ГЛАВА 1.1. ЧТО ТАКОЕ ЗВУК?
При проектировании общего пространства важно создать акустическую среду, которая выполняет свою предназначенную функцию и удовлетворяет коллективные потребности его обитателей. Но прежде чем приступить к работе, важно понять некоторые основы — например, что такое звук?
Звук возникает, когда что-то вибрирует. Вибрирующий источник звука приводит частицы в воздухе или другой окружающей среде в колебательное движение. Согласно физике, эти слышимые вибрации передаются в виде звуковых волн, которые состоят из областей как высокого, так и низкого давления воздуха.
Когда звуковые волны достигают человеческого уха, они проходят вниз по слуховому проходу и вызывают вибрацию барабанных перепонок с равным резонансом. Кости внутреннего уха преобразуют вибрации в нервные импульсы, которые затем передаются в мозг для интерпретации. Два наиболее влиятельных фактора, влияющих на то, как люди воспринимают воздействие звука, - это частота и звуковое давление.
ЧАСТОТА
Звук распространяется в виде волн сжатого воздуха. Одна длина волны рассчитывается путем измерения расстояния между одним гребнем и следующим. Длина волны определяет частоту звука. Звуковая частота, измеряемая в Герцах (Hz), также представляет скорость, с которой звук вибрирует. Именно эта скорость колебаний определяет высоту звука. Звук, который вибрирует быстро, имеет более короткие длины волн и более высокую частоту, в то время как звук, вибрирующий медленнее, имеет более длинные волны и более низкую частоту.
Общепринятый стандартный диапазон слышимости для людей составляет от 20 до 20 000 Гц, и большая часть человеческой речи произносится на частотах от 500 до 2000 Гц. Частоты ниже 20 Гц скорее ощущаются, чем слышатся. Низкочастотные звуки включают басовые ноты, в то время как высокочастотные звуки включают колокола и тарелки. Когда люди испытывают потерю слуха, обычно из-за старения, высокочастотные звуки особенно трудно становится слышать.
Акустический дизайн - это качество материала и его расположение. Обработку следует выбирать в первую очередь для акустики, а во вторую - для эстетики
ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ
Другим ключевым аспектом звука является звуковое давление. Уровень звукового давления обычно измеряется в децибелах (дБ), которые представляют эффективное давление звука по отношению к эталонному значению. Большая часть человеческой речи воспроизводится на уровне около 60 дБ. Регулярное и длительное воздействие звуков выше 85 дБ считается опасным для здоровья и благополучия человека. Децибелы выражаются в нелинейной логарифмической шкале. Другими словами, повышение уровня звукового давления в 10 раз соответствует увеличению на 10 дБ. Не путайте звуковое давление с громкостью, которая является субъективным показателем звука.
КОГДА ЗВУК ПРЕВРАЩАЕТСЯ В ШУМ
Основное различие между звуком и шумом заключается в том, как вибрация воспринимается человеком. Является ли источником музыкальное произведение, разговор между коллегами или активная строительная площадка за окном — то, что один человек считает терпимым, может быть сочтено разрушительным или раздражающим для другого.
Обычное поведение звуковой волны во внутренних помещениях
Управление звуком во внутренних помещениях - это не просто обращение к источнику. В конце концов, иногда звук неизбежен или необходим — например, разговор на рабочем месте или кофеварка эспрессо в кафе. Управление звуком также заключается в управлении его поведением после приведения в движение. На открытом воздухе звуковая волна свободно распространяется по прямой линии. Однако в замкнутом пространстве звуковая волна ведет себя и реагирует по-разному в зависимости от вида препятствий, с которыми она сталкивается, таких как стены, мебель и люди. Звуковая волна может отражаться от препятствия, огибать его или менять направление при переходе от одного к другому.
Вот некоторые из наиболее распространенных типов поведения звуковых волн во внутренних помещениях. Звуковая волна обычно проявляет комбинацию этих поведений в течение своего срока службы.
ПОГЛОЩЕНИЕ
Поглощение происходит, когда звуковая волна поглощается объектом или материалом, с которым она сталкивается. Поглощенная звуковая волна преобразуется в тепловую энергию внутри поглощающего ее объекта или материала. Сколько энергии поглощается или продолжает распространяться дальше, зависит от толщины и природы материала. Слишком слабое поглощение приводит к отражению звука.
