吸音材料之:声学术语
更新：2015/10/14 9:15:45 点击：
物体的振动产生“声”，振动的传播形成“音”。人们通过听觉器官感受声音，声音是物理现象，不同的人对声音有不同的感受，相同声音的感受也会因人而异。美妙的音乐令人陶醉，清晰激昂的演讲令人鼓舞，但有时侯，邻居传来的音乐声使人难以入睡，他人之间的甜言蜜语也许令人烦恼。建筑声学不同于其他物理声学，主要研究目的在于如何使人们在建筑中获得良好的声音环境，涉及的问题不局限于声音本身，还包括心理感受、建筑学、结构学、材料学甚至群体行为学等多方面问题。
音质：
室内传声的质量。室内音质的主要决定因素是混响、反射声序列时空结构和噪声级。音质评价对于语言主要是靠语言可懂度，对于音乐则由音乐的欣赏价值来决定。
音质设计：
在建筑设计过程中，从音质上保证建筑物符合要求所采取的措施。
混响时间T：
在扩散声场中，当声源停止后从初始的声压级降低 60 dB （相当于平均声能密度降为 ）所需的时间，用符号 T60 来表示。
吸声材料：
所有建筑材料都有一定的吸声特性，工程上把吸声系数较大（一般大于0.2）的材料或结构称之为吸声材料或吸声结构。
吸音板，吸声板
吸声板，又叫吸音板，是最常用的吸声材料之一。吸音板（吸声板）产品又分为 木质吸声板（木质吸音板），布艺吸声板（布艺吸音板）等等。此外还有 吸声无妨布，吸声棉等等一系列吸声材料。
吸声系数α：
在给定频率和条件下，被分界面（表面）或媒质吸收和声功率，加上经过分界面（墙或间壁等）透射的声功率所得的总和，与入射声功率之比。一般其测量条件和频率应加以说明。
平均吸声系数：
房间各界面的吸声系数的加权平均值，权重为各界面的面积。一种吸声材料对不同频率的吸声系数的算术平均值。所考虑的频率应予以说明。
吸声量A：
与某物体或表面吸声相同而吸声系数等于1的面积。一个表面的吸声量等于它的面积乘以其吸声系数。一个物体放在室内某处，吸声量等于放入该物体后室内总吸声量的增量，以m2计。
噪声级L：
噪声的级。其种类必须加定语或上下文说明。在空气中即声级。计权应指明，否则指A声级。
噪声评价曲线NR：
对噪声的允许值按不同倍频带压级进行评价的一簇曲线，每一曲线同其在1000Hz的倍频带声压级数作为评价值，又称NR值。
混响时间T60的计算公式为：
公式中：
V —— 室内容积；
S —— 室内总表面积；
α —— 室内平均吸声系数；
m —— 空气衰减系数（M-1）；
Si —— 室内各部分的表面积；
αi —— 与表面Si对应的吸声系数；
Nj —— 人或物体的数量；
αj —— 与Nj 对应的吸声系数。
常见厅堂建筑声学设计国家规范摘要
《体育馆建筑设计规范》（JGJ31-2003；J265-2003）：
比赛大厅满场500 ～ 1000Hz 混响时间
综合体育馆容积（m3） ＞ 80000 40000 ～ 80000 ＜40000
特级、甲级混响时间（s） 1.70 1.40 1.30
乙级混响时间（s） 1.90 1.50 1.40
丙级混响时间（s） 2.10 1.70 1.50
各频率混响时间相对于500 ～ 1000Hz混响时间的比值：
频率（Hz） 125 250 2000 4000
比值 1.0～1.2 1.0～1.1 0.9～1.0 0.8～1.0
《剧场电影院和多用途厅堂建筑声学设计及测量规程》（GB/T50356-2005）
剧场 500 ～ 1000Hz 混响时间：
大厅容积（m3） ＞ 2000 2000 ～ 10000 ＜10000
歌剧混响时间（s） 0.9～1.3 1.0～1.7 1.3～1.8
话剧、戏曲混响时间（s） 0.7～1.1 0.8～1.4
各频率混响时间相对于500～1000Hz混响时间的比值：
频率（Hz） 125 250 2000 4000
（歌剧）比值 1.0～1.3 1.0～1.15 0.9～1.0 0.8～1.0
（话剧、戏曲）比值 1.0～1.2 1.0～1.1 0.9～1.0 0.8～1.0
