《声学手册(第七版)》第十六章

第 16 章

声音隔离与选址

在对声学不敏感的房间中，外部声音（如飞机、火车、道路交通、狗吠和草坪设备）以及内部声音（如管道和空气处理系统）可能是日常声景的自然组成部分，因此可能不会令人反感，甚至完全不会被注意到。但在声学敏感的房间中，在音乐或语音段落的停顿或安静时刻，这些声音可能会显得不协调。因此，如果录音室、聆听室、音乐厅和其他声学敏感空间要用于其预期目的，必须将背景噪声水平降至最低。

从声学角度来看，在指定建筑规划之前，必须回答两个主要问题：首先，房间所在位置的外部环境噪声水平是多少？其次，房间内部设定的背景噪声水平目标是什么？这将决定任务的规模以及结构中必须设计的隔离程度。具体而言，这两个噪声水平之间的差异定义了通过房间设计必须实现的传输损失。

控制干扰噪声的任务可能是建筑声学中最具挑战性的问题。室内处理至关重要，但如果噪声侵入空间，即使是设计最专业的房间处理也毫无价值。同样，在许多情况下，源自该空间并干扰相邻空间的声音也可能是一个严重问题。房间设计中一个困难的事实是，低环境噪声水平是大多数应用的重要前提。要使设计有用，必须抑制任何内部产生的噪声（如设备和相邻房间的噪声），并提供与任何外部噪声（如道路交通）的隔离。同样令人烦恼的是，安静的环境成本高昂；在获得高质量音频录制、播放或聆听所需的低环境噪声水平方面，几乎没有经济的捷径。尽管如此，了解噪声源和噪声传输的行为将使设计师能够达到最苛刻的噪声标准，并最大限度地减少不需要的声音的影响。

本章讨论了一般的声音隔离和选址问题，后续章节将讨论墙壁、地板、天花板、门窗以及供暖、通风和空调（HVAC）系统的更具体要求。为避免混淆，值得注意的是，“声音隔离”和“声音绝缘”这两个术语可互换使用，不应使用“隔音”一词，因为它所承诺的通常超过其实际能提供的。

通过屏障的传播

声音可以通过任何介质传播，例如通过空气和固体。前者是空气传播，后者可以作为结构传播发生。例如，来自远处房间的声音可能通过空气路径沿走廊传播到您的房间，但也可能穿过两个房间共有的混凝土楼板，并以空气声的形式从楼板重新辐射到您的房间。事实上，声音在密度较大的介质中传播效率更高。通常，空气声频率较高（100 Hz以上），结构声频率较低（100 Hz以下）。在某些情况下，结构声仅以可感知的振动形式存在。任何屏障或隔墙的设计都必须尽量减少空气传播和结构传播。通过密封隔墙中的任何空气泄漏（否则会提供穿过隔墙的空气路径），可最大限度地减少空气传播。即使是最坚固的墙壁，空气泄漏也会严重降低其声学性能。通过解耦隔墙元件，从而中断传输路径，可以减少结构传播，例如，由弹性支架分隔的两个隔墙层将减少结构传播。此外，通过消除传输频率范围内的任何共振条件，可减少结构声。

噪声控制方法

在声学敏感空间中降低噪声有五种基本方法：

• 将接收室设置在安静的地方

• 减少干扰源的噪声输出

• 在噪声和房间之间插入隔音屏障

• 减少源房间和/或接收房间内的噪声能量

• 最小化空气传播和结构传播噪声

将声学敏感房间远离外部干扰声音是一种理想的解决方案，但由于选址涉及许多（非声学）因素，因此很少有这种奢侈。显然，靠近机场、铁路、高速公路或其他噪声源的地点总是存在问题。值得记住的是，与嘈杂的声源距离加倍，空气传播噪声的水平大约降低6 dB（考虑交通线时为3 dB）。只要有可能，平面图应将噪声敏感房间远离道路等外部噪声源，例如，应在敏感房间和道路之间设置非敏感房间。同样，敏感房间应远离机械室等内部噪声源。如果所讨论的房间是住宅的一部分的聆听室或家庭录音室，则必须适当考虑满足居住者的其他需求。如果该房间是专业录音或广播演播室，它可能是多功能综合体的一部分，必须考虑来自办公机器、空气处理设备、建筑物内的脚步声甚至其他演播室的声音。

当无法选择最佳位置时，下一个最佳解决方案是减少干扰源的噪声输出，这通常是最合理和最有效的方法。有时这是可能的，但有时则不然。例如，嘈杂的机器可以成功地放置在隔音箱中，但可能无法使交通引擎和轮胎噪声更安静。有许多技术可用于减少某些源的噪声输出。例如，通过安装柔性支架或使用特殊轴环解耦金属空气管道，通风风扇的噪声输出可能降低20 dB。在大厅安装地毯可能解决脚步声噪声问题，或橡胶垫可能减少设备振动问题。在大多数情况下，处理干扰源并因此减少其噪声输出远比在源和接收房间之间或接收房间内采取纠正措施更有成效。

尽管通常困难且昂贵，但常见的降噪解决方案是在噪声源和声学敏感空间之间建立隔音屏障。如后所述，墙壁等屏障对通过它传输的声音提供传输损失。撞击的噪声水平将通过墙壁的传输损失降低。声学敏感房间的墙壁、地板和天花板都必须至少提供所需的对外部噪声的传输损失，将其降低到房间内的可接受水平。然而，具有一定传输损失的墙壁只有在墙壁没有被其他声学路径侧翼或绕过的情况下，才能将噪声水平降低该量。

保护场地免受街道交通噪声的影响可能很困难。例如，可以沿着高速公路建造砖石屏障，以保护附近的住宅免受交通噪声的影响。灌木和树木可以适度帮助保护场地免受街道声音的影响，例如，2英尺厚的柏树篱笆可降低约4 dB。

有时，对噪声源房间或噪声接收房间的内部进行处理以降低房间内的整体环境噪声水平是有用的。通过在房间内引入吸声材料，可以适度降低任何房间的噪声水平。例如，如果声级计在录音室内记录的环境噪声水平为45 dB，通过在墙壁上覆盖大量吸声材料，该水平可能降低到40 dB。然而，要大幅降低噪声，可能会使混响时间过短，控制混响应优先考虑。为控制混响而安装的吸声材料只会略微降低噪声水平，除此之外，我们必须寻求其他方法来进一步降低噪声。

