聲學基礎知識

                                               

聲音三要素：頻率、振幅、波型

1、頻率—波長愈長聲音愈低，反之波長愈短聲音頻率的計算是以每秒振動次數計，單 位為Hz。

2、Gain 振幅—空氣壓縮: 聲波的振幅愈大則音量愈大，反之振幅愈小則音量愈小，單位元為dB 。

3、Waveform 波型—音色: 每一種音源皆有其獨持的音色，這是波型不同造成的，當音源受到振動時會推動空氣，造成空氣擠壓產生聲音,由於每一種音源振動的振幅皆不相同，因此每一種發聲體的音色也一定不一樣了。

一、聲音的基本性質

　　聲音（sound）是由物體振動產生的，而振動在彈性介質中的傳播形式就是聲波，處於一定頻率範圍內（ 20 ～ 20000 Hz ）的聲波作用於人耳就產生了聲音的感覺。
當人們用手撥動琴弦，弦即振動並同時發出聲音，這裡琴弦的振動是產生聲音的根源。通常我們把振動發聲的物體，稱為聲源。聲源不一定都是固體，液體和氣體的振動也會產生聲音，如海上的浪濤聲和火車的汽笛聲。

如果將一個發聲物體置於一個真空的罩子內，聲音則傳不出來，因此聲音的產生除了要有振動的物體外，還必須要有傳播聲音的媒介物質，它可以是空氣、水等流體也可以是鋼鐵、玻璃等固體。

物體振動是產生聲音的根源，但並不是物體產生震動後一定會使人們得到聲音的感覺。因為人耳能感覺到的聲音頻率範圍只是在 20 ～ 20000 Hz 之間，這個頻率範圍的聲音稱可聽聲，頻率低於 20 Hz 的聲音稱為次音波 ( 若它的能量巨大，會造成人體共振死亡 )，頻率高於 20000 Hz 的聲音稱為超音波 ( 可以用來潔牙等 )。次音波和超音波對於人耳來說都是感覺不到的。

　　描述聲音高低的物理量是頻率，描述聲音強弱的物理量有：聲壓、聲強、聲功率以及各自相應的級，描述聲音大小的主觀評價量是響度、響度級。

二、噪音及其評價

　　噪音（noise）通常定義為“不需要的聲音”，是一種環境現象。人一生都暴露在有噪音的環境，噪音也是一種由人類各種活動產生的環境污染物。

但是噪音有不同於其它污染物象空氣污染物、水污染物的特點；

2-1. 把噪音定義為“不需要的聲音”是很主觀的，被某人認為是噪音的聲音，卻可能被另外的人喜愛。

2-2. 噪音衰退的時間短，不像空氣污染物、水污染物等那樣長期存在於環境中，因此當人們設法去降

低、控制或抱怨環境噪音時，該噪音可能已不再存在；

2-3. 噪音對人們生理和心理的影響很難評價，其影響經常是錯綜複雜的、隱伏的，其影響結果的出現

是漸近的，以至於很難將原因和結果聯繫在一起。實際上，一些聽覺可能已經受到噪音損害的人，

卻並不認為自己有什麼問題。

　　因此，前述以聲壓、聲強、聲功率及其相應的級來表示聲音的強弱，只是對聲音的客觀評價量，而不能準確地反映人對噪音的主觀感覺。實驗證明，雖然兩個聲源的聲壓相同，當其頻率不同時，人耳的主觀感覺卻是高頻聲比低頻聲響得多。亦即人耳對聲音大小的感覺不但與聲壓有關，還與頻率有直接關係。如何使噪音的客觀物理量與人耳感覺的主觀量統一起來，這就是噪音評價的重要問題。

三、噪音的危害

人類社會工業革命的科技發展，使得噪音的發生範圍越來越廣，發生頻率也越來越高，越來越多的地區暴露於嚴重的噪音污染之中，噪音正日益成為環境污染的一大公害。其危害主要表現在它對環境和人體健康方面的影響。

3-1. 對睡眠、工作、交談、收聽和思考的影響　　
噪音影響睡眠的數量和品質。通常，人的睡眠分為瞌睡、入睡、睡著和熟睡四個階段，熟睡階段越長睡眠品質越好。研究表明，在 40～50 dB 噪音作用下，會干擾正常的睡眠。突然的噪音在 40 dB 時，可使 10% 的人驚醒，60 dB 時則使 70% 的人驚醒。當連續噪音級達到 70 dB時，會對 50% 的人睡覺產生影響。噪音分散人的注意力，容易使人疲勞，心情煩躁，反應遲鈍，降低工作效率。當噪音為 60～80 dB 時，工作效率開始降低，到 90 dB 以上時，差錯率大大增加，甚至造成工傷事故。噪音干擾語言交談與收聽，當房間內的噪音級達 55 dB 以上時， 50% 住戶的談話和收聽受到影響，若噪音達到 65 dB 以上，則必須高聲才能交談，如噪音達到 90 dB 以上，則無法交談。噪音對思考也有影響，突然的噪音干擾要喪失 4 秒鐘的思想集中。

