方的放置以及通风墙分区配置。

3. 建筑物周围环境的噪音审查
声学顾问必须审查来自飞机、火车站、高速公路交通、室外 MEP 设备以及建筑物周围所有可能干扰建筑物内部听觉舒适度的潜在噪声源,以确保目标声学标准实现了。在此阶段,声学师必须能够以客户和其他顾问可以理解的图纸形式传达建筑物周围多个点的建模和模拟结果。在此阶段,可以推荐考虑建筑物周围区域噪音的建筑物配置。

4. HVAC 风管噪音
讨论和审查所有 HVAC 的噪声,包括空气处理单元 (AHU)、轴流式和离心式风扇、风机盘管单元 (FCU) 等。将分析管道系统以确定距离最近的关键房间的噪声级扩散器管道系统出口。根据该分析,将建议需要消音器、保温材料或管道衬里,以达到已确定的声学标准。分析将毫无例外地在所有 HVAC 系统上进行,重点关注住宅区、水疗中心、酒店等。

5. 建筑结构中的声音传播(结构传播)
所有与声音通过建筑结构传播或振动有关的事项,无论是由于人在顶层的脚步声还是由于天花板或地板上方安装的 MEP 机器引起的振动。声学顾问必须能够根据建筑结构的固有频率进行评估,并提供有关楼板元素的建议,以满足运营商和客户应用的标准。

6. 机器振动控制
声学顾问应对已安装机器的隔振器进行深入讨论。这是通过考虑楼板的挠度及其与机器(例如冷却器、泵、冷却塔、AHU 等)的静态和动态负载的关系来完成的。此外,确保绝缘体能够有效承受建筑结构的振动。

7. 房间隔音
通过提供“室内房间”和“浮动地板”方法的技术计算来讨论某些房间的隔离,以便声音和振动不会传播到建筑物的所有元素,尤其是隔离区域周围的房间。

8. 室内声学
审查和计算商业空间室内设计元素的房间声学参数,例如舞厅、会议室和其他对语音或音乐的清晰度至关重要的区域。

9. 详图
声学顾问必须在切割或平面图的基础上以 CAD 格式提供或推荐建筑表皮元素(例如立面、墙壁和楼板)的规格。这将使相关顾问更容易在他们的施工图中应用这些规范。

10. 撞击隔音
健身区的碰撞,无论是由于有氧运动还是举重,都是声学顾问特别关注的问题。除了不同形式的声学处理之外,这些活动的时间跨度也必须包含在详细的技术计算中,当然也是可测量的

11.相关顾问图纸的审查
在相关顾问根据施工图调整了所有声学处理后,声学师必须在进入招标阶段之前审查所有这些图纸,以确保正确描述了所有处理。

12.与选定承包商的协调
如果符合声学意图,声学顾问必须分配时间协调设计并回答所选承包商的问题,并签署所有与材料批准相关的表格。

13. 最终评估
在将项目移交给下一方之前,声学顾问必须对顾问设计的建筑元素进行最终评估。接下来,将测量值与设计目标和预定标准进行比较。

by Ramadhan Akmal Putra 

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Acoustic Treatment in Schools

从始至今,一代又一代的学生和教师一直在与教育环境中由噪音和不良声学设计引起的固有问题作斗争。 尽管这个问题已经被意识到长达 100 多年,但教室的声学问题在老建筑和许多新建学校中仍然没有得到充分改善。 2012 年发布的一项研究“Essex Study-Optimal classroom acoustics for all”定义了教室声学处理的需求和好处。该研究考察了在工作教室环境中减少混响时间的影响。在对参与者进行多次声学测量和调查后得出的结论是,改善声学环境对所有人都有明显的好处。简而言之,教室中不受控制的混响会对学生和教师的健康和表现产生直接的负面影响。

混响是声音从硬表面反射到硬表面的回声,导致噪音积聚并产生令人困惑、难以理解的大量声音。大多数教室的窗户、黑板、混凝土块和石膏墙等坚硬表面不吸收声能,因此声音会反射回房间,以毫秒为间隔多次到达耳朵。这会产生一种模糊的声音,大脑难以区分主要信息并将其从混响中传播出来。当使用助听器和人工耳蜗时,这个问题会加剧。过度的混响还会影响有听觉处理问题、多动症和其他学习挑战的学生。事实上,降低混响和提高清晰度能让所有学生都受益。

混响是根据时间来衡量的。测量值 (RT60) 是声音在特定空间衰减60分贝所需的时间。混响时间越长,房间内的“回音”越多,聆听挑战就越大。房间的混响时间将取决于变量,例如教室的大小、反射表面以及房间中其他吸收或反射功能如何增加效果。

对学生和教师的影响
大多数学习发生在信息和想法的口头交流中。传统上,教室的设计并未关注房间的声音或它如何影响使用它的学生和教师。众所周知,靠近老师会增加学生的参与度和对所教材料的理解。由于大多数班级都有30或更多的学生,不可能每个学生都与老师亲近。对于班级后排的学生,到达学生的音量水平将比创建时降低多达20分贝。然后大脑必须区分接收到的声音是源材料还是从墙壁反射回来的声音。当房间内的自然混响、声音到达耳朵的延迟、暖通空调噪音、教室基层声音和从门窗外渗入的噪音等干扰因素之一时,发现这一点也就不足为奇了,许多孩子根本没有听到他们所教的材料。
而这仅仅是开始。随着教室中环境声级的增加,教师自然会提高他或她的音量。 “课堂喋喋不休”自然而然地增加了补偿,问题加剧到老师和学生开始失去注意力的地步。

