摘要：場(chǎng)館聲學(xué)工程中的噪聲混響問(wèn)題造成諸多困擾，筆者從影響混響時(shí)間的主要因素、多孔吸聲材料及其吸聲系數(shù)、多孔吸聲材料的選擇、多孔吸聲材料的使用、共振吸聲結(jié)構(gòu)、場(chǎng)館總吸聲量的確定等方面進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：混響時(shí)間；吸聲量；多孔吸聲材料；共振吸聲結(jié)構(gòu)  

Application of Acoustic Materials in the Design of the Stadium

Abstract: Reverberation problemin venuesacoustic engineering caused many problems. The writes analysis it from the main factors influencing the reverberation time, the porous sound-absorbing material and sound-absorbing coefficient, porous sound absorption material selection, porous sound-absorbing material use, resonance sound absorption structure, venues total absorption quantity and so on.

Key words: reverberation time, absorption, sound-absorbing porous material, resonance sound absorption structure

場(chǎng)館的噪聲混響問(wèn)題，困擾眾多業(yè)主和裝修設(shè)計(jì)、施工單位。裝修豪華的場(chǎng)館啟用時(shí)經(jīng)常發(fā)覺(jué)噪聲混響（即通常所說(shuō)的回聲）嚴(yán)重。使用時(shí)，人們雖然感到聲音很響，但聽(tīng)到的是一片嘈雜，令人心煩，極大地影響了場(chǎng)館的使用功能。能夠滿足使用的聲學(xué)功能是場(chǎng)館裝飾的重要的指標(biāo)，特別是特別是音樂(lè)廳、劇場(chǎng)、電影院、歌舞廳、錄音室、演播室及監(jiān)聽(tīng)室等尤為重要。本文是從控制場(chǎng)館的噪聲混響的角度提出初步建議，希望能夠拋磚引玉。

一、影響混響時(shí)間的主要因素

1、描述混響效果的指標(biāo)

描述混響效果的指標(biāo)是混響時(shí)間，它是室內(nèi)聲源停止發(fā)聲后，聲壓級(jí)衰減60dB所經(jīng)歷的時(shí)間，單位是秒。混響是房間中聲音被界面不斷反射而積累的結(jié)果，混響可以使室內(nèi)的聲音增加15dB，但同時(shí)會(huì)降低聲音的清晰度。

2、混響時(shí)間的的檢測(cè)及計(jì)算方法

混響時(shí)間與室內(nèi)吸聲存在數(shù)學(xué)關(guān)系，可根據(jù)賽賓公式進(jìn)行估算。

賽賓公式：T=0.161V/Sα

T60=0.161V/4mV- S ln(1-α)

其中：T60—混響時(shí)間（s）

0.161—與聲速有關(guān)的常數(shù)

V—房間容積（m3）

m—空氣中聲衰減系數(shù)（mˉ1）

S—室內(nèi)總表面積（m2）

α—平均吸聲系數(shù)。

由塞賓公式可以看出，房間體積越大混響時(shí)間越長(zhǎng)；平均吸聲系數(shù)越大，混響時(shí)間越短。由于室內(nèi)吸聲與頻率有關(guān)，不同頻率的混響時(shí)間也有所不同，房間音質(zhì)指標(biāo)常指的是中頻混響時(shí)間。

3、較理想的混響時(shí)間

對(duì)于音樂(lè)演奏的空間，如音樂(lè)廳、劇場(chǎng)等，需要混響效果使樂(lè)曲更加舒緩而愉悅。對(duì)于語(yǔ)言使用的空間，如電影院、教室、禮堂、錄音室等需要減少混響使講話更加清晰。據(jù)研究，就較理想的混響時(shí)間而言（中頻），音樂(lè)廳為1.8-2.2秒，劇院為1.3-1.5秒，多功能禮堂為1.0-1.4秒，電影院為0.6-1.0秒，教室為0.4-0.8秒，錄音室為0.2-0.4秒，體育館為低于2.0秒，專業(yè)館為小于2.5秒。

