降噪声学工程健康声环境的营造

名称:降噪声学工程健康声环境的营造

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更新时间:2022-07-18

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详细说明

  建筑声学(architectural acoustics)是研究建筑中声学环境问题的科学。它主要研究室内音质和建筑环境的噪声控制,以保证室内具有良好听闻条件。建筑物空气声隔声的能力取决于墙或间壁(隔断)的隔声量。直接对楼厂房间造成噪声干扰。在机械设备下面设置隔振器,以减弱振动,是建筑设备隔振的主要措施。隔振器已由逐个设计发展成为定型产品。

  厅堂建筑空间都比较大,所以在设计上尤其是保证其内部声学设计合理到位,吸音材料以及其他的各种声学材料不可缺少,所以合理的设计及材料设备的正确使用才能确保其音质效果,只有了解厅堂上的声学要求和设计方法才能保障有效的音质设计。

  建筑声学设计的要点

  一般而言,建筑声学设计的要点主要包括噪声控制和音质设计两大部分。

  (一)噪声控制

  通常音乐厅、剧场等厅堂都要求很低的室内背景噪声,因此,这些厅堂的选址很重要,应尽可能远离户外的噪声与振动源。另外,还要进行场地环境噪声与振动调查、测量与仿真预测,目的是为进行厅堂建筑围护结构的隔声设计提供依据。保证厅堂建成后能达到预定的室内噪声标准。此外,建筑声学设计的另一个重要任务就是进行室内音质设计。

  (二)音质设计

  音质设计通常包括下述工作内容:

  1.确定厅堂体型及体量。

  2.确定音质设计指标及其优选值。根据厅堂的使用功能选择混响时间、明晰度、强度指数、侧向能量因子、双耳互相关系数等音质评价指标,并确定各指标的优选值,是音质设计的重要任务。

  3.对乐池、乐台、包厢、楼座及厅堂各界面进行声学设计。

  4.计算厅堂音质参量。当厅堂的平、剖面及楼座、包厢、乐池、乐台等设计方案拟定以后,就可开始计算厅堂音质参量。

  5.进行声学构造设计。厅堂音质除了受前述建筑因素影响之外,还与室内装修材料与构造密切相关。声学装修构造设计通常包括各界面材料的选择和绘制构造设计图,需详细规定材料的面密度、表观密度、厚度、穿孔率、孔径、孔距、背后空气层厚度以及龙骨的间距等技术参数。

  6.声场计算机仿真。对厅堂建筑进行仔细的声场分析和音质参量计算,有赖于声场三维计算机仿真。

  7.缩尺模型试验。对于重要的厅堂,除了计算机仿真外,通常还须建立一定缩尺比的厅堂模型,进行缩尺模型声学试验。

  8.可听化主观评价。可听化技术是通过仿真计算。或者通过模型试验测量获得双耳脉冲响应,将之与在消声室中录制的音乐或语言“干信号”卷积,输出已加入厅堂影响的声音信号,供受试者预先聆听建成后的厅堂音质效果。这是近年发展起来的建筑声学领域一项高新技术。

  9.建筑声学测量。建筑声学测量包括噪声与振动测量,围护构造隔声测量,重要材料与构造的吸声量测量以及厅堂音质参量的测量等。

  10.对电声系统设计提供咨询意见。对于需要安装电声系统的厅堂,建筑声学专家尚需与音响工程师配合,对电声系统的设备选型、设计与安装提供咨询意见。

  11.组织主观评价。对于重要厅堂,在工程落成后,组织专门的演出和主观评价,来检验建成后厅堂的音质效果,是建筑声学设计最后一个重要环节。

  声学设计的手段

  准确地预测房间的音质效果一直是建筑声学研究者追求的理想。厅堂音质模型测定是建筑声学设计的重要手段。随着软件技术的发展,使用计算机进行声场的模拟研究成为现实。近年来,使用基于有限元理论的方法模拟声音的高阶波动特性,在低频模拟上获得了一些进展。

  厅堂中短延时反射声的分布,是决定音质的重要因素。在缩尺模型中,用电火花作为脉冲声源测得的短延时反射声分布,与实际大厅的短延时反射声分布有良好的对应,对在设计阶段确定厅堂的大小、体型等有重要参考意义。混响时间是公认的一个可定量的音质参数,通过模型试验可以预测所要兴建厅堂的混响时间。声场不均匀度也是一个重要的音质参数。