孩子和大人听得“不一样”
当您考虑所描述的声学问题时,研究表明多达 30% 的学生实际上可能难以理解老师的信息。由于离老师太近导致的可懂度差,过多的混响和噪音导致对所教材料缺乏理解。
大多数成年人不会注意到这些挑战,因为生活经验可以让我们“填补缺失的词”。

解决办法是对教室进行声学处理
从广播的早期开始,广播员就得出结论,除非源广播清晰简洁,否则信息就会丢失。为了解决这个问题,在广播演播室的墙壁表面安装了吸声板,以抑制反射并提高听众的清晰度。这种做法一直持续到今天,无论您是在课堂上教学、在礼拜堂中传递信息,还是通过互联网广播远程学习课程,都适用相同的规则。

一种流行的解决方案是将面板悬挂在天花板上。悬挂时在面板后面形成的空气空间的额外好处是增加了面板的吸收表面积。这在嘈杂的自助餐厅特别有效。对于有T型吊顶的教室,有吸音瓦可以代替原来的非吸音压缩纤维瓦。实际的面板放置并不像人们想象的那么重要。更多的是通过在房间周围均匀分布面板来充分利用可用空间。
一个没有过度混响和噪音的教室更有利于学习,并且极大地有助于学生取得更好的成功——无论学生是否有学习问题。降低环境声级还可以让教学更轻松,减轻教师的压力和倦怠感,并显着减少每个人的听觉疲劳。当您考虑教师 – 学生的利益和安装声学处理所涉及的相对较低的成本时,对于关心从学生身上获得最大成果的学区和高等教育机构来说,一个实用的解决方案是现成的。

Credit : James Wright, Business development executive at Primacoustic

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Building Accoustics

研究人员开发“声学超材料”

波士顿大学研究人员、工程学院教授张鑫和博士 Reza Ghaffarivardavagh机械工程系的学生在《物理评论 B》上发表了一篇论文,证明可以使用开放式环形结构来消除噪音,该结构按照数学上完美的规格创建,可以在保持气流的同时消除声音。

他们计算了超材料所需的尺寸和规格,以干扰传输的声波,防止声音(但不是空气)通过开放结构辐射。他们说,基本前提是超材料的形状需要能够将传入的声音发送回它们的来源处。

作为一个测试案例,他们决定创建一种可以消除扬声器声音的结构。根据他们的计算,他们模拟了最有效地消除噪音的物理尺寸。为了使这些模型栩栩如生,他们使用 3D 打印来实现由塑料制成的开放式降噪结构。

研究人员在实验室进行了尝试,将扬声器密封在 PVC 管的一端。在另一端,定制的声学超材料被固定在开口中。随着播放按钮的按下,实验性扬声器装置在实验室中悄然启动。站在房间里,仅凭听觉,你永远不会知道扬声器正在发出令人恼火的高音调。然而,如果您向 PVC 管内窥视,就会看到扬声器的低音炮在嗡嗡作响。

这种超材料环绕着管口的内周,就像一个静音按钮一样工作,直到加法里瓦达瓦伸手将其拉开。实验室里突然响起了喇叭里刺耳的音乐声。

声学超材料的工作原理 – Geonoise Asia

现在他们的原型已被证明非常有效,研究人员对他们的消声超材料如何使现实世界变得更安静有了一些重要的想法。

离家或办公室较近的风扇和暖通空调系统可以受益于声学超材料,使它们保持安静,但仍然可以使热空气或冷空气在整个建筑物内不受阻碍地循环。

Ghaffarivardavagh 和Zhang 还指出,目前用于减少交通噪音污染的隔音屏障并不美观,并看到了审美升级的空间。 他们说:“我们的结构超轻、开放且美观。每一块都可以用作瓷砖或砖块,按比例放大并建造一面消音、透水的墙,”。

Ghaffarivardavagh 说,根据他们的方法,消声超材料的形状也是完全可定制的。外部部分不需要是圆环形状才能发挥作用。

“我们可以将外部形状设计为立方体或六边形,任何东西,”他说。 “当我们想要建造一堵墙时,我们会采用六边形形状”,它可以像露天蜂窝结构一样组合在一起。

这样的墙壁可以帮助抑制多种类型的噪音。张说,即使是来自核磁共振仪强烈振动的那些。

波士顿大学医学院放射学教授、该研究的合著者斯蒂芬·安德森表示,声学超材料可能会被缩放“以适应核磁共振机器的中心孔”,从而在成像过程中保护患者免受声音的影响。

Zhang说,可能性是无限的,因为噪音缓解方法可以定制以适应几乎任何环境:“我们的想法是,我们现在可以用数学方法设计一个可以阻挡任何声音的物体”。

 

资料来源:

https://phys.org/news/2019-03-acoustic-metamaterial-cancels.html

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