建筑师必备的声学知识（五）

1.1 声学术语体系中有数百个独特的单词、短语与缩写

建筑师不必了解或掌握其中的大多数，但有几个是必不可少且在业界广泛使用的，因此建筑与室内设计（ID）从业者应对其基本含义与应用有所认识。

A. 除缩写外，这些术语/短语还包括希腊字母与符号：分贝（dB）；声压级（SPL）；吸声系数（α 或 alpha）；噪声；降噪系数（NRC）；言语传递指数（STI）；辅音清晰度损失率（%ALcons）；声透射等级（STC）；噪声标准（NC）；以及延时（见图 1.1）。

图 1.1 常用声学术语、缩写、希腊字母与符号一览。

B. 还需将回声、混响与共振加入此列表。因这三者可能是重要且必须掌握的声学概念，将在后面作更详尽的阐述。

C. 无需死记细节，只需知晓这些术语的存在，并熟悉它们在大多数声学讨论中的位置与作用。

1.2 分贝（dB）

分贝是一种广泛应用于音频与声学的相对计量单位，表示为两个数值之比的对数，或一个测量值与 0 dB 参考（阈值）值的对数比。

1.3 声压级（SPL）

SPL 为 sound pressure level的缩写，单位为 dB。人耳听阈的参考声压为 0.00002 帕斯卡（Pa），相当于 0 dB SPL，这是在空气中 1 kHz 时的听阈。

A. 分贝用于将人耳可感知的巨大 Pa 范围压缩为可管理的数值。Pa 是压力单位（见图1.2）。

图 1.2 该 SPL 表展示了我们可能接触的极大 Pa 范围，以及更实用的 dB 表示的 SPL。

B. SPL 属于声场量，采用 20 log 因子，因此经验法则如下：

6 dB 的音量变化大致对应人耳感知的“再响约半倍”或“再轻约半倍”（±1.5 倍）。

10 dB 的音量变化大致对应感知的“两倍响”或“一半响”（±2 倍）。

20 dB 的音量变化大致对应感知的“四倍响”或“四分之一响”（±4 倍）。

1.4 吸声系数（α 或 alpha）

吸声系数表征给定材料在单位面积（平方英尺或平方米）上吸收的声能比例或百分比。其为频率相关值，范围从 1.0（完全吸收，无反射） 到 0（零吸收，全反射）。每种材料的值随频率、入射角及安装方式而变化，α 值由实验测定。

A. 1 平方英尺的 100% 吸声材料，其吸声量为 1 英制赛宾（imperial sabin）。

B. 1 平方米的 100% 吸声材料，其吸声量为 1 公制赛宾（metric sabin）。

C. 注：传统认为吸声系数上限为 1.0 的观点目前正受到挑战。已有约 10 年的实验室研究致力于建立并发布新的 ISO 标准。如成功，将以更准确的吸声常数取代现行的吸声系数。吸声常数将计入因声能在吸声表面折射而产生的额外边缘效应吸声值。

D. 赛宾是声吸收的单位，也是吸声系数的应用子集。在评估综合声学处理方案时，赛宾用于计算所有安装的不同处理材料提供的总吸声量。举例：一块 10 ft、在 1 kHz 下 α=0.70 的材料，其在 1 kHz 提供的吸声量为 7.00 赛宾。

1.5 噪声

噪声是指接收者可听到的任何非期望声音。所有对所需节目内容无积极贡献的声音均属噪声，包括咳嗽、喷嚏、哭声、暖通空调（HVAC）湍流或啸叫、电气嗡鸣或蜂鸣、飞机、公路、火车、电车、工业、商业及/或其他显著的室内活动声。

A. 离散回声与过量混响亦属噪声。

1.6 降噪系数（NRC）

NRC 为 0.0~1.0 的单值指标，描述材料在与语音相关的声谱范围内的平均吸声性能。NRC=0.0 表示物体对中频声音无衰减作用，而是反射声能；反之，NRC=1.0 表示该材料在相当于其二维物理表面积的声学表面积上，对中频声音提供 100% 吸声（单位：赛宾）。

