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    家庭影院音响系统融和美声的声学设计要点及噪声控制相关举措

    来源: 中国环保信息网切记!信息来至互联网,仅供参考2010-04-03 访问:

        在设计家庭影院系统时,你可能想过要使你的系统放声尽量响亮,但你也可能从来没有想到过应尽量使你的家庭影院环境保持寂静。其实,使放置家庭影院的房间尽量寂静甚至比使系统本身放声响亮更为重要。 

        在日常生活里,我们已习惯了房间里面的各种“噪声污染”,诸如看电视和听音乐时伴有电话铃声,家庭成员从另一房间传来的吼叫声,小孩的嬉戏声以及室外来自街道和邻居的各种嘈杂声……等等。要在家里欣赏好一部电影,只有等晚间一切寂静下来才能如愿,但真正到了夜深人静时为了不干扰邻居就不得不将系统的音量放低或戴上耳机,这对全家欣赏影片的声效多少是一种无奈的遗憾。 

        那么有没有什么办法可以避免这些麻烦呢?有,那就是在设计安装家庭影院时就要实施噪声控制技术,也就是要做到室内的声音不外泄,在你用大音量欣赏音乐或观赏电影时,封闭的声音不会影响家里其他成员的正常活动,也不会吵醒已熟睡的孩子,更不会招致邻居上门敲门抗议。噪声控制的另一方面显得更为重要,即要做到尽量不使室外各种嘈杂声串入室内,因为安静的房间可以明显地增加声音感受的动态范围,使你的家庭影院系统的总体声效更为完美。当有外界嘈杂声串入时,就会大大降低声音的质量。 

    一、声音传输的基本特点 
        声音以波动形式的声源为中心向四面八方传播,传播的速度为345m/s。可惜的是,声音本身并不知道该往哪里和不该往哪里传送,它只知道利用一切可用的手段向四方继续传播,它像水流那样无孔不入。通常采用的传播途径是空气,穿过开着的门、窗、过道,甚至还能通过室内的任何泄声点如各种建筑缺口、照明走线系统和门框下方的裂缝等处向室外传送声波。通常声音在无障碍的空气中传播时其强度随距离加倍而下降6dB,因此在1英尺处声强为100dB的声音,在2英尺处为94 dB,4英尺处为88dB…等等。 
        人耳对声音强弱的感觉也是呈对数性的,声音强度提高10dB时,感受到的响度加倍;减少10 dB则响度减半。声音的传播特性还与房屋的结构有关,除空气外,声音还可通过木材、钢铁、水泥和砖石等建筑材料传播。大多数房屋的结构都是用水泥、钢筋、砖块和木制桁架组成的结构网络,网络中任何一种元素会受声浪的激励而发生振动,这种振动也会波及到水泥地砖,这就是砰砰作响的关门声或超低音音箱的隆隆声会从房间的另侧感受到和听到的原因。此外,声音还可以通过通风冷暖管道系统(HVAC)从一个房间传播到另一房间。 

    二、室内噪声的影响 
        房间里的噪声很容易判断,只需要在房间里静坐片刻,这时听到的任何声音都可判作噪声。噪声可以理解为我们所不需要的任何声音。家庭影院系统中最常见的噪声来源有天花板吊扇、视频投影机的冷却风扇、HVAC系统的节气门和室内走动的时钟滴答声等等。这些噪声一般都很容易识别并加以处理,但有许多来自室外的噪声如街上来来往往的车辆发出的交通噪声和街道上的各种嘈杂声、飞机掠过的轰鸣声、登登的脚步声、电话振铃声、洗碗机的水流冲击声以及其他房间电视和音响系统串过来的干扰就不太容易解决好。 
        背景噪声的存在可以妨害你欣赏音乐的细节,例如在影片《Mission:Impossible》中,Tom cruise被悬吊在拱顶房间中的那段场景中,其配伴的声轨实际上是非常寂静无声的,这时任何室内或室外的噪声出现都会毁掉原片中宁静而紧张的氛围。 
        背景噪声还可减少你从系统中感受到的动态范围(最响亮和最寂静之间的声音电平差),有时即使少量的噪声也可能屏蔽掉音乐段落或电影伴音中的纤弱部分,迫使你用增大音量来进行补偿。但这样做的后果往往会在大音量乐段如鼓钹或震耳欲聋的爆炸声出现时造成过大的声音冲击。 
        也许你可以采用更大功率的放大器和更有效的音箱系统来增大你原来的动态范围,但即使要增加3dB这一明显但不算很大的输出就要将原来的功率增加一倍。因此单纯地加大功率或提高效率并不是最有效的手段。实际上,要获得更好的系统性能并不一定非要通过对系统设备进行升级才能办到,你完全可以通过使你的室内音响特性尽可能寂静来相对提高你系统的声音响度。 

