要靚聲,首先要建聲建筑聲學(xué)基礎(chǔ)介紹

文_Frankie

要建聲,我們需要引申出建筑聲學(xué)的話題。上述的背景噪音、混響時(shí)間、聲音反射、共振/駐波問(wèn)題都是屬于建筑聲學(xué)問(wèn)題。到底什么是建筑聲學(xué)?建筑聲學(xué)是研究建筑中聲學(xué)環(huán)境問(wèn)題的科學(xué),目的在于如何讓人們?cè)诮ㄖ蝎@得良好的聲音環(huán)境,涉及問(wèn)題不僅僅在于聲音本身,還包括心理感受、建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué),材料學(xué)甚至群體行為學(xué)等多方面的問(wèn)題。而且建筑聲學(xué)的應(yīng)用非常廣泛,除了影音視聽(tīng)室,劇院、音樂(lè)廳、教室、辦公室、酒店、KTV、餐廳等場(chǎng)合,且不同的應(yīng)用場(chǎng)合都有不同的聲學(xué)要求。

最近,筆者參加了由廣州聲博士聲學(xué)材料有限公司舉辦建筑聲學(xué)培訓(xùn)課程,盡管這次的課程是基礎(chǔ)課程(AA1,最高為AA5,共五級(jí)),課程給我的感覺(jué)還是相當(dāng)實(shí)用的,所以筆者就結(jié)合了一些課程內(nèi)容而組織了這個(gè)小專題,希望能讓大家對(duì)建筑聲學(xué)一個(gè)初步的認(rèn)知。

噪音的其中一個(gè)最大的危害就是影響我們的日常生活,例如,讓人在晚上無(wú)法入睡,從而影響到睡眠質(zhì)量

在現(xiàn)實(shí)生活中我們會(huì)遇到各種各樣來(lái)自不同產(chǎn)生方式的噪音,而這些噪音會(huì)通過(guò)各種途徑進(jìn)入到房間里面。所以,噪聲控制是非常重要的

噪音的等級(jí)劃分,單位為dBA。dBA是建筑聲學(xué)里面常用的一個(gè)聲壓級(jí)計(jì)量單位,它更接近人耳實(shí)際聽(tīng)到的聲壓級(jí)

一切從噪音開(kāi)始

噪聲是建筑聲學(xué)里面一個(gè)重要的參數(shù),也是學(xué)習(xí)建筑聲學(xué)時(shí)首先要了解的一個(gè)概念。到底什么是噪音呢？或許說(shuō)到這里,大家會(huì)想到噪音就是音量很大,聽(tīng)起來(lái)很難受的聲音,其實(shí)不然,建筑聲學(xué)里面對(duì)噪聲的定義是,只要我們?cè)谌粘Ｉ钪胁幌肼?tīng)到的聲音都統(tǒng)稱為噪音。

在現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中,我們會(huì)經(jīng)常接觸到不同類型的噪音,而噪音會(huì)對(duì)我們的日常生活構(gòu)成各種各樣的影響。到底會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響？以下先列舉一些研究數(shù)據(jù)。在教學(xué)領(lǐng)域,77%的學(xué)生認(rèn)為噪音是課堂上最大的干擾,使得學(xué)生無(wú)法聽(tīng)清楚老師的講課內(nèi)容,而且噪音污染每增加10dB,8-9歲的小學(xué)生在全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試中的成績(jī)就降低5.5分；在職場(chǎng)里面,74.6%的辦公室職員認(rèn)為噪音污染會(huì)讓職員的工作效績(jī)降低66%。此外,噪音污染還會(huì)影響到我們的作息時(shí)間,從而嚴(yán)重影響到睡眠質(zhì)量,關(guān)系到我們的身心健康,對(duì)于聽(tīng)音樂(lè)和看電影,噪音污染會(huì)則會(huì)分散我們的注意力和音質(zhì)的清晰度。

我們生活當(dāng)中會(huì)面對(duì)哪些噪音？

剛剛我們說(shuō)到噪音對(duì)日常生活的各種影響,那么在我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中會(huì)面對(duì)哪些噪音呢？根據(jù)建筑聲學(xué)里面的描述,噪音的類型有三種,包括：側(cè)翼噪音、背景噪音和沖擊噪音。

側(cè)翼噪音就是在我們?cè)诖笞匀恢谐３Ｂ?tīng)到的各種聲音,這些聲音經(jīng)空氣中傳播,然后通過(guò)門(mén)、窗、電器插座的縫隙,通風(fēng)管道等途徑傳到房間里面,讓我們聽(tīng)到,這類的噪音稱之為側(cè)翼噪音。

