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三木建筑聲學

室內聲學設計

 

一. 聲場不均勻度和混響時間

聲源發出的直接到達的聲音是直達聲,直達聲總是最先到達人耳,這是因為直達聲比反射聲的聲程短。除了直達聲以外,反射的聲音形成了混響聲,使室內聲壓級增加。直達聲只與聲源強度有關,聲源功率越大,直達聲聲壓級越大,如果需要降低直達聲,唯一的方法是使聲源安靜下來。房間地面上立有阻擋直達聲的屏障時,反射聲會從天花反射過來,使屏障的隔聲能力下降,如果天花吸聲,減弱了反射聲能量,屏障的降噪效果能夠提高。在房間天花和墻壁上安裝吸聲材料可以吸收反射產生的混響聲,吸聲量每增加一倍,混響聲可以降低3dB。一般來講,混響聲對房間噪聲的貢獻為15dB,因此,采用吸聲最多可以獲得15dB減噪效果。 

   描述房間混響效果的指標是混響時間,它是室內聲源停止發聲后,聲壓級衰減60dB所經歷的時間,單位是秒。室內吸聲與頻率有關,因此,不同頻率的混響時間不同。在減噪設計中需要正確地應用吸聲材料,降低混響時間,降低噪聲。 

混響時間與室內吸聲存在數學關系,即塞賓公式: T60=K*V/A ,其中T是混響時間,V是房間體積,S是房間墻面的總表面積,K 是房間表面的平均吸聲系數(即房間各種吸聲材料吸聲系數與面積乘積的和再除以總表面積)。由塞賓公式可以看出,房間體積越大混響時間越長;平均吸聲系數越大,混響時間越短。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,使房間噪聲增加。 

混響時間計算公式是建立在理想擴散聲場條件下的,與實際情況會有±10~15%的誤差,因此,在降噪工程中不能完全依賴計算求得混響時間,必須使用測量的方法準確地獲得房間的混響時間,并進行降噪設計和計算。估算混響時間的不準確性可能會導致3~5dB的降噪誤差。 

   對同樣的聲源,房間的體積越大、距離聲源距離越遠、吸聲處理越靠近聲源,噪聲就越小。房間體積增大,勢必導致聲能在房間中的密度變小,聲壓級降低。但是通過改變房間體積的方法降低噪聲通常是不可行的,因為噪聲降低并不與體積成正比關系,房間體積增大,混響時間增大,噪聲降低有限,而且改造的成本也顯著增加。越遠離聲源,直達聲越小,而且混響聲所經歷的距離也會增加,混響聲降低,噪聲降低。吸聲材料距離聲源越近,吸聲效率越高,反射聲被吸收的機會也增加,對降噪是有利的.

二. 室內聲場設計及裝修注意事項

(一)   聲場設計

 一個聲場的基本設計應包括隔聲處理,現場噪聲的降低,建筑結構的合理要求,聲均勻度的實現,聲顫動、聚焦、共振反饋等問題的解決,室內混響的正確計算。

 1)     建聲原則: 混響合理, 聲音擴散性好,沒有聲聚焦、沒有可聞的振動噪聲、沒有死聲點。

 2)     室內裝修:色調不能導致會議或演出時太昏暗,避免擴聲區域內出現中空較大或支撐較差的腔體結構,避免大面積玻璃窗,不要將石膏天花板直接安裝在鋁合金槽里,必須要加吸音、隔音材料;鋁合金槽最好上膠加固。

  ()   室內聲學特性的基本要求

1)     具有合適的響度:禮堂(以語言為主) 大于 85dB;歌廳(音樂廳)大于103dB;迪廳 大于110dB;會議室 大于80dB。

2)     聲能分布均勻: 在觀眾席的各個座位上聽到的聲音響度應比較均勻;通過音質設計,應該能使觀眾席各個區域的聲壓級差別不太大,室內聲場不均勻度應控制在高低約3dB6dB之內。

3)    滿足信噪比要求: 噪聲對人們的正常聽覺產生干擾和掩蔽作用。不同用途的室內聽音環境,其充許的噪聲級不盡相同,通常在室內最小聲壓級的位置上,信噪比應該大于30dB.

