電影行業(yè)超大墻體建筑隔聲量的測(cè)量研究

張 輝 董強(qiáng)國(guó)

中國(guó)電影科學(xué)技術(shù)研究所(中央宣傳部電影技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)所),北京 100086

1 引言

隨著中國(guó)影視產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，大型攝影棚和巨幕影廳不斷增加，為了保障數(shù)字電影制作和放映能夠獲得更好的聲學(xué)環(huán)境，攝影棚和影院建設(shè)機(jī)構(gòu)對(duì)超大墻體隔聲性能的評(píng)估需求愈加強(qiáng)烈。在此背景下，為更有效提升電影制作的含金量、為聲音錄制的標(biāo)準(zhǔn)化提供技術(shù)保障，進(jìn)一步完善和統(tǒng)一測(cè)量方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，提出適用于電影行業(yè)超大墻體建筑構(gòu)件隔聲量的測(cè)量方法，促進(jìn)我國(guó)電影行業(yè)健康良性發(fā)展。

數(shù)字電影的聲音錄制和還音場(chǎng)對(duì)聲環(huán)境要求較高，為了控制外部噪聲影響，對(duì)建筑墻體的隔聲效果提出較高的要求，GB/T 19889.3—2005《聲學(xué)建筑和建筑構(gòu)件隔聲測(cè)量第3 部分：建筑構(gòu)件空氣聲隔聲的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量》中規(guī)定了墻體、樓板等建筑外墻構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)室隔聲量測(cè)量和評(píng)價(jià)方法，對(duì)數(shù)字電影相關(guān)場(chǎng)所墻體隔聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和要求具有明確的指導(dǎo)意義。為了能夠評(píng)判已建成場(chǎng)所的墻體結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)要求，需要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)具有可比性，GB/T 19889.4—2005《聲學(xué)建筑和建筑構(gòu)件隔聲測(cè)量第4 部分：房間之間空氣聲隔聲的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量》規(guī)定了兩房間之間在擴(kuò)散場(chǎng)條件下內(nèi)墻、樓板和門空氣聲隔聲性能的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法，GB/T 19889.5—2006《聲學(xué)建筑和建筑構(gòu)件隔聲測(cè)量第5部分：外墻構(gòu)件和外墻空氣聲隔聲的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量》規(guī)定了整體外墻與外墻構(gòu)件空氣聲隔聲性能的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法。但上述現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法僅適用于容積小于250m3的房間隔聲量的測(cè)量，并不適用于大容積房間的隔聲量測(cè)量，若使用上述規(guī)范對(duì)較大容積房間隔聲量進(jìn)行測(cè)量，與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)存在較大的差距。

隔聲量是用來(lái)衡量空間外部噪聲抗影響程度的物理量，聲音從聲源傳至人耳分為兩種傳播途徑，一是通過(guò)墻體構(gòu)件作為介質(zhì)進(jìn)行傳播，另一種就是聲音激發(fā)空氣周圍震動(dòng)。通過(guò)空氣作為媒介，形成聲波傳至人耳。當(dāng)聲波入射至墻體構(gòu)件表面時(shí)，一部分聲音可以被吸收，另一部分聲音則可以透過(guò)墻體傳播到另外一個(gè)空間。一般將透射聲能定位為Et，入射聲能定位為Ei，Et/Ei 就是透射系數(shù)。如果隔聲性能用R 來(lái)表示，則R=10lg(1/ 透射系數(shù))。R 的值越大，說(shuō)明其隔聲性能越好。本文針對(duì)隔聲量實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量方法，研制一套適用于電影行業(yè)超大墻體隔聲量的測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)超大墻體隔聲量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，解決實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的限制問(wèn)題，從而提高超大墻體隔聲量檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

為實(shí)現(xiàn)對(duì)超大墻體構(gòu)件隔聲量的準(zhǔn)確測(cè)量，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上可大致從如下幾個(gè)方面考慮：

（1）電影行業(yè)超大墻體建筑構(gòu)件隔聲量的測(cè)量方法研究，首先對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)規(guī)范和測(cè)量方法進(jìn)行調(diào)研分析，確定影響隔聲量測(cè)量和評(píng)價(jià)結(jié)果的關(guān)鍵因素。

