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小空間的聲學(xué)缺陷和聲學(xué)設(shè)計(jì)
發(fā)布日期:2020-11-4   點(diǎn)擊次數(shù):
   1、引言

  小空間,顧名思義是指室內(nèi)空間相對(duì)尺寸較小的房間,其房間尺寸一般在3~5m,尺寸略大的能達(dá)到10m左右。其聲學(xué)設(shè)計(jì)主要包括混響時(shí)間控制和室內(nèi)聲場(chǎng)控制。由于小空間內(nèi)房間尺寸較小,與聲波波長(zhǎng)能發(fā)生一定的比例關(guān)系,尤其是在低頻部分200Hz左右。因此小房間固有的共振模式會(huì)引起某部分頻段聲音能量衰減不同于正常的衰減過(guò)程,或者共振頻率集中于某一頻段,造成聲染色現(xiàn)象,使得聲音的某些頻率成分被大大的加強(qiáng),從而導(dǎo)致原有音色的失真或產(chǎn)生染色效應(yīng)。

  混響時(shí)間是室內(nèi)音質(zhì)重要的衡量指標(biāo),不同的房間其要求的混響時(shí)間要求亦不同。因此應(yīng)該選擇不同吸聲特性的材料合理搭配,控制室內(nèi)混響時(shí)間曲線的平直性和良好的頻率響應(yīng)。在小空間內(nèi)如混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng),容易造成室內(nèi)聲音尾音較長(zhǎng),含混不清。對(duì)于混音使用的房間來(lái)講,會(huì)影響混音工作者的聽(tīng)聞環(huán)境,嚴(yán)重影響混音質(zhì)量。


  2、小空間室內(nèi)聲學(xué)指標(biāo)要求

  根據(jù)小空間使用要求不同,其聲學(xué)指標(biāo)也不盡相同。例如混音室,其聲學(xué)指標(biāo)要求背景噪聲滿足NR-20曲線要求,混響時(shí)間一般要求0.4±0.1S。

  所有的小空間內(nèi)都要求消除駐波、振顫回聲、簡(jiǎn)正等聲學(xué)缺陷。


小空間聲學(xué)缺陷和聲學(xué)設(shè)計(jì)方式


  3、小空間內(nèi)可出現(xiàn)的聲學(xué)缺陷

  眾所周知,在規(guī)則的小空間內(nèi)容易產(chǎn)生駐波、梳狀濾波、共振和簡(jiǎn)并等聲學(xué)缺陷。使得聲音的某些頻率成分被大大的加強(qiáng),從而導(dǎo)致原有銀色的失真或產(chǎn)生染色效應(yīng)。在混音空間內(nèi),此種缺陷造成的影響尤為明顯。造成以上現(xiàn)象主要有以下原因:

  3.1、普通小空間內(nèi)的空間尺寸較小,與低頻部分波長(zhǎng)相近或者與低頻部分波長(zhǎng)的呈簡(jiǎn)單的倍數(shù)關(guān)系,房間產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

  3.2、當(dāng)聲波接觸到界面后被反射回來(lái),墻面的吸收系數(shù)太小,經(jīng)吸收衰減后的反射波能量較大,仍然能夠與入射波發(fā)聲干涉現(xiàn)象。產(chǎn)生駐波或梳狀濾波現(xiàn)象。

  3.3、房間的幾何尺寸呈整數(shù)比,造成室內(nèi)軸向共振和切向共振頻率重合或相近,產(chǎn)生簡(jiǎn)并現(xiàn)象。

  3.4、在混音空間內(nèi)過(guò)強(qiáng)的一次反射聲會(huì)誤導(dǎo)觀眾對(duì)聲像定位的判斷,影響室內(nèi)立體聲場(chǎng)的分布。當(dāng)一側(cè)的音箱發(fā)出的直達(dá)聲經(jīng)過(guò)另一側(cè)的墻面反射后達(dá)到另一側(cè)的人耳時(shí)會(huì)略晚于另一側(cè)音箱的直達(dá)聲到達(dá)人耳,且存在一個(gè)極小的時(shí)間間隙。當(dāng)反射聲強(qiáng)度足夠大或方向性足夠強(qiáng)的情況下,會(huì)擾亂大腦對(duì)聲音來(lái)源的判斷,造成聲像定位偏移。

