声学101
了解声音、声学和噪声控制的本质
声学和噪声控制的本质是令人困惑的。本节旨在帮助教育和指导那些几乎没有知识的声学术语。如果您想了解更多信息，请点击以下链接或致电噪音控制帮助热线: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，向各个方向均匀膨胀。(图1)
声音要产生和听到，就必须有一个源、一个要通过的媒介和一个接收器。
为了便于讨论，我们假设我们讨论的是正常的语音通信。声源是说话人的声音，传播媒介是空气，接受者是听者的耳朵。
由于说话人的声音是由说话人的声音产生的，说话人的声音就像一个隔膜，使空气中的分子以1130英尺/秒(770英里/小时)的速度在向各个方向移动时来回振动。
声波的一个片段可以被描述为压力压缩和稀有。
波长和响度
声音压缩和稀有之间的距离被称为波长。低频声音有很长的波长，被感知为低沉的声音，比如卡车的隆隆声。高音调的声音具有非常短的波长，如哨子发出的声音。在音乐领域，一架钢琴可以产生从每秒20次(Hz)到每秒4600次的声音。
(图4)显示了以英尺和英寸为单位的几个波长作为频率的函数。
响度:(振幅或强度)是由声音的强度来测量的，描述为高于或低于正常大气压的正弦波。
(图5)显示了不同响度或振幅的声音的正弦波组合。为简单起见，声强或声压级用分贝．
平等的响度轮廓
我们的耳朵对不同频率或不同强度的声音的感知并不相同。(图6)显示了一个等响度等高线图。由1000 Hz的声级所定义的特定声音的声级将与曲线上的任何给定频率相同。例如，在1000hz下20分贝的声音会被认为与在100hz下50分贝的声音级别相同。这表明我们的耳朵对低频声音的敏感度低于中高频声音。正如后面将看到的，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。当声波呈球形传播时，声能分布在波前表面不断增加的表面直径上。平方反比定律告诉我们，在自由场中，离声源的距离每增加一倍，声强就会减少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，被墙壁、地板和天花板围起来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，会中断平方反比定律。然而，接受声音的强度随着距离的增加而减小这一概念是很重要的。例如，在一个典型的教室里，教师的语音信号为65分贝，与教师保持3英尺的距离;在6英尺外，声音强度将为59分贝，在12英尺处，声音强度将下降到53分贝。(这一点很重要，我们稍后讨论信噪比S/NR时要记住)
(图8)显示了一段随距离增加的声波前缘表面积。
(图8)
在图8所示的角度中，随着d的增加，相同的声能分布在面积增加的球面上。声音的强度与波前到信号源的距离的平方成反比。
例子:
1 d = 1
2 d = 4
3 d = 9
4 d = 16
吸声
所有的建筑材料都有一些声学特性，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的目的是吸收可能被反射的声音吗?