《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ 31-2003) 第9.0.10規(guī)定：體育館的混響時(shí)間應(yīng)以80％的觀眾數(shù)為滿座，并以此作為設(shè)計(jì)計(jì)算和驗(yàn)收的依據(jù)。觀眾座椅數(shù)增加總展開(kāi)面積，也會(huì)增加總吸聲面積，對(duì)減少混響時(shí)間各有利弊，主要取決于觀眾座椅的使用材料及造型。觀眾人數(shù)增加一定會(huì)增加吸聲量，在某種條件下，增加吸聲量可占總吸聲量的30%以上。但由于人數(shù)是隨機(jī)的，在聲學(xué)設(shè)計(jì)中，應(yīng)以相應(yīng)的空?qǐng)稣鬯阒底鳛樵O(shè)計(jì)指標(biāo)。

二、多孔吸聲材料及其吸聲系數(shù)　

1、吸聲材料的定義；

多孔吸聲材料的吸聲機(jī)理是材料內(nèi)部有大量空隙，空隙之間互相連通，孔隙深入材料內(nèi)部。聲波沿著這些孔隙可以深入材料內(nèi)部，與材料的黏滯阻力作用發(fā)生摩擦，使聲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗。

2、吸聲材料的吸聲系數(shù) α

材料的吸收的聲能與入射到材料上的總聲能之比，叫吸聲系數(shù)α ，它是目前表征吸聲性能最常用的參數(shù)。定義為：聲波入射材料表面時(shí)，材料的吸收性聲能和透射聲與入射到材料表面的聲能之比。不同的材料和相同的材料不同的厚度、密度均具有不同的吸聲系數(shù)，影響吸聲材料的吸聲系數(shù)α的主要因素有：材料的流阻Rf）、材料的孔隙率q、和材料孔隙排列狀況的結(jié)構(gòu)因子S。流阻與材料兩邊的靜壓差Δp與通過(guò)材料孔隙的氣流線速度υ的關(guān)系為Rf = Δp/υ。理論上，如果某種材料的入射聲能被完全反射時(shí)，表示無(wú)吸聲作用α=0；當(dāng)入射聲波完全沒(méi)有被反射時(shí)，表示完全被吸收α=1。

一般所說(shuō)材料的吸聲系數(shù)a是一個(gè)概括性的說(shuō)法。事實(shí)上，所有材料的不同頻率上會(huì)有不同的吸聲系數(shù)a，均介于0和1之間，也就是不可能全部反射，也不可能全部吸收。根據(jù)吸聲材料對(duì)聲波的不同頻率具體吸收的聲能來(lái)確定該頻率的吸聲系數(shù)a，一般來(lái)說(shuō)，低頻噪聲的吸聲系數(shù)較低，應(yīng)根據(jù)聲學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)確定各倍頻程的總吸聲量。任何吸聲材料都不可能全頻吸收，即使是公認(rèn)的吸聲效果最好的吸聲尖劈結(jié)構(gòu)，它也有對(duì)應(yīng)的最低吸聲頻率，稱為截止頻率，在截止頻率以下，它的吸聲系數(shù)也不盡人意。

3、出現(xiàn)吸聲系數(shù)α≥1 的原因

在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)吸聲材料的吸聲系數(shù) α＞1 的情況，主要原因有如下幾點(diǎn)：

1）材料邊緣封堵不嚴(yán)，有部分聲音被邊緣處吸收了。

2）當(dāng)吸聲系數(shù)很高的材料放入混響室會(huì)造成混響室聲場(chǎng)均勻度嚴(yán)重破壞，致使賽賓公式失效，不同測(cè)量點(diǎn)時(shí)測(cè)量出現(xiàn)誤差。

3）測(cè)量前后混響室相對(duì)濕度差異很大，造成空氣吸收有不同（主要反映在高頻）。

4）測(cè)量出現(xiàn)操作誤差，主要是混響時(shí)間測(cè)量不準(zhǔn)確。等等。其中1、2兩點(diǎn)被稱做“邊緣效應(yīng)”，是系統(tǒng)誤差。一般高于1的情況多發(fā)生在500Hz以上，可認(rèn)為是系統(tǒng)誤差，計(jì)算時(shí)需按1處理。