背景噪音,這類噪音即使在噪聲源停止的情況下依然會(huì)存在的,也叫環(huán)境噪音。音樂(lè)廳、錄音棚,以及我們的影音視聽(tīng)室往往都需要較低的背景噪音,這樣可以避免背景噪音掩蓋聲音里面弱信息,使得我們聽(tīng)到更多微弱的聲音細(xì)節(jié)。

技術(shù)就是生產(chǎn)力，而且是不可替代的生產(chǎn)力。長(zhǎng)期以來(lái)，許多果農(nóng)學(xué)習(xí)技術(shù)不肯下功夫，引進(jìn)技術(shù)不愿付費(fèi)掏錢(qián)，導(dǎo)致大量物資投入有去無(wú)回，別說(shuō)保障收益，連基本投產(chǎn)都無(wú)法維系，從而導(dǎo)致生產(chǎn)種植陷入困境。與其說(shuō)氣候、管理和規(guī)模問(wèn)題，不如說(shuō)是技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)問(wèn)題將獼猴桃生產(chǎn)在種植前端和初期復(fù)雜化，而一旦正常運(yùn)行，則變得簡(jiǎn)單化，最終實(shí)現(xiàn)高效化。對(duì)獼猴桃種植技術(shù)的漠視，實(shí)際是一種文化思維慣性的不良反應(yīng)，這是比較普遍的問(wèn)題。這里的技術(shù)是真正有用的技術(shù)，而非不實(shí)用技術(shù)或偽技術(shù)。

沖擊噪音則是以結(jié)構(gòu)傳播的方式傳到房間里面。例如,人走路是發(fā)出的聲音,或者說(shuō)有人在外面突然大力拍打墻體,又或者你的隔壁開(kāi)著一個(gè)低音炮,且開(kāi)大音量看電影等,這些聲音都會(huì)通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)傳到你的房間。這類噪音往往比較短暫,甚至是一瞬間的事情,會(huì)讓你的注意力突然間改變。

高速公路,高架路旁邊筑起的隔音板可以降低汽車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)所產(chǎn)生的噪音,也是城市里面最常見(jiàn)的噪音控制方式之一

對(duì)于高端的視聽(tīng)室,或者錄音棚,常常會(huì)采用“房中房”的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行噪音控制。這種方式采用非硬性接觸的方式連接,不僅僅可以有效地隔離噪音,還能更好地降低沖擊噪音的危害

對(duì)于家庭環(huán)境,我們可以將窗戶,或門(mén)的縫隙部分用橡膠帶堵住,防止噪音通過(guò)縫隙傳播到室內(nèi)

關(guān)于噪音控制

好了！既然知道噪聲對(duì)我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懸约霸肼暤念愋秃蛡鞑ネ緩?那么我們就可以對(duì)噪聲進(jìn)行針對(duì)性地控制,從而降低噪音對(duì)我們的影響。

噪聲控制最常見(jiàn)的方式是隔離空氣聲。簡(jiǎn)單地說(shuō),你把門(mén)窗都關(guān)好,并且將縫隙堵住,那么噪音問(wèn)題就會(huì)得到一定程度的控制。當(dāng)然,僅僅是通過(guò)這種方式來(lái)控制噪音是不夠充分的,門(mén)、窗、墻體、地面、天花板等建筑構(gòu)件都會(huì)影響到噪音控制的結(jié)果。

在建筑聲學(xué)里面,“TL(transmission loss)”中文名為“傳輸聲失”,是建筑構(gòu)件在空氣中隔聲性能的參數(shù),參數(shù)值越高,噪音減弱能力越強(qiáng)。TL的單位為dB。每種不同結(jié)構(gòu)的建筑構(gòu)件都有相應(yīng)的TL參數(shù),而且在不同倍頻程,每個(gè)建筑構(gòu)件的TL參數(shù)都是不同的。然而,建筑構(gòu)件生產(chǎn)商通常會(huì)取250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz這四個(gè)倍頻程的TL參數(shù)的平均值作為建筑構(gòu)件聲音傳輸?shù)燃?jí)(STC)給予用戶進(jìn)行參考。