电影院 500 ～ 1000Hz 混响时间：
容积（m3） ＞ 1000 1000 ～ 6000 6000～10000
（普通）混响时间（s） 0.6～0.8 0.7～1.1 0.85～1.15
（立体声）混响时间（s） 0.48～0.65 0.52～0.85 0.63～0.9
各频率混响时间相对于500～1000Hz混响时间的比值：
频率（Hz） 125 250 2000 4000
比值 1.0～1.2 1.0～1.1 0.9～1.0 0.8～1.0
多功能厅 500 ～ 1000Hz 混响时间：
大厅容积（m3） ＞ 2000 2000 ～ 10000 ＜10000
混响时间（s） 0.65～1.1 0.8～1.4 1.0～1.6
各频率混响时间相对于500～1000Hz混响时间的比值
频率（Hz） 125 250 2000 4000
比值 1.0～1.3 1.0～1.15 0.9～1.0 0.8～1.0
注: 所规定的混响时间指标允许±0.15s的变动范围。
当声波在室内碰到壁而 （ 包括天花板与地板 ） 时，如果壁面并非刚性，它对声波具有一定的吸声能力，那么一部分入射波就要被壁面吸收，被壁面所吸收的能量与入射能量的比值称为壁面的吸声系数。因为在扩散声场前提下声能向各方向的传递几率相同，所以对每一吸声表面入射声在所有方向都具有相同的几率，因此这一吸声系数 应是对所有入射角的平均结果。
设对应于某吸声表面 Si ，的吸声系数为，如果对室内所有的吸声表面的吸声系数进行平均，则可得室内平均吸声系数为这里为吸声总面积。
平均吸声系数
实际上表示房间壁面单位面积的平均吸声能力，也称单位面积的平均吸声量。如果房间有开着的窗，并且窗的几何尺寸甚大于声波波长，入射到窗上的声波将全部透射出去，那么开窗面积相当于吸声系数的吸声面积 Si 。这样某一壁面的吸声量 就可用相当的开窗面积来表示，吸声量的单位用 m2表示。例如在 的壁面上铺上吸声系数为 的吸声材料，那么其吸声量。房间中一般采用的壁面，不论是普通的抹泥灰的砖墙，还是水泥地板、木质天花板，或者在壁面上铺上特制的吸声材料等等，它们的吸声系数都是频率的函数。
音质设计的一般要求
l.合适的响度
对于以语声为主的厅堂，响度一般应不低于60～65phon；对于有比较大的动态范围的厅堂，如音乐厅，响度一般应不低于40～80phon。为了保证正常的听音，干扰噪声的声压级应低于所要听的声音10dB以上。为了达到合适的响度，应考虑以下几点：
（1）声源的能量；
（2）观众厅的容积与扩散；
（3）房间的体型；
（4）厅堂自然混响时间；
（5）背景噪声。
2．声能分布均匀
整个厅堂内各点声能分布均匀，即声场分布均匀，可保证各区域内听众听到的响度基本一致。声场均匀的厅堂中，最大声压级与最小声压级之差不超过6dB，最大声压级（或最小声压级）与平均声压级之差不超过3dB。在音质设计时，采取下列措施可使声音得到充分扩散，声能分布也就比较均匀。
（1）体型设计的扩散处理。
（2）装置各种类型的扩散体。
（3）均匀布置吸声材料。
3．选择合适的混响时间
厅堂音质好坏，与混响时间关系很大。混响时间选择合适，能提高语言清晰度和音色丰满度。语言清晰度，即对语言听清的程度，直接影响听音效果。厅堂内较短的混响时间，合适的响度对改善语言清晰度有利。足够的丰满度指厅堂内声音活跃、坚实饱满、音色浑厚，特别是低频段的丰满度，可增加声音的力度感和亲切感，极大地烘托演出效果。延长厅堂混响时间，有利于提高厅堂的丰满度。
4．充分利用近次反射声
近次反射声有助于加强直达声，特别是大厅内来自侧墙的反射声，对声音的空间感和声音洪亮感起重要作用。在大型厅堂中，可依近次反射声使声场均匀。
5．避免出现音质缺陷
厅堂的音质缺陷主要指回声、颤动回声、声聚焦、声染色及声阴影等声学现象。厅堂要设计合理的混响时间，避免出现音质缺陷。下面进一步说明这五种明显的音质缺陷。
（1）回声（echo）