（2）借鑒現(xiàn)有規(guī)范，制定超大墻體隔聲量測(cè)量和評(píng)價(jià)方案，然后研究墻體材料隔聲量的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量方法，得到相同墻體材料測(cè)量數(shù)據(jù)。

（3）根據(jù)現(xiàn)有的隔聲量測(cè)量方法對(duì)小空間現(xiàn)場(chǎng)和超大墻體空間現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)超大墻體隔聲量的測(cè)量方法分別進(jìn)行驗(yàn)證，將實(shí)驗(yàn)室測(cè)量、小空間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和超大墻體空間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量三種墻體類型的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析比對(duì)，逐步調(diào)整優(yōu)化超大墻體現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方法和數(shù)據(jù)分析處理，最終制定一套與實(shí)驗(yàn)室和小空間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果相一致的超大墻體的測(cè)量和評(píng)價(jià)方法。

2.2 設(shè)備選型

為保證測(cè)量結(jié)果的精密性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，該測(cè)量使用的設(shè)備見(jiàn)表1，軟件分析系統(tǒng)為PULSE CPB分析系統(tǒng)，測(cè)量設(shè)備的精度、量程范圍均符合相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 測(cè)量設(shè)備

3 測(cè)量實(shí)施

3.1 影響隔聲量測(cè)量的因素

影響隔聲量測(cè)量的因素有很多，比如環(huán)境因素中的溫度、濕度、氣壓等都可能會(huì)對(duì)隔聲效果產(chǎn)生影響，混響時(shí)間也是影響隔聲量的主要因素，如果混響時(shí)間過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致聲音無(wú)法在空間內(nèi)傳播，無(wú)法均勻分布，如果混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)有放大聲音的作用，進(jìn)而影響實(shí)際隔聲效果的評(píng)估，所以一般會(huì)考慮RT60混響時(shí)間，對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)化聲壓級(jí)差以混響時(shí)間進(jìn)行參考修正。此外除了混響時(shí)外，背景噪聲也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，測(cè)量背景噪聲級(jí)以保證在接收室的測(cè)量不受諸如接收室外的噪聲、接收系統(tǒng)電噪聲或聲源與接收系統(tǒng)間的串音等外部噪聲對(duì)其隔聲效果的干擾，由于吸聲、反射的差異，同樣的聲源，在不同的聲場(chǎng)內(nèi)激發(fā)的聲能不同，測(cè)量聲壓級(jí)也不同。所以接收室測(cè)量得到的聲能，是透過(guò)建筑物的聲能受環(huán)境影響后的結(jié)果，需要進(jìn)行修正。需要注意的是，以上因素對(duì)隔聲性能的影響未必是單一因素，往往是復(fù)雜的相互影響的結(jié)果。因此，本測(cè)量方法的研究是保證在環(huán)境因素以及測(cè)量方法和設(shè)備一致的前提下進(jìn)行的，對(duì)不可控的混響時(shí)間和背景噪聲因素要對(duì)其進(jìn)行修正。

3.2 測(cè)量安排

3.2.1 測(cè)量條件

（1）聲源室聲場(chǎng)

聲源室應(yīng)滿足1/3 倍頻程內(nèi)的聲壓級(jí)允差小于6dB,聲源室內(nèi)的測(cè)量信號(hào)應(yīng)該功率足夠強(qiáng)且持續(xù)穩(wěn)定，以此來(lái)保證聲接收室內(nèi)的聲壓級(jí)要比噪聲聲壓級(jí)高10dB 以上。

（2）修正背景噪聲

為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要控制接收室內(nèi)的噪聲，比如設(shè)備產(chǎn)生的噪聲和外部空間的噪聲等，本底噪聲應(yīng)比接收室內(nèi)收到的噪聲低，接收室測(cè)量點(diǎn)上的每一個(gè)1/3 倍頻程頻帶聲壓級(jí)至少應(yīng)高于廳內(nèi)相應(yīng)頻帶靜態(tài)背景噪聲10dB 以上，如果聲壓級(jí)差小于10dB 而大于6dB，對(duì)聲壓級(jí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)式（1）進(jìn)行修正。如果任一頻帶的聲壓級(jí)差小于或等于6dB，則均采用6dB 差值的修正量1.3dB 進(jìn)行修正。

