开放式办公室声环境的分析与设计

唐凤台，Chen Khin Fai

(广州声博士声学技术有限公司，广东 广州 511447)

1 引言

自20世纪50年代初，德国Quickborner Teams提出开放式办公室的理念后，到70年代开放式办公室在全球范围内得到了广泛的应用[1]。开放式办公室基本是以低矮的隔断组成小隔间分隔大空间的形式存在，在这样的公共空间里，小隔间会被拟定为私密空间或公共空间与私密空间的过渡空间，人们对该空间有较强的控制性，往往表现在更能明确公开信息与私密信息的认知，防止语言信息泄露和渴望免受他人语言干扰。相关研究人员曾通过问卷调查的形式得知语言私密不足是开放式办公室中最严重的干扰因素[2]，即开放式办公室的声学环境设计，主要是解决语言私密度问题。而并不是室内声学重点关注的混响时间这一声学指标，因为假设开放性办公室的声场是完全扩散的，顶棚使用NRC(Noise Reduction Coefficient，是250 Hz～2 000 Hz的1倍频程4个频段的均值)大于0.40的吸声材料，根据伊林公式计算，得到的混响时间值很容易达到规范规定的小于0.6 s，但是实际声学结果多半是不尽人意的。此外，环境噪声作为我国的第二大污染源，对开放式办公室的声环境也是一大主要影响因素，尤其是其坐落在交通便利的地段，以低频为主的交通噪声往往能穿过隔墙达到室内。本文将通过隔声和吸声的措施围绕开放式办公室的两大主要声学问题即语言私密和噪声进行分析与设计。在很多建声项目中，人的某种行为，杂物的摆放等或多或少都会对声能产生影响，对于随意性过大的因素其研究意义不大，本文主要从可控的，或符合普遍性的因素出发。

2 开放式办公室语音私密度设计

语言私密度指的是私人谈话可被他人无意听到的程度。语言私密度的评价指标有AI(Articulation Index，清晰度指数)、STI(Speech Transmission Index，语言传输指数)、RASTI(Rapid Speech Transmission Index，快速语言传输指数)、SII(Speech Intelligibility Index，语言可懂度指数)[2]。AI是美国国家标准化组织(ANSI)于1969年提出，是最早的评价建筑的语言私密度指标，计算简单，是将每个频段的信噪比乘以特定的权重系数累计相加得到，精确度较低。私密度指数PI(Privacy Index)与AI的关系为：PI=(1-AI)*100%。STI是20世纪70年代提出，对应于国际电工委员会标准IEC60268-16，考虑了混响时间、背景噪声等房间的各个客观指标，正确计入了特别是混响引起的失真，是否平滑等，为国际普遍接受。RASTI的原理与STI相同，是一种快速厅堂状况的方法，假定系统在整个语言声频响平滑，掩盖了对许多房间声学效用的探讨。SII对应于ANSI S3.5标准，是ANSI于1997年提出，与STI的计算框架模型类似，具有一定的抗系统失真能力，其测量频段范围更广泛，结果精确度更高。目前世界各地普遍用STI评价指标，美国及少数国家使用SII[3]。语言私密度等级为通常分为三类：常规、私密和过渡。常规的语言私密度是指能听到相邻隔间的声音，但只要不注意就听不清楚，提高声音一般就可以听清，私密的语言私密度是指能听到相邻隔间的声音，但听不清，听不懂，过渡的语言私密度等级也就是最小或临界的私密度。其对应的客观评价指标见表1所示[4]，数值范围为0～1，0表示完全听不懂，1表示完全听懂。开放性办公室环境可接受的语言私密度等级为常规级和机密级。

表1 语言私密度等级的客观评价指标

语言私密度等级STI、RASTI、SIIAIPI机密级<0.10<0.05>95%常规级≤0.20≤0.15≥85%过渡级<0.40<0.35>65%

声学系统主要由声源—传播路径—接收者组成。开放式办公室中的主要声学系统见图1所示。声音主要来自相邻办公桌的人员，其强度是随机的，不可控制的，所以要实现语言私密设计，主要是阻隔声音的传播路径，和最大程度的衰减声能。

2.1 隔板的设计

低矮的隔板作为开放式办公室的关键构件在阻断声音传播路径起着重要作用，可以有效地减少直达声能，但是不宜对隔板做过多的隔声处理，因为低频声衍射能力强，而且在声音未被围闭的情况下，存在短板效应。Bradley曾经通过实例研究发现，隔板的STC(Sound Transmission Class传声等级)为15 dB时，就能满足大多数情况下的要求，STC达到20 dB时，能提供足够的私密度，当其超过25 dB时，其作用变化不大[5]。此外隔板的高度也要满足一定要求，隔板的高度要和天花板的吸声系数以及隔间的大小结合起来考虑，其关系见图2[6]所示。为了进一步衰减声能，隔板也要做吸声处理包括隔断的边缘，附上吸声材料可以有效地减少衍射和反射声。目前运用于开放性办公室的吸声材料，宜采用在整个语言频段内都有较高的吸声系数的材料，吸声系数指标可以用SAA(sound absorption average)表示，SAA是250Hz～2500Hz的1/3倍频程的11个频段的均值。隔板材料的SAA不能小于0.60[7]。