A. NRC 是在 250、500、1,000 与 2,000 Hz 四个倍频程中心频率下，按特定材料与安装条件测得的吸声系数的平均值。

B. 注：因仅平均有限数量的倍频程，NRC 是对涉及音乐或其他低频（LF）内容的声学分析或处理不具实用价值的指标。

1.7 言语传递指数（STI）与辅音清晰度损失率（%ALcons）

A. 言语可懂度直接取决于背景噪声水平、混响时间及房间容积。听到的单词中辅音的丢失或混淆会导致言语可懂度下降。评定言语理解度的方法有多种，其中 STI 与 %ALcons 被广泛采用。

STI 为可懂度的机器测量值，范围 0（完全不可懂）~1（完全可懂）。STI 必须在现场实测，无法在设计阶段预测计算。

%ALcons 表示辅音定义的损失，可在设计过程中预测计算。分值越低，可懂度越高。0% ALcons 表示完美清晰度。学习环境的理想值为 ≤5%。

B. STI 与 %ALcons 本质上传达相同信息，只是计算与表达方式不同。在正确应用时，两者均可使用（见图 4.3）。详见第 10 章关于言语可懂度的讨论。

图 4.3 该图显示 STI 与 %ALcons 如何得出相同的平均意见得分等级，从不可接受到优秀。

1.8 声透射等级（STC）

STC 为整数评级，表征建筑隔断对空气声的衰减能力（见图 4.4）。在美国，广泛用于评定内隔墙、吊顶、楼板、门窗及外墙构造的隔声性能；在美国以外地区，则采用 ISO 声减指数（SRI）。STC 粗略反映隔断可提供的噪声降低 dB 值（见图 4.5）。STC 适用于评估因言语声引起的烦恼度，但不适用于音乐或机械噪声，因为这些声源的 LF 能量高于言语。

图 1.4 该图应作为管理预期的指南。左列 STC 数值（单位 dB）越高，墙体构造阻隔言语频段声音的能力越强。此类表格高度依赖于接收室的背景噪声水平；背景噪声升高时，声隔离的主观感受更佳。

图 1.5 使用不同建筑材料可实现的各类 STC 等级示例。STC 值代表声衰减的 dB 数。

A. STC 与 NRC 属不同评价体系，常被混淆。

STC 用于评估材料或构造可阻隔的声量，适用于评价旨在阻隔房间间声音的隔墙或墙体。

NRC 告诉我们给定材料对中频声音的吸声量，适用于评价旨在提高房间言语可懂度或降低混响时间的产品。

单独实现某一指标的期望值，并不意味着在另一指标上也能获得良好效果，两者互不包含。

1.9 噪声标准（NC）

NC 采用单一数值评定房间的环境噪声水平。它于 20 世纪 50 年代在美国提出，HVAC 行业广泛用于测试办公室等的背景噪声水平。测得的倍频程数据与基于人耳平均听感（即等响度曲线）的 NC 曲线比较，NC 评级为被测噪声谱触及但未穿越的高 NC 曲线对应的值（见图 1.6）。

A. 图 4.7 给出各类常见场所的推荐 NC 与 dBA 目标示例。

dBA 表示对仪器测得的声压级（dB）施加 A 计权滤波，以反映人耳的相对响度感知。这是因为人耳对低频声敏感性较低。

图 1.6 该 NC 图展示一间 NC 43 等级的房间。评级由图中底部所示各频率的实测环境噪声水平决定（隐含 1/3 倍频程分辨率）。因人耳听感非线性，等响度曲线⁵的近似值置于实测噪声之下。在任何给定 NC 线上触及高的频率，决定整个房间的 NC 评级。本测量中，约 5 kHz 的某种啸叫或哨音相对于人耳听感为显著。

图 1.7 各类房间与场所的推荐 NC 等级示例。

1.10 延时

声速很慢，尤其与光速相比。这一点很重要，因为当非同步声音（即相同声音相隔约 ≥30 ms 的延时）出现时，会被听作独立声音，这在多方面造成问题。延时越长，越明显且越严重。

A. 对多数人而言，耳/脑系统可整合 <30 ms 的延时；因此，极短延时（<30 ms）通常与原始声音难以区分，且往往有益。

B. 常见问题延时的典型例子是手机通话：听到自己说话的声音在说出后约零点几秒返回，这是一种几乎相同的延时声。

C. 在中大型房间中，常见情形是因主扬声器无法充分覆盖某些区域，而布设一个或多个点声源扬声器作补声。此类补声扬声器的需求通常源于距离、遮挡及/或不对称或非典型座位布局。所有补声扬声器需精细时间对齐（同步）以消除感知延时。

必要时，若实施得当，额外补声扬声器会显著增加音响系统成本。相对于房间中心线呈镜像对称的座位布局，即大小、形状、饰面、标高及距舞台/平台/声源的距离相等，通常可减少所需补声扬声器数量。

D. 极端案例示例：在未控制回声与过量混响的房间中布设未同步的扬声器延时。借助 %ALcons 计算可在合理精度下预先判定这些问题。