教育绿色建筑：室内声环境的改善及噪声控制

理想的声学环境需要的声音（如讲话、音乐等）能高保真，而不需要的声音（噪声）不会干扰人的工作、学习和生活。研究声音质量（音质）问题的建筑声学是现代声学最早发展的一个分支，而研究减少噪声干扰的振动和噪声控制则是在20世纪50年代以后，由于工业、交通的发展而建立起来的最新分支。随着城市化进程的加快，噪声已成为现代化生活中不可避免的副产品，其影响面非常广，几乎没有一个城市居民不受噪声的干扰和危害，所以建筑声环境质量保障的主要措施是对振动和噪声的控制。噪声控制的基本目的是创造一个良好的室内外声环境。因此，建筑物内部或周围所有声音的强度和特性都应与空间的要求相一致。

（一）声音的度量和人耳的听觉特征

1.声音的度量

声波从物理学的观点来讲，声音是一种机械波，是机械振动在弹性媒质中的传播，所以也称声波。声波通过空气或其他弹性介质传播时，介质质点只是在其平衡位置附近来回振动。质点每往复一次所需要的时间称为周期，记为T，单位为秒（s）。频率是一秒钟内媒质质点振动的次数，记为f，单位为赫兹（Hz），频率和周期互为倒数。即：

f=1/T

波长是两相邻波对应相同点之间的距离，记为λ，单位为米（m）。

声速是声波在媒质中传播的速度，记为c，单位为米/秒（m/s）。波长、频率和声速之间的关系为：声速是和传播介质有关的函数，因此在不同介质中声速是不相同的。下面为声音在几种常见介质中的速度：空气340m/s；钢5000m/s；松木3320m/s；水1450m/s；软木500m/s。

A=c/f=cT

声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能。声源的声功率指在全部可听范围所辐射的功率，或指在某个有限频率范围所辐射的功率（通常称为频带声功率）。

在建筑声学中，声源辐射波的声功率大都可以认为不因环境条件的不同而改变，并把它看成是属于声源本身的一种特性。

声波的大小或强弱也可用声强来表示。声强为单位时间内通过垂直于传播方向单位面积内的平均声能量，故声强具有方向性，是一个矢量。如果所考虑的面积与传播方向平行，则通过此面积的声强就为“零”。

声波在传播过程中，媒质中各处存在稀疏和稠密的交替变化，因而各处的压强也相应地产生变化。没有声波时，媒质中有静压强，有声波传播时，压强随声波频率产生周期性变化；其变化部分，即有声波时的压强与静压强之差称为声压。

如果人耳能感受的声音的强弱直接用声压、声强或声功率来表示，则其计量范围会过宽，使用中会很不方便；再则声音强弱只具有相对意义，人的听觉系统对声音强弱的响应接近于对数关系，所以工程实践中，通过将声音与选定的某种基准声音比较，并取二者声压、声强或声功率相对比值的常用对数，用于计算该声音强弱的级别，分别称为其声压级、声强级或声功率级。这种“级”的对数标度方法也称为分贝标度，记为dB。分贝标度大体适合于人类对声音响度变化的感觉，用它作为单位度量声音十分方便。

2.与噪声有关的听觉特征

（1）掩蔽效应：人耳在倾听一个声音的同时，如果存在另外一个声音，就会影响人耳对声音的听闻效果，为了保持听闻效果不变，就必须提高所听声音的声压级，这种由于另一个声音的存在而使人耳听觉灵敏度下降的现象，称为掩蔽效应。听阈提高的声压级数量称为掩蔽量，提高后的闻阈称掩蔽阈。因此，在噪声环境下，一个声音要能被听到，其声压级必须大于掩蔽阈。在高噪声作用下，人耳听觉困难，被迫提高所听声音的声压级，会形成不舒适的声环境。

（2）人耳最大、最小闻阈：人耳可以接受的声压级变化范围很大。例如，人耳对中频（1000Hz）的闻阈为0dB，痛阈为120dB；在高声级作用下，人耳就会感到不舒服；130dB左右会引起耳内发痒；达到140dB时，耳内会感觉疼痛。声压级继续升高，就引起耳内出血，甚至使听觉器官永久性损害。

（3）听觉疲劳和听力损失：人耳在高声级环境中保持一段时间，会出现闻阈提高的现象，即听力有所下降。如果这种情况持续时间不长，回到安静的环境中后听力会逐渐恢复。这种暂时性的闻阈提高的现象，称为听觉疲劳。如果闻阈的提高是不可恢复的，则称为听力损失。当人耳暴露于极强的噪声中，还会造成内耳器官组织的损害，导致一定程度永久性听力损失，严重的甚至出现耳聋，这种称为声损伤。人如果长期在噪声环境下生活，还会出现随年龄增加听力逐渐衰退的现象。