当噪声通过空气路径（空气传播）或通过固体结构（结构传播）传输时，噪声会渗透到录音室或其他房间。噪声也可以通过大表面的隔膜作用或这三种机制的组合辐射。卡车驶过的声音主要被视为空气传播噪声，但轮胎的一些振动可能穿过地面。同样，飞机起飞的声音、乐队的大声即兴演奏和婴儿的哭声都是空气传播的声音。更安静的喷气发动机、降低的音量控制和奶嘴都是噪声源衰减的例子。许多结构传播噪声是由机器的振动或撞击引起的，能量可以通过建筑物的结构传递并重新辐射为可听的空气声。建筑结构有效地将振动转化为声音，就像吉他弦本身产生的声音很小，但当连接到吉他主体时，声音会相当响亮。

空气传播噪声

如果存在空气路径，声音将很容易通过空气传播。在原本有效的声屏障中产生空气路径的空气泄漏将严重损害其有效性。事实上，任何隔墙中最严重的薄弱环节是空气泄漏。例如，一个1平方英寸的孔传输的声音与整个100平方英尺的石膏板隔墙一样多。另一个例子，假设一个10英寸宽的开口允许噪声进入房间，产生60 dB的噪声水平。如果开口减少十倍至1英寸，忽略衍射，噪声水平仍为50 dB。如果开口减少到其原始尺寸的百分之一至0.1英寸，噪声水平仍为40 dB。换句话说，即使是小的空气泄漏也是非常有害的。同样，任何侧翼路径都将允许声音绕过屏障传播，严重损害其声音隔离。例如，声音可以很容易地通过共同的通风系统或空气处理管道从一个房间传播到另一个房间。

门下的裂缝或由松散安装的电源插座盒造成的墙壁穿透会损害原本优秀的隔墙的隔离性能。空气密封性对于隔离空气传播噪声是绝对必要的。因此，必须避免使用百叶窗门和窗户等建筑元件，砖石墙应尽可能粉刷以密封它们，并且用柔性、不硬化的密封剂密封隔墙中的任何孔洞或泄漏至关重要。同样，门或其他开口周围必须使用橡胶垫圈。即使是精心设计也可能因施工草率而受损，导致传输损失低于设计意图。

传输损失

隔音墙或屏障的目的是衰减撞击的声音，从而将内部与外部噪声隔离。屏障衰减通过它的噪声的能力可以通过其传输损失（TL）来指定。TL是声音通过屏障时的损失。具体而言，TL定义为屏障源侧的声压级（SPL）与接收侧的SPL之间的差值：

例如，如图16-1所示，如果墙壁的传输损失为45 dB，80 dB的外部噪声水平将在内部降低到35 dB，即（80 dB – 45 dB = 35 dB）。TL为60 dB的墙壁会将相同的80 dB噪声水平降低到20 dB。TL值越高，屏障提供的衰减越大。然而，屏障的TL评级仅在它没有被侧翼或绕过或以其他方式被其他声学路径击败时才有效。如前所述，即使是坚固墙壁上的小裂缝或孔洞也会传递大量声音，因为空气泄漏的传输损失为零。

图16-1 外部噪声水平和内部噪声水平之间的差异决定了屏障的传输损失（TL）。

值得注意的是，吸收系数（α）基于线性标度，而TL值基于对数标度，因此比较它们可能会产生误导。我们将τ定义为传输系数，即通过材料的声音量，其中τ = 1 – α。我们将τ与TL相关联：

因此，例如，玻璃纤维材料在500 Hz时可能具有0.9的高吸收系数，这将产生0.1的τ，即（1 – 0.9 = 0.1）。玻璃纤维的TL为10，即10 log（1/0.1），这相当差。这解释了为什么多孔吸收器是糟糕的声屏障，尤其是在低频段。回想一下，多孔吸收器允许空气流动，这个结果并不奇怪。事实上，正如我们将看到的，固体 massive 屏障提供最佳的声音隔离。通过隔墙的总声功率与Sτ成正比，其中S是其面积，τ是传输系数。

质量和频率的影响

对于隔离外部空气传播的声音，一般规则是墙壁越重越好。墙壁越 massive，空气中的声波越难移动它。图16-2显示了刚性实心墙的传输损失如何与墙壁的密度相关。图16-2中的墙壁重量以每平方英尺表面的磅数表示，有时称为表面密度。例如，如果10×10英尺的混凝土砌块墙重2,000磅，墙壁重量为2,000磅/100平方英尺，或20磅/平方英尺，不直接考虑墙壁的厚度。

图16-2 屏障中材料的质量而非材料类型决定了通过屏障的声音传输损失。质量定律预测，墙壁质量加倍将使TL增加6 dB（实际上通常实现5 dB）。传输损失还取决于频率，尽管500 Hz的值通常用于粗略估计。墙壁重量以每平方英尺墙壁表面的磅数表示。

传输损失随着屏障质量的增加而增加，传输损失也随着频率的增加而增加。在单层板（如混凝土或砖墙）中，这些影响可以近似如下：

其中 f = 声音频率，Hz

m = 屏障的表面质量，lb/ft²或kg/m²

注意：在公制单位中，将33更改为47。

从这些方程中，由于20 log（2）等于6 dB，我们看到当质量加倍时，理论上会导致TL增加6 dB。这有时被称为理论质量定律，它预测质量每加倍，TL大约增加6 dB。此外，我们还看到，任何频率加倍（八度增加）也会导致TL增加6 dB。因为它假设屏障的刚度为零，这更准确地称为柔性质量定律。但除了质量之外，刚度和阻尼也会影响传输损失。例如，实际屏障具有一定的刚度，面板越硬，TL越低。此外，面板越厚（增加质量），刚度越大（降低TL）。因此，6 dB的预测并不完全准确。实际上，质量加倍通常会使TL增加约5 dB。

