噪音控制

噪音控制或噪音緩解是一系列旨在減少噪音污染或降低噪音影響（無論是在室外還是室內）的策略。

## 概述

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噪聲減緩或控制的主要領域包括：交通噪聲控制、建築設計、通過分區法規進行的城市規劃，以及職業噪聲控制。其中，道路交通噪聲和飛機噪聲是最普遍的環境噪聲來源。此外，各類社交活動也可能產生較高的噪聲水平，尤其是在設有擴音設備和音樂表演的娛樂場所附近。這些噪聲不僅會持續影響周邊室內外人群的生活品質，還可能對健康造成影響，並對制定有效的噪聲控制策略帶來顯著挑戰。

已經開發出多種技術來控制室內噪音水平，其中許多做法也受到當地建築規範的鼓勵。在最佳的項目設計情況下，規劃人員應與設計工程師合作，評估道路設計與建築設計之間的權衡取捨。這些技術包括：外牆設計、分戶牆、樓板與天花板構造，此外，對於一些特殊房間，還有多種專門用於降低混響的方法，例如禮堂、音樂廳和娛樂與社交場所。

這些技術中有許多依賴於材料科學的應用，例如建造隔音擋板或在室內空間中使用吸聲內襯。工業噪聲控制是室內建築噪聲控制的一個分支，重點在於採用特定方法來隔離工業機械產生的聲音，並保護工人在工作崗位上的聽力。

聲音掩蔽是指主動加入其他聲音，以降低某些聲音帶來的干擾感，這一概念與隔音正好相反。

## 標準、建議與指南

各個組織都有各自的標準、建議或指導方針，用於規定在必須採取噪聲控制措施之前，工人可以暴露於何種噪聲水平。

### 職業安全與健康管理署（OSHA）

職業安全與健康管理部門的規定指出：當工人暴露8 小時連續小時加權平均值超過 90 分貝（dBA）的噪聲水平時，工作場所必須採取行政措施和/或新的工程措施。

此外，OSHA 還要求控制脈衝噪聲（impulse noise）和衝擊噪聲（impact noise），以防止其峰值聲壓級（SPL）超過 140 分貝。

### 礦山安全與健康管理署（MSHA）

礦山安全與健康管理部門規定：當礦工暴露於超過時間加權平均值 90 分貝（dBA）的噪聲水平時，工作場所必須採取行政控制措施和/或工程控制措施。如果噪聲水平超過 115 dBA，則礦工必須佩戴聽力保護裝置。因此，MSHA 要求將噪聲水平降低至 115 dBA TWA 以下。

在進行噪聲控制決策時，對噪聲水平的測量需要綜合考慮90 dBA 至 140 dBA 範圍內的所有噪聲。

### 聯邦鐵路管理局(FRA)

聯邦鐵路管理局建議：當工人在8小時加權平均值下的噪聲暴露超過 90 dBA 時，應採取措施降低其噪聲暴露水平。在進行噪聲測量時，必須整合各類型的噪聲，包括間歇噪聲、連續噪聲、衝擊噪聲、脈衝噪聲，測量範圍應涵蓋 80 dBA 至 140 dBA 的所有噪聲。

### 美國國防部（DoD）

美國國防部建議應主要通過工程控制措施來降低噪聲水平。DoD 要求所有穩態噪聲必須降低至 85 dBA 以下，脈衝噪聲必須降低至 140 分貝峰值聲壓級（SPL）以下。此外，DoD 的規定不考慮時間加權平均值。

### 歐洲議會和理事會指令

該指令要求通過行政控制措施和工程控制措施來降低或消除噪聲水平。具體規定如下：

· 較低暴露行動值： 8 小時 80 dBA和峰值 135 dB（SPL）

· 較高暴露行動值： 8 小時 85 dBA和峰值 137 dB（SPL）

· 暴露限值：8 小時 87 dBA和 峰值 140 dB（SPL）

這些標準用於指導在不同噪聲暴露水平下應採取的防護措施。

## 控制噪聲的方法

一種有效的噪聲控制模型是由博爾特和英加德 提出的聲源—傳播路徑—接收者模型。有害噪聲可以通過以下方式加以控制：在聲源處降低噪聲輸出、在聲音傳播過程中減弱噪聲（沿傳播路徑控制）和為接收者（聽者）提供防護設備以減少噪聲影響。