3-2. 對人體健康的影響　　
噪音作用於中樞神經系統，使大腦皮層功能受到抑制，出現頭疼、腦脹、記憶力減退等症狀；噪音會使人食欲不振、噁心、腸胃蠕動和胃液分泌功能降低，引起消化系統紊亂；噪音會使交感神經緊張，從而出現心跳加快、心律不齊，引起高血壓、心臟病、動脈硬化等心血管疾病；噪音還會使視網膜軸體細胞光受性和視力清晰度降低，並且常常伴有視力減退、眼花、瞳孔擴大等視覺器官的損傷。

3-3. 對聽覺器官的影響
噪音對聽覺的影響：長期生活在 80 dB 以上環境的人 50% 耳聾，經常戴耳機聽音樂會導致永久性耳聾。噪音會造成人的聽覺器官損傷。在強噪音環境下，人會感到刺耳難受、疼痛、聽力下降、耳鳴，甚至引起不能復原的器質性病變，即 噪音性耳聾。噪音性耳聾是指 500、1000、2000 Hz 三個頻率的平均聽力損失超過 25 dB。若在噪音為 85 dB 條件下長期暴露 15 年和 30 年， 噪音性耳聾發病率分別為 5% 和 8%； 而在噪音為 90 dB 條件下長期暴露 15 年和 30 年， 噪音性耳聾發病率提高為 14% 和 18%。目前，一般國家確定的聽力保護標準為 85～90 dB。

3-4. 噪音對視覺的影響
經常處於噪音環境中，使人眼的敏感性降低、瞳孔散大、色覺和視野異常，產生眼花、視力下降、反應遲鈍現象，會導致交通事故的發生。

3-5. 噪音對消化系統的影響
噪音能使唾液、胃液分泌下降，造成食欲呆滯而引發消化道疾病。

3-6. 噪音對兒童生長發育的影響
在吵鬧環境中生活的兒童智力發育要比安靜環境中低 20% 營養學家發現噪音使人體的維生素B1、B2、B6、氨基酸、谷氨酸、賴氨酸等營養物質耗量增加，對兒童生長發育影響很大。
　

3-7. 噪音對心腦血管的影響
噪音會使大腦神經調節功能出現失控現象，造成呼吸加快、心臟跳動劇烈、血壓升高、血管痙攣、引發高血壓等心腦血管疾病。


 3-8.噪音對免疫系統的影響
長時間的噪音使免疫系統功能紊亂，使人容易受病原微生物感染，引發皮膚病或其他疾病、甚至癌症。



四、吸音降噪的主要問題 ----- 低頻降噪

聲音的頻率分為：低頻 500 hz 以下、中頻 500---1000 hz、高頻 1000 hz 以上。
在室內建築廳堂和工廠降噪的聲學設計中，主要是解決低頻吸音降噪問題。
因為人說話的頻率都是低頻 500 hz 以下，（男人說話的頻率為 --- 150 hz ，女人說話的頻率為 --- 230 hz）,發動機（頻率 250 hz）和絕大部分機器的噪音也是以低頻為主的中頻噪音。

4-1. 聲音在傳播過程中只是在質點之間的能量的傳遞，本身傳播聲能的介質不發生位移。

4-2. 聲音：人耳對聲波的主觀感受，是由物體振動產生的。

4-3. 振動：物體在某一位置附近所做的往復運動。

4-4. 頻率：物體在單位時間（即一秒鐘）內振動的次數，符號：f 單位：赫茲（Hz）。

4-5. 週期：物體做一次往復運動所用的時間，符號：T 單位：秒（s） 與頻率的關係：T=1/f

4-6. 音速：聲音在單位時間內傳播的距離，符號：C 單位：米/秒 （m/s）

4-7. 波長：聲波完成一個週期運動所傳播的距離，符號：λ 單位：米（m）

4-8. 頻率、聲速和波長的關係式：λ = c / f

4-9. 波陣面：某一時刻聲波所到達點的集合。有三種：球面、柱面和平面。

4-10. 點聲源：發出的聲波的波長大於聲源尺寸的聲源。其波陣面為球面，方向性為無指向遵循反平方定律即距離增加一倍聲壓級衰減 6 dB。

4-11. 線聲源：多個點聲源連成一條線。其波陣面為柱面，具有較強的指向性，遵循反平方定律只是其距離增加一倍聲壓級只衰減 3 dB。

4-12. 面聲源：多個點聲源組成一個平面。其波陣面為平面，具有強指向性，在一定距離之內聲壓級不衰減，到達一定距離以後按距離增加一倍聲壓級衰減 3 dB 進行衰減，再到一定距離按距離增加一倍聲壓級衰減 6 dB 進行衰減。

