臺灣博碩士論文加值系統

室內裝修材料表面良好的散射性能有助音能量在空間分佈的一致性進而改善音響品質，因此材料的聲音散射係數與吸音係數同為室內音響計算與評估的重要參數。本研究參照ISO 17497-1規範於迴響室進行試驗，探討木質裝修材料於不同序列對聲音散射性能之影響。隨國際對環保日趨重視，有效運用裝修建材的生命周期以降低對自然環境的衝擊實為重要課題，故選以白木、柳杉原木外、還有合板、中密度纖維板等再生材料以及孟宗竹與桂竹等永續材料，及常見熱處理材為主要試驗材，進行木材物理性能實驗與聲學吸音與散射性能量測。以不同表面塗裝與否、桁條最佳斷面、維度、深度、寬度、數學序列、隔板等變因探討對於散射性能之分析，建立擴散板物理條件與聲學參數，具體成果可歸納如下結論：

一、木質擴散板物理暨散射特性
1.白木、柳杉、中密度纖維板、合板表面以NC塗裝後可提升為17.2~29.3(Sec)硬度值、PU塗裝僅提升為10.6~20.2 (Sec)，故NC較PU塗膜可增加材料表面硬度。柳杉、合板明顯塗佈NC塗料後對於散射性能有顯著相關性提升(P＜0.05)，尤以柳杉材料平均最高可在高頻(3.15~5k Hz)提升26％之差異量為最佳，此結果證實柳杉硬度僅為26(sec)、密度僅為0.40(g/cm3)，但塗佈NC後硬度提升為55.3(sec)，塗料可有效降低柳杉表面吸音特性，在3.15~5k Hz有效提升散射性能。
2.熱處理材溫度增加其材料吸音係數於高頻(1.6k~5k Hz)最高提升44 %；且降低迴響時間(500~5k Hz)。相較對照組(0 ℃)，170℃處理材於1.25 k Hz散射性能差值最大(較0 ℃組增加29％)；且散射係數於中頻(500~1.25k Hz) (較0 ℃組)增加15 %。

二、聲音散射性能量測
1.底盤上加設鏡面邊框可使中頻(400~800 Hz)產生散射係數＞1 現象獲得改善。
2.方形為最佳木質桁條斷面，故方形木質桁條擴散板以白木、柳杉、中密度纖維與合板進行散射性能分析，以柳杉於高頻(2k ~4k Hz)具較佳散射性能。再以白木、柳杉、合板進行寬度、深度變化皆可發現整體平均散射效果以維度1D與2D-1最佳；而增加溝槽深度與縮減寬度各頻帶整體散射性能均有明顯提升。
3.竹管與半剖竹擴散板，對不同竹種、序列與管徑深度輔以I、X、V 型序列探討散射性能，結果竹節QRD擴散板較中空竹管擴散板可提昇10％以上之散射性能；而QRD竹節與中空竹管擴散板輔以隔板變化則以I型序列散射性為最佳。而I型與MLS序列，以孟宗竹與組合性(孟宗竹+桂竹)擴散板在MLS與I型序列中散射性能優於桂竹擴散板；半剖弧面正反序列擴散板其竹節長度越短(17cm)散射性能越佳(＞33＞67 (cm))。半剖弧面正反序列擴散板管徑越大其散射性能越佳(10＞5＞3.5＞2.5 (cm))。
4.木質相較於竹質擴散板有較佳散射性，尤以無隔板之木質材料具高散射性能(1k柳杉為0.90最佳)；且相較於竹材於中高頻(315~1.6k)有40 ％之散射效果(P＜0.05)。等深度之木質擴散板於頻帶315 ~2.15k Hz平均可提升20％散射性能(較竹擴散板者)。
5.QRD序列之MDF擴散板有最佳散射性，白木、柳杉、合板、中密度纖維板、孟宗竹、熱處理材以隔板變化進行檢定分析，結果皆於全頻(100~250 Hz)與高頻(315~1k Hz)具顯著相關性(P＜0.05)；且竹節QRD之散射性能於高頻(1.25~5k Hz)明顯優於中空竹管擴散板(＞10％)。擴散板增加隔板設計有助於擾動高頻聲波，可將入射單一音源有效分散為其他角度之散射音波，故本研究設計QRD在高頻(1.25~5kHz)有效將聲音產生散射而達到較高散射數值、較寬散射頻帶範圍。

The sound-scattering performance of wooden interior decoration material is an important factor that dominates indoor sound design. Good sound-scattering performance helps the consistent spatial distribution of sound energy and improves sound quality; therefore, sound-scatting coefficient and sound absorption coefficient are important parameters for the calculation of expected indoor sound. This study makes use of the random input measurement of sound-scattering coefficient to examine sound-scattering performance of wooden interior decoration material. This study discuss wooden material sound-scattering performance by different types of wooden material, surface coating, shape, distance, and depth.