    三、噪声的测量     
        要控制噪声,首先要掌握测量噪声的方法。目前大部分音响师和声学专业人员采用噪声标准(Noise Criteria简称NC)分级法来确定房间背景噪声的大小。NC也用来表示该项噪声对人耳听觉的影响程度,NC是以某一噪声等级为参数描述声压与频率之间一系列关系的曲线。 
        人耳的声音感受特性与一台完美的仪器不同,它并不是对周围所有的噪声都能察觉的。人耳的听觉感受最灵敏的范围是500Hz~5kHz,这一范围覆盖了人类说话的全部频率范围。实际上人耳接受低音信息的能力非常差,因此NC曲线图中已考虑了人耳的这一特点。 
        一间用石膏灰胶纸夹板铺设的全隔离的典型卧室,其NC等级在寂静的下午约为35,而一家取得THX认证的公共电影院按要求必须达到30NC以下。如果参照这一标准,打算安装家庭影院的房间,其NC为25是比较合适的设计目标。 
        要深入掌握噪声控制的技巧还必须具备声音传输损失(Transmission Loss,简称TL)及其附属标准声音传输等级(Sound Transmission Class,简称STC)分级标准的有关常识。TL以dB作计量单位,它表示由声音障碍物引起的声级的减少量。举例说,如果在电影院内测得的噪声电平是100dB,在电影院外测得的噪声电平为40dB,则电影院墙体的TL就为60dB。TL的大小是由材料表面物质的特性决定的,它不取决于材料本身的特性。材料的STC指标由类似于NC曲线图的一张测量曲线表决定,它准确表达了所用材料对声音阻挡的好坏程度。作为声障材料的STC值越高,则对噪声隔离的效果就越好。 

    四、安装场所最为重要 
        安装家庭影院的NC-15作为目标虽然很理想但对大多数人来说并不实际或并不经济。其实可以通过仔细选择现有的房间或寻觅新的场所来安装有噪声控制的家庭影院同样可以达到预期的目标。家庭影院应当安装在远离HVAC系统、泵水房或其他有噪声污染设备的另一侧房子里,这些噪声污染设备不仅噪声嘈杂,而且还会随着声音发出强烈的机械振动,通过房屋的建筑结构传送到远处。家庭影院的安装场所还要尽量远离吵闹的厨房、洗衣房和车库。但如果你不是非常频繁地使用车库的话,车库顶上的房间可选择作为家庭影院的缓冲空间。上面的考虑是从家庭影院避免外来噪声干扰的角度出发的,从另一种角度考虑,即家庭影院不干扰其他安静房间的角度考虑时,很明显家庭影院也应尽量选离婴儿室和卧室等幽静的环境。因此对别墅用户来说,考虑上面种种因素后,地下室看来是修筑家庭影院场所的最佳选择。 
        其实还有许多不常用的空间如能善加利用就照样可以收到非常好的效果。例如壁橱、过道和闲置的卫生间都可以作为家庭影院主室的缓冲空间,任何大面积的死寂空间都有利于吸收串入或泄出家庭影院主室的各类声音。 
        最后考虑门框的位置。如果同一房间有两道门,而且开设在面对面的墙壁上,则应将这两道门错开一段距离,不要形成声音的直达通路。房间之间的门框位置也应该错开设置,如图2所示,其目的也是避免声音的直传现象。当然更好的办法是在两个门框之间有一垛墙加以分隔。同样,在墙体的两侧安装电源插座开关、电话和有线电视等附加装置时,应尽量避免安装在墙内的同一根立柱上,以避免声音振动通过立柱的共振传送至相邻的空间。 
        不仅房间的选址极为重要,而且在房间内的设备如何摆放也同样重要。如果家庭影院采用前投影机,而且投影机放在头顶上方时,为使投影机的冷却风扇产生的噪音降低,可将投影机放在消音盒(hush box)中,或者将投影机干脆放在相邻的房间里,通过在墙上挖孔形成的玻璃小窗口,像电影院放映间那样将光束投射至屋内屏幕上来解决噪声问题。如果上述两种办法都不适合你的具体情况,至少可以试一试将投影机放在没有人直接位于它下方的位置上来减少噪声的干扰。同样,也不要将座位放在直接位于HVAC系统回行管道的下方位置。 