吸声的定义是，入射的声音撞击到没有反射回来的材料上。开着的窗户是一个很好的吸收器，因为声音通过开着的窗户不会被反射回来，而是形成一个很差的音障。油漆混凝土块是一个很好的音障，但会反射约97%的事件的声音打击它。
当声波撞击声学材料时，声波会引起吸收材料的纤维或组成颗粒的振动。这种振动会由于摩擦而产生少量的热量，因此吸声是通过能量转化为热量的方式完成的。纤维越多的材料吸收率越好;相反，密度大的材料吸收率低。吸声材料的吸声特性随频率的变化而变化。一般来说，低频声音由于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，这在许多情况下对我们有利。
对于绝大多数传统声学材料来说，材料厚度对材料吸声性能的影响最大。声学材料的固有成分决定了材料的声学性能，而其他因素也可以起到改善或影响声学性能的作用。在声学天花板或墙板后面设置一个空间通常可以改善低频性能。
信噪比(S/NR)
图12描绘了一个教室环境，在距离教师3英尺的距离上，教师的语音信号被确定为约65dba。背景噪声水平为45 dBA，假设整个房间的背景噪声水平相当恒定。平方反比定律告诉我们，教师的声音信号在6英尺距离上的音阶为59 dBA，在12英尺距离上的音阶为53 dBA，在24英尺距离上的音阶为47 dBA。
良好的信噪比应不小于+ 15db，也就是说，信号强度应至少高于背景噪声水平15分贝，才能使听者获得良好的语音清晰度。从(图12)可以看出，超过了与教练的12英尺的距离，S/NR远低于它应该是什么。
在一个典型的教室中，在暖通空调系统运行的情况下，空教室的环境噪声或背景噪声应不超过35dba。
环境声级或背景噪音
在一个未被占用的空间里，可以听到来自各种来源的声音。仔细检查房间可以识别干扰源。这个图表说明了几种最常见的噪声源。
隔声泄漏对隔声性能的影响
从缝隙中我们可以看到，即使是很小的裂缝也会显著影响墙、地板/天花板组件的隔音性能，使其尽可能密封。填隙化合物或者声学密封剂是有效控制噪声不可缺少的。
降噪
没有被吸收的反射声音将导致空间整体声音水平的提高。当对空间进行声学处理时，声音的积聚被消除或减少。未经处理的空间和有声空间之间的声级差异经过处理的空间被描述为降噪(NR)。
在墙的一边测量声音，然后在墙的另一边测量声音，就会反映出墙的声音传输阻塞特性。两种测量结果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硬表面而产生的反射声积累。
在“治疗前”和“治疗后”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:一间现有的房间在进行声学处理前有500沙宾的吸收，如果再增加1500沙宾，那么经过处理/未经处理的吸收比将等于4
经过处理的房间会被认为比未处理的房间安静37%左右。
言语指向性——演讲者和听众导向
演讲者的定位在教室和会议室尤其重要。如图所示，前后说话人的语音水平相差约10分贝(dBA)。这相当于从头部向语音信号的方向旋转30度，就会产生1-1/2分贝的声音。
在距离扬声器3英尺的距离上，男性扬声器的平均声音水平约为65-64分贝。在与演讲者3英尺的距离上，女性演讲者的平均讲话水平要低2-4分贝。
说话者对听者的定位是一个重要的考虑因素。当考虑到平方反比定律时尤其如此，该定律告诉我们，距离每增加一倍，信号的强度就会减少约6分贝。
共振频率
例如，当声波撞击墙壁组件时，声音由广泛的频率频谱组成。根据墙体的特性和组成成分不同，墙体对各种频率能量的反应程度也不同。
附图描述了2面墙，一面是8″混凝土砌块墙，另一面是钢钉和石膏板墙。每一种都有相同的STC值47，但它们都有不同的隔声特性。
石膏板钉墙在低频率下的表现不如砌块墙好。虽然块墙在中频段不能提供很高的隔离，但它在整个频谱中保持了相当均匀的性能提高。请注意干墙分区在2000赫兹到4000赫兹之间的性能下降。这种下降被称为“符合下降”，它反映了墙组件的共振频率。
比起依赖于单个数字的STC评级，查看总体性能数据并根据结构产生的预期声音来选择能够提供最有效性能的墙壁、地板或天花板组件往往更有用和更有效。不同的结构或施工组件具有不同的共振频率。
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声传班(STC)
的声音传播类是对一种材料或建筑组件的有效性进行的单个数字评级，以阻止空气中声音的传播。声源室和接收室之间的声音传播损失以频率和声级(分贝)绘制在图表上。STC曲线是一个滑动轮廓，它与绘制的性能数据相匹配，其方式将允许在适当轮廓以下不超过32个缺陷。在任何给定频率下的最大缺陷不得超过8分贝。
一旦选择了合适的等高线，STC就由500赫兹垂直刻度的分贝值决定。STC表示为单个STC数字(示例STC 32)
注意，STC轮廓类似于等响度轮廓的倒数，只要它扣除低频声音来反映我们的耳朵如何感知低频声音。