ДИФРАКЦИЯ
Дифракция - это когда звуковая волна либо огибает край объекта, с которым сталкивается, либо проходит через узкое отверстие, такое как дверной проем, а затем распространяется. Дифракция может привести к нарушению конфиденциальности, особенно в помещениях общего и смешанного пользования. Именно по этой причине люди, сидящие снаружи, могут слышать, как кто-то говорит в комнате с открытой дверью.
ДИФФУЗИЯ
Диффузия обычно происходит, когда текстура и твердость предмета или материала подобны длине волны звука. То, как именно распространяется звук, зависит от характера текстуры поверхности. Слишком сильное рассеяние может затруднить определение источника звука. Рассеяние происходит, когда звуковая волна рассеивается в разных направлениях при столкновении с объектом или материалом.
ОТРАЖЕНИЕ
Отражение происходит, когда звуковая волна попадает на объект или поверхность, такую как стена, и отражается или отскакивает назад. Отражение наиболее выражено в помещениях с гладкими и твердыми материалами, такими как мрамор или стекло. Отражение может привести к усилению звука, эху или реверберации. Слишком сильное отражение может сделать комнату шумной и раздражающей.
ПРЕЛОМЛЕНИЕ
Преломление происходит, когда звуковая волна изгибается при ее прохождении от одного объекта или материала к другому. Как направление звуковой волны, так и скорость, с которой она распространяется, меняются в зависимости от свойств объекта или материала, а также температуры. Преломление может привести к так называемым ‘теневым зонам", где звук не слышен, даже когда источник находится в пределах видимости слушателя.
ПЕРЕДАЧА
Передача происходит, когда звуковая волна переходит от одного материала или среды к другому, а затем продолжает распространяться с другой стороны. Степень передачи зависит от того, насколько хорошо совпадают акустические импедансы двух материалов. Передача становится проблематичной, когда звук, исходящий из одной комнаты, проходит через стену и становится слышен людям по соседству.
1.3. ЗВУК, КОТОРЫЙ ОСТАЕТСЯ
РЕВЕРБЕРАЦИЯ
Помещение с длительным временем реверберации может восприниматься как более просторное и оптимизировать процесс прослушивания живой музыки. Однако реверберация менее оптимальна для речи. Когда он слишком длинный, это может привести к тому, что звуки отдельных слов, произносимых последовательно, будут звучать одновременно. Реверберация - это время жизни или постоянство звуковой волны в замкнутом пространстве, измеряемое с момента ее первого появления до момента, когда ее больше не слышно. Когда звуковая волна распространяется по пространству, взаимодействуя с различными препятствиями, она отражается взад и вперед между поверхностями, при этом часть ее энергии поглощается при каждом ударе, пока она полностью не ‘погаснет’. Чем больше поглощает помещение, тем быстрее затихает звук.
ЭХО
Эхо в помещении может затруднить разговор и усилить отвлекающие звуки. Когда время реверберации достаточно велико, может возникнуть эхо. Эхо - это отчетливое повторение оригинального звука, возникающее в результате отражения звуковых волн, которые достигают слушателя с задержкой. Продолжительность задержки зависит от расстояний между отражающей звуковой поверхностью, источником звука и слушателем. Одним из типов эхо-сигнала, который является особенно проблематичным, является эхо-сигнал с флаттером. Эхо от флаттера - это явление, при котором звуковая энергия попадает в ловушку и многократно отражается между двумя параллельными поверхностями, например, в коридоре.
1.4 ПРАВИЛА УПРАВЛЕНИЯ ЗВУКОМ
Приступая к управлению звуковым поведением и акустическими проблемами во внутреннем пространстве, вы можете воспользоваться четырьмя основными подходами: поглощать, блокировать, покрывать или рассеивать.
ПОГЛОЩАТЬ
Звук может поглощаться или улавливаться пористыми материалами для обработки, чтобы уменьшить количество отражений в пространстве. Эти материалы могут быть установлены на потолках, полах, стенах или встроены в мебель и другие предметы в помещении. Цель не всегда состоит в том, чтобы добавить как можно больше поглотителей. Скорее, оптимальное количество используемых поглощающих материалов следует определять путем расчета оптимального времени реверберации для конкретного типа помещения.