是指强度和时间差大到足以引起听觉将它与直达声区分开来的反射声。从单一声源产生的一连串可分辨的回声则叫做多重回声，当室内两个界面之间距离大于一定数值，且吸声量不足时，在其中间声源发出的声音则可能产生多重回声。回声的出现会影响听音注意力，影响声音的清晰度，破坏立体声聆听的声象定位效果，因此，回声是应该防止的。
（2）颤动回声（flutter echo）
当声源在平行界面或一平面与一凹面之间发生反射、界面间距离大于一定数值时则会出现颤动回声。发生颤动回声时，声音有连续的重叠声，并有颤抖的感觉。颤动回声会引起听力疲劳，使人感到厌烦。
（3）声聚焦（Sound focusing）
凹面对声波形成集中反射，使反射声聚集于某个区域，造成声音在该区域特别响的现象。声聚焦使室内声压不均匀，应该防止这种缺陷。声聚焦现象会造成声能过分集中，使声能汇聚点的声音嘈杂，而其他区域听音条件变差，扩大了声场不均匀度，严重影响听众的听音条件。
（4）声影区（Sound shadow area）
由于障碍物或折射的原因，产生声音辐射不到的区域。在声影区内、声压级很低，音量很轻。因此声影区的存在也是声压不均匀的原因，应予防止。
（5）声染色（room coloration）
由于室内频率响应的变化，使原始声音被赋予外加的音色特点。对于容积小的听音室，本征频率在低频端分布不够密集连续、因此在低频段易产生“共振”的音染现象，应该采用措施防止。共振现象产生的声染色效应，引起声音信号的失真，产生主观听感上的厌恶情绪，严重影响听音效果。
综上所述，前四种缺陷一般在大厅中容易发生，解决的方法应用几何声学的有关规律，而第五种则多发生于小室，应从波动声学的角度加以考虑，消除音质缺陷。
避免厅堂音质缺陷的方法，主要是从厅堂的体形设计和吸声材料布置两方面入手，消除产生音质缺陷的条件。例如，为了消除回声，应在可能引起回声的部位布置强吸声材料，使反射声减弱；另一种方法是调整反射面角度，将后墙与顶棚交接处，作成比较大的倾角，将声音反射给后区观众，彻底消除回声，取得化害为利的效果。为了消除声聚焦现象，应尽量控制厅堂界面的曲面弧度，采用凸形结构，并在弧面上布置合适的吸音材料。为了消除音质缺陷，可根据厅堂内声源的位置，采用几何作图法，用声线的分布，找出各种声缺陷的条件和部位，以采取必要的措施进行抑制。
音质：
室内传声的质量。室内音质的主要决定因素是混响、反射声序列时空结构和噪声级。音质评价对于语言主要是靠语言可懂度，对于音乐则由音乐的欣赏价值来决定。
音质设计：
在建筑设计过程中，从音质上保证建筑物符合要求所采取的措施。
混响时间T：
在扩散声场中，当声源停止后从初始的声压级降低 60 dB （相当于平均声能密度降为 ）所需的时间，用符号 T60 来表示。
吸声材料：
所有建筑材料都有一定的吸声特性，工程上把吸声系数较大（一般大于0.2）的材料或结构称之为吸声材料或吸声结构。
吸音板，吸声板
吸声板，又叫吸音板，是最常用的吸声材料之一。吸音板（吸声板）产品又分为 木质吸声板（木质吸音板），布艺吸声板（布艺吸音板）等等。此外还有 吸声无妨布，吸声棉等等一系列吸声材料。
吸声系数α：
在给定频率和条件下，被分界面（表面）或媒质吸收和声功率，加上经过分界面（墙或间壁等）透射的声功率所得的总和，与入射声功率之比。一般其测量条件和频率应加以说明。
平均吸声系数：
房间各界面的吸声系数的加权平均值，权重为各界面的面积。一种吸声材料对不同频率的吸声系数的算术平均值。所考虑的频率应予以说明。
吸声量A：
与某物体或表面吸声相同而吸声系数等于1的面积。一个表面的吸声量等于它的面积乘以其吸声系数。一个物体放在室内某处，吸声量等于放入该物体后室内总吸声量的增量，以m2计。
噪声级L：
噪声的级。其种类必须加定语或上下文说明。在空气中即声级。计权应指明，否则指A声级。
噪声评价曲线NR：
对噪声的允许值按不同倍频带压级进行评价的一簇曲线，每一曲线同其在1000Hz的倍频带声压级数作为评价值，又称NR值。
混响时间T60的计算公式为：
公式中：
V —— 室内容积；
S —— 室内总表面积；
