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建築研究簡訊第102期 《專題報導》

內政部頒106年度自辦研究甲等獎-無響室聲場性能驗證與應用之研究

一、研究緣起與背景

噪音無臭無味又不具殘留性,不像地震、火災、洪水、空氣及毒性化學物質污染對人有立即性之影響,以往並未受到太大重視,而近年來隨著國人居住品質的提升,人人皆盼望有一安寧的生活環境,對住宅音環境品質與要求也隨之提高,而依據環保署統計,在104年約28萬件陳情案件中,近九成屬感官可明顯感受之噪音、異味及環境衛生的污染陳情,其中噪音案件約佔35 %,因此有效協助解決噪音問題,可使民眾對政府施政成效明顯有感。

因此本所在防音及建築聲學研究部分,於96~98年間協助標準檢驗局制訂CNS 15160-3「聲學-建築物及建築構件之隔音量測-建築構件空氣音隔音之實驗室量測」等17項國家標準,以提升國內建築聲學國家標準並與國際接軌,98~99年間進行「住宅音環境現況調查與診斷機制研究」,建立住宅音環境現場調查與量測標準作業程序,藉由連棟以及集合(公寓大廈)住宅案例現況調查,包含環境噪音、構造隔音性能及住宅音環境問卷調查,以掌握我國住宅音環境問題來源,於100年進行「建築隔音性能基準及法制化研究」,參考國外音環境管理制度以及國內建築音環境現況與需求,研擬建築技術規則設計施工編防音修正條文草案(第46條及第46條之1~7),送營建署進行法制化作業,並將於明(108)年7月1日全面實施,對於國內住宅音環境品質提升及促進相關產業技術發展有重要貢獻。

綜觀本所前期研究已依照優先順序,逐步針對門、窗及牆之氣傳音隔音、樓板衝擊音與吸音作相當完整研究,並協助研訂國家標準、隔音法規,支援高性能防音綠建材研發驗證,執行成效良好,而噪音源特性,亦為防音重要因子之一,惟有確切掌握基本資料,才能對建築整體音環境有更完整之改善與防治,其性能數據可於無響室環境量測得到。因此,本研究擬在前期建築聲學成果基礎下,探討無響室後續可進行之實驗研究,並進一步透過國內外音源量測標準之解析,研擬CNS標準草案,俾使我國相關量測規範更為完備。

二、研究內容與成果

本研究首先蒐集國內外有關無響室應用於音源性能試驗之文獻,透過國外音源量測標準之解析,作為研擬相關CNS標準草案之參考依據,其次完成本所全(半)無響室聲場性能檢核,包括背景噪音修正量(k1)、環境修正量(k2)等性能評估,並實際選定12件市售資訊或家電產品進行試驗,分析其聲音特性,包括聲壓、聲功率、頻譜分佈等性能,最後綜合規範蒐集、實測試驗及前期研究成果進行分析比較,俾整理提出相關建議,以供後續標準制(修)訂及實驗室認證應用參考,本所全(半)無響室及實驗佈置如圖1~4所示,研究成果摘述如下:

(一)音源聲功率分析:聲功率為音源單位時間發射之聲音能量,其特性與量測距離或位置無關,適合作為產品噪音規範,本研究收集之12件試驗樣本評析結果彙整如表1所示,其中有5件屬於國內環保標章已規範產品,本實驗結果發現不斷電系統、吸塵器等2件無法達到規定噪音值基準,另7件非隸屬環保標章規範產品,其中玩具雷射槍之聲功率位準Lw(A)為83.7 dB(A),尚高於手持式頭髮吹風機環保標章80 dB(A)之基準,似有檢討研訂相關噪音指標管理之需要。

(二)音源聲壓分析:在聲壓位準量測部分,本研究參照ISO 7779規範進行實驗佈置,分別於待測音源之前、後、左、右距離皆為1m處架設4組麥克風,量測其聲壓位準量測Lpi,利用ISO 7779建議之方程式計算得到音源整體平均聲壓位準,本次收集之12件試驗樣本評析結果彙整如表2所示,其數值越大,代表聆聽者感受噪音程度越大。

(三)音源頻率特性及明顯不連續音調分析:本研究收集之12件試驗產品,其頻率特性均有所差異,吸塵器在頻率400 Hz處有突起單一數值;玩具雷射槍噪音頻率在160 Hz、800 Hz及3150Hz各有一個主成分波,本次試驗音源之頻率特性彙整如表3所示,由圖譜初判吸塵器、玩具雷射槍及不斷電系統等有3件試驗產品有較明顯突起單一數值,並將之轉換至快速傅立葉轉換(FFT)圖譜,利用ISO 7779建議之評估方法,進行明顯不連續音調分析,其中吸塵器在頻率444 Hz處之單頻雜訊比()為0.13 dB、玩具雷射槍在頻率819 Hz處之突出率(ΔLP)為4.19 dB及不斷電系統均達不到ISO 7779「明顯」之基準,故本次試驗樣本均無明顯不連續音調。

(四)資料蒐集分析:本研究發現我國現行CNS標準關於噪音量測,主要與工業安全、電機、機械、交通等現場環境之聲壓位準噪音量測有關,至於實驗室量測應用部分主要為聲功率位準量測。但應用於重點科技產業之3C產品等,國內噪音量測標準並未將ISO國際標準CNS調適化,而本所具備之聲學實驗室、量測方法均已滿足國際標準,可嘉惠國家相關重點產業之產品驗證,因此,本研究參考目前3C產業最常引用之ISO 7779標準,將內容轉化為中文,作為後續標準制訂之參考,本研究草擬標準架構如表4所示。