4-13. 聲音從一種介質傳播到另一種介質時會發生反射、透射、吸收三種情況。

4-14. 聲功率：聲波在單位時間內向空間輻射的聲能，符號：W 單位：瓦（w）

4-15. 人正常說話時的聲功率為 10--50 μw，40 萬個人同時說話只相當於一個 40 w 的燈泡發出能量。

4-16. 聲強、衡量聲音強弱的物理量，即單位時間內，在垂直於聲波傳播方向上的單位面積上通過的 聲能。符號：I 單位：瓦/平方米 （ W /M2）。

4-17. 聲壓：聲波作用於空氣中使大氣壓發生的起伏變化。符號：P 單位：帕斯卡（ Pa）

4-18. 人耳能聽到最小的聲音的聲壓是 0.00002 帕，其聲強是 0.000000000001 瓦 / 平方米，其聲功率為 0.000000000001 瓦。相應的聲壓級為 0 dB，聲強級為 0 dB，聲功率級為 0 dB。

4-19. 室內有三種聲音即直達聲，早期反射聲和殘響聲。
（A）直達聲、聲源發出後直接到達接收點的聲音，起決定語言的清晰度。

（B）早期反射聲、滯後於直達聲 50 ms 到達接收點的聲音。也可以說是經過 一次、二次、
少量三次反射到達接收點的聲音，所以又稱為近次反射聲。主要是加強直達聲。

（C）殘響聲、即經過多次反射後到達接收點的聲音。對直達聲有修飾補償作用。

4-20. 殘響半徑、廳堂中直達聲能與殘響聲能相等處與聲源的距離。
小於殘響半徑以直達聲為主，超過殘響半徑以殘響聲為主。
 


五、吸音材料性能的主要參數 --- 吸音係數

吸音材料或結構吸音能力的大小通常用吸音係數表示。
在不同的頻率下和不同的安裝方式時同種材料的吸音係數不同。
通常取 125 hz、250hz、 500 hz、1000 hz、2000 hz、4000 hz 這 六 個中心頻率下的吸音係數來表示。

5-1. 建築聲學中最重要的概念 ---- 殘響時間
殘響時間是指聲能密度衰弱 60 dB 所需要的時間。它是建築聲學設計中最重要的一個參數。它與房間的體積及表面吸音性能有關，與房間容積成正比，與吸音量成反比。

5-2. 室內聲學基礎--擴散體
擴散體與光滑反射面相比，其可以有效的避免聲聚焦。
A 當聲波經過光滑牆面反射後，所有的聲能都將沿同一方向反射，其反射方向固定，取決於聲源的位置。
B 而當聲波經過擴散體表面反射後，聲能將被分散反射向不同的方向，且具有不同的相位差，如圖。
在聲學設計中，聲學設計師常使用依據擴散原理製成的擴散板，來擴大聽音區，以及用擴散不同頻率的擴散板來做頻率補償，同時它也有美化聲音的作用。

　

這些形成的均勻能量的不規則的反射聲會使人耳主觀產生一種空間感，同時運用在中高頻擴散時會提高聲音的“明亮”度。其反射方向大致為一個半圓，聲能平均擴散。

擴散體還有另一個作用，如圖所示。黑色圓點表示側牆反射，O 為錄音師位置。
聲波經過後牆反射，若反射面為光滑牆面，則某一頻段只有固定的反射路徑指向錄音師的位置 。                                                                            
而當反射面為擴散體時，由於聲波以半圓方向擴散，則有無數條不同頻段的反射路徑彙聚在錄音師的位置，以此類推，有無數相同性質的彙聚點，這樣便無形中擴大了最佳聽音區。

擴散體不只可以用來打散聲音能量，起到防止回聲和駐波的作用，同時可以改善聲音的明亮度，在早反射路徑上適當添加擴散體反射 2K 附近高頻可以增加明亮度,但是不能過多使用，應與吸音材料相互配合，在理論上、我們可以簡單的算出聲音在一個房間裡的反射次數，這取決於房間的體積以及房間內物品吸收聲音能量的比率。

在一間空房子裡，反射時間是與房間體積表面積的比值成比例的。通常定義反射時間為聲音減少到 60 dB 所需要的時間（Reverberation Time），縮寫為 RT60。

1922 年房間聲學研究的先驅 Wallace Sabine 得出了計算公式：RT60=k（V/Sa）。

V 是房間的體積、k 值是一個恒量，當使用米制做單位時  k 等於 0.161，當使用英尺制時  k 等於 0.049。    Sa（sabins 的縮寫）是房間內各個吸收表面的吸音係數總和，不同的材料有他們不同的吸音頻率，這些都是可以通過實驗計算的。

5-3. 關於駐波原理
駐波，是由牆壁的反射引起的，當聲音通過空氣傳遞到牆壁時，會反射回來。某些頻率的聲音的反射聲的聲波正好與源聲音是相同的振動方向，那麼這個頻率的聲音就會被加強，於是這個頻率的聲音就變大了，也有些頻率的反射聲正好與源聲音是相反的振動方向，於是這個頻率的聲音就減弱了。