α —— 室内平均吸声系数；
m —— 空气衰减系数（M-1）；
Si —— 室内各部分的表面积；
αi —— 与表面Si对应的吸声系数；
Nj —— 人或物体的数量；
αj —— 与Nj 对应的吸声系数。
常见厅堂建筑声学设计国家规范摘要
《体育馆建筑设计规范》（JGJ31-2003；J265-2003）：
比赛大厅满场500 ～ 1000Hz 混响时间
综合体育馆容积（m3） ＞ 80000 40000 ～ 80000 ＜40000
特级、甲级混响时间（s） 1.70 1.40 1.30
乙级混响时间（s） 1.90 1.50 1.40
丙级混响时间（s） 2.10 1.70 1.50
各频率混响时间相对于500 ～ 1000Hz混响时间的比值：
频率（Hz） 125 250 2000 4000
比值 1.0～1.2 1.0～1.1 0.9～1.0 0.8～1.0
《剧场电影院和多用途厅堂建筑声学设计及测量规程》（GB/T50356-2005）
剧场 500 ～ 1000Hz 混响时间：
大厅容积（m3） ＞ 2000 2000 ～ 10000 ＜10000
歌剧混响时间（s） 0.9～1.3 1.0～1.7 1.3～1.8
话剧、戏曲混响时间（s） 0.7～1.1 0.8～1.4
各频率混响时间相对于500～1000Hz混响时间的比值：
频率（Hz） 125 250 2000 4000
（歌剧）比值 1.0～1.3 1.0～1.15 0.9～1.0 0.8～1.0
（话剧、戏曲）比值 1.0～1.2 1.0～1.1 0.9～1.0 0.8～1.0
电影院 500 ～ 1000Hz 混响时间：
容积（m3） ＞ 1000 1000 ～ 6000 6000～10000
（普通）混响时间（s） 0.6～0.8 0.7～1.1 0.85～1.15
（立体声）混响时间（s） 0.48～0.65 0.52～0.85 0.63～0.9
各频率混响时间相对于500～1000Hz混响时间的比值：
频率（Hz） 125 250 2000 4000
比值 1.0～1.2 1.0～1.1 0.9～1.0 0.8～1.0
多功能厅 500 ～ 1000Hz 混响时间：
大厅容积（m3） ＞ 2000 2000 ～ 10000 ＜10000
混响时间（s） 0.65～1.1 0.8～1.4 1.0～1.6
各频率混响时间相对于500～1000Hz混响时间的比值
频率（Hz） 125 250 2000 4000
比值 1.0～1.3 1.0～1.15 0.9～1.0 0.8～1.0
注: 所规定的混响时间指标允许±0.15s的变动范围。
当声波在室内碰到壁而 （ 包括天花板与地板 ） 时，如果壁面并非刚性，它对声波具有一定的吸声能力，那么一部分入射波就要被壁面吸收，被壁面所吸收的能量与入射能量的比值称为壁面的吸声系数。因为在扩散声场前提下声能向各方向的传递几率相同，所以对每一吸声表面入射声在所有方向都具有相同的几率，因此这一吸声系数 应是对所有入射角的平均结果。
设对应于某吸声表面 Si ，的吸声系数为，如果对室内所有的吸声表面的吸声系数进行平均，则可得室内平均吸声系数为这里为吸声总面积。
平均吸声系数
实际上表示房间壁面单位面积的平均吸声能力，也称单位面积的平均吸声量。如果房间有开着的窗，并且窗的几何尺寸甚大于声波波长，入射到窗上的声波将全部透射出去，那么开窗面积相当于吸声系数的吸声面积 Si 。这样某一壁面的吸声量 就可用相当的开窗面积来表示，吸声量的单位用 m2表示。例如在 的壁面上铺上吸声系数为 的吸声材料，那么其吸声量。房间中一般采用的壁面，不论是普通的抹泥灰的砖墙，还是水泥地板、木质天花板，或者在壁面上铺上特制的吸声材料等等，它们的吸声系数都是频率的函数。
音质设计的一般要求
l.合适的响度
对于以语声为主的厅堂，响度一般应不低于60～65phon；对于有比较大的动态范围的厅堂，如音乐厅，响度一般应不低于40～80phon。为了保证正常的听音，干扰噪声的声压级应低于所要听的声音10dB以上。为了达到合适的响度，应考虑以下几点：