БЛОКИРОВАТЬ
Звук может быть заблокирован или прекращен в процессе распространения посредством установки барьеров между источником звука и слушателями в пространстве. Блокирующий элемент может принимать форму стены, перегородки, высокого предмета мебели или дополнительных слоев гипсокартона. Блокировка может включать в себя герметизацию или изоляцию источника звука, такого как машина, путем создания отдельной комнаты или изолирующей камеры. Также может потребоваться соответствующий материал потолка для блокирования нежелательной передачи звука.
ПОВЕРХНОСТЬ / ПОКРЫТИЕ
Звук можно скрыть, введя дополнительные звуки в пространство. Цель состоит в том, чтобы затруднить мозгу распознавание понятных фрагментов звука или разговора, чтобы можно было сосредоточиться на намеченной деятельности, например, на рабочих задачах. Эти активные решения являются либо естественными, либо искусственными по своей природе. Естественными решениями могут быть, например, система водоснабжения в помещении. Искусственные решения обычно предполагают использование случайно генерируемых электрических сигналов, которые подаются в помещение через громкоговоритель.
РАССЕИВАНИЕ
Звук может рассеиваться в разных направлениях за счет использования предметов или материалов с текстурированными или неровными поверхностями. Идея заключается не в уменьшении звука, а в улучшении его качества за счет более равномерного отражения и распространения. Например, диффузоры можно использовать для устранения помех при фокусировке звука или для придания унылому пространству более живого звучания. Диффузоры бывают разных форм и размеров, от изогнутых панелей до квадратных диффузоров и нестандартных конструкций. Разная глубина рассеивающей поверхности соответствует определенным частотам.
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
2.1. С ЧЕГО НАЧАТЬ
Каждое помещение обладает уникальным набором акустических свойств, и существуют различные инструменты и методы, которые можно использовать для их оценки и измерения. Однако, прежде чем вы сможете внедрить правильную акустическую обработку, важно понять цели вашего проекта и определить любые проблемы, которые, возможно, потребуется решить. Некоторые поставщики акустической обработки предлагают калькуляторы, которые оценивают потребности в обработке на основе размеров помещения и других измеримых переменных. Усовершенствованная технология прогнозирования также может быть использована для прогнозирования акустических значений — например, с помощью таких методов, как акустическое моделирование помещения, аурализация, трассировка лучей и прогнозирование характеристик поглощения. Настоятельно рекомендуется сотрудничать с профессиональным акустиком для проведения таких измерений. Если вы проектируете помещение, которое уже используется, ценную информацию также можно получить, изучив потребности и жалобы нынешних обитателей, а также испытав акустическую среду на себе.
2.2. ЧТО ИЗМЕРЯТЬ
ВРЕМЯ РЕВЕРБЕРАЦИИ
Время реверберации (RT60) - это время существования звука в пространстве, или количество времени, необходимое для того, чтобы звук уменьшился на 60 децибел (дБ) после прекращения источника излучения. Время реверберации измеряется во времени (секунды) и звуковом давлении (дБ). Помещения с частотой RT60 менее 0,3 секунды считаются акустически ‘мертвыми’, в то время как помещения с частотой RT60 более 2 секунд считаются ‘эхо’.
При длительном времени реверберации помещение может звучать гулко, живо и насыщенно. При коротком времени реверберации помещение может звучать тускло или сухо. Как правило, в большой комнате время реверберации будет больше, чем в маленькой. Хотя в помещении, оборудованном большим количеством звукопоглощающих материалов, таких как ковры и текстиль, время реверберации будет короче, чем в помещении с меньшим количеством звукопоглощающих материалов. Аналогично, в помещении с большим количеством отражающих материалов время реверберации будет выше, чем в помещении без них. Идеальное время реверберации зависит от предполагаемого использования пространства.