         

幾乎任何房間都有駐波問題，但程度有輕有重。牆壁相互平行、天花板和地板相互平行、
室內沒有大型障礙物房間，通常都有嚴重的駐波。而室內不同的位置，又有不同的駐波。

 

六、吸音、隔音

6-1.“ 吸音 ”和“ 隔音 ”的區別
由於對噪音控制的手段缺乏瞭解吸音和隔音作為完全不同的概念，常常被混淆了。玻璃棉、岩礦棉一類具有良好吸音性能但隔音性能很差的材料被誤稱為“ 隔音材料 ”，早年一些以植物纖維為原料製成的吸音板被命名為“ 隔音板 ”並用以解決建築物的隔音問題。為了合理使用材料、提高建築物噪音控制效果,對“ 吸音 ”和“ 隔音 ”這兩個概念有進一步瞭解和明確的必要。

材料吸音和材料隔音的區別在於；
材料的吸音著眼於聲源一側反射聲能的大小，目標是反射聲能要小。

( 吸音材料對入射聲能的衰減吸收，一般只有十分之幾,因此，其吸音能力即吸音係數可以用小數表示 ) 。

材料隔音著眼於入射聲源另一側的透射聲能的大小，目標是透射聲能要小。

( 而隔音材料可使透射聲能衰減到入射聲能的 10-3 ～ 10-4 或更小，為方便表達，其隔音量用分貝的計量方法表示  )。
這兩種材料在材質上的差異是吸音材料對入射聲能的反射很小，這意味著聲能容易進入和透過這種材料，可以想像 ; 這種材料的材質應該是多孔、疏鬆和透氣的，這就是典型的多孔性吸音材料，它在工藝上通常是用纖維狀、顆粒狀或發泡材料以形成多孔性結構 ;它的結構特徵是:材料中具有大量的、互相貫通的、從表到裡的微孔，也即具有一定的透氣性。當聲波入射到多孔材料表面時，引起微孔中的空氣振動，由於摩擦阻力和空氣的黏滯阻力以及熱傳導作用，將相當一部分聲能轉化為熱能,從而起吸音作用。

6-2. 吸音、隔音結構淺說
在很多情況下，室內裝修有一定的聲學要求。不僅是各類劇院、體育場館和歌舞廳以及與聲學有關的錄音室、演播室等專業用房本身有一定的聲學技術指標，而且凡是公共場所，一般都需要傳播語言或音樂，即使是家庭用房現在也需要有良好的音樂欣賞環境。所以室內裝修工程必須重視聲學要求。如果忽視這一點，極有可能造成不良後果。例如有一水上健身娛樂場所，地面基本上都是水面，上空是一大玻璃圓穹項，由於沒有聲學設計，致使廳內殘響時間特別長，當有文娛表演時連報幕的話也聽不清。再如有的走廓或閘廳，做得富麗堂皇、金碧輝煌，但即使是普通的談話聲或背景音樂，也在空間內久傳不衰，形成令人煩惱的干擾噪音。

　　造成音質差的主要原因是沒有科學的聲學設計。不少裝飾工程公司本身沒有合格的聲學設計人員；有的一開始邀請聲學專家做設計，以後自以為有了 " 經驗 "，便大膽地把設計也承包了；有的是東抄西襲，以為找到了人家的奧秘，你做軟包，我也搞軟包，你用穿孔板，我也做穿孔板，實際上沒有掌握真正的聲學要求；也不排除有的工程技術人員懂得一些聲學知識，但並不精於室內聲學的原理和實踐，做出了並不合格的聲學裝修設計。

　　室內聲學設計是一門系統學科，涉及面較廣，本文只就與室內裝飾有關的吸音和隔音的材料和結構方面的知識作簡單介紹，希望裝飾工程人員和業主對聲學材料和結構有所瞭解，能夠理解聲學設計為什麼作這樣那樣的處理，從而使裝飾工程在美觀和聲學要求上達到完美的統一。

6-3. 吸音與隔音的基本概念
首先要明確吸音與隔音是完全不同的兩個聲學概念。吸音是指聲波傳播到某一邊介面時，一部分聲能被邊界面反射 ( 或散射 )，一部分聲能被邊界面吸收 ( 這裡不考慮在媒質中傳播時被媒質的吸收 )，這包括聲波在邊界材料內轉化為熱能被消耗掉或是轉化為振動能沿邊界構造傳遞轉移，或是直接透射到邊界另一面空間。對於入射聲波來說，除了反射到原來空間的反射 ( 散射) 聲能外，其餘能量都被看作被邊界面吸收。在一定面積上被吸收的聲能與入射聲能之比稱為該邊界面的吸音係數。例如室內聲波從開著的窗戶傳到室外，則開窗面積可近似地認為百分之百地 “ 吸收 ” 了室內傳來的聲波，吸音係數為 1。     當然，我們所要考慮的吸音材料，主要不是靠開口面積的吸音，而要靠材料本身的聲學特性來吸收聲波。