（1）声源的能量；
（2）观众厅的容积与扩散；
（3）房间的体型；
（4）厅堂自然混响时间；
（5）背景噪声。
2．声能分布均匀
整个厅堂内各点声能分布均匀，即声场分布均匀，可保证各区域内听众听到的响度基本一致。声场均匀的厅堂中，最大声压级与最小声压级之差不超过6dB，最大声压级（或最小声压级）与平均声压级之差不超过3dB。在音质设计时，采取下列措施可使声音得到充分扩散，声能分布也就比较均匀。
（1）体型设计的扩散处理。
（2）装置各种类型的扩散体。
（3）均匀布置吸声材料。
3．选择合适的混响时间
厅堂音质好坏，与混响时间关系很大。混响时间选择合适，能提高语言清晰度和音色丰满度。语言清晰度，即对语言听清的程度，直接影响听音效果。厅堂内较短的混响时间，合适的响度对改善语言清晰度有利。足够的丰满度指厅堂内声音活跃、坚实饱满、音色浑厚，特别是低频段的丰满度，可增加声音的力度感和亲切感，极大地烘托演出效果。延长厅堂混响时间，有利于提高厅堂的丰满度。
4．充分利用近次反射声
近次反射声有助于加强直达声，特别是大厅内来自侧墙的反射声，对声音的空间感和声音洪亮感起重要作用。在大型厅堂中，可依近次反射声使声场均匀。
5．避免出现音质缺陷
厅堂的音质缺陷主要指回声、颤动回声、声聚焦、声染色及声阴影等声学现象。厅堂要设计合理的混响时间，避免出现音质缺陷。下面进一步说明这五种明显的音质缺陷。
（1）回声（echo）
是指强度和时间差大到足以引起听觉将它与直达声区分开来的反射声。从单一声源产生的一连串可分辨的回声则叫做多重回声，当室内两个界面之间距离大于一定数值，且吸声量不足时，在其中间声源发出的声音则可能产生多重回声。回声的出现会影响听音注意力，影响声音的清晰度，破坏立体声聆听的声象定位效果，因此，回声是应该防止的。
（2）颤动回声（flutter echo）
当声源在平行界面或一平面与一凹面之间发生反射、界面间距离大于一定数值时则会出现颤动回声。发生颤动回声时，声音有连续的重叠声，并有颤抖的感觉。颤动回声会引起听力疲劳，使人感到厌烦。
（3）声聚焦（Sound focusing）
凹面对声波形成集中反射，使反射声聚集于某个区域，造成声音在该区域特别响的现象。声聚焦使室内声压不均匀，应该防止这种缺陷。声聚焦现象会造成声能过分集中，使声能汇聚点的声音嘈杂，而其他区域听音条件变差，扩大了声场不均匀度，严重影响听众的听音条件。
（4）声影区（Sound shadow area）
由于障碍物或折射的原因，产生声音辐射不到的区域。在声影区内、声压级很低，音量很轻。因此声影区的存在也是声压不均匀的原因，应予防止。
（5）声染色（room coloration）
由于室内频率响应的变化，使原始声音被赋予外加的音色特点。对于容积小的听音室，本征频率在低频端分布不够密集连续、因此在低频段易产生“共振”的音染现象，应该采用措施防止。共振现象产生的声染色效应，引起声音信号的失真，产生主观听感上的厌恶情绪，严重影响听音效果。
综上所述，前四种缺陷一般在大厅中容易发生，解决的方法应用几何声学的有关规律，而第五种则多发生于小室，应从波动声学的角度加以考虑，消除音质缺陷。
避免厅堂音质缺陷的方法，主要是从厅堂的体形设计和吸声材料布置两方面入手，消除产生音质缺陷的条件。例如，为了消除回声，应在可能引起回声的部位布置强吸声材料，使反射声减弱；另一种方法是调整反射面角度，将后墙与顶棚交接处，作成比较大的倾角，将声音反射给后区观众，彻底消除回声，取得化害为利的效果。为了消除声聚焦现象，应尽量控制厅堂界面的曲面弧度，采用凸形结构，并在弧面上布置合适的吸音材料。为了消除音质缺陷，可根据厅堂内声源的位置，采用几何作图法，用声线的分布，找出各种声缺陷的条件和部位，以采取必要的措施进行抑制。
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