Упрощенный расчет времени реверберации (T) может быть выполнен с использованием объема помещения (V) и площади поглощающей поверхности (A) в соответствии с формулой Сабины: T = 0,16 x (V/A)
ТЕСТ НА ХЛОПОК
Любой может использовать простой "тест на хлопок", чтобы быстро получить представление о реверберации пространства:
начните с одного хлопка на открытом воздухе вдали от зданий, чтобы придать вашим ушам некоторый контекст (не должно быть эха). Затем вернитесь в помещение и сделайте один хлопок в разных частях оцениваемого пространства. При сильной реверберации звук будет отдаваться громким эхом и продолжит резонировать в течение некоторого времени. При слабой реверберации звук быстро стихнет. Возможно, вы заметили другие акустические качества? Практикуйтесь, наблюдайте и учитесь.
2.2.1 РАЗБОРЧИВОСТЬ РЕЧИ
Разборчивость речи - это показатель качества передачи речи. Разборчивость речи особенно важна в общественных местах, где пассажиры должны иметь возможность четко слышать и понимать инструкции, независимо от того, исходят ли инструкции от человека, находящегося в той же комнате, или через электронную систему громкой связи или голосовой сигнализации. Например, это может относиться к классам, аудиториям, церквям, конференц-залам, концертным залам, аэропортам, железнодорожным вокзалам и торговым центрам.
Разборчивость речи рассчитывается в соответствии со стандартным показателем с использованием акустических измерений речи и шума. На разборчивость речи влияет ряд факторов, включая уровень окружающего шума, время реверберации, частотную характеристику помещения, эффекты психоакустической маскировки, а также качество любого звуковоспроизводящего оборудования, используемого для передачи звука в помещении.
2.2.2 УРОВНИ ЗВУКА
Важно понимать, какие уровни звука приемлемы в данном помещении. Чрезмерный фоновый шум может возникать внутри помещения или за его пределами и оказывать воздействие на обитателей множеством способов, начиная от раздражения и отвлечения внимания и заканчивая агрессивным поведением и ухудшением слуха. Уровень звука измеряется в звуковом давлении (децибелах (дБ)) на различных уровнях частоты (Герц (Hz)).
Международная организация по стандартизации (ISO 1973), Американский национальный институт стандартов (ANSI 1995) и другие международные организации устанавливают стандарты приемлемых уровней звука в помещениях для сохранения слуха, четкого речевого общения и минимизации раздражения. Кривые оценки шума по ISO (NR), например, показывают максимально допустимый уровень звукового давления на разных частотах, изменяющийся в зависимости от различных типов помещений и их предполагаемого использования. Каждый максимальный номинальный уровень обозначается значением NR.
Для определения значения NR для данного помещения измеряется спектр звуковых частот шума в незанятом помещении. Затем полученный спектр значений наносится на график и сравнивается с кривыми оценки шума для определения оценки (см. Пример расчета).
Разборчивость речи рассчитывается в соответствии со стандартным показателем с использованием акустических измерений речи и шума. На разборчивость речи влияет ряд факторов, включая уровень окружающего шума, время реверберации, частотную характеристику помещения, эффекты психоакустической маскировки, а также качество любого звуковоспроизводящего оборудования, используемого для передачи звука в помещении.
Индекс разборчивости речи (SII) представлен в цифровой шкале, называемой Общей шкалой разборчивости (CIS). Значение варьируется от 0 до 1, или от плохого до отличного, и указывает степень, в которой пробел, он же канал передачи, ухудшает разборчивость речи).
2.2.3 ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЕ
Все объекты и материалы обладают акустическими свойствами. Они либо поглощают, либо отражают, либо передают звуковые волны, с которыми вступают в контакт. И степень, в которой они это делают, зависит от частоты.
Для понимания акустических характеристик помещения важно учитывать, как существующие или планируемые объекты, материалы — и даже люди - могут повлиять на акустическую среду внутри помещения. Как правило, мягкие и пористые материалы и предметы лучше поглощают звук, чем твердые и отражающие материалы. В то время как легкие материалы и предметы передают звук лучше, чем плотные и тяжелые материалы.
Коэффициенты поглощения помогают нам понять, насколько поглощающим или отражающим является данный объект, материал или поверхность. Коэффициент поглощения измеряет, насколько поглощающим или отражающим является материал в среднем при воздействии различных звуковых частот. Например, материал с коэффициентом 0,3 на данной частоте поглощает 30% звуковой энергии, с которой он вступает в контакт. В то же время это говорит нам о том, что оставшиеся 0,7 или 70% звуковой энергии, которая не поглощается, отражаются обратно в помещение. Как правило, коэффициент звукопоглощения 0,20 и выше считается поглощающим, а коэффициент 0,19 и ниже считается отражающим.