  模型试验的测量系统、测量方法和结果的表达与实际厅堂相同,但需要根据厅堂模型的缩尺比s,在混响时间测量和声场不均匀度测量时对测量频率作相应改变。不同频率的声波,在空气介质中传播,特别是高频声波,它的由空气吸收引起的衰减在不同温、湿度条件下差别很大,对混响时间测量结果,需采取对空气吸收的影响作相应的修正,且有足够的精度。

  对于短延时反射声分布测量,厅堂音质模型的缩尺比s一般采用1/5或1/10,也有采用1/20的,但因受试验设备和频率过高的限制,精度受到一定影响。对混响时间的测量,缩尺比s为1/20时只能对应实际厅堂1000Hz或2 000Hz以下的频率。推荐缩尺比s不小于1/10,对混响时间和声场不均匀度的测量可扩展至实际厅堂中的4000Hz。短延时反射声分布测量的精度也较高。

  模型的内表面形状,有些起伏尺寸比较小,对声波的反射和扩散没有多大影响,在制作模型时可适当简化。但必须保留等于或大于实际厅堂中声波为2000Hz的波长的起伏,不能省略。因为这些部分会对声场的不均匀度有较大影响。要使厅堂音质模型的内表面各个部分,包括观众席的吸声系数在所测量的频率范围内与相对应的实际厅堂内表面各部分及观众席的吸声系数完全相符,实际上有很大难度,因此允许有±10%的误差。

  为了避免在模型中的背景噪声过高导至动态范围达不到要求而影响精度,厅堂音质模型的外壳必须有足够的隔声量。舞台空间大小、形状及吸声状况,对观众厅的短延时反射声分布、混响时间及声压级分布有很大影响。在模型试验时,这部分宜包括在内。舞台空间部分的吸声状况也应进行相应的模拟。

  短延时反射声分布测量所用的声源信号为电容器放电时产生的脉冲声,适于用做模型试验中的脉冲声源信号。声源中心位置规定为一般演出区的中心,高度相当于人口的高度。声场不均匀度测量的声源位置与高度,与混响时间测量相同。短延时反射声分布测量常用的方法是将接收到的直达声和反射声信号经过放大,以时间为横轴在示波器上显示,即脉冲响应声图谱(回声图)。

  接收用传声器,可以用电容传声器或灵敏度比较高的球形压电晶体传声器。传声器口径不宜过大,防止传声器的圆柱体型在接收位置对声场形成影响。在测量时要求记录模型内空气的温度和相对湿度,是为了修正由于高频声在模型内过量的空气吸收所造成的低于实际厅堂混响时间的偏差。

  摘要:

  随着城市的发展,城市噪音污染问题日趋严重。声环境作为绿色生态环境的重要指标之一,越来越受到社会的重视。本文围绕如何营造健康声环境,先阐述声环境的空间性和时间性,再简单介绍健康声环境的标准,说明不良声环境的危害,最后从主动和被动层面提出营造健康声环境的有效措施。为创建高质量生活的声环境提供有力参考。

  一、引言:

  随着经济、科技的发展,城市不断走进“现代化”,交通在日益发达,建筑不断密集,人类所生活的环境在日渐方便、快捷、舒适。然而,快速的发展却带来了大量的环境污染。近年来,交通噪声、生活噪声、工厂生产噪声等大量涌出,不仅对人体的健康影响日趋严重,还对动物、建筑物等产生危害。噪声污染的日益加重,使人们追求宁静的意愿与日渐增加的噪声之间的矛盾逐渐激烈,社会中寻求“安静”的呼声越来越高,“绿色”一度成为社会热词,和谐、人性化的绿色生态环境成为城市和社会发展的主要方向,健康声环境成为更多人生活环境的追求目标。然而,国内少有人对如何维护健康声环境有足够的了解,只是对其具有强烈的渴望。在对日益恶劣的声环境还未到达忍耐极限的今天,应及时对健康声环境标准作进一步了解,并提出全面有效的措施,营造健康的声环境,改善我们的生活环境。

  二、声环境的空间性

  声环境就是空间的声学环境。生活中处处都有声音,人不会脱离所有声音,独自生存于没有外界声音的环境中。声环境具有很强的空间性,日常人们所谈论的声环境即是指某一明确指定空间的声学环境情况;声环境具有着地域的特征,不同空间,由于其功能、使用者、周围环境等影响因素的差异,声环境状况也不尽相同,差别较大。例如,繁华的大都市,可能出现更多的是交通噪声和商业街的嘈杂声音;城市周边偏僻的农村地区,更多的则是鸟叫声、风声等自然的声音。