　　對於兩個空間中間的介面隔層來說，當聲波從一室入射到介面上時，聲波激發隔層的振動，以振動向另一面空間輻射聲波，此為透射聲波。通過一定面積的透射聲波能量與入射聲波能量之比稱透射係數。對於開啟的窗戶，透射係數可近似為 1  ( 吸音係數也為  1 )，其隔音效果為 0，即隔音量為 0 dB。對於又重又厚的磚牆或厚鋼板，單位面積品質大，聲波入射時只能激發起此隔層的微小振動，使對另一空間輻射的聲波能量 ( 透射聲能 ) 很小，所以隔音量大，隔音效果好。但對於原來空間而言，絕大部分能量被反射，所以吸音係數很小。

　　對於單一材料 ( 不是專門設計的複合材料 )來說，吸音能力與隔音效果往往是不能兼顧的。如上述磚牆或鋼板可以作為好的隔音材料，但吸音效果極差；反過來，如果拿吸音性能好的材料 ( 如玻璃棉 ) 做隔音材料，即使聲波透過該材料時聲能被吸收 99％  ( 這是很難達到的)，只有 1％  的聲能傳播到另一空間，則此材料的隔音量也只有 20 dB，並非好的隔音材料。有人把吸音材料誤稱為 “ 隔音材料 ” 是不對的。如果有人介紹某種單一材料吸音好隔音也好，那他不是不懂就是在騙人了。

6-4. 吸音材料與吸音結構
吸音材料是指吸音係數比較大的建築裝修材料。如果材料內部有很多互相連通的細微空隙，由空隙形成的空氣通道，可模擬為由固體框架間形成許多細管或毛細管組成的管道構造。當聲波傳入時，因細管中靠近管壁與管中間的聲波振動速度不同，由媒質間速度差引起的內摩擦，使聲波振動能量轉化為熱能而被吸收。好的吸音材料多為纖維性材料，稱多孔性吸音材料，如玻璃棉、岩棉、礦碴棉、棉麻和人造纖維棉、特製的金屬纖維棉等等，也包括空隙連通的泡沫塑料之類。吸音性能與材料的纖維空隙結構有關，如纖維的粗細 ( 微米至幾十微米間為好 ) 和材料密度、材料內空氣容積與材料體積之比 ( 稱空隙率，玻璃棉的空隙率在 90％ 以上 ) 、材料內空隙的形狀結構等。從使用的角度，可以不管吸音的機理，只要查閱材料吸音係數的實驗結果即可。當然在選用時還要注意材料的防潮、防火以及可裝飾性等其他要求。

6-5. 多孔吸音材料
多孔吸音材料包括纖維材料和顆粒材料。纖維材料有：玻璃棉、超細玻璃棉、礦棉等無機纖維及其氈、板製品，棉、毛、麻等有機纖維織物。顆粒材料有膨脹珍珠岩、微孔磚板等塊、板製品。

　　多孔吸音材料一般有良好的中高頻吸音性能，吸音機理不是因為表面粗糙，而是因為它有大量內外連通的微小空隙氣泡。多孔材料的吸音能力與其厚度，密度有關，隨著厚度增加，中低頻吸音係數顯著增加，高頻變化不大。增加材料的密度也可以提高中低頻吸收係數，但比增加厚度的效果小，因此在使用同樣材料時，當厚度不受限制時，寧願採用結構密度鬆散的厚度大的多孔材料。

多孔材料背後有無空氣層，對吸音性能有重要影響。其吸音性能隨著空氣層厚度的增加而提高。

　　簾幕也是一種很好的多孔吸音材料。就吸音效果而言，絲絨最好，平絨次之，棉麻織品再次，化纖類簾幕最差。通過調節簾幕與牆面或玻璃的間距可調節吸音效果。

　　多孔性吸音材料有一個基本吸音特性，即低頻吸音差，高頻吸音好。頻率高到一定值附近，當材料厚度增加時，可以改善低頻的吸音特性。但並非可以一直增加厚度來提高低頻吸音係數的，因為聲波在材料的空隙中傳播時有阻尼，使增加厚度來改善低頻吸音受到限制。不同材料有不同的有效厚度。像玻璃棉一類好的吸音材料，一般用 5 cm 左右的厚度，很少用到 10 cm 以上。而像纖維板一類較微密的材料，其材料纖維間空隙非常小，聲波傳播的阻尼非常大，不僅吸音係數小，而且有效厚度也非常小。　　

6-6. 共振吸音結構
利用不同的共振吸音機理，設計各種類型的共振吸音結構，使吸收峰值選擇在所需頻率位置，滿足不同頻率吸音量的要求，特別是解決低頻吸音量不足的問題。