4)   保證室內各處頻率響應均衡: 室內音響系統應保證各處頻率響應均衡,要求125Hz4000HZ內起伏為6db10dB,1000Hz8000HZ內起伏為10db15dB;如果室內存在聲聚焦、死聲點、駐波、聲共振等聲學缺陷,就會破壞頻率均衡,特別是中低頻駐波,一定要妥協處理好。

5)    選擇合適的自然混響時間   三維比例( L(長) W(寬) H(高)) 

禮堂(以語言為主) 1.2S1.5S (3.10: 1.30 :1.00 )

音樂廳                            1.8S2.4S (3.90: 2.70: 1.00)

中小歌廳 0.7S1.2S

會議室 0.5S0.8S

 ()    方案設計時參考的有關標準:

    IEC914—會議系統———電子及音頻設備標準

    音頻會議擴聲及視頻顯示系統依照中華人民共和國國家行業標準

    GYJ25-86《廳堂擴聲系統的聲學特性指標要求》

    CBJ232-82《中國電氣裝置安裝工程施工及驗收規范》

    SJ2112 《廳堂擴聲系統設備互聯的優選電氣配接值》

    JGB/T16-92《民用建筑電氣設計規范》

CB7401《圖象質量主觀評價度規定》 

 .各頻段聲音的作用

人耳對聲音頻率的感覺是從最低的20Hz到最高的20KHz,而人的語音頻率范圍則集中在80Hz~12kHz之間,不同頻段的聲音對人的感受是不同的。

 

1)     20Hz--60Hz部分。這一段提升能給音樂強有力的感覺,給人很響的感覺,如雷聲。如果提升過高,則又會混濁不清,造成清晰度不佳,特別是低頻響應差和低頻過重的音響設備。

 

2)     60Hz--250Hz部分。這段是音樂的低頻結構,它們包含了節奏部分的基礎音,包括基音、節奏音的主音。它和高中音的比例構成了音色結構的平衡特性。提升這一段可使聲音豐滿,過度提升會發出隆隆聲,衰減此頻段和高中音段會使聲音單薄。

 

3)     250Hz--4KHz部分。這段包含了大多數樂器的低頻諧波,同時影響人聲和樂器等聲音的清晰度,調整時要配合前面低音的設置,否則音質會變的很沉悶。如果提升過多會使聲音像電話里的聲音;如把600Hz1kHz過度提升會使聲音像喇叭的聲音;如把3KHz提升過多會掩蔽說話的識別音,即口齒不清,并使唇音“m、b、v”難以分辨;如把1kHz3kHz過分提升會使聲音具有金屬感。由于人耳對這一頻段比較敏感,通常不調節這一段,過分提升這一段會使聽覺疲勞。 

 

4)     4kHz--5KHz部分。這是影響臨場感(距離感)的頻段。提升這一頻段,使人感覺聲源與聽者的距離顯得稍近了一些;衰減則就會使聲音的距離感變遠;如果在5KHz左右提升6dB,則會使整個混合聲音的聲功率提升3dB。 

 

5)     6kHz--16kHz部分。這一頻段控制著音色的明亮度,宏亮度和清晰度。一般來說提升這部分使聲音宏亮,但不清晰,還可能會引起齒音過重;衰減這部分使聲音變得清晰,可音質又略顯單薄。該頻段適合還原人聲。

 .實驗測量聲學大廳各點的混響時間和聲壓級:

混響時間(s)測量結果:

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聲壓級測量結果:
img2        

         由以上數據可以看出,對于混響時間,該大廳基本可以滿足以語言為主的禮堂,音樂廳,中小歌廳的混響要求.當頻率比較低時各點處值差別比較大,在與聲源垂直距離相等時,靠近大廳中間的地方混響時間要長一些.

內聲學要求各頻率聲壓級起伏為6~10DB,由實驗結果可知本大廳500,1000HZ中頻段基本滿足要求,但高頻和低頻不滿足要求。這需要通過對室內的聲學改造使之滿足要求。

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