### 聲源

有多種措施旨在從源頭減少有害噪聲。例如，「購買低噪設備」計劃以及美國國家職業安全與健康研究所（NIOSH）提出的「通過設計預防」理念，均鼓勵對低噪聲設備進行研究與設計，並採用現代技術對舊有高噪聲設備進行翻新或更換。

### 傳播路徑

通過改變噪聲傳播路徑來降低噪聲的原理，適用於對直接與間接傳播路徑的調整。在光滑地面等反射性表面上傳播的噪聲，可能會造成危害。對傳播路徑的改造措施包括使用吸聲材料（如泡沫材料）、設置隔音牆以形成聲音屏障以及對對現有系統進行改造以降低有害噪聲。此外，還可以設計用於高噪聲設備的隔音罩和讓工人可遠程操作設備的隔離室，這些方法都能有效防止聲音沿傳播路徑傳到工人或其他聽者。

### 接收者

在工業或商業環境中，工人必須遵守相應的聽力保護計劃。例如，通過行政控制措施（如限制人員進入高噪聲區域）來避免不必要的噪聲危害。此外，個人防護裝備（PPE），如泡沫耳塞或耳罩，可用於降低聲音強度，作為對聽者的最後一道防線。

## 基本的噪聲控制技術

· 隔音：通過增加具有質量的屏障來阻止噪聲的傳播。常見材料包括高密度材料，如磚、厚玻璃、混凝土、金屬等。

· 吸聲：利用多孔材料將聲能轉化為熱能，起到類似「吸音海綿」的作用。常見吸聲材料包括解耦鉛基瓷磚、開孔泡沫材料、玻璃纖維等。

· 振動阻尼：適用於較大的振動表面，其機制是從薄板中提取振動能量並將其以熱能形式耗散。常見材料是阻尼鋼（sound-deadened steel）。

· 振動隔離：通過引入柔性元件或物理隔斷，防止振動能量從源頭傳遞到接收端。常見的隔振材料包括彈簧、橡膠支座、軟木等。

## 車道

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對隔音屏障的研究顯示，其在有效降低噪聲污染方面的效果存在差異。電動車和混合動力車有助於減少噪聲污染，但前提是它們在道路車輛中佔有較高比例；即使在城市交通中電動車比例達到 50%，整體噪聲降低也僅有幾分貝，且幾乎難以察覺。如今，高速公路噪聲已較少受到發動機類型的影響，因為在較高車速下，噪聲主要來自空氣動力學效應和輪胎噪聲。此外，降低噪聲源的其他措施還包括20 世紀 70 年代改進卡車輪胎胎面設計、 80 年代加強柴油車排氣系統的隔音處理和對未安裝消音裝置的車輛進行本地監管，這些措施都對降低源頭噪聲起到了一定作用。

在道路噪聲控制方面，最有效的措施通常體現在：城市規劃決策、道路設計、隔音屏障設計、速度控制、路面材料選擇以及卡車通行限制等方面。其中，速度控制尤為有效，因為當車輛以 30 至 60 公里/小時的平穩速度行駛時，聲音排放最低。當車速超過這一範圍後，每增加約 5 英里/小時，噪聲排放會翻倍。而在較低車速下，噪聲則主要來自剎車和（發動機）加速過程。

在車速高於 30 公里/小時的情況下，道路鋪面材料的選擇可以使噪聲水平產生高達兩倍的差異。較為安靜的鋪面通常具有多孔結構、負表面紋理，並使用中小粒徑的骨料；而噪聲較大的鋪面則多為橫向開槽、正表面紋理，並使用較大粒徑的骨料。此外，在選擇鋪面時，還需要同時考慮表面摩擦力和道路安全性等重要因素。