  根據(jù)普通小型房間的尺寸進(jìn)行計(jì)算,可知其共振頻率一般在200Hz以下。由此容易在低頻部分產(chǎn)生駐波和簡(jiǎn)并現(xiàn)象。盡量破壞小房間的規(guī)則形狀是解決上述問(wèn)題最為有效的途徑。通過(guò)對(duì)相同大小的混音室的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和主管評(píng)價(jià)分析表明,在體型不規(guī)則的混音室中室內(nèi)音質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于體型規(guī)則的房間。在體型設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行體型設(shè)計(jì),室內(nèi)平面多采用不規(guī)則形狀或者墻面采用擴(kuò)散體形式,避免出現(xiàn)平行界面,消除駐波等聲學(xué)缺陷。


  4、小空間室內(nèi)聲學(xué)處理方式

  為避免以上聲學(xué)缺陷產(chǎn)生,可以在室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)階段對(duì)設(shè)計(jì)方案和材料選擇進(jìn)行有意識(shí)的調(diào)整。調(diào)整主要有以下方式:改變室內(nèi)體型和合理布置室內(nèi)不同吸聲特性的裝修材料。


  4.1 室內(nèi)體型比例的選擇

  由前述所知,規(guī)則的體型容易在室內(nèi)造成聲學(xué)缺陷。尤其是空間的長(zhǎng)寬高比例是整數(shù)比的情況下。因此可在空間體型設(shè)計(jì)之處,確定室內(nèi)空間大小時(shí)調(diào)整長(zhǎng)寬高的比例。理想的長(zhǎng)寬高比例是1:21/2:21/3,通常建筑設(shè)計(jì)條件很難滿足理想比例,以下表中的推薦比例可作為設(shè)計(jì)初期的參考。

  表一:室內(nèi)長(zhǎng)寬高推薦比例

小空間聲學(xué)缺陷和聲學(xué)設(shè)計(jì)方式

 

  采取上表中的推薦比例,可以使室內(nèi)共振模式均勻分布在全頻帶的范圍內(nèi),避免集中在某一頻帶附近,造成聲染色現(xiàn)象。


小空間聲學(xué)缺陷和聲學(xué)設(shè)計(jì)方式


  4.2 室內(nèi)擴(kuò)散處理

  通過(guò)對(duì)墻面進(jìn)行凸凹的變化,使房間簡(jiǎn)正模式均勻分布從而實(shí)現(xiàn)平滑的低頻相應(yīng),改善室內(nèi)聲場(chǎng)。對(duì)于由于反射聲引起的聲像定位偏移現(xiàn)象,可以在引起反射的墻面設(shè)置擴(kuò)散體或者強(qiáng)吸聲材料,消除反射聲的影響。擴(kuò)散構(gòu)造常用的做法主要包括以下做法。

  設(shè)置傾斜墻面改變室內(nèi)的規(guī)則形狀,改變室內(nèi)聲音由墻面反射后的傳播方向,從而改變室內(nèi)聲場(chǎng)的振動(dòng)模式。此種做法造成室內(nèi)形狀不規(guī)則,尤其是在室內(nèi)出現(xiàn)銳角造成室內(nèi)部分空間無(wú)法使用,造成空間浪費(fèi),降低室內(nèi)使用效率。而且低頻聲能容易在銳角部分聚集,形成新的聲場(chǎng)分布不均。

  在墻面設(shè)置擴(kuò)散體。擴(kuò)散體可采用簡(jiǎn)單的折板造型或圓弧造型對(duì)入射到擴(kuò)散體表面的聲音能量進(jìn)行散射,同樣能起到改善室內(nèi)聲場(chǎng)的作用。此種做法可以與裝修設(shè)計(jì)結(jié)合,避免出現(xiàn)聲學(xué)痕跡。

  根據(jù)經(jīng)驗(yàn),它們的尺寸關(guān)系可由下式估算:

小空間聲學(xué)缺陷和聲學(xué)設(shè)計(jì)方式

 

小空間聲學(xué)缺陷和聲學(xué)設(shè)計(jì)方式

  圖一:有效的擴(kuò)散體尺寸和聲波波長(zhǎng)應(yīng)有一定關(guān)系

  近年來(lái)有的學(xué)者提出了一種擴(kuò)散表面,稱為“二次剩余擴(kuò)散面(Quadratic Residue Diffusor)”。這是按照數(shù)論中的二次剩余序列來(lái)設(shè)計(jì)擴(kuò)散面的起伏,可以使擴(kuò)散面在較寬的頻率范圍內(nèi)有近乎理想的擴(kuò)散反射,見(jiàn)圖二。在墻面設(shè)置QRD等通過(guò)數(shù)論計(jì)算得到的擴(kuò)散體。通過(guò)調(diào)整QRD的排列方式和階梯深度,可以調(diào)整該擴(kuò)散體的擴(kuò)散頻率和吸聲特性。但是該擴(kuò)散體形狀怪異,很難通過(guò)裝修設(shè)計(jì)達(dá)到美觀的效果。