假设厚度为4英寸的屏障在500 Hz时的TL为40 dB。如果屏障的厚度（和质量）加倍至8英寸，新的TL理论上约为45 dB。然而，收益递减定律正在起作用：要实现TL再增加5 dB，屏障的厚度必须增加到16英寸，再增加5 dB需要32英寸，依此类推。质量对于声音隔离非常有用，但并不总是最佳方法。此外，正如我们将看到的，其他因素如吻合效应会影响TL。

图16-2中指示的传输损失基于材料的质量而非材料类型。我们看到，质量较大的材料在声音隔离方面更有效。重要的主要是材料的质量，而不是材料本身。例如，一定厚度的铅层的传输损失可以通过大约95倍厚度的胶合板层来匹配。

吻合效应

吻合效应在屏障中产生“声学孔”，这是一个现象学名称，但它描述了分析屏障传输损失时必须认真考虑的因素。在较低频率下，屏障的TL主要由质量决定，TL以约5 dB/八度的速度增加。但在高于此的某个频率区域，屏障的刚度会产生共振，屏障将以入射声的相同波长弯曲和弯曲，结果，它将更容易传输声音。在共振频率及其附近，TL将比理论水平低10至15 dB，这称为吻合频率 dip。高于此频率区域，TL将根据质量定律随频率再次上升，甚至超过5 dB/八度的斜率。

对于给定的材料，吻合频率与面板的厚度成反比。因此，可以通过减小厚度来提高吻合频率。这可能是有利的，因为它可以将吻合频率 dip 移动到足够高的频率，高于我们感兴趣的频率范围，例如，在语音录音室中，这将高于语音频率。然而，当厚度减小时，整体TL也会降低。

不同材料表现出非常不同的吻合频率：8英寸厚的混凝土墙约为100 Hz；1/2英寸胶合板面板约为1.7 kHz；1/8英寸玻璃约为5 kHz；1/8英寸铅约为17 kHz。阻尼较大的材料具有较小的吻合频率 dip。在某些应用中，可以向固有阻尼小的材料添加阻尼层。例如，夹层玻璃（但不是热玻璃）比普通玻璃板具有更大的阻尼。不连续结构（如砂浆中的砖块）比钢等更均匀的材料传导声音的效率更低（提供更高的TL）。玻璃窗户中的吻合效应和其他声学孔将在后面更详细地描述。

从图16-2我们还可以看到，频率越高，传输损失越大，换句话说，屏障隔离外部噪声的效果越好。在该图中，500 Hz的线比其他频率的线更粗，因为通常使用该频率来比较不同材料的屏障。然而，在500 Hz以下，屏障在声音隔离方面效果较差，而在500 Hz以上则更有效。

质量分离

理想情况下，通过在噪声源和接收房间之间放置两个屏障，可以大大提高传输损失。这是因为被未桥接的空气腔分隔的质量可以提供非常有效的声音隔离。例如，两个相同墙壁的组合TL理论上是单个TL的两倍，这比简单地将一个墙壁的表面重量加倍要有效得多。例如，8英寸混凝土墙的TL可能为50 dB，16英寸混凝土墙的TL可能为55 dB。两个分开的8英寸混凝土墙理论上可提供80 dB的TL（40 + 40），这显然优于一个16英寸墙。然而，完全未桥接的空腔是无法实现的，因此实际上，组合TL将远低于理论值。

只有在两个独立结构各自位于自己的基础上的情况下，才接近未桥接的条件。墙壁通常至少在 footer 和 header 处连接。面板之间的空气腔深度会影响系统的刚度，空腔越大，吻合效应共振频率越低。通常，质量之间的空腔深度应尽可能大，非常窄的空腔会降低性能。通过使用两个不同表面重量的面板，可以减少两个分离面板的吻合频率 dip。例如，使用不同厚度的面板可以提高双层窗户的性能。

多孔材料

玻璃纤维（岩棉、矿物纤维）等多孔材料是出色的吸声材料和良好的隔热材料。然而，如前所述，当用作独立吸收器或放置在墙壁表面时，它们在隔离声音方面的价值有限。使用玻璃纤维减少声音传输会有帮助，但只是适度的。多孔材料的传输损失与声音穿过的厚度成正比。对于致密的多孔材料（如岩棉，密度5磅/立方英尺），每英寸厚度的损失约为1 dB（100 Hz）至4 dB（3 kHz），对于较轻的多孔材料，损失更小。多孔材料的传输损失与厚度的这种直接依赖关系与固体刚性墙的相对较高的传输损失形成对比。如后所述，将多孔吸收器放置在墙壁空腔内可以改善声音隔离。

安装在墙壁内的建筑隔热材料会适度增加其传输损失，主要是通过减少空腔共振，否则会倾向于在空腔的共振频率下耦合两个墙面。墙壁传输损失的一定增加也可归因于声音通过玻璃纤维材料时的衰减，但这种损失很小，因为材料的密度低。考虑所有机制，在两侧各有一层石膏板的交错立柱墙中添加3-1/2英寸的玻璃纤维绝缘材料，可使传输损失增加约7 dB。双墙添加3-1/2英寸可能显示高达12 dB的增加，添加9英寸绝缘材料则为15 dB。

多孔吸收器可用于降低噪声源房间中的反射或环境声音。当房间相对反射时，额外的吸收可有效降低声级，在某些情况下，可实现10 dB的降低。显然，当工人靠近 loud 机械或其他 loud 噪声源时，放置在墙壁上的吸收不会减少到达工人的直接声音。如果可能，噪声源应放置在房间中心附近，远离反射墙。吸收在噪声接收房间中也有一定帮助，以降低环境声级。通过屏障传输的声音量还取决于屏障的表面积。特别是，两个相邻房间之间的噪声降低由下式给出：

其中 NR = 噪声降低，dB

TL = 屏障的传输损失

A_接收 = 接收房间的吸收，赛宾

S = 公共屏障的表面积，ft²

声音传输等级

声音传输等级（STC）是一个整数，用于评估屏障的声音隔离性能。它描述了在整个频率范围内以频率间隔（通常为1/3八度）进行的一系列传输损失测量。换句话说，STC是通过将标准STC轮廓与实际TL测量值最佳拟合而获得的。