在設計新的城市高速公路或主幹道時，需要對路線走向及道路幾何形態做出多項設計決策。自 20 世紀 70 年代初以來，使用電腦模型來計算噪聲水平已成為標準做法。通過這種方式，可以將對敏感區域（如住宅區、學校等）的高噪聲暴露降至最低。類似的方法也應用於城市軌道交通系統及其他鐵路運輸的規劃決策中。早期採用這類技術進行設計的城市軌道交通系統包括：

· 波士頓地鐵（波士頓，1970年代擴建）

· 舊金山灣區捷運（舊金山，1981年擴建）

· 休斯敦輕軌（休斯敦，1982年）

· 波特蘭輕軌（波特蘭，1983年）

這些案例展示了在交通規劃中引入噪聲預測技術的早期應用。

隔音屏障可應用於現有或規劃中的地面交通項目。它們是對既有道路進行降噪改造最有效的措施之一，通常可以將鄰近區域的噪聲水平降低最多約 10 分貝。由於地形、微氣象條件以及其他特定地點因素會使設計過程變得非常複雜，因此在設計隔音屏障時通常需要使用電腦模型。例如，位於斷續或強勁盛行風的道路環境，可能會形成不利於聲音控制的情況，使隔音屏障的效果大打折扣。

## 飛機

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與道路噪聲類似，在從源頭降低飛機噪聲方面進展有限，除了淘汰 20 世紀 60 年代及更早期的高噪聲發動機設計之外，幾乎沒有重大突破。由於噴氣渦輪發動機排氣具有高速度和大流量的特性，其噪聲難以通過簡單方法加以降低。目前最有前景的飛機噪聲控制方式包括土地規劃、飛行運行限制和住宅隔音。

其中，飛行限制措施可以包括優先使用特定跑道、規定起飛航線及爬升坡度以及設置飛行時間限制（如夜間禁飛），不過，這些措施往往具有爭議，因為它們可能影響飛行安全、運營便利性以及航空公司的經濟效益。

1979 年，美國國會授權聯邦航空總署（FAA）開發相關技術與計畫，試圖為機場附近的住宅提供隔音保護。雖然這顯然對室外環境沒有幫助，但該計畫對於改善住宅與學校的室內環境相當有效。早期應用這項技術的機場包括加州的舊金山國際機場、聖荷西國際機場、約翰·韋恩國際機場以及西雅圖的塔科馬國際機場。

這些技術的核心是一種電腦模型，用於模擬飛機噪聲的傳播以及其進入建築物內部的情況。該模型可以分析不同因素的影響，例如：飛機類型、飛行模式以及當地氣象條件，並同時評估各種建築改造方案的效果。改造措施包括屋頂升級、改善窗戶玻璃、壁爐消音處理、建築接縫的密封處理和其他相關措施，透過這類電腦模型，還可以對多種不同方案進行成本效益分析，從而選擇最合適的降噪策略。

在加拿大，加拿大交通部會為每個機場編制噪聲暴露預測，其方法是使用與美國類似的電腦模型。根據這些預測結果，在被認定為高影響區域的範圍內，通常會限制或不鼓勵住宅用地的開發。

### 吸聲襯板

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飛機發動機（通常為渦扇發動機）會使用吸聲襯板來降低發動機噪聲。這些內襯安裝在發動機短艙的內壁上，包括進氣道和旁通道內部，並利用亥姆霍茲共振原理來耗散入射的聲能。

## 建築解決方案

建築聲學中的噪聲控制措施包括降低室內聲音的混響、減少房間之間的聲音傳遞、加強建築外維護結構的隔音性能。

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在新建或翻修的公寓、共管公寓、醫院和酒店等建築中，許多州和城市都制定了嚴格的建築規範，要求進行聲學分析，以保護建築使用者的環境品質。對於外部噪聲，這些規範通常要求先測量建築外部的聲學環境，從而確定外牆設計所需達到的性能標準。建築師可以與聲學專家合作，在成本效益最佳的前提下，設計出安靜的室內環境（通常目標為 45 dBA）。建築外圍護結構設計中最重要的要素通常包括玻璃（如厚度、雙層玻璃設計等）、多孔金屬（可用於內部或外部）、屋頂材料、密封標準、煙囪消音結構、外門設計、郵件投遞口、閣樓通風口、穿牆式空調的安裝方式，這些因素都會影響整體的隔音效果。

關於建築物內部產生的聲音，主要有兩種類型的傳播方式。首先是「空氣傳導音」，它透過牆壁或地板與天花板組件傳播，可能源自鄰近生活空間的人為活動，或是建築系統內的機械噪音。人為活動可能包括說話聲、擴音系統產生的噪音或寵物噪音。機械系統則包括電梯系統、鍋爐、製冷或空調系統、發電機以及垃圾壓縮機。氣動聲源則包括風扇、氣壓設備及燃燒過程。針對氣動聲源的噪音控制措施包括靜音氣嘴、氣壓消音器以及靜音風扇技術。由於許多機械噪音本質上音量較大，主要的設計要點在於要求牆壁或天花板組件必須達到特定的性能標準（通常為隔音等級 STC 50），這能顯著衰減傳達到住戶端的噪音水平。

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第二種類型的室內聲音傳遞稱為撞擊隔聲等級（Impact Insulation Class, IIC）。這種現象並非由空氣傳播引起，而是通過建築結構本身傳遞聲音。最常見的 IIC 噪聲是來自上層住戶的腳步聲。低頻聲音特別容易通過地面和建築結構傳播，因此這類噪聲更難控制。為了減少這種噪聲，通常需要採取對上層樓板結構進行隔振設計或在下層天花板使用彈性龍骨懸掛，這些方法可以有效降低通過結構傳遞的撞擊噪聲。

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上述兩種聲音傳遞方式（空氣傳播與結構傳播）都可能來自建築使用者，或來自建築的機械系統，例如電梯、管道系統或暖通空調（HVAC）設備。在某些情況下，只需在選擇這些設備時採用低噪音技術即可；而在其他情況下，則需要對設備進行減震安裝，來控制振動傳播。對於管道系統，已有專門的技術規範（特別是供水管道），通過在牆體內對管道進行隔離式固定來減少噪聲傳遞。對於中央空調系統，則需要在可能傳播聲音的風管中設置消聲結構，以避免聲音在不同空間之間傳播。

在設計特殊用途房間（如音樂廳、錄音室、講堂等）時，面臨的挑戰更加複雜。這些空間通常對聲學性能有更高要求，例如現場演出或錄音效果。因此，需要對聲音的混響和反射進行詳細分析，不僅要降低噪聲，還要防止產生回聲。在這些情況下，通常會採用專用的聲學擋板以及吸音內襯材料來消除不必要的聲學影響。

## 已建成建築解決方案

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聲學牆面與天花板面板是已建成建築中常見的商業與住宅降噪解決方案。這些聲學面板可以由多種材料製成，但在商業應用中，通常採用玻璃纖維或礦棉作為吸音基材。例如，礦物纖維板是一種常用的聲學基材；而一些商業用的保溫材料（如用於鍋爐保溫的材料），由於其在減少混響方面效果良好，也常被重新用於聲學降噪用途。理想的聲學面板應該是沒有表面覆層或飾面材料的，因為這些材料可能會影響內部吸音材料的性能。不過，出於美觀與安全考量，通常會在面板表面覆蓋織物或其他飾面材料，以提升外觀。此外，面板的表面處理有時會採用多孔結構的木材或金屬製成，以在兼顧外觀的同時，保持良好的聲學性能。

已建成建築改造的聲學效果，通常會受到可用空間大小的限制。因此，現場安裝的聲學牆板往往需要依照既有空間的形狀進行定製。其做法通常是先將周邊軌道「框架化」成所需形狀，然後填入吸音基材，最後將織物拉伸並嵌入周邊框架系統中固定。這種現場製作的牆板可以靈活地避開門框、踢腳線或其他障礙物。利用這種方法，還可以在牆面或天花板上製作大尺寸面板（通常超過 50 英尺）。

此外，採用雙層玻璃或更厚的窗戶，也可以有效減少來自室外的聲音傳入。

### 工業建築

工業噪聲通常與製造業環境相關，在這些場所中，工業機械會產生強烈的聲音，噪聲水平往往超過 85 分貝。雖然這種情況最為典型，但還有許多其他工作環境，其聲音水平可能在70 至 75 分貝之間，來源可能包括辦公設備、音樂、公共廣播系統，甚至室外噪聲的傳入。無論是哪種類型的環境，只要聲音強度過高或暴露時間過長，都可能對健康產生不良影響。

對於工業設備，保護工人免受噪聲影響的常見措施包括：對設備進行減震安裝、設置壓克力玻璃或其他實體隔音屏障，以及提供聽力防護裝備（如耳塞或耳罩）。在某些情況下，還可以通過對機械本身進行重新設計，使其在運行時減少刮擦、研磨、摩擦或其他容易產生噪聲的運動。近年來，還出現了「寧靜采購」等相關計劃與倡議，旨在減少職業噪聲暴露。這些計劃鼓勵採購更安靜的工具與設備，並推動製造商設計低噪聲產品。

在較為常見的辦公室環境中，可以採用前述的建築聲學方法來控制噪聲。此外，還可以選擇使用噪聲較低的辦公設備型號，特別是印表機和複印機。例如，早期的撞擊式印表機（impact printers）等設備，常會加裝「聲學罩」，即用來降低噪聲的外殼。一些令人困擾（即使音量不一定很高）的噪聲來源還包括照明設備（尤其是較老式的螢光燈）。這些設備可以通過改裝或檢測來判斷是否存在過度照明的情況，這在辦公室中相當常見。如果確實存在過度照明，可以採取減少燈管數量或降低照明使用強度等措施。

此外，在電影拍攝現場，攝影師也可以使用消音罩（sound blimps）來降低攝影機發出的噪聲。

### 商業建築

隨著技術成本的降低，噪聲控制技術不再僅限於表演場館和錄音室，也開始被應用於對噪聲較為敏感的小型商業場所，例如餐廳。像玻璃纖維風管內襯、木纖維板以及回收牛仔布材料等吸音材料，不僅具有良好的聲學性能，還可以作為可承載藝術裝飾功能的表面材料，特別適用於對美觀有要求的空間環境。

透過結合吸音材料、麥克風陣列、揚聲器以及數位處理器，餐廳經營者可以使用平板電腦，有選擇性地控制餐廳內不同區域的噪聲水平。其運作方式是：麥克風陣列收集聲音並將其傳送至數位處理器，然後由處理器控制揚聲器，按需輸出對應的聲音信號，以達到調節環境噪聲的效果。

### 住宅

在20世紀，大多數住宅中的後期聲學處理通常只出現在音樂愛好者之中。然而，隨著家庭錄音技術和音質的發展，人們對於錄音品質與準確性的追求大幅提升，從而使住宅聲學處理變得越來越普及。由此也催生了一個龐大的次級市場：包括自製和家用的聲學面板、低頻陷阱以及其他相關產品。許多小型公司和個人會將工業或商用等級的保溫/吸音材料包覆在布料中，用於家庭錄音室、家庭影院以及音樂練習空間中。

## 城市規劃

社區可以透過分區法規，將產生噪聲的城市活動與需要避免此類不健康暴露的區域分隔開來，並在無法有效隔離的地區建立噪聲標準。由於低收入社區往往更容易受到噪聲污染的影響，這類分區法規的制定通常也被視為一個環境正義（environmental justice）問題。對於混合用途區而言，這種衝突尤其複雜，因此需要特別關注如何保護居民免受噪聲污染帶來的危害。此外，在適用的情況下（例如交通系統建設），噪聲通常也是環境影響評估中的一個重要考量因素。