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1.聲音的頻率特性
聲音可以分解為若干(甚至無限多)頻率分量的合成。為了測量和描述聲音頻率特性,人們使用頻譜。頻率的表示方法常用倍頻程和1/3倍頻程。倍頻程的中心頻率是31.5、63、125、250、500、1K、2K、4K、8K、16KHz十個頻率,後一個頻率均為前一個頻率的兩倍,因此被稱為倍頻程,而且後一個頻率的頻率頻寬也是前一個頻率的兩倍。在有些更為精細的要求下,將頻率更細地劃分,形成1/3倍頻程,也就是把每個倍頻程再劃分成三個頻帶,中心頻率是20、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1K、1.25K、1.6K、2K、2.5K、3.15K、4K、5K、6.3K、8K、10K、12.5K、16K、20KHz等三十個頻率,後一個頻率均為前一個頻率的21/3倍。在實際工程中更關心人耳敏感的部分,因此,除進行必要的科學研究以外,大多數情況下考慮的頻率範圍在100Hz到5KHz。如果將聲音的頻率分量繪製成曲線就形成了頻譜。

對於各種建築聲學材料來講,不同頻率條件下聲學性能是不同的。有的材料具有良好的高頻吸聲性能,有的材料具有良好的低頻吸聲性能,有的材料對某些頻率具有良好的吸聲性能,不一而同。隔聲等其他聲學性能也是如此。

2.分貝和A聲級
分貝對於非專業人員來講是最難理解的,然而對於專業人士來講分貝又是再熟悉不過了。分貝(dB)是以美國電話發明家貝爾命名的,因為貝的單位太大,因此採用分貝,代表1/10貝。

分貝的概念比較特別,它的運算不是線性比例的,而是對數比例的,例如兩個音箱分別發出60dB的聲音,合在一起並不是120dB,而是63dB。如果某種吸聲材料吸收了80%的聲能,聲音降低了不是0.8dB也不是80dB而是 10lg(1-0.8)=7dB。如果某種隔牆隔聲量為50dB,那麼透過去的聲音為0.00001。分貝的計算較為複雜,需要具備專業知識才能完成。

使用分貝描述聲音時需要同時給出頻率。任何一個聲音,不同頻率的分貝數可能是不同的。我們可以說在某頻率時,聲壓級是多少,或吸聲係數是多少,或隔聲量是多少等等。

A聲級的概念會使普通人感到迷惑。聲級是將各個頻率的聲音計權相加(不是簡單的算術相加)得到的聲音大小,A聲級是各個頻率的聲音通過A計權網路後再相加得到的大小,A聲級反映了人耳對低頻和高頻不敏感的聽覺特性。例如,如果100Hz的聲壓級為80dB,在計算A聲級時,將按計權減去50.5dB,即按29.5dB來計算;而1KHz的聲壓級為80dB,計權值為0dB,即仍按80dB計算。A聲級的目的在於,A聲級越大,則表明聲音聽起來越響。A聲級分貝通常計為dBA。許多與噪聲有關的國家規範都是按A聲級作為指標的。

3.混響和混響時間
混響是房間中聲音被界面不斷反射而積累的結果,混響可以使室內的聲音增加15dB,同時會降低語言清晰度。對於音樂演奏的空間,如音樂廳、劇場等,需要混響效果使樂曲更加舒緩而愉悅。對於語言使用的空間,如電影院、教室、禮堂、錄音室等需要減少混響使講話更加清晰。因此,不同使用要求的房間需要不同的混響效果。

描述混響效果的指標是混響時間,它是室內聲源停止發聲後,聲壓級衰減60dB所經歷的時間,單位是秒。混響時間與室內吸聲存在數學關係,也就是建築聲學中著名的塞賓公式:T=0.161V/(S×a) ,其中T是混響時間,V是房間體積,S是房間牆面的總表面積,a是房間表面的平均吸聲係數。由塞賓公式可以看出,房間體積越大混響時間越長;平均吸聲係數越大,混響時間越短。如體育館等體積巨大的空間,如果不進行吸聲處理的話,混響時間會很長,將嚴重影響語言清晰度。由於室內吸聲與頻率有關,不同頻率的混響時間也有所不同,房間音質指標常指的是中頻混響時間。據研究,就較理想的混響時間而言(中頻),音樂廳為1.8-2.2秒,劇院為1.3-1.5秒,多功能禮堂為1.0-1.4秒,電影院為0.6-1.0秒,教室為0.4-0.8秒,錄音室為0.2-0.4秒,體育館為低於2.0秒。在建築設計中正確地應用吸聲材料可以控制混響時間,保證音質效果滿足使用要求。