【文章目錄】 VI
【表目錄】 VIII
【圖目錄】 X
第 1 章 緒論 1-1
1-1 研究動機與目的 1-1
1-2木材物理特性與聲音散射性能理論 1-3
1-2-1吸音性能原理 1-3
1-2-2擴散板散射性能理論 1-4
1-2-3小結 1-11
1-3 研究範圍 1-12
1-4研究方法與架構 1-13
1-4-1研究方法 1-13
1-4-2研究架構圖 1-14
1-5研究流程 1-15
第 2 章 文獻回顧 2-1
2-1 木質材料永續性能 2-1
2-1-1闊葉樹與針葉樹 2-1
2-1-2綠建材與木質排碳性能 2-4
2-1-3再生材料 2-4
2-1-4纖維板依密度分類 2-4
2-1-5竹材特性 2-5
2-1-6熱處理材特性 2-8
2-2 聲音散射性能起源 2-10
2-2-1擴散聲場起源與解析 2-10
2-2-2擴散反射原理 2-10
2-2-3擴散性能評定方式 2-10
2-3 聲學擴散材種類 2-11
2-3-1折板、角錐、與圓錐面 2-11
2-3-2圓弧面與球面 2-11
2-3-3二次餘數擴散板（QRD） 2-12
2-3-4最大長序列（MLS） 2-14
2-3-5維度(Dimension) 2-14
2-3-6隔板變化 2-15
2-3-7擴散材種類總彙整 2-16
2-4 擴散板構造及形狀變化對聲音散特性之影響 2-18
2-4-1擴散板溝槽深度與形狀變化之散射特性 2-18
2-4-2擴散板構造與材質變化之散射特性 2-18
第 3 章 聲音散射性能量測實驗之研究方法 3-1
3-1基材試驗材料與方法 3-1
3-1-1測試前安排與前置作業 3-1
3-1-2擴散板之變因設定架構 3-7
3-2迴響室散射性能測定方法 3-8
3-2-1測試前安排與前置作業 3-8
3-2-2脈衝響應的量測 3-10
3-2-3隨機入射散射係數公式計算 3-12
第 4 章 擴散板聲音散射性能評估 4-1
4-1 材料之基本條件與物理性質 4-1
4-1-1含水率與密度 4-1
4-1-2塗料相關測定結果 4-2
4-1-3熱處理材 4-4
4-2 散射性能量測之結果與討論 4-9
4-2-1測試樣品與轉盤試驗之邊緣效應精確度 4-9
4-2-2木質桁條擴散板之散射性能初探 4-11
4-2-3木質擴散板散射性能解析 4-26
4-2-4木竹質擴散板散射性能解析 4-30
4-2-5擴散板之隔板吸音與散射性能 4-48
第 5 章 結論與建議 5-1
5-1結論 5-1
5-2後續研究 5-5
參考文獻 文獻-1
附錄一、第一階段木質桁條擴散板 附錄-1
附錄二、竹質擴散板序列設計變因 附錄-4
附錄三、熱處理材擴散板加熱處理過程 附錄-11
著作權聲明 附錄-13
 
【表目錄】
表1-1吸音係數影響因子之綜合比較（陳載永等, 1996） 1-4
表1-2擴散係數與散射係數之比較（本研究整理自莫方朔、盛勝我, 2004） 1-7
表1-3 QRD擴散板演化過程與特性(本研究整理自古林強、盛勝我, 2004） 1-9
表1-4聲學擴散研究年表 1-10
表1-5文獻回顧歸納與待釐清事項 1-11
表2-1木材的音頻特性（王松永，2003、松浦邦男，1974） 2-1