暂时性闻阈提高值随声压级提高和暴露时间增加而增大，为避免出现闻阈提高的现象，人耳暴露在噪声环境下不宜声压级过大。一般情况下在250Hz～500Hz时，噪声级应小于75dB；在1000Hz～4000Hz时，噪声级应小于70dB。国际标准化组织建议以85dB（A）～90dB（A）的等效声压级作为不致产生永久性听力损失的噪声级上限。如果长期处于超过90dB（A）的强噪声环境中，听觉疲劳难以消除，就可能造成永久性听力损失。

（二）声音的传播规律

1.声波的反射、吸收和透射

（1）声反射：声波在传播的过程中，遇到介质密度变化时，就会有声波的反射。反射的程度取决于介质密度改变的情况。在室内，房间界面对在室内空气中传播声波的反射情况取决于其表面的性质。

（2）声吸收：声波在空气中传播时，由于振动的空气质点之间的摩擦而使一小部分声能转化成热能，称为空气对声能的吸收。这种能量的损失随声波的频率而不同，当研究声音随距离衰减时，如果传播的距离较远，就必须考虑这种附加损失。在室内空间里，空气对室内界面来回反射的声波的吸收（尤其对高频声）作用也是明显的。

声波透射到建筑材料或部件时引起的声吸收，取决于材料的有关特征及其表面状况、构造等。材料的吸声效率是用它对某一频率的吸声系数来衡量的。而材料的吸声系数是指被吸收的声能（没有被表面反射的部分）与人射声能之比a来表示的。如果声音被全部吸收，则a=1；部分被吸收，则a<1（我们可以从专业书籍中查找到常用建筑材料和特殊吸声构造的吸声系数值）。材料的吸声量与表面面积成正比。

（3）声透射：声波入射到建筑材料或建筑部件时，除了被反射、吸收的能量外，还有一部分声能透过建筑部件传播到另一侧空间去。从入射声波所在的空间考虑，在声波入射到界面后，除了反射波外，其余部分的声能已经不存在了，但是，在消失的能量中，包括被吸收的部分和透过的部分，吸收和透过的部分各占多少比例则因材料的有关特征而异。

2.声扩散

声波在传播的过程中，如果遇到一些凸形的界面就会被分解成许多小的比较弱的反射声波，这种现象称为扩散。声波的适当扩散可以促进声音在室内均匀分布和防止一些声学缺陷的出现。

3.声音的衰减

（1）距离引起的衰减：人们可以感觉到，离噪声源越远，噪声越小；反之亦然。这是因为噪声在传播过程中会衰减。

（2）扩散引起的衰减：声源在辐射噪声时，声波向四面八方传播，波阵面随距离增加而耀大，声能分散，因而声强（或声压）将随传播距离的增加而衰减。这种由于波阵面扩展而引起声强（或声压）减弱的现象称为扩散衰减。

（3）空气吸收引起的衰减：声波在空气中传播，由于空气中相邻质点的运动速度不同而产生黏滞力，使声能转变为热能。声波传播时，空气产生压缩和膨胀的变化，相应地出现温度的升高和降低。温度梯度的出现，将以热传导方式发生热交换，声能转为热能。一定状态下，质子的平动能、转动能和振动能处于一种平衡状态；当有声扰动时，这三种能发生变化，打破原来的平衡，建立新的平衡，这需要一定时间。

（4）由其他原因引起的衰减：当声波在传播途径中遇到障碍和建筑物时，会使噪声降低树木和草坪对传播的声波有一定衰减，树干对高频的声波起散射作用。

4.混响及混响时间(www.xing528.com)

混响是围蔽空间里面的声学现象，人们所熟知的在室内声源停止发声后，可以听到声音的延续就是混响。

在一个围蔽空间里面发出一个短促的声音后，听者首先听到的是来自声源的直达声，随后来自侧墙、顶棚等部位经过一次和多次反射的声音，这些反射声经历的路程相对较长，强度也有所减弱。因此人们在室内听到的是直达声及其紧随其后的、时差很短的反射声系列，在多数情况下，人们感觉到的是直达声的延续，分辨不出是不连续声音的系列。这个过程将一直持续到因吸收使声音减弱到听不见，即混响停止。

如果在室内发出的不是短促的声音，而是一个连续的声音，人们首先听到直达声，其声压级与在户外听闻一样；然而由于还接收到随之而来的反射声波，声音就立即加强了。事实上，声音将由直达声和不同延时的混响声“建立”起来，直到房间对声能的吸收与声源发出的能量相等，这时室内声音的能量达到稳定状态。只要在室内持续发声，室内的声音就保持在一定的声压级，称为室内的稳态声压级。在声源停止发声后，室内的声能立即开始衰减，声音自稳态声压级衰减60dB所经历的时间称为混响时间。