4.隔聲
為了保證室內環境的私密性,降低外界聲音的影響,房間之間需要隔聲。隔聲與吸聲是完全不同的概念,好的吸聲材料不一定是好的隔聲材料。聲音進入建築維護結構有三種形式。1)通過孔洞直接進入。2)聲波撞擊到牆面引起牆體振動而輻射聲音。3)物體撞擊地面或牆體產生結構振動而輻射聲音。前兩種方式為空氣聲傳聲,第三種方式是撞擊聲傳聲。

描述空氣聲傳聲隔聲性能的指標是隔聲量,隔聲量的定義是R=10lg(1/τ),其中τ是透射聲能與入射聲能的比,隔聲量的單位是dB。隔聲量可以粗略地理解為牆體兩邊聲音分貝數的差值,但絕對不是差值這樣簡單。孔洞的隔聲量R=0dB,隔掉99%聲能的隔牆的隔聲量是20dB,隔掉99.999%聲能的隔牆的隔聲量是50dB。

牆體在不同頻率下的隔聲量一般並不相同,一般規律是高頻隔聲量好於低頻。不同材料的隔聲量頻率特性曲線很不相同,為了使用單一指標比較不同材料及構造的隔聲性能,人們使用計權隔聲量Rw。Rw是使用標準評價曲線與牆體隔聲量頻率特性曲線進行比較得到的,標準評價曲線符合人耳低頻不敏感的聽覺特性。具體評價方法可參見國標GBJ121-88「建築隔聲評價標準」。

隔牆隔聲存在質量定律,即單層牆越重隔聲性能越好,單位面積的質量提高一倍,隔聲量提高6dB。120磚牆的面密度為260kg/m2,隔聲量為46-48dB;240磚牆的面密度為520kg/m2,隔聲量為52-54dB。磚牆牆體過重,結構荷載負擔較大,使用黏土磚也不利於耕地保護,因此,輕牆得以廣泛使用。為了使輕牆達到良好的隔聲性能,需要使用多層牆板內填吸聲材料的方法。75龍骨內填玻璃棉的雙面雙層紙面石膏板牆的面密度只有60kg/m2左右,隔聲量可以達到50dB。同樣面密度的90厚加氣混凝土板牆的隔聲量只有36dB。對於住宅隔聲,Rw應至少大於45dB,最好大於50dB。

描述撞擊聲傳聲隔聲性能的指標是撞擊聲壓級,它不同於空氣聲隔聲量所表達的「隔掉聲音的分貝數」,而是表示在使用標準打擊器(一種能夠產生標準撞擊能量的設備)撞擊樓板時,樓下聲音的大小。撞擊聲壓級越大表示樓板撞擊聲傳聲隔聲能力越差,反之越好。撞擊聲壓級反映了人在樓上活動時對樓下房間產生聲音的大小。樓板撞擊聲壓級隨頻率不同而變化,為了使用單一指標比較不同樓板的隔絕撞擊聲的性能,人們使用計權撞擊聲壓級Lpn,w。Lpn,w同樣使用標準評價曲線與撞擊聲隔聲頻率特性曲線進行比較得到的,具體評價方法可參見國標GBJ121-88「建築隔聲評價標準」。

比較理想的住宅樓板計權撞擊聲壓級應小於65dB。然而,大量使用的普通10cm厚混凝土樓板計權撞擊聲壓級為80-82dB,樓板隔聲問題比較嚴重,住戶多有抱怨,誰沒有聽到樓上的腳步聲以及孩子的跑跳聲的經歷呢?採用浮築地板的方法可以提高樓板隔聲性能,如在結構樓板上鋪一層高容重的玻璃棉減振墊層再做40mm厚的混凝土地面,計權撞擊聲壓級可以小於60dB。

資料來源:維基百科
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