2.2 天花板的设计

在隔板未封顶情况下，增高隔板的高度，尽管衍射声能得到显著减少，但能量较大的一次反射声还继续存在，天花板作为开放式办公室的最大反射面，给天花做强吸声处理，可以对声能的衰减起着关键作用。如果只考虑吸声材料的4个频段，则NRC至少为0.9[7]。天花板的处理可以把吸声材料直接铺设在其表面，也可以采用吊顶的形式处理。3m x 3m的隔间的隔板高度与天花SAA的组合得到的语言私密度情况见图2所示，阴影区域的SII≤0.20为可接受的语言私密的隔板高度与天花组合，可见天花SAA为0.95，隔板高度至少要达到1.6 m，才能满足常规的语言私密度要求。对于2 m×2 m的隔间，语言私密度会相对下降，SII等级会相对应增加0.05，要达到常规语言私密度要尽可能增大天花的SAA和隔板高度。如果隔间的尺寸再继续减小，则开放性办公室将无语言私密度可言。

2.3 其他面的设计

墙面也是一个较大的反射面，要尽可能对墙面做吸声处理。对于地面要铺设地毯，虽然地面的吸声量对语言私密度影响很小，但是铺设地毯有利于减少地面的撞击声以及活动噪声通过隔间面板的底部缝隙传播。

2.4 布局的设计

人讲话时是带有方向性的，在讲话人正前方140°范围内的声压级较高。为防止声能的交叉传播，引起私密度的下降，要对办公室的隔间入口以相互错开的形式分布，开放性办公室语言私密度不同等级的布局情况见图3[7]所示。

2.5 电子声掩蔽系统

在环境噪声很低的情况下，语言私密度难以得到保证。但是如果环境噪声较高，那么人们说话的音量会随之提高。所以环境噪声应该控制在一定的范围之内。在开放性办公室中使用电子声掩蔽系统目前已经是一个相对成熟的领域。通常采用多个扬声器播放掩蔽噪声的形式，掩蔽噪声调节成听起来像通风系统的声音，最佳声压级为45 dBA，最大声压级为48 dBA，声场不均匀度控制在3 dBA以内[4]。

3 隔声设计

隔声目的是防止受办公室外面的噪声影响。GB50118-2010《民用建筑隔声设计规范》对办公室的外墙、外窗和门的空气声隔声分别做出了规定，见表2所示。

表2 办公室的外墙、外窗和门的空气声隔声标准

构件名称空气声隔声单值评价量+频谱修正量/dB外墙计权隔声量+交通噪声频谱修正量Rw+Ctr≥45临交通干线的办公室外窗计权隔声量+交通噪声频谱修正量Rw+Ctr≥30其他外窗计权隔声量+交通噪声频谱修正量Rw+Ctr≥25门计权隔声量+粉红噪声频谱修正量Rw+C≥20

办公室外墙的隔声设计通常是龙骨加棉加隔声板，这种做法基本能满足标准要求。本次设计是基于insul建筑声学模拟软件，采用的隔声板体密度为1 291 kg/m3，杨氏模量为8.10 Gpa，阻尼系数为0.035，各向异性系数为0.035，最终得到Rw+Ctr为51 dB，见下表3所示，表4为得到各频段隔声量情况。对于周边设有如KTV、酒吧这样的娱乐场所，要达到更高的隔声量要考虑使用隔声减振器。

表3 龙骨加棉加隔声板隔声量

结构1 m×180 mm 空心砖 + Steel Stud (0.55 mm) + 75 mm fibreglass (10 kg/m3) + 1 mm×16 mm 隔声板Rw56 dBC-1 dBCtr-5 dBRw+Ctr51 dBSTC57 dBOITC47 dBfo(共振频率)41 HzρA(表面质量)183.4 kg/m2t(总厚度)271 mm2D: 3D:

表4 隔声量频段值与曲线

f /HzR/dB502463238031100381254316041200422504531548400505005363055800581 000601 250611 600622 000792 500833 150874 000905 00094R/dB25404452596789

建筑构件中隔声最弱的构件对整个建筑空间隔声效果起着消极作用。例如STC=26的窗户占STC=45的墙壁面积的30%，那么墙壁的STC值会降至31。所以对于门窗这类的建筑构件的隔声量也要达到相关标准。在整个案例设计中，如果发现隔声未能达到需求，应优先考虑隔声弱的构件，对其进行优化改进。市面上的隔声门门扇采用了吸声材料，并含门垫子和自动底部封条，使其隔声性能大大优于普通门。隔声窗多采用双层窗或中空玻璃窗，隔声量比普通窗户显著。

侧翼噪声也是造成隔声效果不好的一大主要问题，见图4[8]所示。为尽量减少噪声侧翼，需要注意以下几点：(1)墙体出现细缝，细微洞口要用非硬化填缝剂进行填充；(2)墙面所做的隔声结构要在天花板、墙壁、地板的连接处填充密封胶见图5所示，能最大限度减少经建筑结构传播而来的噪声；(3)电源插座，电话插孔，电缆线插孔，嵌入式机柜等，要避免占据相同的龙骨空腔。

4 结语

现如今我国的大多数办公场所普遍以开放式办公室的形式为主，一个良好的工作环境会使人心情愉悦，效率加倍。本文围绕语音私密度和控制噪声方面为开放性办公室的声环境设计提供相应的参考，然而这只是声学设计中的一个环节，要设计好一个建声项目保证声学效果应包括前期的实地考察，中期整体设计和后期相应的施工指导直至检测，所以后续还有许多工作需要完善。