三、結語

本研究已完成本所全(半)無響室聲場性能檢核,並選定12件常見生活資訊或家電產品進行試驗,研究成果可供後續室內噪音源與建築防音技術深入探討,同時參酌國際最常引用ISO 7779完成「聲學-資訊設備及電信通訊設備所產生空氣噪音之量測標準(草案)」之研擬,並送請經濟部標準檢驗局進行法制化作業,期使國內聲音量測相關規範更為完備。

 

表1.不同音源之聲功率位準評析結果

排序

編號

資訊、家電及生活

產品

Lw(A)

dB(A)

Lw(Lin)

dB

環保標章基值

dB(A)

1

SP12

吸塵器

94.7

95.3

76

2

SP04

玩具雷射槍

83.7

84.1

3

SP06

手持式頭髮吹風機

79.7

80.3

80

4

SP05

手持式頭髮吹風機

70.7

70.6

80

5

SP03

不斷電系統

65.8

65

45

6

SP08

桌上風扇

61.8

62.5

7

SP11

除濕機

60.9

65.5

8

SP09

吸入式捕蚊燈

54

58.7

9

SP07

桌上風扇

50.3

52.1

10

SP01

電腦主機

39.8

50.2

45

11

SP02

筆記型電腦

32.4

40.3

12

SP10

光觸媒捕蚊燈

30.4

42.4

(資料來源:本研究整理)

 

表2.不同音源之聲壓位準評析結果

排序

編號

資訊、家電及生活

產品

dB(A)

備註

1

SP12

吸塵器

80.8

 

2

SP04

玩具雷射槍

69.9

 

3

SP06

手持式頭髮吹風機

64.5

 

4

SP05

手持式頭髮吹風機

56.0

 

5

SP08

桌上風扇

46.0

 

6

SP11

除濕機

43.7

 

7

SP03

不斷電系統

42.9

 

8

SP07

桌上風扇

38.3

 

9

SP09

吸入式捕蚊燈

35.5

 

10

SP01

電腦主機

27.5

 

11

SP02

筆記型電腦

21.0

 

12

SP10

光觸媒捕蚊燈

19.1

 

 

(資料來源:本研究整理)

 

表3.不同音源之音源頻率特性評析結果

排序

編號

資訊、家電及

生活產品

頻率特性

備註

1

SP12

吸塵器

頻率400 至10000 Hz之聲功率數值皆高於78 dB,有突起單一峰值在400 Hz

 

2

SP04

玩具雷射槍

在160 Hz 、800 Hz及3150 Hz各有1個主成分波

 

3

SP06

手持式頭髮吹風機

冷風(慢速)切換至熱風(快速)情境下, 頻率在160 至 200 Hz提高數值較其他高

熱風

情境

4

SP05

手持式頭髮吹風機

冷風

情境

5

SP03

不斷電系統

在頻率2000 Hz處有突起單一峰值,高於其它頻率13.4 dB以上

 

6

SP08

桌上風扇

最小轉速切換至最大轉速,頻率在2000 Hz以上提高之數值較其它頻率高

最大

轉速

7

SP11

除濕機

在250 Hz處有突起單一峰值

 

8

SP09

吸入式捕蚊燈

與桌上風扇在最小轉速之情境相當,惟有數個不明顯突起峰值

 

9

SP07

桌上風扇

最小

轉速

10

SP01

電腦主機

100 至 400 Hz 之數值較其它頻率高,在頻率125 Hz處有最大值

 

11

SP02

筆記型電腦

100 至 400 Hz 之數值較其它頻率高,在頻率800 Hz處有突起單一峰值

 

12

SP10

光觸媒捕蚊燈

趨勢與筆記型電腦發出之噪音相當,惟在頻率800 Hz處無對應突起數值

 

 

(資料來源:本研究整理)

表4.ISO 7779標準架構表

規範章節

小節

備註

  1. 適用範圍

 

 

  1. 參考標準

 

 

  1. 用語釋義

3.1 一般定義

 

3.2 聲學定義

 

  1. 符合性要求

 

 

  1. 設備安裝及操作

5.1設備安裝

 

5.2輸入電壓與頻率

 

5.3設備操作

 

  1. 迴響室聲功率位準測定法

6.1概述

 

6.2量測不確定度

 

6.3測試環境

 

6.4儀器

 

6.5設備安裝及操作

 

6.6微音器及聲源位置

 

6.7聲壓位準的測定

 

6.8參考聲源之聲壓位準的測定

 

6.9聲壓位準的計算

 

6.10聲功率位準的測定

 

  1. 半無響室聲功率位準測定法

7.1概述

 

7.2量測不確定度

 

7.3測試環境

 

7.4儀器

 

7.5設備安裝及操作

 

7.6微音器及聲源位置

 

7.7聲壓位準的測定

 

7.8表面聲壓位準的計算

 

7.9聲功率位準的測定

 

  1. 在操作者或在場人員位置之聲壓位準測定法

8.1概述

 

8.2量測不確定度

 

8.3測試環境

 

8.4儀器

 

8.5設備安裝及操作

 

8.6微音器位置

 

8.7聲壓位準的量測

 

8.8聲壓位準之測定

 

  1. 要記錄及報告的資料

9.1要記錄的資料

 

9.2報告的資料

 

10.附錄

10.1 測試配件

 

10.2 量測表面

 

10.3 特殊設備之安裝及運作

 

10.4 明顯不連續音調之判別及評估

 

10.5 脈衝噪聲之評估

 

 

(資料來源:本研究整理)

 

圖1.本所全無響室

 圖2.全無響室實驗佈置

                                                       

圖3.本所半無響室

圖 4.半無響室實驗佈置