式（1）中，L 為修正的信號(hào)級(jí)，Lsb為接收室接收的信號(hào)噪聲，Lb為背景噪聲。

（3）接收室聲場(chǎng)均勻度

測(cè)量接收室的空間平均的均方聲壓以計(jì)算擴(kuò)散場(chǎng)聲功率，其前提條件是接收室的聲場(chǎng)是擴(kuò)散的。所以擴(kuò)散聲場(chǎng)需要保證室內(nèi)的聲能密度平衡，如聲能密度處處相同、聲能在室內(nèi)不同方位傳播的概率相同以及在室內(nèi)不同方位達(dá)到任一點(diǎn)的聲波，其相位是無(wú)規(guī)的。

3.2.2 不同環(huán)境的測(cè)量開(kāi)展

3.2.2.1 實(shí)驗(yàn)室測(cè)量

實(shí)驗(yàn)室測(cè)量實(shí)施包括兩間相鄰的聲源室和接收室，兩室之間有試件洞口，用以安裝建筑構(gòu)件（圖1、圖2）。兩個(gè)房間的容積和尺寸不宜完全相同，聲源室容積為130m3，接收室容積為102m3。

圖1 混響室平面示意圖

圖2 混響室試件安裝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需要，測(cè)試的四種輕質(zhì)材料分別為：

（1）150mm 厚加氣混凝土墻，雙面抹灰；

（2）雙層75mm 厚加氣混凝土中空50mm，內(nèi)填厚礦棉氈；

（3）空斗磚墻240mm 厚；

（4）120mm 厚加氣混凝土雙面抹灰。

對(duì)上述四種材料分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室隔聲性能測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2，四種材料的隔聲頻率結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 四種材料的隔聲量測(cè)量曲線

表2 四種材料的實(shí)驗(yàn)室隔聲量測(cè)量數(shù)據(jù)

綜合上述實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，四種輕質(zhì)材料的隔聲量和各頻率的隔聲性能曲線基本一致。對(duì)單一材料來(lái)講，相同密度的混凝土材料，150mm 厚的隔聲量為43dB,而120mm 厚的為40dB，由此看來(lái)，空氣隔聲效果與材料的密度和薄厚有很大關(guān)系，按照隔音定律，墻體越厚、愈重，單位面積質(zhì)量越大，隔聲效果愈好。反觀240mm 厚的空斗磚墻由于密度小，隔聲量?jī)H為32dB，雙層75mm 厚加氣混凝土中空50mm，內(nèi)填厚礦棉氈的隔聲量是55dB，結(jié)果優(yōu)于150mm 的混凝土及240mm 的空斗磚材料，這是由于它采用了中空和巖棉，其內(nèi)部有大量微小孔隙，使得聲波沿著這些空隙傳播的過(guò)程中，與材料發(fā)生摩擦效應(yīng)，使聲能轉(zhuǎn)化為熱能而消失殆盡，墻板被聲波激發(fā)進(jìn)行扭曲，在一定頻段發(fā)生了吻合效應(yīng)，因此具有良好的隔聲效果。因此，在雙層構(gòu)件中填充柔軟多孔的吸聲材料，對(duì)增大隔音量具有非常好的效果。

3.2.2.2 小房間的測(cè)量

根據(jù)整體設(shè)計(jì)思路，依據(jù)聲學(xué)建筑和建筑構(gòu)件隔聲測(cè)量第4 部分和第5 部分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室測(cè)量方法和數(shù)據(jù)對(duì)相同材料墻體的小房間之間的相鄰隔墻、外部墻體和樓板隔聲性能進(jìn)行測(cè)量，該部分測(cè)量旨在對(duì)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3，隔聲頻率結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 各測(cè)量類型對(duì)應(yīng)墻體材料的隔聲量測(cè)量曲線

