声学101
理解声音、声学和噪声控制的本质
声学和噪声控制的本质可能令人困惑。本节旨在帮助教育和指导那些很少或没有声学术语知识的人。如果你想了解更多有关的资料，请按以下连结或致电我们的噪音控制求助热线:1 -(800) 854 - 2948。
声音的传播
声音在空气中传播，就像吹大气球一样，气球向各个方向均匀地膨胀。(图1)
要产生和听到声音，必须有一个源、一个媒介和一个接收器。
为了讨论的目的，我们假设我们讨论的是正常的言语交流。源是说话人的声音，传播媒介是空气，接受者是听者的耳朵。
由于声音是由说话者的讲话产生的，说话者的声音就像一个膜片，使空气中的分子以每秒1130英尺(770英里)的速度来回振动，同时向各个方向移动。
声波的一段可以被描述为压力压缩和稀疏波。
波长和响度
声音压缩和稀疏度之间的距离称为波长。低频声音的波长很长，被认为是低音调的声音，如卡车的隆隆声。高音的声音波长很短，就像哨子发出的声音一样。在音乐领域，钢琴可以产生从每秒20次(Hz)一直到每秒4600次的声音。
(图4)显示了以英尺和英寸为单位的几种波长作为频率的函数。
响度:(振幅或强度)是用声音的强度来衡量的，用高于或低于正常大气压的正弦波来表示。
(图5)显示了不同响度或振幅的声音的正弦波组合。为了简单起见，声强或声压级的测量单位是分贝．
等响度轮廓
我们的耳朵对不同频率或强度的声音的感知并不相同。(图6)显示了等响度等高线图。在曲线上，任何给定频率的声音的声级都是相同的。例如，1000赫兹下20分贝的声音会被感知为100赫兹下50分贝的声音水平。这表明我们的耳朵对低频的声音比中高频的声音更不敏感。正如稍后将看到的，这种灵敏度差异将在噪声控制中反复出现。
平方反比定律
另一个非常重要但鲜为人知的声学现象是平方反比定律。当声波在球面上传播时，声能分布在不断增大的波前表面直径上。平方反比定律告诉我们，在自由场的情况下，到声源的距离每增加一倍，声音强度就会减少6分贝。
在理想条件下，一个自由场可以用从山峰上产生的声音信号来表示。然而，在现实生活中，以墙壁、地板和天花板为界的房间在距离声源约10-12英尺的平均30平方英尺的房间中，会在一定距离上破坏平方反比定律。然而，重要的是要接受声音的强度会随着距离的增加而减小这一概念。例如，在一个典型的教室里，教师的声音信号为65分贝，距离教师3英尺远;在6英尺远的地方，声音强度是59分贝，在12英尺远的地方，声音强度会下降到53分贝。(这一点很重要，因为我们稍后将讨论信噪比S/NR)
(图8)显示了一段声波前表面积随着距离的增加而增加。
(图8)
在图8所示的角度中，随着d的增加，相同的声能分布在增加面积的球面上。声音的强度与波前到信号源的距离的平方成反比。
例子:
1d = 1
2d = 4
3d = 9
4d = 16
吸声
所有的建筑材料都有一定的声学特性，因为它们都会吸收、反射或传播撞击它们的声音。通常来说,吸声材料这些材料的设计和使用是为了吸收可能被反射的声音吗?