　　主要利用一下幾種專業結構達到吸音效果：薄層多孔性吸音材料的共振吸音，薄膜共振吸音，薄板共振吸音，穿孔板共振吸音結構。

穿孔板吸音結構和薄板、薄膜吸音結構都可看作利用共振吸收原理的吸音結構。

穿孔板吸音結構具有較好的中頻吸音特性。它由金屬板、薄木板、石膏板等穿以一定密度的小孔或縫隙後固定在龍骨上，背後留有空氣層而構成共振吸音系統。

穿孔板的吸音特性在共振頻率附近有最大的吸音係數。為擴展吸音係數的頻率範圍，可在穿孔板後鋪設多孔吸音材料及留有一定的空氣隙。

　　 穿孔的孔徑小於 1 MM（穿孔率 P=1%~3%）時稱為微孔板，用薄金屬板製成，其後面再鋪設多孔吸音材料，可在較寬頻內獲得較好的吸音效果。做成雙層微穿孔板結構，吸音性能更佳。

　　 如果把穿孔率達到 50% 以上的微穿孔金屬薄膜或微孔有機玻璃板直接帖在大面積裝飾玻璃平面上 ，則可解決玻璃平面的強聲發射問題，同時也不大影響玻璃的透光性或透明度。他的缺點是造價太高。

6-7. 隔音材料
不透氣的固體材料，對於空氣中傳播的聲波都有隔音效果，隔音效果的好壞最根本的一點是取決於材料單位面積的品質。

　　隔層材料在物理上有一定彈性，當聲波入射時便激發振動在隔層內傳播。當聲波不是垂直入射，而是與隔層呈一角度 θ 入射時，聲波波前依次到達隔層表面，而先到隔層的聲波激發隔層內彎曲振動波沿隔層橫向傳播，若彎曲波傳播速度與空氣中聲波漸次到達隔層表面的行進速度一致時，聲波便加強彎曲波的振動，這一現象稱吻合效應。這時彎曲波振動的輻度特別大，並向另一面空氣中輻射聲波的能量也特別大，從而降低隔音效果。

6-8. 雙層隔音結構
根據品質定律，頻率降低一半，傳遞損失要降 6 dB；而要提高隔音效果時，品質增加一倍，傳遞損失增加 6 dB。在這一定律支配下，若要顯著地提高隔音能力，單靠增加隔層的品質，例如增加牆的厚度，顯然不能行之有效，有時甚至是不可能的，如航空器上的隔音結構。這時解決的途徑主要是採用雙層以至多層隔音結構。

　　雙層隔音結構模型見圖 8，單位面積品質分別為  m 1、m 2 ，中間空氣層厚度為  L。雙層結構的傳遞損失可以進行理論計算，結果比較複雜，在不同頻率範圍可以得到不同的簡化表示，這裡只作定性介紹。

　一般雙層隔音結構的兩層，不用相同厚度的同一種材料，以避免這兩層出現相同的吻合頻率。

　　在設計和施工中要特別注意，兩層之間不能有剛性連接。破壞了固體 —— 空氣 —— 固體的雙層結構，把兩層固體隔層由剛性構件相連，使兩個隔層的振動連在一起，隔音量便大為降低。尤其是雙層輕結構隔音，相互之間必須相互支撐或連接時，一定要用彈性構件支撐或懸吊，同時注意需要分割的兩個空間之間，不能有縫或孔相通。 “ 漏氣 ” 就要漏聲，這是隔音的實際問題。

6-9. 隔音窗
我們居室是否在飽受室外噪音的蹂躪，尤其車輛較多的路段和鬧市機場車站，這裡介紹一點關於隔音窗方面的知識，供大家分亨。

　　噪音的強度可用聲級表示，單位為分貝（ｄB）。噪音級在 35 ～ 45 分貝是比較安靜正常的環境；超過 50 分貝就會影響睡眠和休息；70 分貝以上干擾談話，造成心煩意亂，精神不集中；長期工作或生活在 90 分貝以上的噪音環境，會嚴重影響聽力和導致心臟血管等其他疾病的發生。同時，噪音還會產生心理效應，在高頻率的噪音下，一般人都有焦躁不安，容易激動的情形。長期生活在高噪音的環境中，容易使人感到煩躁、萎靡不振，影響工作效率。

　　特別值得提醒的是，噪音的危害會隨著接觸時間的加長而不斷加重。專家指出，如果只是短時間暴露於強烈噪音內，聽覺器官的敏感會下降，脫離噪音環境後數分鐘內即可恢復正常，這種情況稱為聽覺適應，是人的一種生理保護現象。但是如果較長時間暴露於噪音裡，聽力就會出現明顯下降，需要數小時甚至數十小時才能完全恢復。