  我们根据空间使用功能,可以将日常人们所处的具有声环境的空间主要分为交通空间、建筑空间及其余生活空间。所谓交通空间,包括公路、铁路、航道、客运站等交通工具行驶的主干道或停靠处;汽车、火车、飞机等交通工具行驶过程中所产生的的噪声称为交通噪声。建筑空间包括居住建筑(住宅小区建筑)、办公建筑、商业建筑(商场、商店)、餐饮建筑(饭店、咖啡馆、茶馆等)、工厂建筑、影剧院建筑(剧院、音乐厅、电影院等)、公共设施建筑(医疗卫生建筑、学校建筑、体育馆、社会福利与保障设施建筑、娱乐休闲建筑、金融服务建筑等)等建筑内空间。其余生活空间包括公园、小区建筑外部等其他日常接触的生活空间。交通空间、其余空间本文统称为建筑外部空间。这些声学环境(即交通声环境、建筑声环境、其余生活空间声环境或建筑声环境、建筑外部声环境)为人们日夜接触的环境,是研究健康声环境的重点。

  三、声环境的时间性

  声音的发出时间和声音的延续时间对声环境的评价都有很大影响,声环境具有时间性。噪声产生的描述与时间关系较强,本文提到的有突发噪声、频发噪声和偶发噪声。突发噪声指突然发生,持续时间较短,强度较高的噪声(例如锅炉排气、工程爆破等);频发噪声指频繁发生、发生的时间和间隔有一定规律、单次持续时间较短、强度较高的噪声(例如排气噪声、货物装卸噪声等);偶发噪声指偶然发生、发生的时间和间隔无规律、单次持续时间较短、强度较高的噪声(例如短促鸣笛声、工程爆破噪声等)。从上述几种噪声的定义来看,对某区域进行声环境评价,应与声音相对应的时间联系起来考虑。

  生活中的声学环境是在连续不断变化的,对声环境的评价通常使用等效连续A声级(简称等效声级)。等效连续A声级指在规定测量时间 T 内 A 声级的能量平均值,用表示,(简写为 ),单位 dB(A)。等效声级等效于在相同的时间间隔内与不稳定噪声能量相等的连续稳定噪声的A声级,是能量的平均值,避免了用平均A声级某时刻声级,因时间间隔内声级不稳定性太大而引起的较大差异。根据定义,等效连续A声级表示为:

  式中:——t时刻的瞬时 A 声级;

  ——规定的测量时间段。

  根据人们昼夜的生活作息对声级的要求不同,将一天等效声级分为昼间等效声级和夜间等效声级。昼间等效声级指在昼间时段内(6:00至22:00)测得的等效连续A 声级,夜间等效声级指在夜间时段内(22:00至次日6:00)测得的等效连续A声级。

  四、健康声环境标准

  生活中处处是健康声环境,有利于人们的生活、工作、休息,是社会共同追求的目标。 建筑外公共空间声环境和建筑声环境的要求并不相同。为了贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国环境噪声污染防治法》,国家有关部门、机构制定一系列控制城乡声环境的标准,对声环境中噪声级进行限值,力在营造良好的声环境。

  《环境质量标准》中按区域使用功能特点和环境质量要求,将声环境功能区分为五类,对交通干道附近区域噪声与不同功能区建筑的噪声进行了规定,如表1。

  表1 环境噪声限值

  0类声环境功能区:指康复疗养区等特别需要安静的区域。

  1类声环境功能区:指以居民住宅、医疗卫生、文化教育、科研设计、行政办公为主要功能,需要保持安静的区域。

  2类声环境功能区:指以商业金融、集市贸易为主要功能,或者居住、商业、工业混杂,需要维护住宅安静的区域。

  3类声环境功能区:指以工业生产、仓储物流为主要功能,需要防止工业噪声对周围环境产生严重影响的区域。

  4类声环境功能区:指交通干线两侧一定距离之内,需要防止交通噪声对周围环境产生严重影响的区域,包括4a类和4b类两种类型。4a类为高速公路、一级公路、二级公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市轨道交通(地面段)、内河航道两侧区域;4b类为铁路干线两侧区域。

  该标准对城乡居民生活、工作、学习区域声环境总的进行噪声级限值,保障城乡声环境质量。除此之外,为防止高噪声产业在工作期间排放的噪声对附近居民生活、工作、学习产生干扰,机构、企业、居民还应遵守环境噪声排放标准。

  现行工业企业厂界环境噪声排放标准和社会生活环境噪声排放标准有如下共同噪声排放限值规定: