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研究生: 馬發鑫
Ma, Fa-Xin
論文名稱: 板膜複合共振吸音體之產品開發
Product Development of Combination Panel-Membrane Resonant Absorber
指導教授: 蔡耀賢
Tsay, Yaw-Shyan
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 83
中文關鍵詞: 板膜複合共振低頻吸音設計室內聲學改善
外文關鍵詞: Panel-Membrane Resonant, Low Frequency Absorption, Improve Room Acoustic
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  • 室內聲學設計中迴響時間一直是頗受關注的熱點,過去長期一直認為低頻(125-250Hz)、中頻(500-1000Hz)迴響之比決定廳堂的豐滿度,低頻迴響時間需高於中高頻;然而近年研究則提出低頻時間過長遮蔽了對清晰度極為重要的中、高頻,最終影響語言清晰度(C50)或音樂清晰度(C80),提出應加強對室內聲學中的低頻阻尼和迴響時間的控制。
    改善空間低頻問題的吸音材料,可大概分為「穿孔板共振」、「薄膜共振」、「薄板共振」、「微孔板共振」、「亥姆霍茲共振」5類。 如果直接在空間中處理低頻問題,二次改造將將佔用大量的空間及其成本;本研究旨在利用「穿孔板共振理論」結合「薄膜共振理論」開發一種新型的「板膜複合共振吸音體」改善空間低頻問題。
    目前研究分為兩個階段,分別為「產品開發」與「模擬實場應用驗證」。「產品開發」階段以單一穿孔金屬板和油畫布料進行結合和結構變化,瞭解其吸音性能,實驗結果數據表明:在10cm邊框其低頻250Hz吸音率最高達0.75,在500Hz最高吸音率達0.76;在20cm邊框其低頻125-250Hz吸音率最高值分別達0.8和0.75;呈現出以20cm邊框設計的「板膜複合共振吸音體」能在低頻段吸收達到最好效益。
    「模擬實場應用驗證」階段前期將利用格致堂聲學實測,針對空間存在低頻時間過長的聲學問題,後期以聲學模擬軟體(EASE)分析後擬定改善策略後,利用不同的「板膜複合共振吸音體」組合改善策略探討其性能差異。
    因此,本研究目的在開發一種性能較佳、成本較低、美觀性的低頻共振吸音器;預期就為小型空間及其歷史空間改良低頻干擾提出新的策略以達到適合語言和音樂用途的迴響時間和語音清晰指標。後期可以加入實場驗證和針對開發階段進行再次深化,如:針對油畫布上漆和改變穿孔板密度探討其性能差異。

    Reverberation time has always been a hot topic in the architecture acoustics design. Reverberation time on the low frequency was too long, means that might lead to poor clarity and listening quality of musicians and audiences. In addition, the difference between the low frequency and high frequency reverberation time is too large, and this situation usually causes high frequency sound being masked by low frequency sound.
    The purpose of this study is to develop a new type of combination panel-membrane resonant absorber to improve the spatial low frequency problem by the perforation panel resonance theory and membrane resonance theory. It is divided into two stages including product development and real field application simulation verification. In the stage of product development, the single perforated metal plate and canvas are combined and the structure is changed to understand their sound absorption performance. The experimental results show that the highest sound absorption coefficient for 10cm frame is 0.75 at 250Hz and 0.76 at 500Hz; the highest sound absorption coefficient for 20cm frame is 0.8 and 0.75 respectively at 125Hz and 250Hz; the designed combination panel-membrane resonant absorber at 20cm frame can achieve the best absorption effect in the low frequency range.
    In the stage of real field application simulation verification, for Ge-Chi Hall has the acoustic problems with too long low frequency, different combination panel-membrane resonant absorbers are used in sound field simulation software (EASE) to draw up improvement strategies and explore the performance differences. According to the results, the results of simulation showed high correlation with field measurement, which can be used for propose the acoustical improvement strategies, the combination panel-membrane resonant absorber had a good effect on absorbing low-frequency reflection sounds. If based on the performance of low-frequency absorbing, it is recommended to S1C3_B4. If based on the performance of decoration and cost, it is recommended to S2C3_B4.

    第一章 緒論 1 1-1研究背景與動機 1 1-2研究目的 2 1-3研究範圍 3 1-4研究流程 3 第二章 文獻回顧與相關理論 5 2-1空間迴響時間設計概況 5 2-1-1 不同空間迴響時間概述 5 2-1-2 不同空間迴響時間設計 8 2-1-3常見音質設計要求 11 2-2共振吸音體相關文獻研究 14 2-2-1 常見吸音材料及吸音結構特性 14 2-2-2常見共振吸音體之原理 15 2-2-3共振吸音體之相關研究文獻 18 第三章 研究方法 21 3-1 吸音性能量測及評估方法 21 3-1-1 CNS與法規基準 21 3-1-2 吸音性能量測方法 22 3-2 板膜複合共振吸音體之產品開發 23 3-2-1板膜複合共振吸音體之設計 23 3-2-2板膜複合共振吸音體第一階段實驗 24 3-2-3板膜複合共振吸音體第二階段實驗 25 3-2-4板膜複合共振吸音體第三階段實驗 27 3-3實驗室環境與量測概要 29 3-4格致堂之聲學性能調查 31 3-4-1對象說明 31 3-4-2實驗場所基本條件 32 3-4-3客觀聲學參數 34 3-4-4量測方式 34 3-5 聲學軟體分析 38 3-5-1聲學分析軟體EASE 38 3-5-2模型之建立與分析 38 3-6 格致堂聲學改善之驗證 40 第四章 產品開發結果分析 41 4-1實驗結果概述 41 4-2實驗階段量測結果 44 4-2-1第一階段量測結果討論 44 4-2-2第二階段量測結果討論 45 4-2-3第三階段量測結果討論 46 4-3小結 47 第五章 模擬實場應用驗證 51 5-1現場實測結果分析 51 5-1-1背景噪音 51 5-1-2聲壓級與聲壓分布 51 5-1-3迴響時間之結果與評估 52 5-1-4語言清晰度值C50之結果與評估 53 5-1-5實測結果小結 53 5-2現況聲學與EASE模擬比對 54 5-2-1模擬實測驗證比對 54 5-2-2模擬比對小結 54 5-3改善策略 55 5-3-1改善策略之流程 57 5-3-2現況裝修之調整 58 5-4模擬改善策略之評估 59 5-4-1第一階段Case 1改善方案模擬 60 5-4-2第一階段Case 2改善方案模擬 62 5-4-3第一階段Case 3改善方案模擬 64 5-4-4第二階段Case 1改善方案模擬 66 5-4-5第二階段Case 2改善方案模擬 68 5-4-6第二階段Case 3改善方案模擬 70 5-5模擬改善策略結果討論 72 5-6改善策略小結 74 第六章 結論與建議 75 6-1結論 75 6-2後續研究與建議 76 參考文獻 77 附錄一、第一階段Case 1改善方案結果 81 附錄二、第一階段Case 2改善方案結果 81 附錄三、第一階段Case 3改善方案結果 82 附錄四、第二階段Case 1改善方案結果 82 附錄五、第二階段Case 2改善方案結果 83 附錄六、第二階段Case 3改善方案結果 83

    (一) 中文文獻
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    下載圖示 校內:2021-09-01公開
    校外:2021-09-01公開
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