《现代电影技术》｜电影行业超大墙体建筑隔声量的测量研究

本文刊发于《现代电影技术》2023年第12期

专家点评

随着电影事业的蓬勃发展，高新技术格式电影对摄影棚和放映厅的发展建设提出了更高要求，大型摄影棚和巨幕影厅数量持续增长。例如无锡国家数字电影产业园5G智慧虚拟摄影棚，由中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）和无锡国家数字电影产业园共同打造，是目前国内最大的LED虚拟摄影棚，LED屏长44米，高10米，直径23米，搭建于3000平方米的摄影棚内。摄影棚和放映厅对外界噪声敏感，其建筑构件（墙体、楼板、门窗等）的隔声量应满足设计预期。对常规外墙构件一般采用扬声器矩阵作为声源的方式，针对超大墙体场景该方法不易实施与操作。论文《电影行业超大墙体建筑隔声量的测量研究》研究了电影行业2000平方米以上的摄影棚、巨幕影厅等超大墙体建筑构件的隔声量测量方法，首先在实验室通过混响室法确定常用轻质墙体的隔声量数值和影响因素，进而通过小空间和超大墙体空间的现场测量比较分析，得出一套易于实施与操作的超大墙体隔声量测量方法。该研究填补了电影行业超大墙体建筑隔声量测量方法的空白，不仅可有效服务高新技术格式电影摄制播映基础设施的发展建设，对其他行业相关应用同样具有重要借鉴意义。

——高峰

正高级工程师

中国电影科学技术研究所

（中央宣传部电影技术质量检测所）检测认证北方中心副主任

作 者 简 介

张 辉

中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）检测认证北方中心工程师，主要研究方向：电影检测技术。

中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）检测认证南方中心副主任，主要研究方向：电影技术。

董强国

摘要

本文借鉴现有规范，首先对国内外相关技术规范和测量方法进行调研分析，确定影响隔声量测量和评价结果的关键因素，然后研究建筑构件隔声量的实验室测量方法，获取与现场测量相同墙体结构测量数据。将实验室测量、小空间现场测量和超大墙体空间现场测量三种墙体类型的检测结果进行分析比对，提出一套与实验室和小空间现场测量结果相一致的超大墙体的测量和评价方法，以此为大型影厅和摄影棚的设计和测量评估提供一定借鉴，同时有利于进一步规范和科学评估隔声量的测量方法和结果。

关键词

隔声量；实验室测量；计权隔声量；隔声材料；超大墙体

1引言

随着 中国影视产业的迅猛发展，大型摄影棚和巨幕影厅不断增加，为了保障数字电影制作和放映能够获得更好的声学环境，摄影棚和影院建设机构对超大墙体隔声性能的评估需求愈加强烈。 在此背景下，为更有效提升电影制作的含金量、为声音录制的标准化提供技术保障，进一步完善和统一测量方法和评价标准，提出适用于电影行业超大墙体建筑构件隔声量的测量方法，促进我国电影行业健康良性发展。

数字电影的声音录制和还音场对声环境要求较高，为了控制外部噪声影响，对建筑墙体的隔声效果提出较高的要求，GB/T 19889.3—2005《声学 建筑和建筑构件隔声测量 第3部分：建筑构件空气声隔声的实验室测量》中规定了墙体、楼板等建筑外墙构件的实验室隔声量测量和评价方法，对数字电影相关场所墙体隔声结构的设计和要求具有明确的指导意义。为了能够评判已建成场所的墙体结构是否满足设计要求，需要现场测量结果与实验室数据具有可比性，GB/T 19889.4—2005《声学 建筑和建筑构件隔声测量 第4部分：房间之间空气声隔声的现场测量》规定了两房间之间在扩散场条件下内墙、楼板和门空气声隔声性能的现场测量方法，GB/T 19889.5—2006《声学 建筑和建筑构件隔声测量 第5部分：外墙构件和外墙空气声隔声的现场测量》规定了整体外墙与外墙构件空气声隔声性能的现场测量方法。但上述现场测量方法仅适用于容积小于250m3的房间隔声量的测量，并不适用于大容积房间的隔声量测量，若使用上述规范对较大容积房间隔声量进行测量，与实验室测量数据会存在较大的差距。