三、多孔吸聲材料的選擇

吸聲系數(shù)a≥0.2的材料才叫吸聲材料。從多孔吸聲材料的化學(xué)性質(zhì)來(lái)區(qū)分，目前主要有有機(jī)吸聲材料及無(wú)機(jī)吸聲材料。

1、無(wú)機(jī)吸聲材料

無(wú)機(jī)吸聲材料主要由鈣、磷等元素組成，無(wú)機(jī)材料具有不燃、抗老化、耐高低溫以及抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)。它們都具有來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。但是，尚存在著對(duì)操作員的人體健康的危害以及如遺棄后不能降解導(dǎo)致對(duì)環(huán)境的危害的擔(dān)心。

2、有機(jī)吸聲材料

有機(jī)吸聲材料由碳、氫、氧、氮等元素組成，有機(jī)纖維吸聲材料一般都能夠在常溫常壓下燃燒，在自然環(huán)境里能夠降解。但是，有機(jī)纖維往往是可燃材料，有機(jī)纖維材料的阻燃性取決于其阻燃劑的質(zhì)量、穩(wěn)定性及用量的均勻性，它的防火等級(jí)在最理想的配比狀況下是B1級(jí)阻燃材料而非A級(jí)不燃材料。在消防要求日益嚴(yán)格的今天，已影響到有機(jī)纖維吸聲材料的使用范圍。

3、吸聲裝飾材料的發(fā)展及選擇

吸聲裝飾材料的應(yīng)用日益廣泛，促進(jìn)了吸聲材料工業(yè)的發(fā)展，品種規(guī)格不斷增加，而且吸聲系數(shù)高、材料性能優(yōu)異以及裝飾效果好。

四、多孔吸聲材料的使用

1、吸聲材料的護(hù)面裝飾

由于多孔吸聲材料具有的特性，如果作為裝修面層其應(yīng)用范圍會(huì)受到局限。故在實(shí)際使用中，往往設(shè)置吸聲材料的護(hù)面裝飾層。如穿孔石膏板、金屬穿孔板 鋁合金穿孔板、金屬微穿孔吸聲板、木質(zhì)吸聲板、金屬箔貼面、布藝飾面等。

2、墻面吸聲材料的預(yù)留空腔

吸聲材料和隔聲材料的聲學(xué)特性首先是與頻率有關(guān)，不同頻率的材料吸聲系數(shù)和隔聲量是有差異的，與材料的密度、厚度、孔隙率、阻尼等有關(guān)。對(duì)于同一材料安裝條件如安裝時(shí)應(yīng)預(yù)留材料后背空氣層的深度，即所謂的“空腔”。適當(dāng)?shù)目涨豢上喈?dāng)于增加吸聲材料的厚度，有利于提高材料的吸聲系數(shù)，特別是低頻頻段吸聲系數(shù)的提高。

3、吸聲材料的設(shè)置

根據(jù)賽賓公式，吸聲材料的設(shè)置不受具體位置局限，只要在室內(nèi)任何位置均能達(dá)到有效吸聲的目的。鑒于吸聲材料及其護(hù)面裝飾層有的多孔的特性，吸聲材料較不適宜安裝在人們可觸摸的位置。最佳的安裝位置是頂棚或天花。如條件許可，將吸聲材料作成空間吸聲體，空間吸聲體可多面吸聲，同等的吸聲材料總表面吸聲面積大于墻面吸聲材料，而且空間吸聲體安裝方便，可根據(jù)場(chǎng)館的設(shè)計(jì)風(fēng)格，靈活多樣設(shè)置。

五、共振吸聲結(jié)構(gòu)

