发烧友,特别是家庭影院发烧友,平常看片的音量通常接近THX的0参考音量,此时低频声压往往超过110dB,峰值甚至到115-120dB。现在的电影音频混音也越来越倾向于加入更多的低频,特别是25hz以下的低频,比较有代表的,比如《2049银翼杀手》,《哥斯拉》,《世界大战》,《明日边缘》,这些电影的极低频一般会延伸至10hz,在10-20hz低频声压超过110-115dB,给观众提供了更多更强的低频氛围和体感(前提是你的设备,能正确不失真播放这些极低频),但同时如此高声压的低频也给家庭影院的隔音带来了十分巨大的挑战。

  声音的传播途径大致可归纳为两大类:通过空气的空气传声和通过建筑结构的固体传声。在建筑声学中,把凡是通过空气传播而来的声音称为空气声,例如汽车声、飞机声等;把凡是通过建筑结构传播的由机械振动和物体撞击等引起的声音,称为固体声。

  炮发声的低频既可以通过空气传播也可以通过墙体(固体传播),特别是固体声桥未完全切断的时候,一个例子:我家住在四楼,双F113v2活力全开的时候,一楼的单元门都会晃(固体传声),在一楼听到的是轰隆隆声不断(气体传声)。

  如果要隔绝固体传声,最主要的是要去耦合隔绝声桥,最常用的做法是做房中房。类似下图的三种结构。最极致的是浮筑地板+浮筑地板上的框架墙,完全和墙面及天花不接触。

  

 

  第三种结构完全隔绝了声桥,那是不是低频隔音就万无一失了呢?并不是,我们还需要考虑别的 – 空气隔声及隔绝声桥后空气层所带来的共振问题。

  我们先看单层的实体砖墙或者水泥墙,它的隔声性能和入射声波的频率有关,还取决于墙本身的面密度、劲度、材料的内阻尼,以及墙的边界大阻尼条件等因素。比如典型的砖墙的隔音量STC(SoundTransmission Class)及隔音曲线如下:

  

 

  

 

  隔声曲线如下:

  

 

  从图上知道:从低频开始,墙的隔声受到劲度的控阻尼控制劲度控制制,隔声量随频率的增加有所降低;随着频率增加,质量效应加强,在某些频率,劲度和质量效应相抵消而产生共振现象,这时墙的振幅很大,隔声量出现了极小值。单层匀质墙典型隔声频率特性曲线值这一频段的隔声量主要受控于构件的阻尼,称阻尼控制;当频率进一步提高,则质量起到了主要的控制作用,隔声量随频率的增加而增加;当频率到达吻合临界频率f共时,隔声量有一个较大的降低。

  质量定律

  如果把墙看成是无劲度、无阻尼的柔顺质量、且忽略墙的边界条件,则墙的单位面积质量越大,则隔声效果就越好。单位面积质量每加一倍,隔声量可增加6dB。这一规律称为“质量量定律”。另外入射声波的频率每增加一倍,隔声量也可增加6dB。具体可以看下图隔声量曲线。

  

 

  从质量定律可知,单层墙的面密度增加一倍,即厚度增加一倍,隔声量只增加6dB。显然,单靠增加墙的厚度来提高隔声量是不经济的,而且增加结构的自重也是不合理的。但如果把单层墙一分为二,做成留有空气层的双层墙,则在总重量不变的情况下,隔声量会有显著的提高。

  

 

  双层墙提高隔声能力的主要原因是:在两堵墙隔绝了固体连接(声桥)以后,空气层可以看成是与两层墙板相连的“弹簧”,入射声射到第一层墙时,使墙板发生振动,该振动通过空气层传到第二层墙时,由于空气层具有减振作用,振动已大为减弱,从而提高了墙体的总隔声量。

  理想情况下,如果两堵墙完全不接触(去耦合)时,隔音量是两堵墙的隔音量直接相加,比如24cm的砖墙隔音量是40dB,两堵24cm墙,如果隔开,引入空腔,他们的隔音量会有80dB(不过,虽然这种方法看起来非常有效,但是在实际情况中不可能做到一个完全非桥接的空腔。因此,叠加的隔声量将会<80dB(40dB+40dB)。

  既然双层墙及其内部的空气层可以看成是一个“弹簧”,那么它们会有一个固有的共振频率,该频率下,墙体发生共振,放大了声音,隔音曲线急剧下降(我们都吹过汽水瓶的顶部,或者把贝壳举到我们的耳朵上。这是谐振腔共振的两个例子)。下图解释了为什么对不同频率点的消音作用是不同的:某个结构对80Hz、900Hz都有大幅削减,但是对300Hz几乎作用不大,原因是二面墙之间的空气层的共振频率正好是300Hz,也可以把这样的结构看成好比是电气上的一个耦合滤波器,二头都可以滤去,但是共振点的频率会被放大。