隔声量是用来衡量空间外部噪声抗影响程度的物理量，声音从声源传至人耳分为两种传播途径，一是通过墙体构件作为介质进行传播，另一种就是声音激发空气周围震动。通过空气作为媒介，形成声波传至人耳。当声波入射至墙体构件表面时，一部分声音可以被吸收，另一部分声音则可以透过墙体传播到另外一个空间。一般将透射声能定位为Et，入射声能定位为 Ei，Et/Ei就是透射系数。如果隔声性能用R来表示，则R=10lg(1/ 透射系数 )。R的值越大，说明其隔声性能越好。本文针对隔声量实验室的测量方法，研制一套适用于电影行业超大墙体隔声量的测量方法，实现超大墙体隔声量的现场测量，解决实验室测量的限制问题，从而提高超大墙体隔声量检测结果的准确度和可靠性。

2实验设计

2.1 设计思路

为实现对超大墙体构件隔声量的准确测量，从系统设计结构上可大致从如下几个方面考虑：

（1）电影行业超大墙体建筑构件隔声量的测量方法研究，首先对国内外相关技术规范和测量方法进行调研分析，确定影响隔声量测量和评价结果的关键因素。

（2）借鉴现有规范，制定超大墙体隔声量测量和评价方案，然后研究墙体材料隔声量的实验室测量方法，得到相同墙体材料测量数据。

（3）根据现有的隔声量测量方法对小空间现场和超大墙体空间现场进行测量，对超大墙体隔声量的测量方法分别进行验证，将实验室测量、小空间现场测量和超大墙体空间现场测量三种墙体类型的检测结果进行分析比对，逐步调整优化超大墙体现场测量的方法和数据分析处理，最终制定一套与实验室和小空间现场测量结果相一致的超大墙体的测量和评价方法。

2.2 设备选型

为保证测量结果的精密性、稳定性和准确性，该测量使用的设备见表1，软件分析系统为PULSE CPB分析系统，测量设备的精度、量程范围均符合相关的国际标准要求。

表1　测量设备

3测量实施

3.1 影响隔声量测量的因素

影响隔声量测量的因素有很多，比如环境因素中的温度、湿度、气压等都可能会对隔声效果产生影响，混响时间也是影响隔声量的主要因素，如果混响时间过短，会导致声音无法在空间内传播，无法均匀分布，如果混响时间过长，就会有放大声音的作用，进而影响实际隔声效果的评估，所以一般会考虑RT60混响时间，对其标准化声压级差以混响时间进行参考修正。此外除了混响时外，背景噪声也会对测量结果产生影响，测量背景噪声级以保证在接收室的测量不受诸如接收室外的噪声、接收系统电噪声或声源与接收系统间的串音等外部噪声对其隔声效果的干扰，由于吸声、反射的差异，同样的声源，在不同的声场内激发的声能不同，测量声压级也不同。所以接收室测量得到的声能，是透过建筑物的声能受环境影响后的结果，需要进行修正。需要注意的是，以上因素对隔声性能的影响未必是单一因素，往往是复杂的相互影响的结果。因此，本测量方法的研究是保证在环境因素以及测量方法和设备一致的前提下进行的，对不可控的混响时间和背景噪声因素要对其进行修正。

3.2 测量安排

3.2.1 测量条件

（1）声源室声场

声源室应满足1/3倍频程内的声压级允差小于6dB,声源室内的测量信号应该功率足够强且持续稳定，以此来保证声接收室内的声压级要比噪声声压级高10dB以上。

（2）修正背景噪声

为了保证测量结果的准确性，需要控制接收室内的噪声，比如设备产生的噪声和外部空间的噪声等，本底噪声应比接收室内收到的噪声低，接收室测量点上的每一个1/3倍频程频带声压级至少应高于厅内相应频带静态背景噪声10dB以上，如果声压级差小于10dB而大于6dB，对声压级应当根据式（1）进行修正。如果任一频带的声压级差小于或等于6dB，则均采用 6dB差值的修正量1.3dB进行修正。