    五、重起炉灶的室内静音方案 
        其实,上面各种修修补补的室内静音方案实际上并不能做到真正的静音,因为有许多声音控制技术在原有已铺设了石灰膏胶纸板的房间里很难实施。要做到真正的静音需要从头开始通盘考虑,这时就可以采取一些并不太花钱的措施来改善室内的音响特性。 
        控制空中传播声音的方法归纳起来可分为四类,即破坏法、吸收法、阻挡法和隔离法。这四种方法通常要联合运用。室内的四壁和天花板是这四种声音控制最常用的手段,灰膏胶板是阻止大部分声音泄漏的建筑材料,但这种材料并不能完全阻挡声音的传播。因此毫不奇怪,对声压级远超过100dB的家庭影院来说肯定要另想别法来防止声音的外泄。图3是各类声音经过A加权(符合人耳听音特性的一种频率响应修正法)后的声级表。 
        使用多层灰膏胶板或用5/8英寸厚的灰膏胶板代替1/2英寸厚的同类板材后就可明显地封闭住声音的高频段,但它对低频段并无太大帮助。要取得更好的隔声效果可以对墙体采取分隔措施,这可以防止在墙体一侧的声音通过与墙内立柱的共振传递到另一侧的房间中去,也可以如图4那样将截面为2×4英寸的立柱错开设计或者用中间完全分离的夹层墙体来避免声音的共振传递。 
        隔离声音最好的方法莫过于用空气作垫衬材料的双层墙体。因为声音必须先“穿过”第一层墙面才能达到中间的空气层,然后对空气层进行激励,再将激励后的声音余能传达给第二层墙体,最后送到第二层墙体之外的另一房间空间,这时声音的残存能量虽不能说是完全为零,但也差不多是强弩之末了。地面材料也可采取类似的做法以防止声音振动和噪声冲击的外泄,这对洗衣房或健身室地面噪声的控制尤为有效。 
        在新建房的墙框装好后,最好用吸声材料将空隙填满。吸声材料中玻璃纤维的性能比较上乘,有些厂商还提供有更好的专用吸声材料产品Acoustiblock,这是一种又薄又软的声音阻挡材料,可用在立柱和清水墙体之间。厂商声称每层Acoustiblock可减少声音传送能力26dB,这是一种非常有效的吸声材料。 
        除了墙体本身用上述方法处理之外,墙面上的任何缺口部分诸如电器控制盒、照明开关、门窗和各种气道等均需用吸声材料将任何隙缝填塞起来,可以阻止声音的外泄和内串。在采用壁挂式音箱或天花板音箱的家庭影院中,尤其要注意的是其硕大的安装空隙可以传递大量的声音,这种情况下更要采取完善的隔音处理措施。 

    六、室内门窗和其他设施的隔声处理 
        虽然房间的大门是外泄或串入声音的罪魁祸首,但作为房间来说,用来让人进出的门是必不可少的,因此要对房门进行同样的防泄声处理,门框必须做到有良好的气密性。事实上,房间四周即使有1%的开口率,墙体的隔声能力就会下降一半。Orerly Manufactaring公司提供STC等级为41~49的木制房门和STC为43~57的金属房门,可用来大大减少声音的外泄和内串。 
        窗户除了其正常的采光和换气功能外,也会对声音的隔离带来许多麻烦,而且本身也会时不时地发出嘎嘎作响的偶然噪声。但只要窗户安装时多加注意,就可以使由窗户引起的声音问题得到解决,窗户仍然可以成为一种很有效的声障。由厚平板玻璃制成的双层窗户由于中间充有浓浓的惰性气体,可以说是非常理想的隔声窗户。Overly公司的这种双层窗户其STC值高达37~55。 
        家里安装有中央空调系统时,HVAC系统便成为最大的噪声污染源,尤其是在工作时发出骇人的啸叫声。但通过加大通风道的横截面积和降低气流速度以及加长输气长度和多设置转角便可克服这一弊病。在管道中的流水有时也会造成烦人的噪声,解决这一问题的最好办法是在有家庭影院的房间里禁止装设任何水管经过其墙壁和天花板。如做不到这一点,就必须将水管用隔声材料缠绕起来。 
        最后,对于马路上传来的嘈杂声和交通噪声,可以在屋外种植一些灌木植物作为声音屏障。通常2英尺厚的矮柏树篱可减少声音4dB。 

    七、噪声控制效果的检验 
        采取上述全部噪声控制技术后,还要进行试听,以检验其隔声效果。但为了能正确地进行这种声效检验,还必须拥有一台专业水平的声级表。声级表一般要卖200美元。最便宜的也要花35美元,但这种较廉价的声级表根本无法测量低频段的读数。 
    检验时先将所有设备关掉,包括电子设备,灯光和HVAC系统。用声级表记录一A加权读数,这时读数应在30dB以下属正常。然后把用电设备一次打开一个进行逐个打开后的读数记录,从读数变化来判断哪一设备是重要的噪声污染源。 
        经过训练的安装人员有时采用如Sencore公司的SP295那样的先进测量工具。SP295不仅能记录下50~130dBA范围内的SPL(声压级)详细读数,而且还有其他多种有用的功能如实时分析仪和描绘能量-时间曲线以帮助精确校准你的音响系统。此外,除了能精确地指出造成问题噪声的精确频率外,还可决定房间的NC等级。 
        看电影时最能引起精力分散的因素莫过于听到讨厌的嘎嘎声干扰。窗户、格板上的物品和HVAC系统的通风口等都很容易产生嘎嘎声。同一物件会因多种因素产生不同频率的声音。这些问题要分别对待,有些嘎嘎声用填塞吸声材料的方法就可解决,有些则要彻底更换,也有些只有从室内搬走才能解决。 
        总之,噪声控制是一个很讲究技巧的处理过程,但实施噪声控制后得到的回报还是很丰厚的。做到了将家庭影院房间的隔音问题达到预期目标之后,就可以全天候地用恰当的音量和最佳的音效来播放音乐和电影而不用担心会干扰旁人的安宁。


    噪声控制,噪声治理
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