  

 

  再来看另外一个例子:

  

 

  砖墙和砖墙上加了石膏板+减震龙骨的结构,该结构在100hz有共振,隔音曲线急剧下降,在该频率附近,隔音效果还不如裸的砖墙。

  共振频率在材料面密度一定,空气层深度一定的情况下,可以通过公式计算出来。就比如不论吹多大劲,苏打汽水瓶始终具有相同的频率或音乐“音符”。要更改频率,你可以加水或者倒掉一些水。

  

 

  双层墙隔声频率特性曲线是双层墙的隔声量与频率的关系曲线如下:

  

 

  图中的虚线表示重量与双层墙总重量相等的单层墙的隔声量,它遵循质量定律。是双层墙的共振频率。在该频率,隔声量很小当f根号2倍f0时,双层墙的隔声量要高于单层墙,并且在f的一些谐频上发生谐波共振,成一系列凹谷。

  双层墙的吻合效应及临界频率取决于两层墙各自的临界频率。当两层墙相同时,两个吻合谷的位置重合,使低谷的凹陷加深;如果两层墙的材料或厚度不同,则两者的吻合谷错开,使隔声曲线上出现两个低谷,使凹陷的深度不大。房间隔音和电路消除噪音的原理和措施是一样的,一级滤波留下的频率奇点,可以再用第二级滤波消除。

  既然我们知道在共振频率下隔音效率会急剧下降,那我们把共振频率降低到我们不大常用的频率,比如10hz以下,情况就会好很多,此时在14hz(共振频率的根号2倍)以上我们都有很不错的隔音效率,基本涵盖了整个家庭影院会用到的频率。如何能达到这么低的共振频率呢?根据公式,主要有:

  可以给系统增加质量。这实质上加重了双墙形成的弹簧系统的质量,减慢了振荡=降低了共振频率。增加的质量比多孔吸音材料更有效。

  可以在空腔内增加松软低密度的多孔吸音材料,这将稍微降低系统的共振点(频率)及提高中高频隔声量。

  可以增加空腔的深度。出于多孔吸音材料同样的原因,空腔中的空气降低共振频率,但是这也不如增加质量有效。

  关于双层墙及空气层的共振频率,我们来看一个有趣的例子 - “三叶效应”:

  下面几组墙体的间隔几乎是一样的,用的材料都是石膏板,有些是两层,有些是一层。区别在于,有些是做成3层结构,留有2个深度比较小的空气层。那他们的隔音效率如何呢?注意看下面的STC数字。最右边和最左边,用的材料,最左边的材料还更多,但是从数字上看,最右边的STC数字更高(STC63),隔音效果更好。

  

 

  原因是双层石膏板+比较薄的空气层,共振的频率更高,会让该频率附近的声音穿透过去,导致隔声效率下降。正确的做法是双层墙中间保持一个较大的空腔,如下图最右边的做法。

  

 

  弹性减力墙为什么能够吸收低频?根据膜/板共振的公式计算,很多弹性减力墙的共振频率落在35-80hz,在一个倍频的范围内吸收效率有60-80%,加上墙体的面积很大,吸音量很可观,对小房间内低频的消散帮助很大。PS:弹性减力墙削峰作用不明显(可以让峰不那么尖锐),但是可以加速消散。有弹性减力墙的房间,往往还需要通过多炮或者Helmholtz低频陷阱去削峰(或者用EQ)。

  推荐做法及案列

  浮筑地板

  

 

  

 

  

 

  如上图,浮筑地板的做法:1)需要隔绝声桥 2)考虑共振频率的影响 – 推荐:水泥层最好厚度要8-10cm,隔绝声桥去耦合的橡胶既要硬度高也要弹性好,或者用可以调节的弹簧(共振频率可以做到5-8hz,完全在我们平时看电影的低频范围之外,见上图)。空腔内需要填低密度的吸音棉。

  墙面及天花板:国内一般原始墙体都是砖墙或者水泥墙,只能在此基础上做弹性减力墙:需要尽量隔绝声桥,连接的橡胶要足够柔软,空腔足够大,封板的材料越厚,密度越高越好。每层板之间可以加隔音胶(比如GreenGlue)增加阻尼(GreenGlue是一种很好的阻尼胶,可以消除轻质材料比如石膏板的共振和吻合效应)。2个做法:

  

 

  

 

  

 

  最极致的做法是浮筑地板上上钢框架,再做墙体和天花板,和外部墙体和天花板完全隔离,如下图:

  

 

  全文完。

  彩蛋:AV圈玩炮公约-不是每个人都能做好隔音的,但是玩AV无炮不欢,不大声压不尽兴。那就尽量在非休息时间开炮,和邻居做好沟通,适当忍让,不过也要据理力争,争取每周能大声压开炮3-4次。但是如果邻居不理解,不答应,让他报警吧!Yeah!