表2-2多孔材料吸音性能影響因素(陳啟中, 2000) 2-3
表2-3竹材之音響特性相關應用 2-7
表2-4擴散性能評定 2-12
表2-5二次餘數序列Schroeder 型擴散構造（Schroeder, 1979） 2-13
表2-6 QRD擴散板演化過程與特性(本研究整理自古林強、盛勝我,2004） 2-14
表2-7擴散板主要型式(本研究彙整自林容聖,1999、陳毅潮,2001） 2-17
表2-8改善音樂廳聲場之擴散板裝置案例分析（Beranek, L. L., 1994） 2-18
表3-1試驗塗料表 3-3
表3-2擴散板之變因設定架構總表 3-7
表3-3 CNS 9056標準與本研究相對濕度與溫度 3-9
表3-4隨機入射散射性能量測儀器組 3-10
表3-5 四組不同RT量測 3-11
表4-1擴散裝修材料探討因子之選材分類 4-1
表4-2材料之基本物理條件 4-1
表4-3塗料之基本性質 4-2
表4-4塗膜厚度 4-2
表4-5塗膜與木材表面之硬度 4-3
表4-6附著性評價 4-3
表4-7試材經不同熱處理條件前後平衡含水率(%)變化 4-4
表4-8試材經不同熱處理條件前後密度變化 4-4
表4-9試材經不同熱處理條件前後之主成份變化 4-5
表4-10試材經不同熱處理條件前後副成份變化 4-5
表4-11試材經不同熱處理條件前後孔隙率變化 4-6
表4-12不同測試方法之合板有隔板擴散板散射係數檢定 4-9
表4-13柳杉、合板與白木之散射性能變化於全頻、高頻、中頻之比較 4-11
表4-14 1D白木表面塗裝因子之散射性能變化於全頻、高頻、中頻之比較 4-13
表4-15 2D-1白木表面塗裝因子之散射性能變化於全頻、高頻、中頻之比較 4-13
表4-16 2D-2白木表面塗裝因子之散射性能變化於全頻、高頻、中頻之比較 4-13
表4-17 1D柳杉表面塗裝因子之散射性能變化於全頻、高頻、中頻之比較 4-15
表4-18 2D-1柳杉表面塗裝因子之散射性能變化於全頻、高頻、中頻之比較 4-15
表4-19 2D-2柳杉表面塗裝因子之散射性能變化於全頻、高頻、中頻之比較 4-15
表4-20 1D合板表面塗裝因子之散射性能變化於全頻、高頻、中頻之比較 4-17
表4-21 2D-1合板表面塗裝因子之散射性能變化於全頻、高頻、中頻之比較 4-17
表4-22 2D-2合板表面塗裝因子之散射性能變化於全頻、高頻、中頻之比較 4-17
表4-23 1D合板、柳杉與白木以NC、PU塗佈，於全頻、高頻與中頻之比較 4-19
表4-24 2D-1合板、柳杉與白木以NC、PU塗佈，於全頻、高頻與中頻之比較 4-19
表4-25 2D-2合板、柳杉與白木以NC、PU塗佈，於全頻、高頻與中頻之比較 4-19
表4-26寬度變化於不同維度變化之散射係數檢定 4-24
表4-27深度變化於不同維度變化之散射係數檢定 4-24
表4-28六種材料擴散板之隔板變化各頻帶於SPSS之T檢定 4-26
表4-29 MDF擴散板於QRD構造在各頻帶之檢定 4-28
表4-30柳杉擴散板於QRD構造在各頻帶之檢定 4-29
表4-31 MDF擴散板於無隔板構造在各頻帶之檢定 4-29