綜合上述實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，相鄰房間之間的公共墻體采用的是雙層75mm 厚加氣混凝土中空50mm，內(nèi)填厚礦棉氈，隔聲量為57dB,臨街外墻體采用的是150mm 厚加氣混凝土墻，隔聲量為46dB，而房間頂層樓板用的是120mm 厚加氣混凝土，隔聲量為42dB。從各頻點(diǎn)曲線上可以看出各頻率結(jié)果基本一致。三種測(cè)量結(jié)果相比，小房間的測(cè)量基本比實(shí)驗(yàn)室測(cè)量數(shù)據(jù)高1～3dB，由于采用的小房間都是標(biāo)準(zhǔn)的影廳設(shè)計(jì)，混響時(shí)間、背景噪聲或擴(kuò)散聲場(chǎng)均符合電影用房相關(guān)技術(shù)要求，且設(shè)計(jì)過(guò)程中墻體上采用了吸音棉，并做了吸聲處理和空腔吸聲設(shè)計(jì)，加上混響時(shí)間和背景噪聲等因素的影響，所以測(cè)量結(jié)果普遍高1～3dB 與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量數(shù)據(jù)基本吻合，符合理論基礎(chǔ)。

3.2.2.3 電影業(yè)務(wù)用房超大墻體的測(cè)量

本章通過(guò)實(shí)驗(yàn)室和小房間的測(cè)量方法對(duì)相同材料的相鄰電影業(yè)務(wù)用房之間隔墻的隔聲性能、電影業(yè)務(wù)用房外墻體隔聲性能以及電影業(yè)務(wù)用房樓板隔聲性能進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，測(cè)量點(diǎn)位置、聲場(chǎng)的產(chǎn)生、平均聲壓級(jí)的測(cè)量和混響時(shí)間修正等都是結(jié)合現(xiàn)有的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)驗(yàn)室達(dá)到一致。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。

表4 電影業(yè)務(wù)用房超大墻體隔聲量測(cè)量數(shù)據(jù)

從超大墻體測(cè)量來(lái)看，150mm 厚加氣混凝土材料的相鄰墻體的隔聲量為50dB，75mm 厚加氣混凝土中空50mm，內(nèi)填厚礦棉氈材料的相鄰墻體隔聲量為64dB，120mm 厚加氣混凝土材料的隔聲量為48dB。測(cè)量數(shù)據(jù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和小房間測(cè)量，在聲源室聲場(chǎng)的產(chǎn)生、接收室聲場(chǎng)均勻度等一些測(cè)量條件一致的情況下，出現(xiàn)這種情況是由于聲音能量不足，聲場(chǎng)透過(guò)墻體，已經(jīng)損失一部分能量，穿過(guò)墻體后以空氣作為媒介，形成聲波在空氣中傳播，因?yàn)榭臻g太大，聲波受空氣阻力的影響，傳至遠(yuǎn)端的時(shí)候聲波能量已經(jīng)大量損耗，由于接收室傳聲器采用平均分布測(cè)量方法，遠(yuǎn)端無(wú)法接收到測(cè)量信號(hào)，所以才會(huì)導(dǎo)致這樣的測(cè)量結(jié)果。由于該測(cè)量方法太復(fù)雜，需要采用揚(yáng)聲器陣列方式進(jìn)行測(cè)量，加上測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，所以該測(cè)量方法不適用于超大墻體隔聲量的測(cè)量。