图16-3的实线是图16-2中10磅/平方英尺墙壁重量的质量定律图数据的重新绘制。如果完全遵循质量定律，我们预计这种密度的实际墙壁的传输损失会随频率变化，如实线所示。然而，该墙壁传输损失的实际测量值可能更像图16-3的虚线。这些偏差反映了共振（如吻合效应）和墙板的其他未包含在简单质量定律概念中的因素。

图16-3 墙壁传输损失的实际测量值通常因共振和其他效应而与质量定律（见图16-2）有很大偏差。

由于这种常见的不规则性，使用STC等单个数字来给出墙壁声音传输损失特性的合理准确指示具有实际价值。这是通过美国材料与试验协会（ASTM）指定的程序来确定隔音墙的STC来完成的。ASTM E-413标准指出，STC旨在与家庭和办公室中正常声源的声音隔离的主观印象相关联。尽管STC值非常有帮助，但它们并非旨在描述更多“工业”应用，例如录音室，特别是当 loud 音乐是噪声源时。这是因为STC主要用于语音频率区域。

墙壁的STC值可以通过图形确定。使用特殊程序将墙壁的测量TL轮廓与参考STC轮廓进行比较。该标准轮廓涵盖从125 Hz到4 kHz的频率范围。该轮廓包括三个具有不同斜率的线段：从125到400 Hz为3 dB/1/3八度；从400 Hz到1.25 kHz为1 dB/1/3八度；从1.25到4 kHz为平坦。第一段上升15 dB，第二段上升5 dB。将测量的TL轮廓与标准轮廓比较后，指定给面板的STC是标准轮廓在500 Hz处的TL值。STC越高，TL越高。

这种分类的结果已应用于各种类型的墙壁，以便于比较。墙壁的STC评级为50（评级中省略dB）意味着它在隔离声音方面比STC为40的墙壁更好。实际上，给定一个安静的接收房间，STC为30的墙壁将允许在另一侧听到语音。STC为50将阻挡大多数 loud 语音，但可以听到音乐。STC为70将阻挡所有语音，但可能会听到一些音乐，尤其是低频。

不应将STC评级视为平均值，但该程序确实避免了对各个频率的dB传输损失进行平均的陷阱。如前所述，STC值仅涵盖语音频率范围，因此当音乐是声源时，其应用有限。特别是，高STC评级不能确保良好的低频衰减。事实上，STC评级不适用于外部隔墙，例如交通噪声可能是一个问题的地方。此外，STC评级不考虑传输损失的特定 dip。在某些情况下，会引用天花板声音传输等级（CSTC）或室外-室内传输等级（OITC），这些与STC类似，但通过略有不同的程序确定。在这两种情况下，值越高，传输损失越大。在一些国家，使用声衰减指数（SRI）而不是STC。

结构传播噪声

声音通过致密材料（包括混凝土和钢等建筑材料）非常有效地传播（几乎没有衰减），这就是结构传播噪声。结构传播噪声（如来自外部交通或HVAC单元的振动，甚至建筑物远处的脚步声的撞击）很容易到达声学敏感房间。结构传播的振动会导致墙壁和地板振动，将能量重新辐射到房间中作为空气声。不需要的声音可以通过木质、钢铁、混凝土或砖石等固体结构构件的机械传输侵入房间。空气处理噪声可以通过管道的金属板（以及管道中的空气）或两者传输到房间。不幸的是，水管和卫生设备具有出色的声音传导能力。

因此，结构传播噪声最有效地控制在噪声源处。混凝土墙等 massive 刚性隔墙最适合衰减空气传播噪声，但对结构传播噪声几乎没有阻力。另一方面，轻质材料对空气传播噪声几乎没有保护作用，但可用于解耦结构元件，因此对结构传播噪声有效。

由于能量从脆弱的空气到致密的固体的传输效率低下，因此很难通过撞击在刚性结构上的空气传播噪声使固体结构振动。另一方面，螺栓固定在地板上的电机、砰地关上的门或腿在裸露地板上的桌子上的机器会导致结构显著振动。这些振动可以通过固体结构传播很远的距离，几乎没有损失。对于木材、混凝土或砖梁，纵向振动在100英尺内仅衰减约2 dB。声音在固体中很容易传播，例如，声音在钢中传播的距离约为空气中相同损失的20倍。尽管接头和交叉支撑构件增加了传输损失，但在常见的结构配置中，TL仍然非常低。最小化结构传播传输的有效方法是通过解耦。例如，直接放置在混凝土地板上的机器的振动将很容易通过地板传递，但如果机器安装在隔离垫的弹簧上，而隔离垫又与地板解耦，则振动传递可以大大减少。

结构传播噪声通常由对结构表面的撞击产生。即使是短暂的撞击也会将巨大的能量传递到结构中。例如，木地板上的脚步声可以大声地将声音传输到下面的房间。撞击绝缘等级（IIC）是一个单一值评级，可用于量化地板/天花板中的撞击噪声。在从100到3,150 Hz的十六个1/3八度频段进行测量，并覆盖在标准轮廓上。IIC值越高，隔离效果越好，接收的噪声水平越低。由于标准轮廓没有完全考虑低频下的性能不佳，IIC有时会高估轻质地板。

也许最小化地板/天花板中撞击噪声的最有效方法是安装柔软的地板覆盖物。例如，可以在混凝土地板上放置地毯和衬垫，这大大减少了撞击能量。IIC值可能提高50点，而STC值将保持不变。地毯在大多数木地板上的效果略差，但仍能提供显著改善。如第17章所述，浮动地板也可用于改善IIC和STC。

隔膜作用传输的噪声

尽管很少有空气传播的声能直接传输到刚性结构，但空气传播的声音会导致墙壁作为隔膜振动，墙壁反过来可以通过相互连接的固体结构传输声音。这种结构传播的声音可能会导致一定距离的另一堵墙振动，将噪声重新辐射到我们感兴趣保护的空间中。因此，由固体结构相互连接的两堵墙可以作为外部空气传播噪声和聆听室或录音室内部之间的耦合剂。