小空間聲學(xué)缺陷和聲學(xué)設(shè)計(jì)方式

  因此在小空間室內(nèi)聲場(chǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)結(jié)合裝修設(shè)計(jì)與聲學(xué)設(shè)計(jì),因地制宜的選擇擴(kuò)散方式,融聲學(xué)設(shè)計(jì)于裝修設(shè)計(jì)之中,在保證美觀的情況下滿足聲學(xué)要求。


  4.3 室內(nèi)吸聲處理

  小空間內(nèi)的混響時(shí)間控制是聲學(xué)設(shè)計(jì)中的另外一個(gè)重要方面。不同的使用空間要求有不同的混響時(shí)間指標(biāo)。一般混音室要求較短的混響時(shí)間,有利于電聲系統(tǒng)塑造優(yōu)秀的室內(nèi)聲場(chǎng),尤其是塑造良好的環(huán)繞效果。

  常用的吸聲材料可分為薄板共振吸聲材料,多孔性吸聲材料。由于亥姆赫茲吸聲構(gòu)造設(shè)計(jì)難度大,且吸聲頻率單一,在小空間中很少使用。

  石膏板、木夾板等薄板共振吸收特性主要以吸收低頻為主,主要吸收頻率約在125Hz~250Hz附近。根據(jù)板材的厚度和其背后空腔大小不同,吸聲特性會(huì)發(fā)聲變化,通常為增加板材的低頻吸聲特性,可增加板材后空腔的深度。

  多孔性吸聲材料主要包括玻璃棉、密胺海棉(三聚氰胺海棉)、聚酯纖維板、布藝吸聲軟包等。其吸聲特性以吸收中高頻為主,主要吸聲頻段為500Hz以上,其吸聲系數(shù)可高達(dá)0.9~1.0。:

  除上述傳統(tǒng)吸聲材料及做法,新型的吸聲材料及做法也大量出現(xiàn),且裝飾性大大增強(qiáng)。其中最為常見(jiàn)的是木質(zhì)穿孔吸聲板后襯多孔性吸聲材料、木絲吸聲板、微穿孔薄膜等。

  家具的吸聲也是小空間內(nèi)吸聲的重要組成部分。尤其是室內(nèi)擺放的軟沙發(fā),其吸聲量一般能夠占到室內(nèi)總吸聲量的1/4~1/3,根據(jù)其規(guī)格不同,所占吸聲量份額會(huì)有所不同。除沙發(fā)外,室內(nèi)擺放的櫥柜等也具有吸聲效果。沙發(fā)吸聲特性和多孔性吸聲材料相近,不過(guò)吸聲頻帶較布藝吸聲軟包類產(chǎn)品寬;櫥柜等家具其外殼一般由薄板構(gòu)成,其吸聲特性與薄板共振吸收相近。在室內(nèi)混響時(shí)間計(jì)算時(shí)應(yīng)充分考慮到家具吸聲。


  5、隔聲處理

  對(duì)空間維護(hù)墻體和樓板等進(jìn)行隔聲設(shè)計(jì)是保證空間內(nèi)背景噪聲的基本手段,隔聲處理的另外一個(gè)目的就是防止室內(nèi)的聲音對(duì)外界產(chǎn)生影響。當(dāng)室內(nèi)背景噪聲要求滿足NR-20曲線要求時(shí),墻體隔聲設(shè)計(jì)要求隔聲量指標(biāo)Rw≥60dB要求。此設(shè)計(jì)要求是針對(duì)普通住宅空間和普通辦公空間提出,墻體做法可在現(xiàn)有的輕質(zhì)墻體略加改造即可。假如該空間所在位置周邊有高噪聲及振動(dòng)源或者該空間內(nèi)部有類似迪廳的活動(dòng)時(shí),其隔聲要求應(yīng)另當(dāng)別論。


  6、混音室設(shè)計(jì)

  該混音室位于普通商用辦公樓中間。主要用于錄音后期制作及混音使用,建聲設(shè)計(jì)主要為電聲系統(tǒng)工作創(chuàng)造良好的還原聲效的建聲環(huán)境?紤]到上述因素,混音室的聲學(xué)要求包括:1、室內(nèi)短混響設(shè)計(jì),保證電聲使用要求;2、混響時(shí)間頻率特性曲線盡可能平直,即不同頻率的混響時(shí)間應(yīng)盡可能相同;3、保證室內(nèi)各處有足夠的響度和均勻度,防止回聲、顫動(dòng)回聲、聲聚焦等房間聲學(xué)缺陷;4、控制噪聲,盡可能降低房間內(nèi)部噪聲,同時(shí)隔絕房間外部的噪聲進(jìn)入。


  6.1 室內(nèi)聲學(xué)指標(biāo)

  根據(jù)混音室的使用要求,確定聲學(xué)指標(biāo)為:混響時(shí)間(RT)0.4±0.1秒(中頻500Hz),背景噪聲滿足NR-20要求,室內(nèi)聲場(chǎng)均勻,聲場(chǎng)不均勻度在100Hz~6.3KHz頻率范圍內(nèi)小于±2dB。 

小空間聲學(xué)缺陷和聲學(xué)設(shè)計(jì)方式

  6.2 隔聲設(shè)計(jì)

  由于混音室位于辦公樓中,為了不被外界環(huán)境噪聲所影響,同時(shí)也不影響他人工作和休息,對(duì)隔聲有較高的要求,要求墻體隔聲需要達(dá)到Rw≥65dB,單樘隔聲門的隔聲量要求達(dá)到Rw≥40dB的要求;煲羰揖捎酶袈曢T,并在入口處設(shè)計(jì)雙層門,門縫作壓條密封處理,使用自動(dòng)關(guān)門的夾緊裝置,保證門的密閉性。綜合隔聲效果可以達(dá)到55dB以上。與外界之間的墻體采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)輕鋼龍骨石膏板墻體,增加隔聲量,減小對(duì)外界的影響。


  6.3 室內(nèi)聲場(chǎng)設(shè)計(jì)

  由于混音室主要用于錄音合成工作,因此其室內(nèi)裝修嚴(yán)格按照聲學(xué)要求進(jìn)行設(shè)計(jì),此種做法能夠滿足聲學(xué)要求,但是裝修效果偏差。

  內(nèi)側(cè)墻面做斜墻處理,目的是消除室內(nèi)由平行墻面造成的振顫回聲等聲學(xué)缺陷。而且斜向墻面改變室內(nèi)的三維尺寸比例,能夠有效的改善室內(nèi)共振頻率的分布。

  墻面裝飾選用二維擴(kuò)散材料RPG,擴(kuò)散和吸收相結(jié)合,能夠有效地消除駐波現(xiàn)象。

  吊頂同樣采用二維擴(kuò)散材料RPG,能夠有效地消除頂面和地面兩個(gè)平行面之間的振顫回聲和駐波現(xiàn)象。

小空間聲學(xué)缺陷和聲學(xué)設(shè)計(jì)方式

  圖六:RPG擴(kuò)散體

  6.4 混響時(shí)間設(shè)計(jì)

  通過(guò)對(duì)室內(nèi)采用RPG擴(kuò)散構(gòu)造進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室吸聲測(cè)試,結(jié)果顯示其中頻吸聲系數(shù)為0.4左右,低頻略低,高頻部分基本與中頻持平。

  室內(nèi)墻面和頂面均勻布置RPG擴(kuò)散結(jié)構(gòu),能夠有效的控制室內(nèi)混響時(shí)間,為調(diào)整室內(nèi)的混響時(shí)間頻率特性,在吊頂中RPG間隙中增加礦棉板吊頂。其余墻面大面積使用12厚紙面石膏板,用于低頻的共振吸收。


  6.5 室內(nèi)噪聲的控制

  為防止外界噪聲通過(guò)結(jié)構(gòu)傳聲傳入室內(nèi)影響室內(nèi)音質(zhì),同時(shí)也避免室內(nèi)噪聲對(duì)周圍的辦公空間產(chǎn)生影響,混音室地面使用浮筑地面做法。浮筑地面采用50厚低頻減振巖棉作為彈性材料,上鋪80厚鋼筋混凝土做地面,浮筑地面與原分隔墻交接處留有50mm縫隙,使用巖棉填實(shí)。

  混音室新建隔墻均采用多層復(fù)合隔聲板輕質(zhì)隔墻做法,其綜合隔聲量能夠達(dá)到60dB以上,完全滿足室內(nèi)隔聲需要。

  對(duì)于混音室原有建筑外窗一側(cè),采用在建筑內(nèi)增加隔聲窗做法,新增隔聲窗要求關(guān)窗狀態(tài)下隔聲量大于40dB。為滿足美觀要求,新增隔聲窗尺寸分隔與原外窗一致,在新增隔聲窗內(nèi)側(cè)增加窗簾,用于增加部分吸聲,同時(shí)遮擋外界光線對(duì)室內(nèi)產(chǎn)生影響。

  吊頂部分采用彈性吊桿隔聲吊頂做法。通過(guò)吊頂、墻體和地面綜合處理,混音室形成“房中房”的內(nèi)膽結(jié)構(gòu),最大限度的減小內(nèi)外之間串聲而形成的相互干擾。

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