3.3 超大墻體區(qū)域空間測(cè)量方法

由于使用實(shí)驗(yàn)室和小房間測(cè)量方法對(duì)超大墻體隔聲性能檢測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室和小房間數(shù)據(jù)相差很大，所以項(xiàng)目組結(jié)合揚(yáng)聲器的指向性和聲源室聲場(chǎng)產(chǎn)生的原則，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室和小房間測(cè)量對(duì)超大墻體隔聲量進(jìn)行區(qū)域測(cè)量。區(qū)域測(cè)量是指將一個(gè)較大的區(qū)域劃分為若干個(gè)小的子區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，從而提高測(cè)量的效率和精度。該研究所采用的區(qū)域測(cè)量是以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，聲源室產(chǎn)生的聲音應(yīng)穩(wěn)定，并且在測(cè)量頻率范圍內(nèi)有連續(xù)的頻譜，聲源頻率在相鄰1/3倍頻程之間的聲壓級(jí)差均不大于6dB 為原則。擬對(duì)被測(cè)墻體依據(jù)聲源室聲場(chǎng)產(chǎn)生的原則分為幾個(gè)區(qū)域測(cè)量，使用聲場(chǎng)聲壓級(jí)差均不大于6dB、4dB 和3dB確定測(cè)量區(qū)域的長(zhǎng)度、寬度和高度。比如聲壓級(jí)差均不大于6dB 區(qū)域原則，是指在傳聲器高度為6m 時(shí)比系統(tǒng)總聲壓級(jí)低6dB，長(zhǎng)度和寬度也在6m 時(shí)比系統(tǒng)總聲壓級(jí)低6dB，所以聲源室有效區(qū)域?yàn)?m×6m×6m。根據(jù)上述原則對(duì)聲場(chǎng)聲壓級(jí)均差不大于6dB、4dB 和3dB 區(qū)域范圍內(nèi)的相同材料墻體進(jìn)行局部測(cè)量，接收室也在聲源室對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，并且符合接收到的噪聲量要比本底噪聲高10dB 為宜，如果低于10dB 可不進(jìn)行修正，如果低于6dB～10dB 應(yīng)當(dāng)根據(jù)式（1）進(jìn)行修正，如果在6dB 以下，應(yīng)采用6dB差值的修正量1.3dB 進(jìn)行修正。詳細(xì)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 1/3倍頻程內(nèi)允差為-6dB、-4dB、-3dB 局部測(cè)量結(jié)果

通過(guò)聲場(chǎng)允差確定測(cè)量有效空間的方法，分別對(duì)聲場(chǎng)允差-6dB、-4dB 和-3dB 的四種材料的墻體分別進(jìn)行了測(cè)量。從上述測(cè)量結(jié)果來(lái)看，使用-3dB 的聲場(chǎng)允差最接近于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果，因?yàn)榫植繙y(cè)量空間近似于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量空間，聲場(chǎng)聲壓級(jí)均差在3dB以內(nèi)使聲場(chǎng)能量充足，能夠到達(dá)接收室任何位置，而-6dB 相對(duì)空間變大，使得聲能量不充足，聲波再受空氣阻力影響，能量被衰減，所以測(cè)量存在誤差。經(jīng)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析比對(duì)，筆者認(rèn)為對(duì)超大墻體隔聲量測(cè)量方面，使用1/3 倍頻程之間的功率均差不大于3dB 確定有效聲場(chǎng)測(cè)量空間，以及接收室也在對(duì)應(yīng)的有效空間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量的局部測(cè)量方法是有效可行的。

4 結(jié)語(yǔ)

隔聲量是隔絕外界噪聲的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，隔聲量測(cè)量是放映質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要組成部分。超大墻體建筑構(gòu)件隔聲量的測(cè)量方法研究，是電影行業(yè)首次對(duì)大型攝影棚和巨幕影廳等超大墻體建筑隔聲量測(cè)量方法的研究，該研究將有利于有效規(guī)范和科學(xué)評(píng)估隔聲量的測(cè)量方法和結(jié)果，提升電影行業(yè)的隔聲檢測(cè)能力，同時(shí)也有助于完善高品質(zhì)的放映體驗(yàn)。因此電影行業(yè)建筑和建筑構(gòu)件的隔聲量檢測(cè)技術(shù)的完善對(duì)提高放映質(zhì)量，降低噪聲污染具有重要意義。

本文分析了隔聲量測(cè)量的影響因素，通過(guò)分析背景噪聲、混響時(shí)間、聲源點(diǎn)和接收點(diǎn)的布置和選取等因素對(duì)結(jié)果的影響，借鑒現(xiàn)有規(guī)范，對(duì)小空間和超大墻體空間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，將實(shí)驗(yàn)室測(cè)量、小空間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和超大墻體空間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量三種墻體類型的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析比對(duì)，逐步調(diào)整優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方法和數(shù)據(jù)分析處理，最終制定出一套與實(shí)驗(yàn)室和小空間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果相一致的超大墻體的測(cè)量和評(píng)估方法，為大型攝影棚和影廳的設(shè)計(jì)和測(cè)量評(píng)估提供了科學(xué)借鑒，從而促進(jìn)電影相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)范有序發(fā)展。