吸声被定义为入射的声音击中材料而不被反射回去。开着的窗户是一个很好的吸音器，因为通过开着的窗户的声音不会被反射回来，而是形成了一个很差的音障。油漆混凝土块是一个很好的隔音屏障，但会反射97%的入射声音。
当声波撞击声学材料时，声波会导致吸收材料的纤维或粒子组成发生振动。由于摩擦，这种振动产生了少量的热量，因此吸声是通过能量到热的转换方式完成的。纤维含量越高，吸收效果越好;相反，密度越大的材料吸收能力越弱。声学材料的吸声特性随频率的变化而显著不同。一般来说，低频声音因为波长长而很难被吸收。另一方面，我们不太容易受到低频声音的影响，这在很多情况下对我们是有益的。
对于绝大多数的传统声学材料来说，材料的厚度对材料的吸声性能影响最大。虽然声学材料的固有组成决定了材料的声学性能，但可以引入其他因素来提高或影响声学性能。在声学天花板或墙板后面加入空气空间通常有助于提高低频性能。
信噪比(S/NR)
图12描述了一个教室设置，其中教师的语音信号在距离教师3英尺的地方被确定为大约65 dBA。背景噪声水平为45dba，并假设在整个房间中相当恒定。平方反比定律告诉我们，在6英尺的距离上，教练的语音信号的声级为59 dBA，在12英尺的距离上为53 dBA，在24英尺的距离上为47 dBA。
良好的信噪比应不低于+15分贝，即信号强度应高于背景噪音水平至少15分贝，以使听者获得良好的语音清晰度。从(图12)可以看出，在距离教练12英尺以外的地方，S/NR远远低于它应该达到的水平。
在典型的教室中，在暖通空调系统运行时，空教室的环境或背景噪声水平不应超过35dba。
环境声音级别或背景噪音
在一个没有人的空间里，可以听到来自不同来源的声音。仔细检查房间可以识别干扰源。该图说明了几种最常见的噪声源。
声漏对隔墙隔声的影响
从缝隙中我们可以看到，即使是一个很小的裂缝也会严重损害墙壁的隔声性能，地板/天花板组件要尽可能密封。填隙化合物或者隔音胶对于有效的噪音控制是不可或缺的。
降噪
未被吸收的反射声音将导致空间中整体声音水平的增加。当空间经过声学处理时，积聚的声音被消除或减少。未处理空间和acous之间的声级差经过处理的空间被描述为降噪(NR)。
在墙的一侧测量声音，然后在另一侧测量声音，可以反映墙的声音传输阻断特性。两种测量方法之间的差异被描述为墙体的降噪特性。
用声学材料处理嘈杂的混响空间可以减少由于反射坚硬表面而产生的反射声。
在“处理前”和“处理后”的比较中，可以计算出分贝水平。这个图表可以用来比较声音减弱的感觉。
例如:一个现有的房间，在声学处理前有500个沙宾的吸收，再增加1500个沙宾，则处理/未处理的吸收比为4
经过处理的房间比未经处理的房间安静37%左右。
言语指向性-说话者和听者的取向
演讲者的定位在教室和会议室尤其重要。如图所示，说话人的正面和背面在说话水平上有大约10分贝(dBA)的差异。这相当于从头部向语音信号方向每30度旋转约1-1/2分贝。
男性扬声器在距离扬声器3英尺处的平均声音水平约为65-64分贝。女性说话者在离说话者3英尺远的地方说话的平均水平要低2-4分贝。
说话者对听者的定位是一个重要的考虑因素。在平方反比定律的背景下考虑这一点尤其如此，它告诉我们，距离每增加一倍，信号的强度将减少大约6分贝。
共振频率
例如，当声波撞击墙壁组件时，声音由广泛的频率谱组成。根据墙体的特性和构件的不同，墙体对各种频率能量的反应程度不同。
附图描述了2面墙，一个是8″混凝土砌块墙，另一个是钢柱和石膏板墙。它们都有相同的单一STC值47，但它们都有不同的隔声特性。
与砌块墙相比，石膏墙柱墙在低频率下的表现不佳。虽然块墙不能在中频提供高隔离，但在整个频谱中保持相当均匀的性能增加。注意，在2000赫兹和4000赫兹之间，干墙隔断的性能下降。这个下降被称为“重合下降”，它反映了壁组件的谐振频率。
与其依赖于单一的STC评级，通常更有用和有效的方法是查看总体性能数据，并根据通过结构产生的预期声音选择将提供最有效性能的墙壁、地板或天花板组件。不同的结构或建筑组件有不同的谐振频率。
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声音传输类别(STC)
的声音传输类是一种材料或建筑组件对延迟空气中声音传播的有效性的单一数字等级。声源和接收室之间的声音传输损失按频率和声级(分贝)绘制在图表上。STC曲线是一条滑动的等高线，它与绘制的性能数据相吻合，在适当的等高线以下不允许有超过32个缺陷。在任何给定频率下的最大缺陷不得超过8分贝。
一旦选择了合适的轮廓，STC就由垂直刻度在500hz处的分贝值确定。STC表示为单个STC号(示例STC 32)
请注意，STC轮廓与等响度轮廓的逆相似，因为它忽略了较低频率的声音，以反映我们的耳朵如何感知较低频率的声音。