式（1）中，L为修正的信号级，Lsb为接收室接收的信号噪声，Lb为背景噪声。

（3）接收室声场均匀度

测量接收室的空间平均的均方声压以计算扩散场声功率，其前提条件是接收室的声场是扩散的。所以扩散声场需要保证室内的声能密度平衡，如声能密度处处相同、声能在室内不同方位传播的概率相同以及在室内不同方位达到任一点的声波，其相位是无规的。

3.2.2 不同环境的测量开展

3.2.2.1 实验室测量

实验室测量实施包括两间相邻的声源室和接收室，两室之间有试件洞口，用以安装建筑构件（图1、图2）。两个房间的容积和尺寸不宜完全相同， 声源室容积为130m3，接收室容积为102m3。

图1　混响室平面示意图

图2　混响室试件安装

根据现场测量需要，测试的四种轻质材料分别为：

（1）150mm厚加气混凝土墙，双面抹灰；

（2）双层75mm厚加气混凝土中空50mm，内填厚矿棉毡；

（3）空斗砖墙240mm厚；

（4）120mm厚加气混凝土双面抹灰。

对上述四种材料分别进行实验室隔声性能测量，测量结果见表2，四种材料的隔声频率结果见图3。

表2　四种材料的实验室隔声量测量数据

图3　四种材料的隔声量测量曲线

综合上述实验室测试数据来看，四种轻质材料的隔声量和各频率的隔声性能曲线基本一致。对单一材料来讲，相同密度的混凝土材料，150mm厚的隔声量为43dB,而120mm厚的为40dB，由此看来，空气隔声效果与材料的密度和薄厚有很大关系，按照隔音定律，墙体越厚、愈重，单位面积质量越大，隔声效果愈好。反观240mm厚的空斗砖墙由于密度小，隔声量仅为32dB，双层75mm厚加气混凝土中空50mm，内填厚矿棉毡的隔声量是55dB，结果优于150mm的混凝土及240mm的空斗砖材料，这是由于它采用了中空和岩棉，其内部有大量微小孔隙，使得声波沿着这些空隙传播的过程中，与材料发生摩擦效应，使声能转化为热能而消失殆尽，墙板被声波激发进行扭曲，在一定频段发生了吻合效应，因此具有良好的隔声效果。因此，在双层构件中填充柔软多孔的吸声材料，对增大隔音量具有非常好的效果。

3.2.2.2 小房间的测量

根据整体设计思路，依据声学建筑和建筑构件隔声测量第4部分和第5部分标准，结合实验室测量方法和数据对相同材料墙体的小房间之间的相邻隔墙、外部墙体和楼板隔声性能进行测量，该部分测量旨在对实验室数据进行验证，测量结果见表3，隔声频率结果见图4。

表3　小房间隔声量测量数据

图4　各测量类型对应墙体材料的隔声量测量曲线

综合上述实验室测试数据来看 ，相邻房间之间的公共墙体采用的是双层75mm厚加气混凝土中空50mm，内填厚矿棉毡，隔声量为57dB,临街外墙体采用的是150mm厚加气混凝土墙，隔声量为46dB，而房间顶层楼板用的是120mm厚加气混凝土，隔声量为42dB。从各频点曲线上可以看出各频率结果基本一致。三种测量结果相比，小房间的测量基本比实验室测量数据高1~3dB，由于采用的小房间都是标准的影厅设计，混响时间、背景噪声或扩散声场均符合电影用房相关技术要求，且设计过程中墙体上采用了吸音棉，并做了吸声处理和空腔吸声设计，加上混响时间和背景噪声等因素的影响，所以测量结果普遍高1~3dB与实验室测量数据基本吻合，符合理论基础。

3.2.2.3 电影业务用房超大墙体的测量

本章通过实验室和小房间的测量方法对相同材料的相邻电影业务用房之间隔墙的隔声性能、电影业务用房外墙体隔声性能以及电影业务用房楼板隔声性能进行测量，测量数据见表4，测量点位置、声场的产生、平均声压级的测量和混响时间修正等都是结合现有的国际标准与实验室达到一致。根据实验室的测量结果对其进行验证。