（三）舒适的声环境

舒适的声环境是指无噪声干扰且音质良好的声环境，是舒适并有利于人身心健康的声环境。房间的音质问题主要是针对大空间而言。但对人体健康来说，噪声的危害极大，因此，噪声问题应该是营造健康舒适的声环境的关键。我们除了对需要听的声音要求听得清楚、听得好之外，对于不需要听的声音，特别是噪声，则希望尽可能地降低，以减少其干扰。

在住宅建筑和公共建筑中的办公建筑、商场建筑和旅馆建筑中，我们要营造良好的室内声环境就是要依据我国有关规范，采取有效的隔声、减噪措施，合理安排建筑平面布局和空间功能，减少相邻空间的噪声干扰以及外界噪声对室内的影响等措施。

（四）噪声控制

1.城市区域的环境噪声标准

绿色声环境的首要因素是对人耳听力无伤害，但在规模日益扩大的城市区域内，噪声源的数量和强度都在急剧增加，使市区内声环境恶化，不仅使人们失去了安静的户外活动空间，也给创造健康舒适的室内声环境带来极大的困难。我国《城市区域环境噪声标准》（GB 3096—93）对不同类别的区域的环境噪声标准做了相应的规定，良好的外部环境是我们绿色室内声环境的基础。

2.我国室内环境噪声标准

我国《民用建筑隔声设计规范》（GBJ 118—88）规定了在住宅、学校、医院及旅馆建筑的室内允许噪声级和隔声标准。这些标准都是建筑规范中的“低限”标准，绿色建筑应不小于这些标准，但是也不是标准越严、越高就越好，而是应有“度”，因为绿色建筑更应是节约、与环境和谐共生的建筑。

对于我国居民比较关注的撞击声，国内曾调查过住户对不同撞击声隔声性能的住宅楼板的听闻感觉和满意程度，进而得出楼板计权撞击声压级与主观评价的关系。

规范规定，居住建筑楼板的计权标准化撞击声压级不大于70dB。70dB这个数值约90%的住户认为是可以接受的，但认为满意的住户比例还是很小。

计权撞击声压级不大于70dB只是对绿色建筑住宅楼板的起码要求，并未达到很好的程度，若经济条件允许，应采取措施使住宅楼板的撞击声隔声性能更好一些。例如，120mm厚钢筋混凝土楼板的计权撞击声压级为83dB，在其上铺有弹性垫层的木地板或铺地毯，其计权撞击声压级可降为60dB左右；如果铺较厚的地毯，计权撞击声压级可降得更低，撞击声隔声性能会更好，但是，当在钢筋混凝土楼板上直接做硬质材料面层（水泥、砂浆、地砖、石材）的情况下，若要求其撞击声隔声性能也达到标准要求，就需要在钢筋混凝土楼板上做浮板隔声构造。

为使建筑室内的噪声水平不超过允许噪声级，除了必须提高建筑围护结构的隔声性能外，合理的建筑布局也是非常重要的。对建筑的隔声降噪而言，前者起到“阻止”的作用，后者则发挥“避开”的作用。

对于影剧院，我国在《剧院、电影院和多用途厅堂声学设计规范》中，提出了观众厅和舞台内无人占用时，在通风、空调设备和放映设备等正常运转条件下，不宜超过的噪声限值，这在绿色建筑中也是应起码遵守的。

3.环境噪声的控制原则和步骤

（1）噪声的影响：室内背景噪声水平是影响室内环境质量的重要因素之一。尽管室内噪声通常与室内空气质量和热舒适度相比对人体的影响不那么显著，但其危害是多方面的，包括引起耳部不适、降低工作效率、损害心血管、引起神经系统紊乱，甚至影响视力等。

有国内外声学专家通过调查研究后提出，人睡眠时的安静程度，理想状态是A声级30dB以下，若达不到理想状态，最差A声级也不能大于60dB。

国内曾对住宅室内噪声级住户之间的对应关系做过调查。从北京的调查资料看，当白天住宅室内噪声在45dB（A）以下时，有95%以上的住户觉得比较安静，而从华南、华东、西南等地的调查资料分析，则室内允许噪声级的数值还可略高于北京地区。

根据以上这些调查研究，为使住户有安静、舒适的居住环境，《民用建筑隔声设计规范》（GBJ 118）将居住建筑卧室、起居室的允许噪声级确定为：在关窗状态下白天4dB（A），夜间35dB（A）。显然，上述允许噪声级的数值并非安静程度的理想状态，若技术和经济条件允许，还应从各方面采取措施，使住宅的室内噪声级接近理想状态的要求，尽可能为住户提供舒适的居住环境，规范提出的居住建筑卧室、起居室的允许噪声级相当于规范中较高的水平。