表4-32柳杉擴散板於無隔板構造在各頻帶之檢定 4-29
表4-33試材為竹節QRD於X、I、V型序列中，對於全頻、高頻、中頻之比較 4-32
表4-34試材為竹管中空於X、I、V型序列中，對於全頻、高頻、中頻之比較 4-32
表4-35竹節QRD、中空竹管擴散板以隔板變化於各序列中，對於高頻之比較 4-32
表4-36竹管擴散板於全頻對散射與隨機入射吸音係數之檢定 4-36
表4-37竹管擴散板於全頻對散射與隨機入射吸音係數之檢定 4-37
表4-38孟宗竹、桂竹與組合性擴散板其MLS與I型序列之比較 4-38
表4-39三種竹片不同序列變化之散射係數檢定 4-39
表4-40竹片長度變化於全頻帶之散射係數檢定 4-41
表4-41不同竹節長度之半剖孟宗竹擴散板於各頻帶之比較 4-42
表4-42深度變化對聲音散射係數趨勢線方程式與R2值 4-43
表4-43半剖管徑Φ=10±1 cm之擴散板以隔板與間距變化於各頻帶之比較 4-44
表4-44半剖管徑Φ=5±1 cm之擴散板以隔板與間距變化於各頻帶之比較 4-44
表4-45半剖管徑Φ=3.5±1 cm之擴散板以隔板與間距變化於各頻帶之比較 4-44
表4-46半剖管徑Φ=2.5±1 cm之擴散板以隔板與間距變化於各頻帶之比較 4-45
表4-47 X型、I型和V型維度變化於不同結構變化之散射係數檢定 4-47
表4-48一、二維之變化於不同類型擴散板之散射係數檢定 4-47
表4-49六種材料擴散板之隔板變化各頻帶於SPSS之T檢定 4-52

 
【圖目錄】
圖1-1不規則表面之散射係數（Vorlander and Mommertz, 2000） 1-6
圖1-2二次餘數序列Schroeder形擴散構造（n=17）（Schroeder, 1979） 1-8
圖2-1木材熱處理後化學組成份之變化 (Thermo Wood Association, 2003） 2-9
圖2-2不同相對濕度下雲杉熱處理木材之平衡含水率變化 2-10
圖2-3聲波的部分和完全擴散反射 2-11
圖2-4 MLS擴散板的構造圖與剖面圖 2-15
圖2-5一維與二維QRD擴散模式（林容聖, 1999） 2-16
圖2-6隔板的作用對聲波入射角度的影響（Fujiwara et al., 1991） 2-17
圖3-1擴散板剖面圖 3-2
圖3-2實驗室與轉盤位置對應關係圖 3-8
圖3-3轉盤與試材相對位置 3-9
圖3-4 01 dB程式操作介面 3-10
圖3-5測試環境與操作系統示意圖 3-11
圖3-6迴響室內-轉盤與麥克風及聲源示意(左起平面、立面、透視圖) 3-11
圖4-1不同加熱處理對木材吸音係數趨勢變化圖 4-7
圖4-2木材於不同加熱處理與對照組之吸音係數差值 4-7
圖4-3不同加熱處理之木材散射係數趨勢變化圖 4-8
圖4-4木材於不同加熱處理與對照組之散射係數差值 4-8
圖4-5不同測試方法之合板有無隔板之擴散板散射係數比較 4-9
圖4-6試材配置方式對散射係數之影響 4-10
圖4-7不同斷面形狀桁條白木試材之散射係數比較 4-11
圖4-8白木木質桁條擴散板塗佈狀況對散射性能影響與差異量分析 4-12
圖4-9柳杉木質桁條擴散板塗佈狀況對散射性能影響與差異量分析 4-14