噪声和房间共振

房间共振会影响录音室中的外部噪声问题。尽管进行了声学处理，但任何持续存在的突出模式都会使房间非常容易受到在这些频率下具有可观能量的干扰噪声的影响。在这种情况下，微弱的干扰声音可能会被共振效应增强到令人不安的水平，需要增加该模态频率周围的隔离或吸收。

选址

在任何声学敏感空间的建设中，选址都是一个重要的考虑因素。优化频率响应和混响的复杂声学处理将浪费在环境噪声水平高或容易偶尔产生干扰声音的空间中。通过适当的地板、墙壁和天花板构造可以令人满意地降低噪声水平，但这种隔音构造成本高昂。最好将建筑物定位在一开始就具有低环境噪声水平的地点。然而，问题在于，安静的地点往往很难找到，并且可能由于其他原因（如可达性或便利性）而不合适。但无论选择什么地点，即使空间将建在现有位置，了解建筑物周围的环境噪声水平也很重要。

在某些位置，背景噪声水平极低。例如，在一些国家公园的荒野地区，L₉₀₍₁₎读数（稍后讨论）在250至2,000 Hz的八度频段可能低于10 dBA。郊区安静的夜晚，冬季的噪声水平可能为30至40 dBA。不幸的是，很少有可能找到环境噪声水平如此低的实际建筑工地。噪声调查（稍后讨论）通常用于评估现场的环境噪声水平。

选址始于对声学敏感空间预期用途的理解。并非所有空间都要求相同的噪声水平严格性。例如，在音乐厅等场所，短暂的声音可能只会引起轻微的 annoyance。例如，在一些优秀的音乐厅中，偶尔可以听到地铁列车的 faint 声音。就声音隔离而言，录音室可能具有最严格的要求；在录音室中，短暂的声音可能成为录制音轨的一部分，要么必须重新录制音轨，要么声音将成为永久性的 fixture，留下 annoyance 的遗产。实际上，高质量的录音室要求环境噪声水平尽可能安静。

录音室和其他声学敏感空间很少位于没有外部噪声问题的孤立建筑中。在许多情况下，建筑物离道路、飞行路径或其他噪声源太近。例如，城市街道上的车辆交通会产生不可接受的高噪声水平，因为声音从一个建筑表面反射到另一个建筑表面，阳台将声音反射回街道水平。此外，可能需要与其他建筑租户打交道，其中一些人本身可能是严重的 noise makers。例如，胶印车间、机械车间、带电动工具的木工车间或汽车维修设施都可能构成严重问题。这种情况需要特殊解决方案，并可能显著增加设计和建造成本。将建筑物远离噪声源的成本必须与为建筑物提供足够隔离以在嘈杂环境中运行的成本进行比较。特别是，在具有低频噪声的环境中隔离建筑物可能非常昂贵，在这种情况下，寻找更安静的地点可能比提供声学隔离更具成本效益。

实现安静空间的最佳方法是将建筑物远离任何外部噪声源。道路和高速公路、机场和飞行路径、铁路轨道、重工业工厂和类似噪声源将需要严格的隔离处理。选择远离这些源的地点将降低成本。例如，距离商业机场至少几英里的录音室可以设计成具有低得多的隔离要求。在某些情况下，否则嘈杂区域的地点可能是合适的，因为其他建筑物阻挡了来自特定噪声源（如高速公路）的声音。选择安静地点时，尽可能预测可能给该地区带来不需要噪声的未来建筑项目。还应考虑到，未来原本有利的分区分配可能会不利地改变。

许多噪声源是临时的，因此更难预测。例如，任何城市声景中的重型机械都可能出现在任何街道地址外，并可能停留数天、数周或数月。例如，道路改善项目的噪声可能会在项目持续期间实质上关闭录音室的运营。理想情况下，声学敏感设施，尤其是商业企业，应远离任何潜在的临时噪声源，或设计成将内部与意外的临时噪声隔离。

在某些独特的情况下，人们会产生非常 loud 不需要的噪声水平。特别是，体育赛事场馆中的观众可以产生超过100 dBA的水平。例如，室外足球场的人群噪声水平可能达到111 dBA，曲棍球馆内部可能达到113 dBA。音乐会上的声级可以达到类似或更高的水平。甚至课间学校操场的噪声水平也会给声学敏感空间带来问题。

在家庭中，尽管大多数噪声水平相对较低，但有许多内部噪声源会干扰家庭录音和聆听。室外轻型机械，如割草机和吹叶机，可以产生相对较高的噪声水平。狗叫声可能在5英尺处产生90 dBA的脉冲噪声水平。此外，显然必须考虑家庭内部的噪声源。

处理噪声问题的最佳方法是在源头。例如，偏远地区的录音室受到罕见低频声音的困扰，噪声被追溯到经过建筑物附近旧木桥的汽车，最方便的解决方案是付费建造一座新的更安静的桥。更常见的是，例如，HVAC单元等噪声源可以放置在隔离垫上或移动到建筑物的另一部分。

在许多情况下，例如交通和飞机噪声，源处理是不可能的。外部HVAC系统需要通风，因此不能直接应用隔离材料。在某些情况下，当无法处理源时，可以使用屏障来减轻噪声侵入。屏障可以成功降低高频噪声（如轮胎噪声），但对低频噪声（如内燃机噪声）的效果要差得多。这是因为低频的较长波长会衍射，从而绕过墙壁等障碍物。土堤和砖石墙提供一些隔离，屏障越高越好。如果可能，应在屏障表面放置吸收。树木和植被作为隔离器效率不高。使用屏障时，应将其放置在靠近噪声源或所需安静区域的位置。此外，屏障必须水平延伸远远超出噪声源或安静区域，以避免侧翼。

道路车辆交通对声学设计师构成巨大挑战。在城市地区，许多商业场所的交通噪声水平将超过住宅噪声水平标准。高速公路的噪声特别难以控制，经常建造昂贵的补救措施，如混凝土屏障和土堤。根据联邦公路管理局的说法，一般来说，屏障只能提供5到10 dB的衰减。由于声音在屏障上方和周围的衍射，它们的实际最大衰减约为15 dB。当屏障中断到源的视线时，预计衰减至少3到5 dB。随着屏障阴影区的增加，每增加2英尺的高度会增加约1 dB的衰减。屏障的长度应为源和听者之间距离的四倍左右。如果可以从屏障上方、通过或周围看到声源，则屏障不会从该源提供任何显著的声音衰减。