但實(shí)際上,TL僅僅是一個(gè)描述建筑構(gòu)件隔聲量的參數(shù),并不反映出實(shí)際能降低多少個(gè)dB的噪音。TL參數(shù)還需要補(bǔ)充公共分區(qū)的面積和房間的總吸聲量才能決定到底能讓房間降低多少個(gè)dB的噪音。此外,由于低頻的波長(zhǎng)大,傳輸距離更遠(yuǎn),能非常容易地穿過(guò)建筑構(gòu)件進(jìn)入房間內(nèi)部,所以在選購(gòu)或設(shè)計(jì)建筑構(gòu)件的時(shí)候,還需要注意63Hz、125H和250Hz這三個(gè)倍頻程的參數(shù)。

對(duì)于結(jié)構(gòu)傳聲所產(chǎn)生的沖擊噪音,采用隔離空氣聲的方式是一定奏效,畢竟聲音傳輸?shù)姆绞讲灰粯?需要加入阻尼結(jié)構(gòu)來(lái)減少?zèng)_擊噪音所帶來(lái)的影響。例如,可以采用“彈性減震墻”,“浮筑地板”這類帶有阻尼器結(jié)構(gòu)的建筑構(gòu)件來(lái)減少?zèng)_擊噪音。而且國(guó)際建筑規(guī)范也有針對(duì)建筑構(gòu)件對(duì)隔離沖擊噪音的性能制定標(biāo)準(zhǔn),稱為IIC(Impact Isolation Class),即“沖擊隔離等級(jí)”。國(guó)際建筑規(guī)范的IIC最低標(biāo)準(zhǔn)為50。

聲能的吸收與反射

簡(jiǎn)單地介紹完關(guān)于噪聲的方方面面,接下來(lái)我們?cè)賮?lái)介紹聲能的吸收與反射。我們?yōu)橐粋€(gè)視聽(tīng)室做聲學(xué)設(shè)計(jì),也肯定需要做吸聲和反射的處理,需要安裝聲學(xué)材料。那問(wèn)題來(lái)了,到底怎樣的聲學(xué)材料屬于吸收的,哪些又屬于反射的呢？在建筑聲學(xué)里面,衡量吸收和反射是通過(guò)建筑構(gòu)件的吸聲系數(shù)a來(lái)衡量的,每種材質(zhì)都有它的吸聲系數(shù),包括玻璃、大理石等,通常吸聲系數(shù)＞0.5,那就屬于吸聲體,如果吸聲系數(shù)＜0.2,那就屬于反射體。

通常吸聲系數(shù)較高的材料有以下幾大特性：1.多孔；2.表面粗糙；3.材料更厚；4.空腔安裝；5.輕質(zhì)；6.重量更輕；7.其纖維具有大量?jī)?nèi)外聯(lián)通的微細(xì)孔隙。吸聲系數(shù)較低的材料則具有4大特性：1.表面光滑；2.密度高；3.體積大；4.平齊安裝。

由于墻體、地面,天花板所使用的材料的關(guān)系,房間總會(huì)存在一個(gè)吸聲量的參數(shù)。該參數(shù)就是“房間常數(shù)”,可以通過(guò)計(jì)算而得到。它代表室內(nèi)表面吸聲系數(shù)和總表面積的乘積之和,其單位為Sabins。得到“房間常數(shù)”之后,我們?cè)僖云渑c房間總表面積之比,得到房間的“平均吸聲系數(shù)”。有了“平均吸聲系數(shù)”就可以反映出這個(gè)房間是吸收過(guò)多,還是反射過(guò)多,然后再根據(jù)應(yīng)用而進(jìn)行調(diào)整。

古老的教堂在聲學(xué)設(shè)計(jì)上,往往將頂部設(shè)計(jì)成拱形。這是由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)電子擴(kuò)聲設(shè)備,而教堂往往需要更長(zhǎng)的混響時(shí)間和聲音響度

聲音在房間里面的傳播過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多次反射,從而影響房間的混響時(shí)間。在聲學(xué)設(shè)計(jì)上,需要對(duì)房間進(jìn)行吸聲或反射處理來(lái)控制混響時(shí)間

星海音樂(lè)廳的頂部安裝了多塊弧面反射板,目的是通過(guò)這些反射板來(lái)增加混響時(shí)間和聲音響度,同時(shí)也把聲音反射到四周的聽(tīng)眾席,讓聽(tīng)眾能聽(tīng)到清晰的,且豐滿的聲音