表4　电影业务用房超大墙体隔声量测量数据

从超大墙体测量来看，150mm厚加气混凝土材料的相邻墙体的隔声量为50dB，75mm厚加气混凝土中空50mm，内填厚矿棉毡材料的相邻墙体隔声量为64dB，120mm厚加气混凝土材料的隔声量为48dB。测量数据均远远高于实验室测量和小房间测量，在声源室声场的产生、接收室声场均匀度等一些测量条件一致的情况下，出现这种情况是由于声音能量不足，声场透过墙体，已经损失一部分能量，穿过墙体后以空气作为媒介，形成声波在空气中传播，因为空间太大，声波受空气阻力的影响，传至远端的时候声波能量已经大量损耗，由于接收室传声器采用平均分布测量方法，远端无法接收到测量信号，所以才会导致这样的测量结果。由于该测量方法太复杂，需要采用扬声器阵列方式进行测量，加上测量结果不准确，所以该测量方法不适用于超大墙体隔声量的测量。

3.3 超大墙体区域空间测量方法

由于使用实验室和小房间测量方法对超大墙体隔声性能检测结果与实验室和小房间数据相差很大，所以项目组结合扬声器的指向性和声源室声场产生的原则，结合实验室和小房间测量对超大墙体隔声量进行区域测量。区域测量是指将一个较大的区域划分为若干个小的子区域进行测量，从而提高测量的效率和精度。该研究所采用的区域测量是以相关标准规定的，声源室产生的声音应稳定，并且在测量频率范围内有连续的频谱，声源频率在相邻1/3倍频程之间的声压级差均不大于6dB为原则。拟对被测墙体依据声源室声场产生的原则分为几个区域测量，使用声场声压级差均不大于6dB、4dB和3dB确定测量区域的长度、宽度和高度。比如声压级差均不大于6dB区域原则，是指在传声器高度为6m时比系统总声压级低6dB，长度和宽度也在6m时比系统总声压级低6dB，所以声源室有效区域为6m×6m×6m。根据上述原则对声场声压级均差不大于6dB、4dB和3dB区域范围内的相同材料墙体进行局部测量，接收室也在声源室对应的区域内进行测量，并且符合接收到的噪声量要比本底噪声高10dB为宜，如果低于10dB可不进行修正，如果低于6dB~10dB应当根据式（1）进行修正，如果在6dB以下，应采用6dB差值的修正量1.3dB 进行修正。详细测量结果见表5。

表5 1/3倍频程内允差为-6dB、-4dB、-3dB局部测量结果

通过声场允差确定测量有效空间的方法，分别对声场允差-6dB、-4dB和-3dB的四种材料的墙体分别进行了测量。从上述测量结果来看，使用-3dB的声场允差最接近于实验室测量结果，因为局部测量空间近似于实验室测量空间，声场声压级均差在3dB以内使声场能量充足，能够到达接收室任何位置，而-6dB相对空间变大，使得声能量不充足，声波再受空气阻力影响，能量被衰减，所以测量存在误差。经上述实验数据分析比对，笔者认为对超大墙体隔声量测量方面，使用1/3倍频程之间的功率均差不大于3dB确定有效声场测量空间，以及接收室也在对应的有效空间内进行测量的局部测量方法是有效可行的。

4 总结

隔声量是隔绝外界噪声的重要评价指标，隔声量测量是放映质量评价的重要组成部分。超大墙体建筑构件隔声量的测量方法研究，是电影行业首次对大型摄影棚和巨幕影厅等超大墙体建筑隔声量测量方法的研究，该研究将有利于有效规范和科学评估隔声量的测量方法和结果，提升电影行业的隔声检测能力，同时也有助于完善高品质的放映体验。因此电影行业建筑和建筑构件的隔声量检测技术的完善对提高放映质量，降低噪声污染具有重要意义。

本文分析了隔声量测量的影响因素，通过分析背景噪声、混响时间、声源点和接收点的布置和选取等因素对结果的影响，借鉴现有规范，对小空间和超大墙体空间进行现场测量，将实验室测量、小空间现场测量和超大墙体空间现场测量三种墙体类型的检测结果进行分析比对，逐步调整优化现场测量的方法和数据分析处理，最终制定出一套与实验室和小空间现场测量结果相一致的超大墙体的测量和评估方法，为大型摄影棚和影厅的设计和测量评估提供了科学借鉴，从而促进电影相关基础设施建设规范有序发展。

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主管单位：国家电影局

主办单位：电影技术质量检测所

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