寂静之地

静音房”究竟意味着什么?如何测量“过于安静”?

设想在一个周日的下午,您静坐一隅,享用着一杯可口的饮料,这里静得足以听到远处几只鸟雀的欢快啼鸣,亦或是其它房间电气设备发出的嗡嗡声;您也许会在某图书馆的阅览室里听到往来行人走过铺着地毯的通道时发出的脚步声,又或是食指和拇指轻捻翻页(单页而非两页)时发出的书页特有的滑擦声。某些房间专门具有隔绝外界一切噪音的功能,房间里静得能让您听到自己的心跳声。无论是上面哪种情况,环境噪声的降幅都使观测人员不能再记录下环境噪音值,这也使平常一般不大能听到的声音变得格外明显。您如何测量这种安静程度,尤其是在静到连传声器也不起作用的地步?

“静音房”究竟意味着什么?如何测量“过于安静”?

功能性成为需求的驱动因素

例如,微软87号楼(Waves 5, 2016)内设置的消声室隔绝了某房间的外界噪声,防止出现反射噪声,以消除环境噪声,进而确保仅测量目标噪声,避免数据本身因反射噪声而遭破坏。这些房间均具有吸音性,形成了一个自由声场环境,但并非在一个封闭空间内。因此,可在这个理想环境中精确确定需减少的噪声源。

电影院、剧院和表演大厅等其它类型室内空间的声音处理方式各不相同,其目的是确保观众的特殊聆听感受。主要案例包括由KYD建造的Hahn剧院(Waves 8, 2017),该剧院的声环境确保观众都能感受到影片的预期音效。运用声学处理手段,强化某些音频,弱化或消除其它音频。为确保观众都能听到目标声,处理设施与听众之间不能有任何干扰,即必须消除或减小外界噪声。

各室内空间环境噪声的测量是否有区别?在上述两个案例中,都必须消除外界噪声才能确保鸦雀无声,或者观众必须尽量离目标声源近一些。Brüel & Kjær公司的Vince Rey认为,尽管各个室内空间的声效目的大相径庭,但为确保各自预期功能性所需使用的测量方法则并无不同。


由于认知失调,很多人身处消声室时都会感到不适(可达到心烦和迷失方向的程度),这是因视觉输入和听觉输入不匹配所致。新生儿的父母可能会认为绝对安静再好不过,但大多数人并不这么想。


Vince认为微软87号楼与Hahn剧院的测量要求相似,因为即使是低噪声传声器的本底噪声亦无法保证能获得良好的测量结果。微软大楼明显印证了这一点,Hahn剧院也存在某种风险。相干功率测量法是唯一一种能消除测量过程中热噪声的解决方法。

微软87号楼内的消声室背景噪声级(BNL)为–20.6dB(A),于2015年经吉尼斯世界纪录公布为全世界最安静之处。该消声室配备了Waves 5, 2016。

大客户经理Dave Formenti(图左)与Vince Rey(图右)

打破测量局限性

微软87号楼消声室与Hahn剧院存在同样的问题:如何测量传声器本底噪声限值以下的声音?唯一的解决方案就是采用双传声器相干功率测量法。此法利用两台低噪声传声器从本质上消除测量过程中彼此之间产生的噪声。相干功率测量法的原理就是利用多个声道同时测量同一种声音现象。如果两个传声器传感元件的间距足够短,即可认为二者同时经历完全相同的声压变化。同时,该系统还面临自身所产生的噪声影响(随机电气干扰)。

相干功率集成技术适用于复值数据。集成多个声道间的部分相关信号,有助于增加信号量。不相关部分信号则随着时间的推移逐渐被消除。这意味着随着时间的推移室内噪声(相关信号)将与其幅值真值相结合,而系统噪声(不相关信号)则随着时间的推移逐渐降为零。

此法的目的是关联各个声道间的声压并排除系统噪声。因此,两个传声器是否同时出现可视为声压变化的相同变化,如果没有同时观察到两个传声器的某种变化,则将其视为系统噪声。

研究人员按平衡噪声标准(NCB)测量了Hahn剧院的噪声级,与暖通空调系统(HVAC)相关的6个指标偏高。NCB曲线代表拟占用构筑物内环境噪声级的分贝与频率关系曲线,其中包括HVAC系统噪声。Hahn剧院配备了Waves 8, 2017。

传声器信号关联过程示意图见上。由于传声器的间距很近,从功能层面分析外界噪声将同时出现。因此,正相位(相关)以及随机/系统噪声将出现明显反相位现象,并且随着时间的推移,这种噪声会平均降至零。

出现噪声、振动与声振粗糙度(NVH)?

Hahn剧院出现了一些特殊问题。剧院的室内环境不具吸音性,因此室内产生的任何噪声,甚至心跳声或简单的呼吸动作发出的声响都会破坏测量工作。同时,该剧院将一扇牢固封装在门框内、重达180kg(400lb)的大门作为室内隔音手段之一。无法在剧院内布设一条连接外部设备线缆的同时,关上剧院大门。因此,必须采用遥控法控制测量工作。由于在遥控测量过程中需记录时间,Sonoscout™能很好地控制测量过程,这是一种无需任何额外培训即可操作的多功能无线式NVH工具。一旦数据采集完毕,Vince Rey(协助完成了微软87号楼与Hahn剧院的测量工作)随即远程处理这些数据,从而利用PULSE™ LabShop进行1/3倍频程相干功率分析。

Sonoscout™远程记录时间数据,以供将来数据处理时使用

结果如下:

工程师确认任何设计方案预期值的能力至关重要。通过双传声器相干功率测量法,工程师可确认数据对于传声器下限或低于下限的目标值有效。上述两个案例的噪声值均超过了传声器的限值(即-5dB(A))。另外,Hahn剧院的测量工具通过在特定条件(例如,必须关闭的大门)下作业,启用了有效数据。为确保针对专用室内环境的预期用途获得有效结果,必须能够精确评估专用室内环境:在确保安静程度的同时,确保达到目标声效。

Hahn剧院安装的双传声器


KYD声学工程主管工程师Andrew Steele称,各种工具的组合使用方便了设备安装与测量工作。LAN-XI数据采集系统的布线需求最低,并且利用Sonoscout可实现无线连接并从另一间专用房控制测量工作,这都使他能快速、轻松地采集数据。