噪声调查

在选址时，必须考虑土地价值、建筑成本和租金成本等因素。显然，更理想的物业将要求更高的价格。为建筑物提供声音隔离也很昂贵。为了确定合适的位置，同时最大限度地减少声学强制的施工或改造成本，根据噪声水平调查比较潜在位置很重要。一段时间内进行的噪声水平调查是一个简单的程序，但可以产生有价值的信息。

在这里描述的方法中，噪声调查是“手动”使用仅测量声级的声级计进行的。这可能看起来简单且耗时，但它将为进行调查的人提供学习经验，让他们对过程有基本的了解。此外，尽管费力，但这种调查成本低廉，效果良好。

首先，在拟议的建筑工地上选择一个室外测量点，该点似乎对邻居的已知噪声源进行采样。然后为该点安排24小时的测量期。采样间隔可以是每小时或每15秒，建议每分钟的分钟进行一次测量，这产生一组1,440个样本，应该给出环境噪声的合理图像。读数应使用声级计设置为A加权，产生dBA测量值。

用于记录噪声测量的建议数据表模板如图16-4所示。声级读数不会记录为数字，而只是在模板上部标记的相应列中作为斜线。任何给定列中的第五个斜线应为对角线，以帮助以后计数。每列包含3-dBA读数，如48–50、72–74等。通过这种简化的3-dBA粗糙度，几乎不会损失最终精度。每分钟一次，将在该表格的相应列中添加一个斜线，这是唯一的职责，直到24小时测量期完成。当然，这个数据收集过程可以很容易地自动化。

图16-4 收集噪声调查现场数据的模板。

在24小时周期结束时，测量数据用于构建统计分布曲线。特别是，图16-4模板的下部现在可以完成。“总计”行以数字填充，每列中的斜线总数。当“总计”行填满时，在“累积”行中输入条目。78–80列中的斜线总数添加到76–78列的总数中，并记录在“累积”行的相关框中。然后将74–76列的总数添加到76–78和78–80的总和中，依此类推。最后的累积条目将是数据表上所有斜线的总数。

接下来，完成“百分比”行。第一个框中的累积值除以斜线总数，乘以100以百分比表示该值，结果记录在“百分比”行的第一个框中。然后将第二个累积量除以“累积”行中的总数，以百分比表示，并记录在“百分比”行的第二个框中，依此类推。与数据收集一样，这种计数程序可以自动化。

该数据用于绘制分布曲线，如图16-5所示的示例。分布曲线上的第一个点是通过将百分比框中的第一个百分比值与79-dBA水平绘制在一起找到的。第二个绘制点是第二个百分比值与77 dBA，依此类推。该分布曲线给出了该24小时期间测量位置的环境噪声的统计图像。最终报告应包括所有相关数值信息，以及显示建筑占地面积、数据测量位置以及已知声源的位置和距离的场地图纸。

图16-5 声级测量统计分布示例。

环境噪声评估

交通、飞机和工业噪声等外部环境噪声源通常难以量化，因为它们通常随时间变化。已经设计了各种描述符来测量和评估环境噪声，包括L_eq、L_dn、L_max、L_n和SEL，它们以dBA测量。L_eq定义为连续等效声级，如果它是恒定的，它是包含与被监测的波动声音（如交通水平）相同能量的声压级。评估期在括号中表示，例如，L_eq(1)指1小时周期，L_eq(24)指24小时周期。

L_dn（也称为DNL）是昼夜等效声级，它是连续的L_eq(24)测量，在晚上10点至早上7点测量的水平上添加10 dBA的值，因为噪声在夜间睡眠时间更令人 annoyance。一些声学工程师认为，L_dn没有完全考虑孤立的 loud 事件，如飞机飞越。

L_dn测量旨在评估噪声水平，例如在机场附近。联邦航空管理局可能使用L_dn来指定飞机噪声水平。在某些情况下，使用社区噪声等效水平（CNEL），它与L_dn的不同之处在于为晚上添加加权因子。L_eq在晚上（晚上7点至10点）增加5 dBA，在夜间（晚上10点至早上7点）增加10 dBA。用于量化飞机噪声的其他各种指标包括感知噪声（PN）、判断或计算的感知噪声水平（PNL）、音调校正的感知噪声水平（TPNL）、有效感知噪声水平（EPNL）等。

当在模板（如图16-4所示）中记录数据点时，有时飞机飞过头顶，火车经过，警笛鸣叫，给出远高于通常背景值的水平。最大水平必须单独记录，因为没有它们，噪声评估是不完整的。从所有这些额外的高值中，一个是最高的，它成为调查的L_max。这可能是所采取的最重要的读数，因为这样的噪声可能穿透空间的墙壁，尽管不频繁。所有最大值可以单独分析。如果飞机在24小时内多次飞过头顶，这可能是主导建筑设计决策的一种噪声。另一方面，如果飞机每周只飞过一次，它对设计的影响应该较小。

站点随时间的噪声水平可以使用L_n指定来量化。L_n定义了一个百分位数声级，其中n（0到100）是测量时间段内超过以dBA测量的某个声级的百分比。描述符L₁₀、L₅₀和L₉₀通常用于表示相对于阈值的噪声水平。例如，L₁₀ = 70 dBA描述了70 dBA的值超过10%的时间的SPL测量。L₁₀表示随时间变化的最 loud 噪声。L₁₀、L₅₀和L₉₀的关系如图16-6所示，并带有噪声图示例。此外，引用了测量时间段，例如，L₁₀₍₁₎表示1小时时间段。L_n提供了一种记录声级测量波动的方法，例如，1小时内L₁₀和L₉₀读数之间的大差异表明噪声环境的显著变化。

图16-6 描述符L₁₀、L₅₀和L₉₀用于带水平阈值的噪声评估，显示了噪声图示例。

声级的统计分布可以很容易地绘制。分布图（如图16-5所示）在L_max值上不确定，但在L₁₀（超过10%时间的噪声水平）、L₅₀（超过50%时间的噪声水平，即中值声级）和L₉₀（超过90%时间的噪声水平）上非常确定。这些数据对于决定结构必须提供多少隔离非常重要。

