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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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Sound Absorption

什么是“吸收”?

吸声是指材料、结构或物体在遇到声波时吸收能量的过程,而不是反射能量。一部分吸收的能量转化为热量,一部分通过吸收体传输。据说转化为热量的能量已经“丢失”了。 (例如弹簧、阻尼器等)

什么是“吸声”?

当声波遇到材料表面时:一部分反射;它们一部分渗透,其余的则被材料本身吸收。

吸声公式:

吸收声能(E)与入射声能(Eo)之比称为吸声系数(α)。该比值是评价材料吸声性能的主要指标,也意味着我们可以使用一个公式来证明这一点。

α (absorption coefficient 吸收系数) =E (absorbed sound energy 吸收声能)/ Eo (Incident sound energy 入射声能)

公式中:α为吸声系数;

E为吸收的声能(包括已透过部分);

Eo 是入射声能

一般材料的吸声系数在0到1之间,数字越大吸声性能越好。悬挂吸声体的吸声系数可能大于1,因为它的有效吸声面积大于计算面积。

示例:如果墙壁吸收了 63% 的入射能量并反射了 37% 的能量,则墙壁的吸收系数为 0.63。

我们能如何测量吸收系数?

我们可以根据入射波场的类型,采用两种不同的方法确定吸收系数和阻抗。

  1. Kundt’s tube (ISO 10534-2)
  2. Reverberation room (ISO 354)

昆特管测量法 Kundt’s Tube Measurement Method: (ISO 10543-2)

对于小样本的测量,使用 Kundt 管或阻抗管,也称为驻波管。使用驻波法测量吸收因子和声阻抗的结果显然只有在假设这些与样本尺寸无关时才有意义,样本尺寸通常很小。垂直入射的吸收系数是通过测量扬声器在管中建立的驻波中的最大和最小压力振幅来确定的。

引言中提到,与更现代的基于传输的方法相比,这种基本技术被认为有点过时,在国际标准 ISO 10534-1 中实施时间相对较晚(1993 年),至少使用了 50 年。商用设备也已经使用了几十年。然而,存在上述标准的第二部分 ISO 10534-2,它基于使用宽带信号和测量管道中不同位置之间的压力传递函数。 ISO 10543-2,这意味着将指定的两个麦克风方法扩展到球面波场。

Placid阻抗管可以用于吸收系数和传输损耗测量。

(https://www.placidinstruments.com/product/impedance-tube/)

上图为阻抗管 (Impedance Tube)

点击此处参考 Placid 吸声测量

点击此处参考Placid传声损耗测量

混响室:(ISO 354)

混响室法是传统的方法,较大样品的吸收系数测量是在混响室中进行的。然后确定漫射场条件下所有入射角的平均值。吸收器生产商通常提供的产品数据是根据国际标准ISO 354确定的,测量要求为10-12平方米,并且对面积的形状有要求。这些要求的原因是,该方法确定的吸收因子总是包括由于边缘效应而产生的附加量,边缘效应是沿试样边缘的衍射现象。这种效应使试样在声学上的几何面积更大,这可能导致获得大于 1.0 的吸收系数。当然,这并不意味着吸收的能量大于入射能量。

不同材料的吸声系数:

材料的吸声性能不仅与其其他性能、厚度、表面情况(空气层及厚度)有关,还与声波的入射角和频率有关。吸声系数会根据高、中、低频发生变化。为了综合反映一种材料的吸声性能,设置了六个频率(125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz)来表示吸声系数的变化。如果六个频率的平均比值大于0.2,则该材料可归类为吸声材料。

吸声材料的应用

这些材料可用于音乐厅、电影院、礼堂和广播室的墙壁、地板和天花板的隔音。通过适当使用吸音材料,声波在室内的透过率可以提高,从而产生更好的音效。

从中选择您的吸音器:https://www.blast-block.com/

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超声波于正确频率时会选择性地损害癌细胞

多年以来,医生们已经可以使用聚焦超声波来摧毁体内的肿瘤,因而无需进行侵入性手术。然而,当今诊所使用的治疗性超声波会无区别地损害癌症和健康细胞。

大多数基于超声波的疗法要么使用高强度光束加热并破坏细胞,要么使用在超声波之前注射的特殊造影剂,导致附近的细胞被粉碎。热量会伤害健康细胞和癌细胞,而造影剂仅对少数肿瘤有效。

加州理工学院和希望之城贝克曼研究所的研究人员开发了一种低强度超声方法,利用肿瘤细胞独特的物理和结构特性来靶向肿瘤细胞,并提供更具选择性、更安全的选择。通过降低强度并仔细调整频率以匹配目标细胞,该小组能够在不伤害健康血细胞的情况下分解几种类型的癌细胞。他们的研究结果发表在 AIP 出版社的《应用物理快报》上,这是一项新的研究。肿瘤切除术是新兴领域的一步,即根据癌细胞的物理特性挑选并杀死癌细胞。

靶向脉冲超声波利用癌细胞独特的机械特性来摧毁它们,同时保护健康细胞。

“这个项目表明,超声波可以根据癌细胞的机械特性来靶向癌细胞,”该论文的主要作者 David Mittelstein 说。 “这是一种令人兴奋的新型癌症疗法的概念证明,这种疗法不需要癌症具有独特的分子标记,也不需要与目标健康细胞分开。”

加州理工学院的一个固体力学实验室首先开发了肿瘤切除术的理论,其基础是细胞容易受到特定频率超声波的影响——就像训练有素的歌手可以通过唱出特定的音符来打碎酒杯一样。

加州理工学院的研究小组发现,在某些频率下,低强度超声波会导致癌细胞的细胞骨架分解,而附近的健康细胞却毫发无伤。

“仅仅通过调整刺激频率,我们就发现癌症和健康细胞的反应方式存在巨大差异,”米特尔斯坦说。 “关于确切的机制还有很多问题需要研究,但我们的发现非常令人鼓舞。”研究人员希望他们的工作能够激励其他人探索肿瘤切除术作为一种治疗方法,有一天可以与化疗、免疫疗法、放疗和手术一起使用。他们计划更好地了解受这种超声波影响的细胞中具体发生了什么。

 

Written by:

Phawin Phanudom (Gun)
Acoustical Engineer

Geonoise (Thailand) Co., Ltd.
Tel: +6621214399
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Web: https://www.geonoise.com
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Credit: Publishing AIP

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