聲音的反射與吸收處理主要影響著房間的混響效果和聲音響度。例如,大家常見(jiàn)的歌劇院或者音樂(lè)廳這些地方通常都不會(huì)使用音響設(shè)備來(lái)擴(kuò)聲,因此需要增加反射來(lái)提高聲音的響度和混響效果,聲音聽(tīng)起來(lái)會(huì)顯得更圓潤(rùn)。影音室則不同,需要通過(guò)音箱設(shè)備回放聲音,往往需要做吸聲處理,用于減弱混響、甚至消除回聲,以提高聲音的清晰度。

混響時(shí)間與早期反射聲的控制

從上述的內(nèi)容上,我們又引申出另外一個(gè)名詞,那就是混響?；祉懯窃诼曉赐Ｖ拱l(fā)聲之后,聲音在空間內(nèi)多次反射而形成。我們?nèi)祟惖亩湓诮邮章曇舻臅r(shí)候,直達(dá)聲和反射聲一并接收,但由于反射聲到達(dá)人耳的時(shí)間比直達(dá)聲要慢,存在一定的延時(shí)。當(dāng)延時(shí)在200ms或以下就會(huì)聽(tīng)到混響效果(若200ms以上會(huì)變成“回聲”),這使得聲音聽(tīng)起來(lái),尾音會(huì)適當(dāng)拖長(zhǎng),然后再慢慢減弱,直到消失。例如,你在音樂(lè)廳里面說(shuō)一聲“Hello”,那你聽(tīng)到的聲音效果就是“Helloooooooo…………”

混響影響著聲音的清晰度,兩者之間呈現(xiàn)的是反比例關(guān)系。但混響這東西有好有壞,如果控制得當(dāng),不僅聲音清晰,而且圓潤(rùn)又舒服。過(guò)多的混響會(huì)嚴(yán)重地影響到聲音的清晰度,聽(tīng)起來(lái)渾濁不清的。過(guò)少的混響會(huì)讓聲音聽(tīng)起來(lái)干澀,缺少溫潤(rùn)感?；祉懧暤拈L(zhǎng)短,在科學(xué)上是用混響時(shí)間來(lái)衡量的,用RT60來(lái)表示,單位為秒。其含義就是聲源被切斷之后,聲壓級(jí)降低60dB所需要的時(shí)間。

一個(gè)房間的混響時(shí)間可以通過(guò)兩種方式來(lái)獲得,一是通過(guò)Sabine公式進(jìn)行估算；二是采用基于脈沖響應(yīng)法來(lái)測(cè)量混響時(shí)間。其中,Sabine公式存在局限性,僅適合在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行估算,而后者是目前最最最最常用的使用方式。但在測(cè)量RT60的時(shí)候,需要注意的是必須把背景噪音的因素考慮進(jìn)去。因此,你需要制造一個(gè)比背景噪聲源大60dB或者更大的聲源。例如,背景噪聲為30dB聲壓級(jí),那需要一個(gè)90dB聲壓級(jí),或以上的聲源,這樣才能測(cè)量聲音完整的60dB衰減。

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,不同環(huán)境對(duì)混響時(shí)間的長(zhǎng)短是有不同的要求。例如上述的音樂(lè)廳,往往需要2秒的混響時(shí)間來(lái)增加聲音的圓潤(rùn)感,而教室則需要較短的混響時(shí)間,約0.5秒,目的在于得到良好的語(yǔ)音清晰度,讓學(xué)生能聽(tīng)清楚教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于大型的教堂,混響時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10秒。

在大空間里面,由于房間的長(zhǎng)寬高問(wèn)題,容易產(chǎn)生回聲?；芈曇矔?huì)影響著聲音的清晰度

顫動(dòng)回聲是房間里面最常見(jiàn)的一張聲學(xué)缺陷

駐波是共振的一種,使得低頻頻響變得不平坦,且還讓房間中每個(gè)聽(tīng)音位置效果都不一致

要獲得適當(dāng)?shù)幕祉憽⒆銐虻捻懚群吐曇羟逦?在聲學(xué)設(shè)計(jì)上需要對(duì)早期反射聲進(jìn)行控制。我不知道大家有沒(méi)有去過(guò)音樂(lè)廳聽(tīng)音樂(lè),只要到過(guò)音樂(lè)廳的人都會(huì)發(fā)現(xiàn)頂部吊裝著大量的聲音反射材料,目的是控制早期反射聲來(lái)提高聲音的響度和清晰度。與此同時(shí),還可以消除高處天花板的回聲干擾,將混響時(shí)間控制在合理范圍內(nèi)。所以,在一個(gè)好的音樂(lè)廳里面,你會(huì)聽(tīng)到一種豐滿、清晰的聲音。相比之下,我們平常接觸的家庭影院視聽(tīng)室,因?yàn)樯婕耙繇憯U(kuò)聲設(shè)備的關(guān)系,往往需要對(duì)早期反射聲做吸收處理,用于降低房間的混響時(shí)間,提高聲音的清晰度。

