声学101
理解声音的本质，声学和噪声控制
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几乎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管制热线: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，向各个方向均匀地膨胀。(图1)
要产生和听到声音，就必须有声源、媒介和接收器。
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，传播声音的媒介是空气，接收器是听者的耳朵。
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隔膜，使空气中的分子以每秒1130英尺(770英里)的速度在各个方向运动时来回脉动。
声波的单个片段可以被描述为压力压缩和稀有。
波长和响度
声音压缩和稀有声波之间的距离称为波长。低频声音的波长很长，被认为是低沉的声音，比如卡车的隆隆声。高音的波长很短，比如哨子发出的声音。在音乐领域，钢琴可以产生从每秒20次循环(Hz)到每秒4600次循环的声音。
(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)由声音的强度来测量，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．
等响度轮廓
我们的耳朵在不同的频率或声音强度下并不能同等地感知所有的声音。(图6)为等响度等值线图。对于曲线上的任何给定频率，由1000hz定义的特定声音的声级都是相同的。例如，在1000hz的情况下，20分贝的声音会被感知为与100 Hz的50分贝相同的声音级别。这表明我们的耳朵对低频声音的敏感度低于中高频声音。稍后将看到，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。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，在自由场情况下，距离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会在距离声源约10-12英尺的平均30平方英尺的房间内中断平方反比定律。然而，重要的是要接受这样一个概念，即声音的强度会随着距离的增加而减弱。例如，在一个典型的教室里，老师的声音信号为65分贝，距离老师3英尺;在6英尺远的地方，声音强度是59分贝，而在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)显示了声波前表面积随距离增加的一段。
(图8)
在图8所示的角度中，随着d的增加，相同的声能量分布在面积增加的球面上。声音的强度与波前到信号源距离的平方成反比。
例子:
1d = 1
2d = 4
3d = 9
4d = 16
吸声
所有的建筑材料都有一些声学特性，它们都会吸收、反射或传输撞击它们的声音。通常来说,吸声材料这些材料的设计和使用目的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来。开着的窗户是一个很好的吸收器，因为通过开着的窗户的声音不会被反射回来，但它是一个很差的音障。涂漆的混凝土块是一个很好的隔音屏障，但会反射大约97%的入射声音。
当声波击中声学材料时，声波会引起吸收材料的纤维或颗粒组成振动。这种振动由于摩擦而产生微小的热量，因此声音的吸收是通过能量到热量的转换来完成的。纤维含量越高，吸收效果越好;相反，密度越大的材料吸水性越差。声学材料的吸声特性随频率的变化有显著的差异。一般来说，低频声音很难被吸收，因为它们的波长很长。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，材料厚度对材料的吸声质量影响最大。虽然声学材料的固有成分决定了材料的声学性能，但其他因素也可以改善或影响声学性能。在隔音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英尺的距离上被确定为大约65dba。背景噪音水平为45 dBA，假设整个房间的噪音水平相当稳定。平方反比定律告诉我们，在6英尺的距离上，教练的声音信号的声级为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，即信号强度应比背景噪音水平至少高出15分贝，以使听者能听得懂良好的语音。从图12可以看出，在距离教练员12英尺之外，S/NR远远低于应有的水平。
在一个典型的教室里，在暖通空调系统运行的情况下，无人教室的环境或背景噪声水平不应超过35 dBA。
环境声音或背景噪音
在一个空的空间里，可以听到各种各样的声音。仔细检查房间可以确定干扰源。该图说明了几种最常见的噪声源。
漏声对隔断隔声的影响
从缝隙中我们可以看到，即使是一个小裂缝也会极大地损害墙壁的隔声性能，地板/天花板组件要尽可能地密封。填隙化合物或者隔音密封剂是有效控制噪音必不可少的。
降噪
没有被吸收的反射声音会导致空间内整体声音水平的提高。当空间经过声学处理时，声音的积聚被消除或减少。未处理空间和声学空间之间的声级差被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，可以反映出墙的声音传播阻断特性。两种测量方法之间的差异被描述为墙体的降噪特性。
用声学材料处理有噪声的混响空间可以减少由于反射硬表面而产生的反射声。
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如何减少声音将被感知。
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
经过处理的房间会比未经处理的房间安静37%。
言语指向性-说话者和听者的方向
演讲者的定位在教室和会议室尤其重要。如图所示，扬声器前后的语音水平相差约10分贝(dBA)。这相当于语音信号从头部向语音信号方向旋转30度，每30度就有1-1/2分贝。
在离扬声器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。在距离说话者3英尺的地方，女性说话的平均水平要低2-4分贝。
说话人对听众的定位是一个重要的考虑因素。这在平方反比定律的背景下尤其如此，它告诉我们，距离每增加一倍，信号的强度就会减少大约6分贝。
共振频率
例如，当声波击中墙壁组件时，声音由宽频谱的频率组成。根据墙体的特性和构件的不同，墙体对各种频率能量会产生不同程度的反应。
附图描述了两堵墙，一堵是8″混凝土砌块墙，另一堵是钢螺柱和石膏板墙。每个都有相同的单一STC值47，但它们都有不同的隔声特性。
与砌块墙相比，石膏板钉墙在低频下的表现不佳。虽然隔振墙在中频频段不能提供高隔离，但它在整个频谱上保持了相当均匀的性能提升。请注意，在2000赫兹和4000赫兹之间，干墙分区的性能下降。这种下降被称为“符合下降”，它反映了壁面组件的谐振频率。
与其依赖于单一的STC评级数字，更有效的方法通常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。不同的结构或结构组件有不同的谐振频率。
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声音传输等级(STC)
的声音传输等级是一种材料或结构组合的有效性的单一数字评级，以减缓空气中声音的传播。声源和接收室之间的声音传输损失被绘制在以分贝为单位的频率和声级的图表上。STC曲线是一个滑动轮廓线，它与性能数据的绘制方式相吻合，在适当的轮廓线以下不允许有超过32个缺陷。在任何给定频率上的最大缺陷不应超过8分贝。
一旦选择了适当的轮廓线，STC就由垂直标度在500hz处的分贝值确定。STC表示为单个STC号(示例STC 32)
请注意，STC轮廓线类似于等响度轮廓线的逆，因为它忽略了低频声音，以反映我们的耳朵如何感知低频声音。
