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      談談自由聲場和擴散聲場及其應用
      發布日期:2021-12-14   點擊次數:

      最“安靜”的地方


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


      而位于雷德蒙德園區的87號樓微軟實驗室的消聲室,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,這個被3D人造消音棉全方位密封起來的場所在聲音上有著巨大差異。


      建造這個房間到底有什么用?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。它的每個內面都填滿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有關,什么是自由聲場?


      自由聲場


      自由聲場是指無邊界的空間中,聲源的輻射可自由地向各個方向傳播,無約束的聲場。


      用專業術語說就是聲源發出聲音時,聲音會向四周進行擴散,每一道聲波會沿一個方向傳播,為什么呢?因為沒有反射,你可以想象一個無限大的空間,沒有任何障礙物阻擋聲波傳播,這就是自由聲場,代表房間為消聲室。



      三大聲場示意圖


      那么消聲室中自由聲場是如何形成的,這個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。


      聲學專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,將其使用到人類生活當中。在房間內的每個內面都填滿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。


      當聲源發出聲音時,聲音傳播至墻面時,聲波將會被吸收,形成無反射聲現象,以此來達到測試音響效果、飛機性能的環境,如圖所示。



      消聲室內聲音


      這種專業級實驗室空間,并不太適用于大眾化生活建筑當中。



      消聲室


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


      1.民用建筑類:主要包括居民住宅區,影劇院、體育場館等文體空間,企業會議空間,商用錄音棚等區域。


      2.娛樂場所類:酒吧餐吧、KTV等。


      3.醫用療養類:病房、候診室、問診室、急診室等。


      4.工業降噪類:廠區生產車間、車間辦公室、工業管道等



      四大區域聲學隔音處理


      除了自由聲場,還有一個與之相對立的聲場,我們稱之為擴散聲場,擴散聲場在生活中有哪些應用?


      擴散聲場


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


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


      聲學混響室是一個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、在各傳播方向作無規律分布的擴散場的實驗室。


      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,這些不規則墻面就會對聲波進行反射,形成混響效果。


      混響室的容積一般在100~500m3之間,對于混響時間上限來說,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性能以及對靈敏機件作噪聲疲勞試驗等。

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