УРОВЕНЬ ЗАПОЛНЯЕМОСТИ
Люди тоже поглощают звук. Убедитесь, что вы учитываете количество людей, которые будут занимать помещение, прежде чем приступать к акустической обработке.
ОБЪЕМ ВОЗДУХА
Воздух обладает естественной способностью поглощать звук. Количество звука, поглощаемого воздухом в помещении, зависит от уровня влажности и расстояния, которое проходит звуковая волна.
3.1. ИСКУССТВО ФОРМИРОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ СРЕДЫ
Целью акустических решений является исправление или улучшение акустики помещения, чтобы поддерживать его предполагаемую функцию и цели.
Существуют две категории акустических решений: звукоизоляция и обработка.
Звукоизоляция направлена на предотвращение распространения звука снаружи или проникновения в помещение, то есть на звукоизоляцию. Для достижения звукоизоляции вам нужна масса; это единственный способ полностью изолировать звук от просачивания сквозь стены.
В отличие от этого, акустическая обработка направлена на улучшение или оптимизацию звука. Акустические решения для интерьера варьируются от простых до сложных, в зависимости от области применения и бюджета проекта. Акустическая обработка заключается в изменении звука внутри помещения для обеспечения четкости; преобразовании динамики движения звуковых волн в пространстве. Большинство акустических процедур поглощают звуковые волны, что улучшает звучание в пространстве, предоставляя слушателю лучшие звуковые впечатления. Основной задачей акустической обработки является уменьшение естественной реверберации, возникающей в помещении, стоячих волн и других проблем.
3.2. ВАРИАНТЫ ИСПРАВЛЕНИЯ
Помимо учета врожденных акустических свойств материалов и поверхностей интерьера, существует несколько способов акустической обработки, которые могут быть применены для создания желаемой акустической среды. Эти методы лечения могут быть использованы для смягчения любых проблемных характеристик звука и оптимизации общего акустического восприятия. Существует четыре основных типа метода исправления, соответствующих ПРАВИЛАМ УПРАВЛЕНИЯ ЗВУКОМ, которые были кратко описаны ранее.
3.2.1. ЗВУКОПОГЛОТИТЕЛИ
Звукопоглотители предназначены для улавливания звуковой энергии и предотвращения ее отражения обратно в помещение. Традиционный звукопоглотитель обычно изготавливается из пористых и волокнистых материалов, таких как пенопласт, минеральная вата и текстиль. Но в состав звукопоглотителей могут входить даже материалы, изготовленные из металла или дерева. Поглощающие способности таких материалов значительно варьируются в зависимости от частоты звука. По этой причине доступны различные формы, стили и толщины для удовлетворения различных требований к поглощению.
ТРИ ТИПА ЗВУКОПОГЛОТИТЕЛЕЙ
1. ПОРИСТЫЕ ЗВУКОПОГЛОТИТЕЛИ:
Толстые и пористые материалы, которые улавливают звуковую энергию в ячеистой структуре. Улавливаемая звуковая энергия превращается в тепло, поскольку колебания гасятся трением. Примеры: ковры, текстиль, газированная штукатурка, минеральная вата и пенопласт с открытыми порами.
2. ПАНЕЛЬНЫЕ ЗВУКОПОГЛОТИТЕЛИ:
Гибкие и непористые материалы, которые изгибаются и вибрируют, улавливая звуковую энергию в своих закрытых помещениях, заполненных воздухом. Примеры: плоские панели из дерева, металла, гипса и пластика с внутренним наполнением из минеральной ваты или пенопласта.
3. РЕЗОНАТОРЫ:
Перфорированные материалы, которые улавливают звуковую энергию в отверстиях или щелях различной глубины, где она затем преобразуется в энергию колебаний. Резонаторы могут быть настроены для снижения определенного набора частот. Примеры: перфорированная древесина, металл и гипсокартон.