當(dāng)吸聲材料和結(jié)構(gòu)的自振頻率與聲波的頻率一致時(shí)，發(fā)生共振，聲波激發(fā)吸聲材料和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，并使振幅達(dá)到最大，從而消耗聲能，達(dá)到吸聲的目的，因此共振吸聲材料和結(jié)構(gòu)的吸聲特征呈現(xiàn)峰值吸聲的現(xiàn)象，即吸聲系數(shù)在某一個(gè)頻率達(dá)到最大，在離開(kāi)這個(gè)頻率附近的吸聲系數(shù)逐漸降低，在遠(yuǎn)離這個(gè)頻率的頻段則吸聲系數(shù)很低。主要對(duì)中低頻有很好的吸聲特性。

1、薄膜吸聲結(jié)構(gòu)

皮革，人造革，塑料薄膜等具有不透氣、柔軟、受張拉時(shí)有彈性等特征，這些材料與其背后的空氣層形成共振系統(tǒng)，吸收共振頻率附近的聲能。  

通常薄膜的共振頻率在200Hz~1000Hz之間，最大吸聲系數(shù)為0.3~0.4，一般可視為中、低頻吸聲材料。

2、薄板吸聲結(jié)構(gòu)

玻璃、膠合板、石膏板、石棉水泥板或金屬板也可以作為共振吸聲結(jié)構(gòu)。因?yàn)榈皖l聲比高頻聲更容易激起薄板振動(dòng)，所以它具有低頻的吸聲特性。工程中常用的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率在80-300Hz之間，其吸聲系數(shù)為0.2-0.5。

六、場(chǎng)館總吸聲量的確定

1、吸聲結(jié)構(gòu)吸聲系數(shù)的確定

安裝護(hù)面裝飾層后，由于護(hù)面裝飾層的吸聲系數(shù)，穿孔的孔徑、穿孔率等因素的影響，吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)與吸聲材料的吸聲系數(shù)會(huì)有一定程度的衰減。所以，有護(hù)面裝飾層的穿孔吸聲板、彈性吸聲板、吸聲窗簾的吸聲系數(shù)不應(yīng)以吸聲材料的檢測(cè)吸聲系數(shù)作為計(jì)算依據(jù)。應(yīng)該重新檢測(cè)，調(diào)整吸聲系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)或安裝后實(shí)際檢測(cè)。

2、吸聲結(jié)構(gòu)有效吸聲面積的確定

吸聲結(jié)構(gòu)的內(nèi)安裝龍骨，外包邊及收口會(huì)占用部分吸聲結(jié)構(gòu)面積，由此導(dǎo)致減少吸聲結(jié)構(gòu)的有效吸聲面積。所以，實(shí)際工程上應(yīng)考慮到這個(gè)因素。應(yīng)有吸聲結(jié)構(gòu)面積及有效吸聲結(jié)構(gòu)的面積比例的指標(biāo)。

3、共振吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲量

在室內(nèi)裝修中經(jīng)常用到板材，它們都有一定的共振吸聲效應(yīng)，其共振吸聲量、吸聲頻率與板材的幾何尺寸和物理常數(shù)有關(guān)，同時(shí)與邊緣固定狀況有關(guān)，例如釘子釘多少，釘緊的程度，是否用膠固定等。

薄板愈厚、飾面處理愈多、薄板單位面積的重量愈大，其吸聲頻率愈低。薄板后面龍骨愈密，其共振吸聲效應(yīng)愈差，安裝薄板的螺絲釘釘距越稀疏，共振吸聲效應(yīng)愈好。薄板后的空氣層填充多孔吸聲材料，共振頻率向低頻移動(dòng)，吸聲頻率范圍也會(huì)增加。

4、非吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲量

在場(chǎng)館的室內(nèi)總表面積中，裝飾有大量的非通常意義上的吸聲材料。如玻璃、木地板、混凝土水泥砂漿乳膠漆噴涂、木質(zhì)收邊等等，盡管其吸聲系數(shù)α≤0.2而不是作為吸聲材料使用，但由于其表面積往往占室內(nèi)總表面積50%以上，其吸聲量不可忽視。況且，其吸聲量中低頻部分的比例往往高于所定義的吸聲材料。

場(chǎng)館的通道、開(kāi)啟的門窗，均是噪聲無(wú)障礙逃逸的通道，其面積基本相當(dāng)于噪聲的全頻吸收。