注意聲學(xué)上的缺陷

在進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們還會(huì)遇到一些聲學(xué)上的缺陷。到底一個(gè)房間里面會(huì)存在哪些聲學(xué)缺陷？1.回聲；2.顫動(dòng)回聲；3.聲聚焦；4.聲學(xué)蠕變；5.響度過(guò)大；6.共振。這些缺陷都可以通過(guò)脈沖響應(yīng)的方式進(jìn)行檢測(cè)。

回聲：回聲(Echo)與混響一樣也是聲音在空間里面反射所形成的,當(dāng)?shù)竭_(dá)人耳的反射聲與直達(dá)聲之間的延時(shí)超過(guò)200ms或以上,我們就能聽(tīng)到回聲。倘若同樣以說(shuō)一聲“Hello”,回聲的效果聽(tīng)起來(lái)就是“Hello……h(huán)ello……h(huán)ello……h(huán)ello”,不斷地重復(fù)相同的聲音,并慢慢減弱,最終消失。其解決方法可以通過(guò)在房間后墻做吸收(或擴(kuò)散處理),或者降低后墻的高度。

顫動(dòng)回聲：顫動(dòng)回聲也是聲音在相互的兩個(gè)界面上多次反射所形成。顫動(dòng)回聲是房間里面最常遇到的聲學(xué)缺陷之一。檢測(cè)的方式可以脈沖響應(yīng)的方式檢測(cè)(如：拍掌)。解決辦法是在房間后墻做吸收(或擴(kuò)散)處理。

聲聚焦：聲聚焦主要是房間界面上存在凹面所致,這使得多個(gè)反射聲同時(shí)達(dá)到焦點(diǎn),同樣會(huì)讓人聽(tīng)到回聲,其解決的辦法是避免凹面,或者采用吸收(或擴(kuò)散),又或者采用凸面的設(shè)計(jì)來(lái)消除聲聚焦的形成。

聲學(xué)蠕變：聲學(xué)蠕變與聲聚焦的情況類似,都是房間的界面上存在凹面所致,聲音會(huì)沿著凹面的表面進(jìn)行反射,使得反射聲幾乎同時(shí)到達(dá)同一接收位置。其解決的辦法是要么避免凹面,要么就是在凹面做吸收處理,將反射聲消除。

響度過(guò)大：聲音響度過(guò)大,其主要原因還是混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)所導(dǎo)致,會(huì)影響聲音的清晰度。解決的辦法還是通過(guò)吸音處理來(lái)降低混響時(shí)間。

共振：共振會(huì)影響到房間的頻響特性,出現(xiàn)“峰”或“谷”,使其變得不平坦。聲音聽(tīng)起來(lái)會(huì)覺(jué)得某個(gè)頻率的能量過(guò)大,或者過(guò)少,甚至房間內(nèi)不同位置之間造成很大的聲音差異。例如,低音駐波就是一個(gè)很常見(jiàn)的聲音共振現(xiàn)象。其主要原因是房間尺寸與特定頻率的波長(zhǎng)相等,或者呈現(xiàn)倍數(shù)關(guān)系。解決辦法是將房間的其中一角做成斜角表面,打破相鄰之間的平衡面來(lái)避免共振,并且至少有一個(gè)表面做了吸音處理。

總結(jié)：

建筑聲學(xué)是聲學(xué)的一部分,當(dāng)下越來(lái)越受到重視。就我們平時(shí)所接觸的影音視聽(tīng)室而言,要得到好的聲音重播效果,必須先建聲。正如HAA、THX課程里面所形容:一個(gè)聲學(xué)特性良好的房間是基礎(chǔ),代表著房間可以隨時(shí)使用。一個(gè)聲學(xué)環(huán)境好的視聽(tīng)室,不僅僅幫助音響系統(tǒng)還原出震撼的音響效果,或優(yōu)美動(dòng)人的音樂(lè),還能讓我們盡可能排除一切外部干擾,讓我們的注意力集中到電影,或音樂(lè)里面。這就說(shuō)明了建筑聲學(xué)的重要性。所以,要知道怎樣對(duì)視聽(tīng)室進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì),建筑聲學(xué)是必須要研究的一門(mén)課程。