问题会出现，L₁₀、L₅₀和L₉₀在一天中会如何变化？这是集成仪器擅长的地方。图16-7说明了呈现此类信息的一种方式。请注意，使用这些SPL测量时，不考虑噪声的频率响应。

图16-7 12小时内声级测量示例。

声暴露级（SEL）定义和测量单个噪声事件的总能量，如火车经过或飞机飞越。为了便于比较，SEL将噪声事件压缩到1秒周期，即使实际事件时间可能大于1秒。由于这种压缩，持续时间超过1秒的SEL值高于其他测量值。噪声暴露预测（NEF）可用于估计单噪声事件。

测量和测试标准

已经制定了许多评估环境噪声的标准。例如，美国国家标准协会（ANSI）和美国材料与试验协会（ASTM）发布了定义和描述标准方法的文件。当遵循这些标准时，噪声测量的结果可以被认为是可信的。一些常用标准包括ANSI/ASA S1.13-2005（R2010）《空气中声压级的测量》；ANSI/ASA S12.9-2013（R2018）《环境声音描述和测量的数量和程序》；ANSI/ASA S1.26-2014（R2019）《大气声吸收的计算方法》；以及ASTM E1014-12（2021）《室外A加权声级测量的标准指南》。

ANSI/ASA S1.13-2005（R2010）《空气中声压级的测量》定义了测量声级的调查、现场和实验室方法。调查方法使用手持SPL计测量环境中的声级。为了获得仅源读数，当声源开启或关闭时注意到较大差异（4至15 dB）时，调整水平读数，这将在后面更详细地描述。现场方法使用八度或窄带分析仪对噪声水平进行频谱分析，测量麦克风必须安装在三脚架上或悬挂，观察者应在远处。实验室方法用于消声或混响室等受控环境。该标准还描述了波动或脉冲声音、与障碍物的距离、障碍物的大小、房间内部测量位置、大气和地形条件以及其他影响测量的因素。

ASTM E1014-12（2021）《室外A加权声级测量的标准指南》描述了测量室外噪声水平的简单指南。使用SPL计，建议使用耳机输出，以便操作员可以检测不需要的声音，如风噪声。测量应在一天中的嘈杂和安静时期、声源运行和不运行时进行。所采取的瞬时测量次数必须至少是读数水平范围的10倍。例如，如果范围是5 dB，必须进行50次测量。

推荐实践

进行噪声测量时，应遵循许多推荐的实践。应使用校准器检查任何声级计的准确性。校准器安装在麦克风上，产生音调（如1 kHz正弦波）或特定声压级的一系列音调。仪表应准确读取校准器发出的音调的SPL，或调整到准确读数。仪表在使用前和之后都应检查，以确保其校准没有漂移。如果使用加权网络滤波器，可能需要调整校准。当使用1 kHz校准音调时，不需要调整，因为A和C加权网络在该频率下相等（0 dB）。

对于室外测量，应使用适当安装的挡风玻璃来减少测量麦克风处的风噪声。即便如此，风速大于15 mph时不应进行测量。下雨时甚至雨后地面潮湿时也不应进行测量，雨或潮湿表面的额外声音可能会影响读数，例如，潮湿路面上的交通声音不同。地面有雪时不应进行测量。其他气象条件，如相对湿度、温度和大气压力会影响声级读数，应在报告中注明，并在必要时进行校正。测量麦克风应放置在至少3至4英尺远离任何反射表面（包括地面）以及观察者的位置，以避免反射，靠近反射表面时声压级显著增加（高达6 dB）。

测量声源的噪声水平时，如果声源运行时的SPL比不运行时（背景噪声水平）高4至15 dBA，则必须调整测量水平。特别是，背景噪声水平很重要，必须从组合噪声水平中减去，以准确确定仅源的噪声水平。减去的量取决于两个测量水平之间的差异（源开启或关闭）。校正如表16-1所列。如果差异为3 dB或更小，可以得出结论，源的声级等于或小于背景声级，因此无法从读数中准确确定源的声级。

表16-1 不同材料中的声速示例

噪声测量和构造

平衡噪声标准（NCB）轮廓通常用于定义结构内的噪声水平。这些曲线绘制八度SPL与频率的关系，并显示不同水平的最大允许噪声。曲线随频率向下倾斜，因为耳朵对低频不太敏感，并且许多噪声源以低频内容为主。NCB轮廓设置了房间背景噪声的限制。例如，NCB-15轮廓非常严格，将用于专业录音室等关键应用。噪声标准曲线将在第19章中结合HVAC系统规范详细讨论。

进行噪声调查时，可以在以16 Hz至8 kHz为中心的每个八度频段中测量环境声压级。这些声压级绘制在一系列噪声标准曲线上，然后可以通过测量值达到的最高标准曲线来描述噪声水平。例如，1 kHz八度频段的声压级可能达到NCB-20曲线，因此可以用简化术语描述为NCB-20噪声水平。通过这种方式，可以在单个数字的基础上轻松比较不同的噪声水平。

噪声标准轮廓可用于设计房间的隔墙，特别是可用于确定所需的传输损失。例如，图16-8A显示了现场测量的噪声水平图示例。如果设计标准是NCB-20轮廓，则曲线之间的中间区域显示整个频谱中房间隔墙所需的传输损失。为了获得所需的TL曲线，可以在每个标准频率下绘制曲线之间的差异。在此示例曲线之间的差异。在此示例中，在500 Hz时，差异为44 dB，在1 kHz时差异为40 dB，如图16-8B所示。有了这条曲线，可以检查不同类型的隔墙，找到最适合满足隔离要求的隔墙。理想情况下，所选隔墙的TL曲线应在所有频率下超过差异曲线。现场偶尔的外部噪声仍有可能超过设计的TL，这些噪声将在内部可听。

图16-8 使用现场测量和NCB轮廓确定所需的传输损失。（A）可以通过绘制现场测量的噪声水平（顶部曲线）和所需的NCB-20噪声轮廓（底部曲线）来确定TL。（B）曲线之间的差异显示所需的传输损失。

