2017星光燦爛畢業季

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穹頂聲聚焦現象

及其解決方案探究

陳盛玉文

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論文亮點

本文研究了聲聚焦現象的發生機理, 針對某乘用車造型中心穹頂建築聲聚焦缺陷，通過廳堂室內音質的計算機模擬預測，具體採用不同聲學特性的吸聲材料和不同擴散面積的擴散面對其聲聚焦現象的變化進行對比分析，提出合理的改造措施及施工方案，完美的解決了乘用車造型中心穹頂建築聲聚焦現象。論文工作可以為各類球形/半球形建築可能存在的聲聚焦現象的解決，提供一定的實際工程參考。

引言

乘用車造型中心用於新品展示功能，在建築初始設計時，設計師為了展示品牌形象，力求給人們留下深刻的印象。在設計上著重追求新、奇、特的建築形象，大量運用凹凸的曲面造型和流線造型。建築從外表看上去是一個拋物面形的「大鍋」反扣在地面上，平面看上去為一圓形，直徑為29.2m，高度為12m。如圖1所示。此展廳在設計之初由於沒有考慮聲學設計，導致施工完成後，無法投入使用，需要進行二次改造。

圖1乘用車造型中心實拍圖

乘用車造型中心存在問題分析

乘用車造型中心存在的聲學問題,經分析主要有:

1) 混響時間較長

2) 語言清晰度較差

3) 聲聚焦聲學缺陷

1）展廳內部具有良好的語言清晰度，滿足業主和客戶的聽聞要求；

2）改善聲聚焦缺陷；

3）降低室內背景雜訊；

4）聲學設計改造措施滿足室內裝飾要求。

設計目標

工程具體實施方案

聲線分析

圖2乘用車造型中心平面（左）剖面（右）聲線分析圖

由平面和剖面的聲線分析圖可以直觀的看到該建築存在明顯的聲聚焦現象。

計算機模擬

在計算機模擬之前根據CAD繪製模型圖，如圖3所示。模型工作完成後，再使用CATT-Acoustics進行聲場模擬計算。

圖3乘用車造型中心3D模型圖

展廳在進行展覽時，可能存在的聲源點不止一處，因此形成的聚焦點也不止一個點，為了說明所有聲源發出的聲波所形成聚焦點的普遍性，我們嘗試了不同聲源點的坐標進行模擬，圖4給出的是頻率為500Hz時的模擬結果。

圖4 不同聲源點時的模擬圖

過上圖對比可知，選擇不同聲源點時，所對應形成的聚焦點都是相對於其中一條直徑對稱。因此，我們在下面的探究過程中只選擇其中一點進行探究。

1.頂部採用不同吸聲處理後的計算機模擬結果分析，地面聲學特性參數和門的聲學特性參數如表1，表2所示。

圖5給出的頂部材料分別採用吸聲係數為0.5、0.7和0.9，頻率為500Hz時的典型聲壓級圖。

圖5 頂部材料不同吸聲係數頻率為500Hz聲壓級圖

從圖5中我們可以看出，材料吸聲係數為0.5時存在較明顯的聲聚焦現象。當材料吸聲係數增加到0.7時，聲聚焦程度稍微減弱，但依然存在。而採用吸聲係數為0.9時，聲聚焦現象得到有效改善。

2.頂部採用不同擴散處理後的計算機模擬結果

首先我們設定頂部吸聲材料吸聲係數一致。在這裡需要說明的是，擴散處理的計算機模擬分析對比過程中，我們發現頂部材料的吸聲係數設定為0.5，更能直觀的看到不同面積的擴散體對於聲聚焦影響的明顯變化。

地面的聲學特性參數和門的聲學特性參數如表1，表2所示，穹頂壁面的聲學特性參數，見表3。

圖6給出的頂部擴散區域面積直徑分別為8m、10m和12m，頻率為500Hz時的典型聲壓級圖。

圖6 頂部材料不同擴散面積處理頻率為500Hz聲壓級圖

從圖6中我們可以看出，頂部擴散區域面積直徑為8m時存在較嚴重的聲聚焦現象。當擴散區域直徑為10m時聲聚焦現象有所改善，但是仍有微弱的聲聚焦現象存在。擴散區域直徑為12m，聲聚焦缺陷得到較大的改善，聚焦現象影響微弱。

3.具體改造措施

1）根據模擬結果對比分析，決定將原吸聲材料進行替代為AGG無縫強吸聲材料。增加原有吸聲層的吸聲係數，提高吸聲性能，從而減少反射聲，縮短混響時間，由原來的吸聲係數NRC0.7增加到NRC0.9。

2） 頂部懸掛具有吸聲和擴散功能的反括弧結構，聲能在吸收的同時，剩餘的聲能有效的擴散開去，聽聞上改善聲聚焦現象。反射面積的大小不好界定，太大了會造成浪費，太小了又擔心反射不足，通過採用直徑分別為8米、10米、12米三次模擬結果顯示直徑10米的反射板為最合適的尺寸，所以最後安裝反射板直徑確定為10米。

3）完工後在地面鋪設地毯，擺放傢具和展示物品，由於地面和物體之間對聲波的散射作用，也可以起到一定程度上的聽聞改善。

音質測試結果

由表4改造前後聲學指標對比表可以看到改造後展廳內部的中頻混響時間為1.2s， 語言清晰度良好。背景雜訊也由原來的45.1dB降到了41.8dB。無明顯的聲聚焦、回聲等聲學缺陷，裝飾效果美觀、簡潔、大方。乘用車造型中心聲環境得到了有效的改善。

論文指導老師：

張學勇

郎宇福

畢業寄語

青春散場，我們等待下一場開幕。等待我們在前面的旅途里，迎著陽光，勇敢地飛向心裡的夢想；等待我們在前面的故事裡，就著星光，回憶這生命中最美好的四年，盛開過的花……

注: 文章內容為安徽建築大學聲學專業畢業生原創，任何未經授權盜用轉載將追究其法律責任

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