如何构建形状影响室内噪音传播

结构的几何学不仅仅是一种美学或结构上的考虑,它从根本上决定了声音能量如何通过内部空间移动。 声音波的动作很像水中的波纹:它们反射出硬表面,在角落周围发生细微的反射,并吸收到多孔材料中。 建筑物的形状决定了这些行为如何在房间和走廊之间展开。

声音传播 Versus 浓度

形状不规则的房间——有角墙、曲线表面或天花板高度不同的房间——最终会向多个方向散开声波。这种扩散会减少集中回声的积聚,并尽量减少持续不动的站立波。例如,设计一个带有面墙和云顶的音乐厅是为了平均分配声音,使每个座位都听得很清楚。相反,一个完全长方形的带有平行墙壁的房间则在这些墙壁之间产生闪烁回声,放大噪音,降低语音的不通性。 将非平行表面或弹动墙面融合起来,可以打破这些反射,降低整体噪音水平。

房间比例和模式共振

房间的尺寸——长度、宽度和高度——决定其自然共振频率,称为房间模式。 当房间形状产生低频率对齐的模式时,某些低音符会变得响亮。 立方体形状的房间(等宽)在声学上是有问题的,因为所有三个轴都具有相同的基本频率,导致严重的模式积聚。 首选比率,如金比率(1:1.6:2.6)或美国音响学会[所建议的比率,分配方式更为均匀。 建筑师可以在早期设计时使用这些比率来避免过度的低频率噪音积累。

打开对封装布局:在形状中权衡

开放性计划的设计已经为培养协作而流行,但其形状 — — 通常是大而不间断的矩形 — — 能够畅通无阻地行走。 缺乏内部隔板意味着对话、设备响声和步步噪声混合到高环境水平。 添加部分高墙、家具屏幕或带沙发的天花板可以打破开放的形状,而不会完全封闭空间。 另一方面,封闭的会议室则得益于较小的体积,而且往往能更好地控制形状;一个小的办公室,如果得到适当处理,墙角可以实现非常低的噪音。 平衡开放与战略性形状的修改是现代工作场所的关键。

物质选择在控制室内噪音方面的作用

形状指导着声音的移动,材料则决定了声音的吸收、反射或传递的多少。 建声学依赖于选择具有适当吸收系数和传输损失评级的材料。

声音吸收和反射基本原理

每一个材料都有降噪系数(NRC),表明其吸收了多少声音。 软的、多孔的材料如声泡、矿物羊毛板和重幕的数值都高于0.8(吸收了80%以上的事件声音 ) 。 硬的、密集的材料如玻璃、抛光的混凝土和钢材的数值接近0.05 — — 几乎全部反射。 实际上,一个完全硬的表面(如玻璃墙壁大堂)的房间会非常反响,甚至会让正常的谈话都变得响亮。 添加声音吸收材料到至少20—30 % 的表面面积中,会大大降低噪音。

声音传输类和材料性能

STC 评分可以测量建筑物组装(墙、地板或天花板)对空气中的声音的阻断程度。带有胶片板的标准木质柱墙可以达到35–40的STC, 从而可以通过它听到响亮的语音。 添加隔热、脱钩层或大量装填的乙烯能将STC提升到50或更高, 声音传输几乎无法察觉。 水泥砖瓦(CMU) 等材料自然具有很高的质量,并且可以超过STC 55, 但也能够反映内部的声音。 对于办公室、医院和学校, [[[FLT: 0] ASHRAE 标准189.1 建议基于空间使用的最低STC值。 墙壁和地板的选择材料可以直接控制室内的噪音泄漏量。

优化特定表面的材料选择

墙

复合墙体组件 — — 两层胶片加一个坝体化合物和绝缘层 — — 实现高STC而不厚度。 对于像录音室这样的高要求环境,交错的螺旋设计将两侧脱钩,大幅降低侧翼传播。 在螺旋和干墙之间添加一层大量装填的乙烯,增加质量而不散装。

楼层

脚步和抛落物体产生的撞击噪音是多层建筑中的一个主要关注问题. 耐力底板(cork, 橡胶, 泡沫)被评为撞击绝缘级(IIC),可以减少传递的噪音. 地毯既能提供撞击,也能提供空气中的减弱. 水泥板单提供高空空音阻(high STC)但撞击性能不佳,因此建议采用带有声垫的浮层.

最高比率

悬浮声天花板(mineral fiber或fiber glass)为下方的房间提供吸收,并且可以阻挡上面的机械设备发出声音. 聚纳米空间可用于管道消音器和额外的绝缘. 对于开放式的办公室,悬浮在不同高度的云天花板有助于断开声音路径.

创新材料和技术

最近的进展包括将透明与吸收相结合的微孔板、无大块板平滑反射的声波石膏、与吸收中的矿物羊毛相竞争的循环绝缘。 加拿大国家研究理事会[ 发表了关于元材料声波处理的广泛研究,这些处理方法可以改变或取消特定频率。 尽管这些材料仍在出现,但在未来的设计上具有灵活性。

组合形状和材料用于高级声学性能

最有效的噪音控制设计将建筑形状和材料选择视为相互依存的变量。 结构精良、材料差的房间仍然会反响;具有优秀材料但形状不好的房间会有不均匀的声学。 实现安静需要整体的方法。

实用设计战略

  • 使用形状来突破视线路径. 在开放的办公室中,安排工作站,使两个办公桌不会在单一反射角度直接对峙. 摇摆的分割和在天花板平面上添加曲折的braffles会干扰声音的行走.
  • 与吸收面相对硬反射面. 在带有玻璃外观的阁楼或大廊中,指定高NRC天花板和布料包的墙面板来抵消反射,这种平衡在保持理想美学的同时防止过度噪音.
  • 输电损失的Layer材料. 对于隔开吵闹的墙壁,使用交错式设计,双层干墙,以及所有关节的声母密封剂. 质量,脱钩,吸收的累积效应产生STC 60+.
  • 使用形状来增强吸收。 带库或库的天花板增加了吸音材料的表面面积。 平面天花板的覆盖面积只有100%,而一个缩水天花板则能提供150–200 % 的有效面积,大大提升吸收。
  • 控制侧面路径。 如果声音穿过天花板或穿过地板的缺口,甚至最优秀的墙也失败。 连续屏障的设计 — 将墙壁延伸至结构甲板,封上电源,并在所有穿透处使用声波凸轮。

案例研究原则:教室声学

教室是最敏感噪音的环境之一。来自美国语音语言-语言-听觉协会的研究表明,过度反响和背景噪音使语音识别减少20-30%。 最佳教室采用长方形但非立体形状(例如宽度:长比1:1.25),最高高度为9-12英尺。墙壁至少包含30%的声吸材料(声板或可调压表面 ) 。 地板铺设地毯或有声底,这种设计产生的声音反射时间为0.6秒,以清晰语言。

结论:采用系统方法处理较静的建筑物

室内噪音并不是单一材料或形状的微调所解决的单一问题。 这是室几何、表面完成和建筑组件的复杂相互作用。 早期考虑建筑形状的建筑师和工程师可以缓解问题的模式和反射。物质选择可以微调吸收和传输特性。 通过整合这两个学科,我们可以创造不仅结构健全,而且能增强音响舒适的居住环境、生产力和满足度的空间。 下一代建筑设计将越来越依赖计算声学模型和先进材料,将噪声控制超越仅仅遵守密码,而转向真正的声学舒适。