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談?wù)勛杂陕晥?chǎng)和擴散聲場(chǎng)及其應用
發(fā)布日期:2021-12-14   點(diǎn)擊次數:

最“安靜”的地方


“聲音無(wú)處不在,這是我們的常識”,《為什么你聽(tīng)到你所聽(tīng)到的》一書(shū)的作者Eric Heller說(shuō):“即便是一個(gè)安靜的房間,也存在一定大小分貝的聲音”。0dB常被人們認為是人耳能聽(tīng)到的最小聲音分貝值,竊竊私語(yǔ)聲大小約為30dB,繁忙高速公路上的車(chē)流聲大小為80dB。


而位于雷德蒙德園區的87號樓微軟實(shí)驗室的消聲室,聲音大小為-20dB,這里是吉尼斯官方認證的世上最安靜之地。與我們所居住的自然世界相比,這個(gè)被3D人造消音棉全方位密封起來(lái)的場(chǎng)所在聲音上有著(zhù)巨大差異。


建造這個(gè)房間到底有什么用?主要是用于測試音響設備及飛機機身。憑借架構設計及特殊材料的共同作用,它能夠消除混響并隔絕外界的聲音。它的每個(gè)內面都填滿(mǎn)了緊密排列的楔形吸音玻璃纖維,以此消除聲音的反射。


而這一切都跟自由聲場(chǎng)有關(guān),什么是自由聲場(chǎng)?


自由聲場(chǎng)


自由聲場(chǎng)是指無(wú)邊界的空間中,聲源的輻射可自由地向各個(gè)方向傳播,無(wú)約束的聲場(chǎng)。


用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)說(shuō)就是聲源發(fā)出聲音時(shí),聲音會(huì )向四周進(jìn)行擴散,每一道聲波會(huì )沿一個(gè)方向傳播,為什么呢?因為沒(méi)有反射,你可以想象一個(gè)無(wú)限大的空間,沒(méi)有任何障礙物阻擋聲波傳播,這就是自由聲場(chǎng),代表房間為消聲室。



三大聲場(chǎng)示意圖


那么消聲室中自由聲場(chǎng)是如何形成的,這個(gè)我們需要了解一下消聲室的構造、聲音在其中傳播的現象及作用。


聲學(xué)專(zhuān)家為了能更好地測試出最好的音響設備效果及飛機隔音的最佳數據,將其使用到人類(lèi)生活當中。在房間內的每個(gè)內面都填滿(mǎn)了具有強吸聲能力的吸聲尖劈或平板式薄板共振吸聲結構。


當聲源發(fā)出聲音時(shí),聲音傳播至墻面時(shí),聲波將會(huì )被吸收,形成無(wú)反射聲現象,以此來(lái)達到測試音響效果、飛機性能的環(huán)境,如圖所示。



消聲室內聲音


這種專(zhuān)業(yè)級實(shí)驗室空間,并不太適用于大眾化生活建筑當中。



消聲室


生活所常見(jiàn)的建筑空間對聲學(xué)(隔音/吸音)的需求應用主要在以下幾點(diǎn):


1.民用建筑類(lèi):主要包括居民住宅區,影劇院、體育場(chǎng)館等文體空間,企業(yè)會(huì )議空間,商用錄音棚等區域。


2.娛樂(lè )場(chǎng)所類(lèi):酒吧餐吧、KTV等。


3.醫用療養類(lèi):病房、候診室、問(wèn)診室、急診室等。


4.工業(yè)降噪類(lèi):廠(chǎng)區生產(chǎn)車(chē)間、車(chē)間辦公室、工業(yè)管道等



四大區域聲學(xué)隔音處理


除了自由聲場(chǎng),還有一個(gè)與之相對立的聲場(chǎng),我們稱(chēng)之為擴散聲場(chǎng),擴散聲場(chǎng)在生活中有哪些應用?


擴散聲場(chǎng)


當封閉空間內被激發(fā)起足夠多的簡(jiǎn)正方式(相應的駐波傳播方式)聲波時(shí),由于不同方式有各特定的傳播方向,因而使達到某點(diǎn)的聲波包括了各種可能的入射方向。


在這種情況下,除了在擴散場(chǎng)距離內的自由聲場(chǎng)區和離界面1/4波長(cháng)范圍內的固定干涉區以外,空間內各點(diǎn)的聲能密度相等;從各個(gè)方向到達某點(diǎn)的聲強相等;到達某點(diǎn)的各波束之間相位是無(wú)規律的。具備這樣特性的聲場(chǎng)稱(chēng)為擴散聲場(chǎng)。代表房間為聲學(xué)混響室。


聲學(xué)混響室是一個(gè)能在所有邊界上全部反射聲能,并在其中充分擴散,使形成各處能量密度均勻、在各傳播方向作無(wú)規律分布的擴散場(chǎng)的實(shí)驗室。


混響室內,基本都是弧形墻面或者光滑墻面,當聲音在室內傳播時(shí),這些不規則墻面就會(huì )對聲波進(jìn)行反射,形成混響效果。


混響室的容積一般在100~500m3之間,對于混響時(shí)間上限來(lái)說(shuō),高頻率決定于空氣中分子的吸收,低頻率取決于墻面上的黏滯性吸收。對于不同面積的混響室,用途也有所不同。


它主要用于測定材料的吸聲系數,空氣中的聲吸收,聲源和機器、設備等的聲功率及頻譜,測量某些電聲器件和設備的效率等聲學(xué)性能以及對靈敏機件作噪聲疲勞試驗等。

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