　　專家指出，隨著接觸噪音時間的延長，會出現前一次接觸噪音引起聽力改變尚未恢復便再次接觸噪音，使聽覺疲勞逐漸加重，聽力改變不能恢復而成為永久性、不可逆的病理性改變。

　　長期的高噪音會導致聽力下降,噪音可引起耳鳴，耳聾和聽力損傷，超過 55 分貝時感到吵鬧，長期接觸 85 分貝以上的噪音，40 年以後耳聾發病率為 20%。

　　同時，在這種長期的噪音“ 狂轟濫炸 ”中，對非聽覺器官的不良影響也會不斷加重。

　　聲波是具有一定勢能的波，具有很多獨特的波的特性。門窗由於需要開啟相比牆體比較輕薄有開啟部件的密封等原因形成了整體的隔音瓶頸。首先是門窗占 80% 是玻璃、波具有一定的穿透性包括薄牆隔音性能都不能達標。普通的玻璃、中空玻璃由於聲波的穿透性和現在普通的中空玻璃的聲波吻合效應、諧振低谷性造成了隔音的低效。我們採用了特製的處理了中空玻璃、有效地消除了隔音的低區；真空玻璃由於其自身的獨特性更能達到理想的隔音效果。

　　新一代建築用隔音玻璃的新秀：真空玻璃是基於保溫瓶的原理，將兩片平板玻璃四周密封起來，將其間隙抽成真空並密封排氣口。兩片玻璃之間的間隙為 0.1 - 0.2 mm . 為使玻璃在真空狀態下承受大氣壓力的作用，兩片玻璃板之間放有支撐物，支撐物非常小，不會影響玻璃的透光性。經過特別製作而成三層玻璃隔音窗，三層玻璃採用的是真空 + 中空（複合隔音玻璃，中空也是採用最新研究的特製中空玻璃）傳熱係數僅為 1.0 W/M2K 以下，達到國際領先水準。完全可以滿足我國建築節能未來 20 年內的要求。

　　真空玻璃是玻璃工藝與材料科學、真空技術、物理測量技術、工業自動化及建築科學等多學科、多種技術和多種工藝協作配合而開發的新產品，被稱為第三代門窗玻璃。也就是說，真空玻璃是與中空玻璃結構完全不同的新產品，中空玻璃結構大家已非常清楚，而真空玻璃則是用適當分佈的微粒支柱做間隔，間隙層只有 0.1 ～ 0.2 毫米，空腔內抽真空無氣體，真空度達到 0.1 Pa 以上，其產品最薄厚度只有 6 毫米左右。真空玻璃：玻璃層間抽光空氣形成真空，熱量，噪音無法流通，工藝要求高，真空玻璃能成功降噪音 28--35 分貝。

　　結合真空玻璃又推了改進型的三層玻璃已不是傳統意義的三層玻璃是經過結合聲波的原理，和聲波的傳播的特性採用先吸收聲波使其能量減少再隔離噪音，由於採用先進的的科技做後盾和高檔的原料加工的隔音窗，經測評玻璃已不是隔音窗的瓶頸。下一步研究的目標是占窗子面積 20-30% 的窗框要讓窗框達到隔音 50-60 分貝以上。

七、音響系統與建築聲學之間的關係

音響系統與建築聲學的關係音響發燒友有一個口頭語“低級發燒友玩器材，高級發燒友間”充分說明了建築聲學對取得優良音質的重要性。

周密考慮和正確設計室內聲音的傳播條件，是獲得優良音質的保證。

　　房間中某一點聲源發聲時，聲波一球面方式向四周擴散傳播，聲音的強度與傳播距離的平方成正比減少（平方反比定律）。當聲波傳播到四周介面時，一部分聲能被吸收，另一部分聲能被反射。到達聽眾耳朵的聲音有三部分組成；直達聲、比直達聲晚 50 MS 到達的早期發射聲（又稱近次發射聲）和比直達晚 50 MS 以上的多次發射聲（又稱殘響聲）。

7-1.三種聲音的貢獻分別為：
A、直達聲、提供聲源的方向、傳遞聲音資訊、提高聲音清晰度和聲壓級的主要來源。

直達聲（包括早期發射聲）與殘響聲的聲能比（D/R）是直接影響聲音清晰度的重要參數。

殘響聲能的衰減率與周圍介面的吸音能力有關，通常用殘響時間 R 60 來表示，即聲源停止發生後，室內聲壓級衰減 60 dB 所需的時間，由於吸收材料的吸音特性  〆 與聲音的頻率有關，因此 R 60 太大時會使聲音混濁不清，過小時會使聲音感到乾澀無味。

B、早期發射聲、提高聲壓級和聲音清晰度、增強聲音的空間感。耳朵無法把它和直達聲分離出來，在 EASE 設計軟體中，可用聲線法把它們分離出來。

C、殘響聲、殘響聲無方向性，不包含聲音資訊，但它使聲場分佈均勻、音質豐滿，可提供分辨別房間的空間特性（房間的大小）。過大的殘響音會降低聲音的清晰度、掩蔽直達聲，超過 100 MS 延時的殘響聲會形成回聲，嚴重影響聲音清晰度。

7-2.聲學設計中的幾個重要參數
A、吸音係數  〆 、 建築聲學設計中用吸音材和吸音結構來消除回聲，顫動回聲，聲聚焦和減少殘響時間等房間的聲學缺陷。吸音材料吸音結構通常用吸音係數  〆來表示。
Eo-Er ( 式中：Eo - 入射到吸音材料的聲能： Er-  被材料反射出來的聲能。)
〆= ０  ( 〆= 1 意味著聲能全被吸收； 〆= 0 意味著聲能全被反射。)

B、臨界距離 DC 、 前面已提到直達聲的傳播衰減與傳輸距離的平方比成反比，離聲源的距離越遠，聲壓級越低，殘響聲的傳播衰減不遵守平方反比定律，在理想狀態下，理論上它在整個房間的聲壓級是相等的。

八、如何計算建築裝飾材料的吸音係數

測量材料吸音係數的方法有兩種，一種是殘響室法，一種是駐波管法。殘響室法測量聲音無規入射時的吸音係數，即聲音由四面八方射入材料時能量損失的比例，而駐波管法測量聲音正入射時的吸音係數，聲音入射角度僅為 90 度。兩種方法測量的吸音係數是不同的，工程上最常使用的是殘響室法測量的吸音係數，因為建築實際應用中聲音入射都是無規的。在某些測量報告中會出現吸音係數大於 1 的情況，這是由於測量的實驗室條件等造成的，理論上任何材料吸收的聲能不可能大於入射聲能，吸音係數永遠小於 1。任何大於 1 的測量吸音系數值在實際聲學工程計算中都不能按大於 1 使用，最多按 1 進行計算。在房間中，聲音會很快充滿各個角落， 因此，將吸音材料放置在房間任何表面都有吸音效果。

吸音材料吸音係數越大，吸音面積越多，吸音效果越明顯。

　　駐波管法 ( 主要部分是一根圓柱形鋼管 )，管內徑 9.5 cm，管外徑 10 cm ,管長 100 cm,管的一端內放置被測樣品（一種吸音材料，形狀製成圓柱狀，恰好可放入管內，樣品厚 8 cm )，管的另一端有一聲源（喇叭），向管內發射某一頻率的聲波，聲波經管內空氣傳播到樣品表面，一部分聲波被樣品吸收，另有一部分聲波被反射回來，反射聲波與入射聲波的傳播方向相反，互相疊加後，在管內 形成駐波，波腹處形成聲壓極大值，波節處形成聲壓極小值，實驗中測得距樣品最近的聲壓極大值和極小值，可由公式算出樣品的吸音係數。

　　吸音是聲波撞擊到材料表面後能量損失的現象，吸音可以降低室內聲壓級。

按照 ISO 標準和國家標準，吸音測試報告中吸音係數的頻率範圍是 100 - 5 KHz。

將 100 - 5 KHz 的吸音係數取平均得到的數值是平均吸音係數，平均吸音係數反映了材料總體的吸音性能。

九、家庭影院對聲學的要求

9-1. 家庭影院對聲學的要求
9-1-1. 清晰的人聲對白
9-1-2. 準確的聲場定位
9-1-3. 空間感十足的環繞效果
9-1-4. 平滑的聲像移動
9-1-5. 均衡的音色
9-1-6. 寬廣的動態範圍
9-1-7. 音箱仿佛完全消失
9-1-8. 每一個座位都是黃金位

9-2.家庭影院環境必須消除的問題
房間邊界反射、 導致聲音結像模糊，不自然的音色平衡感。
房 間 回 聲 、 平行牆面之間的多次聲反射造成的明亮的“嗡嗡”的聲音。
殘 響 控 制 、 殘響過大，聲音失去密度感，語言對白不清晰，容易引起共振。
駐 波 現 象 、 造成低頻拖沓，衝擊力不夠，並在某一個頻率引起房間的共振。
諧 振 現 象 、 造成每一個座位的聲能不均。
背 景 噪 音 、 聽不清影片的細節。
隔 音 、不能提高音量，達到真實的影院效果，嚴重影響外界環境。

9-3.聽音室裝修材料吸音能力
對於業餘愛好者的聽音室，可以先在原有的基礎上估算一下殘響時間。一般結果，這個殘響時間往往偏長，因為，家庭裝修都不考慮聲學要求，使用普通材料，吸音率往往都不夠。這不要緊，可以在此基礎上加以調整，但兩者都必須知道常用材料的吸音能力和特性。

　　有關材料吸音特性的表格很多，參數也有很大出入。因為材料製作工藝不同，既使同樣名稱的材料，微孔結構也會有出入。甚至試樣不同，結果也會不同，但畢竟只能用他們來作依據。用材必須全面考慮。這就需對材料的吸音特性有所瞭解。

　　殘響時間偏長的房間，對身歷聲和當今的電影多聲道聲場的聲象定位不利，要加強吸音。若房間結構不良、用材單一、尺寸又有問題，就會出現駐波或某些頻率的強殘響。這時更應該用專業的吸音材料和設計來解決。音響使用的吸音材料有多孔質吸音材料、板狀吸音材料和共鳴體吸音箱三類。