影响室内噪声的因素包括室内噪声源和室外环境。室内噪声主要来自室内电器，而室外环境对室内噪声的影响时间更长，影响程度更大，主要是交通噪声、建筑施工噪声、商业噪声、工业噪声、邻居噪声等。

室内允许噪声级就是规定的一组限值，室内的噪声不超过这组规定的限值时，人们就能有一个相对安静、舒适的室内环境。我们也要注意室内允许噪声级并非客观上的一个绝对标准，要根据建筑用途不同、技术经济的可行性来认定的。例如，人们睡眠时需要的安静程度肯定会高于购物时，因此居住建筑的室内允许噪声级要低于商场的室内允许噪声级。另外，我们还是要本着节约的原则，充分考虑绿色建筑中室内允许噪声级的“度”的问题。

（2）噪声的传播：控制噪声自声源发出后，经中间环境的传播、扩散到达接受者，因此解决噪声污染问题就必须依次从噪声源、传播途径和接受者三方面分别采取在经济、技术和要求上合理的措施。一般噪声控制的措施可以从噪声（振动）源、传播途径和接受者三个层次上实施。从声源控制噪声是最根本的措施，但是使用者一般都难以对噪声源进行根本的改造，在声源处即使只是局部地减弱了辐射强度，也可使在中间传播途径中接收处的噪声控制工作大大简化。如果由于技术上或经济上的原因无法有效降低声源的噪声时，就必须在噪声的传播途径上采取适当措施。首先，在总图设计中应按照“闹静分开”的原则，对强噪声源的位置合理布置；其次，改变噪声传播的方向或途径也是很重要的一种控制措施。另外，充分利用天然地形如山冈、土坡和已有建筑物的声屏障作用和绿化带的吸声降噪作用，也可以起到可观的降噪效果。控制噪声的最后一环是在接收点进行防护。假如在声源及其声波传播途径上采取的噪声控制措施不能有效实现，或只有少数人在吵闹的环境中工作时，个人防护则是一种经济有效的方法，常用的防护用具有耳塞、耳罩、头盔三种。当然，这些个人防护措施也还存在一些问题，比如耳塞长期佩带，会有耳道中出水（汗）或其他生理反应；耳罩不易和头部紧贴而影响到隔声效果；而头盔因为比较笨重，所以只在特殊情况下采用。

（3）掩蔽噪声：必须指出的是，噪声控制并不等于噪声降低。在多数情况下，噪声控制是要降低噪声的声压级，但有时是增加噪声。通常可以利用电子设备产生的背景噪声来掩蔽令人讨厌的噪声，来解决噪声控制的问题，这种人工噪声通常被比喻为“声学香料”或“声学除臭剂”，它可以有效地抑制突然干扰人们宁静气氛的声音。通风系统、均匀的交通流量或办公楼内正常活动所产生的噪声，都可以成为人工掩蔽噪声。

在有的办公室内，利用通风系统产生的相对较高而又使人易于接受的背景噪声，对掩蔽打字机、电话、办公用机器或响亮的谈话声等不希望听到的办公噪声是很有好处的，同时有助于创造一种适宜的宁静环境。

在分组教学的教室里，几个学习小组发出的声音向各个方向扩散，因而在一定程度上彼此互相干扰抵消，也可以成为一种特别的掩蔽噪声。如果有条件，还可以适当地增加分布均匀的背景音乐，使其成为更有效的掩蔽噪声。

4.室内吸声减噪

由于总体布局和其他原因，利用上述环境噪声控制的措施无法实现时，可以在建筑物内装置吸声材料以改善室内的听闻条件和减少噪声的干扰。在室内产生的噪声可以达到一定的声压级，这个声压级与室内的吸声条件有很大的关系。如果室内的界面有足够的吸声材料，则混响声的声压级就可以得到显著的减弱，而且任何暂态噪声也就很快被吸收（就空气声而言），因此室内就会显得比较安静。对于相邻房间的使用者来说，室内混响声压级的高低同样有重要的影响。因为声源的混响声压级决定了两个相邻房间之间的隔声要求，所以降低室内混响噪声既是为了改善使用者所处的空间的声环境，也是为了降低传到临室区的噪声。

在走道、休息厅、门厅等交通和联系的空间，结合建筑装修适当使用吸声材料很有好处。如果对窄而长的走道不做吸声处理，这种走道就起着噪声传声筒的作用；如果在走道的顶棚及侧墙的墙裙以上做吸声处理，就可以使噪声局限在声源附近，从而阻碍走道的混响声声压级。