如前所述，最高的环境噪声水平通常由火车、飞机和车辆交通产生。为了防止此类噪声干扰录音室活动，隔墙必须设计成将此类噪声降低到可容忍的水平。虽然车辆交通噪声可能相当连续，但火车和飞机噪声可能是偶尔的。图16-9显示了喷气式飞机飞过录音室时的噪声频谱。下曲线是NCB-15轮廓，根据噪声调查的意图，它可能是录音室的测量背景噪声或录音室噪声设计目标。两条曲线之间的差异（以dB为单位）是录音室墙壁必须提供的衰减。

图16-9 测量的飞机噪声与NCB-15录音室噪声轮廓的比较。

图16-10绘制了图16-9的喷气噪声曲线和录音室噪声曲线之间的差异，这是录音室墙壁必须提供的衰减，以将外部喷气噪声降低到录音室内部所需的背景噪声。

图16-10 外部和内部噪声之间的差异显示STC-60要求。

需要什么样的构造来提供图16-10的衰减？这是第17章和第18章的主题。图16-10中的浅色虚线是声音传输等级STC-60轮廓。评为STC-60的墙壁类别（见第17章）在500 Hz处提供约60 dB的衰减，这非常有效。在此不赘述，这是识别和指定录音室和其他声学敏感空间的内部背景噪声要求的一般方法。在设计特定结构时，必须注意建筑规范、材料、成本、工作质量等额外因素。

平面图考虑因素

只要建筑平面图允许，声学敏感房间应远离噪声源。例如，录音室应位于建筑物背对繁忙街道的一侧。同样，在建筑物内，维修车间、浴室和HVAC房间应远离录音室。这可以通过在中间放置隔音中性房间（如储藏室）作为缓冲区来实现。当然，垂直位置也适用相同的考虑因素，例如，HVAC房间不应放置在录音室上方。显然，窗户和门不应面向繁忙的高速公路等噪声源。

框架结构内的设计

位于框架结构内的录音室或其他声学敏感空间可能必须应对脚步声的噪声问题。这些低频分量通常是不可避免的，因为在轻型框架结构中很难控制。如果地板-天花板结构的自然振动周期与脚步声的重击和撞击的峰值能量频率大致相同，脚步声噪声将存在，甚至可能被放大。在楼梯和走廊安装地毯将减少脚步声的高频撞击分量，但重击和撞击的低频分量往往会穿透浮动地板、厚地毯或其他预防层。

如果录音或播放活动不关键，可能不需要扩展的低频响应。例如，画外音录音室只关注较高的频率。在这种情况下，可以在信号路径中插入高通滤波器，它将拒绝低于某个频率（如63 Hz）的信号分量和噪声。旨在消除框架结构中这些重击和撞击问题的极端隔离措施可能是徒劳的。

混凝土结构内的设计

在混凝土结构内定位录音室或其他声学敏感空间为有效隔离脚步声噪声的低频分量提供了一些前景。尽管成本高昂，但使用诸如通过解耦分离的 massive 隔墙等施工技术，建造一个“室中室”录音室，以提供与空气传播和结构传播噪声的出色隔离是可能的。

在大多数情况下，尝试建造超安静的录音室并不划算。考虑到许多音频和视觉工作每天都在不完美的环境中完成，获得最后几分贝的安静可能非常昂贵。

关键点

• 房间外部的噪声水平与所需的内部噪声水平之间的差异定义了通过房间设计必须实现的传输损失。

• 可以通过密封隔墙中任何会提供穿过隔墙的空气路径的空气泄漏来最小化空气传播。可以通过解耦隔墙元件来减少结构传播，从而中断传输路径。

• 降低噪声有五种基本方法：将接收室设置在安静的地方，减少干扰源的噪声输出，在噪声和房间之间插入隔音屏障，减少源房间和/或接收房间内的噪声能量，最小化空气传播和结构传播噪声。

• 即使是坚固墙壁上的小裂缝或孔洞也会传递声音，因为空气泄漏的传输损失为零。空气密封性对于隔离空气传播噪声是绝对必要的。同样，任何侧翼路径都将允许声音绕过屏障传播，损害其传输损失。

• 传输损失（TL）是屏障源侧的声压级（SPL）与接收侧的SPL之间的差值。TL值越高，屏障提供的衰减越大。

• 传输系数表示为τ，是通过材料的声音量，其中τ = 1 – α。

• 理论质量定律预测，质量每加倍，TL大约增加6 dB（实际上通常实现5 dB）。此外，任何频率加倍也会导致TL增加6 dB。

• 在屏障的共振频率附近，TL将比理论水平低10至15 dB，这称为吻合频率 dip。

• 被未桥接的空气腔分隔的质量在声音隔离方面相对更有效。例如，两个相同墙壁的组合TL理论上是单个TL的两倍。

• 多孔吸收器提供很少的传输损失，但可用于降低噪声源房间中的反射或环境声级。

• 声音传输等级（STC）是用于评估隔离的单个数字，它描述了在整个频率范围内以频率间隔进行的一系列传输损失测量。

• 结构传播噪声最有效地控制在噪声源处。 massive 隔墙对结构传播噪声几乎没有阻力。然而，轻质材料可用于解耦结构元件，因此对结构传播噪声有效。

• 撞击绝缘等级（IIC）是一个单一值评级，可用于量化地板/天花板中的撞击噪声。

• 选址始于对声学敏感空间预期用途的理解。并非所有空间都要求相同的噪声水平严格性。

• 噪声调查可以产生分布曲线，给出测量位置24小时期间环境噪声的统计图像。

• 已经设计了各种描述符来测量和评估环境噪声，包括L_eq、L_dn、L_max、L_n和SEL。

• 美国国家标准协会（ANSI）和美国材料与试验协会（ASTM）发布了评估环境噪声的标准方法。

• 平衡噪声标准（NCB）轮廓通常用于定义结构内的噪声水平，NCB可用于确定所需的传输损失。

• 在大多数情况下，尝试建造超安静的录音室并不划算，获得最后几分贝的安静可能非常昂贵。