Используются для:
3.2.2. БЛОКИРОВКА ЗВУКА
Блокировщики звука предотвращают проникновение звука в помещение или его выход из него. Блокирование звука может включать в себя использование плотных или тяжелых конструктивных элементов во время строительства, таких как бетонные блоки или гипсокартонные плиты, которые увеличивают конструктивную массу стен, полов или потолков. Это также может означать установку вертикальных потолочных панелей или перегородок, герметизацию зазоров между дверями или окнами или заполнение других отверстий, пропускающих шум, такими материалами, как изоляция или акустический герметик. Объем мер, которые необходимо предпринять, зависит от уровня шума, который вы хотите заблокировать.
ТИПЫ БЛОКИРОВКИ ЗВУКА
Используйте для:
3.2.3. ЗВУКОВЫЕ МАСКИРОВЩИКИ
Системы звуковой маскировки не устраняют шум, а вместо этого затрудняют восприятие шума, внося дополнительные звуки в пространство. Звук, излучаемый такими системами, является случайным и окружающим и профессионально настроен на определенную частоту и уровень для подавления нежелательного звука и достижения акустического комфорта. Когда такие системы работают должным образом, звук едва различим и равномерно распределен. Большинство систем включают в себя источник звука, усилитель, эквалайзер и громкоговоритель. Громкоговорители устанавливаются либо на высоте потолка, либо выше него, либо под полом. Количество используемых громкоговорителей зависит от желаемой площади покрытия. Введение водной функции также можно рассматривать как решение для звуковой маскировки или покрытия, поскольку естественный звук капающей воды отвлекает слушателей от беспокоящих шумов.
ТИПЫ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ШУМОИЗОЛЯЦИИ
Используются для:
3.2.4. РАССЕИВАТЕЛИ ЗВУКА
Рассеиватели звука отражают и равномерно рассеивают звуковую энергию обратно в пространство. Вместо удаления или минимизации звука целью рассеивателя является улучшение качества существующего звука в пространстве. Когда звуковая волна вступает в контакт с рассеивателем, возникают помехи, поскольку она сталкивается с неровными поверхностями различной глубины. Таким образом, когда звук отражается и возвращается в помещение, он не отражается обратно в том же направлении, откуда пришел, а распространяется в нескольких направлениях по расширенной площади. Рассеиватели бывают разных форм и текстур и даже могут быть специально разработаны для создания особого эффекта в критически важных приложениях для прослушивания.
ТИПЫ
Используются для:
3.3. ВАЖНЫЕ ОЦЕНКИ АКУСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Системы оценки акустического лечения служат руководством, когда дело доходит до понимания эффективности различных лечебных решений. Вот некоторые из наиболее важных из них, с которыми следует ознакомиться.
КЛАСС ПЕРЕДАЧИ ЗВУКА (STC)
Класс звукопередачи (STC) - это числовой показатель, используемый для указания того, насколько эффективно данный строительный материал блокирует передачу звука через него. STC используется для оценки перегородок, а также полов, потолков, дверей и окон. Как правило, низкий рейтинг производительности меньше или равен 35, в то время как высокий рейтинг производительности больше или равен 55.
КОЭФФИЦИЕНТ ШУМОПОДАВЛЕНИЯ (NRC)
Коэффициент шумоподавления (NRC) - это показатель с одним числом, который указывает на способность данного материала поглощать звук. Основываясь на среднем значении индивидуальных коэффициентов звукопоглощения в диапазоне средних частот, значение NRC, равное 0, указывает на идеальное отражение, в то время как значение NRC, равное 1, указывает на идеальное поглощение. NRC обычно используется для оценки акустических стеновых панелей, потолочной плитки, перегородок, баннеров и офисных экранов.
КЛАСС ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ
Оценки классов звукопоглощения используются для сравнения характеристик звукопоглощения различных акустических изделий. Классы классифицируются буквами от A до E. Оценки класса получаются путем измерения значений коэффициента поглощения продукта в диапазоне частот. Затем эти значения сравниваются с эталонной кривой для получения взвешенного коэффициента звукопоглощения. Акустическое изделие с рейтингом "А" обладает наивысшими показателями звукопоглощения. Однако в некоторых случаях рейтинг "А" не обязательно лучше рейтинга "В". Выбранный вами класс поглощения в конечном счете зависит от того, какие частоты вам необходимо поглощать.