圖4-10合板木質桁條擴散板塗佈狀況對散射性能影響與差異量分析 4-16
圖4-11不同材種木質桁條擴散板對散射性能影響與差異量分析 4-18
圖4-12同白木桁條溝槽間距之試材散射係數比較 4-20
圖4-13各頻帶之白木桁條溝槽間距與散射係數之迴歸分析 4-20
圖4-14白木桁條不同溝槽深度之試材散射性能 4-21
圖4-16白木桁條溝槽深度與散射係數之迴歸分析 4-22
圖4-17白木桁條擴散板於不同維度變化之散射係數 4-23
圖4-18三種木質材料之有隔板散射係數 4-26
圖4-19三種木質材料之無隔板散射係數 4-26
圖4-22柳杉擴散板隔板變化之差異量分析 4-27
圖4-23 MDF擴散板隔板變化之差異量分析 4-27
圖4-24 QRD擴散板高度變化之散射聲能 4-28
圖4-25無隔板擴散板高度變化之散射聲能 4-28
圖4-26 MDF擴散板高度變化之散射差異量 4-29
圖4-27柳杉擴散板高度變化之散射差異量 4-29
圖4-28竹節QRD有隔板擴散板之吸音係數 4-30
圖4-29竹節QRD無隔板擴散板之吸音係數 4-30
圖4-30中空有隔板擴散板之吸音係數 4-30
圖4-31中空無隔板擴散板之吸音係數 4-30
圖4-32竹節QRD有隔板擴散板之散射性能趨勢 4-31
圖4-33竹節QRD無隔板擴散板之散射性能趨勢 4-31
圖4-34中空有隔板擴散板之散射性能趨勢 4-31
圖4-35中空無隔板擴散板之散射性能趨勢 4-31
圖4-36竹節QRD及中空竹管於三序列差異值 4-33
圖4-37竹節QRD及中空竹管於3.15k與5k Hz差值 4-33
圖4-38木竹質之有隔擴散板散射係數之比較 4-34
圖4-39木竹質之平板無隔擴散板散射係數之比較 4-34
圖4-41竹管於MLS序列之吸音係數 4-36
圖4-42三竹管於I序列之吸音係數 4-36
圖4-43竹管於MLS序列之散射性能 4-37
圖4-44三竹管於I序列之散射性能 4-37
圖4-45孟宗竹於I型與MLS序列之散射性能 4-37
圖4-46組合竹材於I型與MLS序列之散射性能 4-37
圖4-47半剖竹管之吸音性能 4-39
圖4-48半剖竹管於4種序列變化之散射性能 4-40
圖4-49半剖竹管變化於高頻之散射性能差異值 4-40
圖4-50半剖竹管之吸音性能 4-40
圖4-51不同竹節長度之散射性能 4-41
圖4-52竹節長度變化之差異值分析 4-41
圖4-53不同管徑竹管於無隔板且無間距之比較 4-42
圖4-54不同管徑竹管於無隔板且有間距之比較 4-42
圖4-55同管徑竹管於有隔板且無間距之比較 4-43
圖4-56不同管徑竹管於有隔板且有間距之比較 4-43
圖4-57深度變化之散射係數於1/1倍頻帶線性迴歸關係. 4-43
圖4-58木竹質之有隔擴散板散射係數之比較 4-46
圖4-59木竹質之平板無隔擴散板散射係數之比較 4-46
圖4-60不同材質隔板之散射性能 4-48
圖4-61不同材質隔板之吸音性能 4-48
圖4-62木竹質擴散板於QRD型式之吸音係數 4-49
圖4-63木竹質擴散板於無隔板擴散板之吸音係數 4-49
圖4-64各式木質擴散板於QRD型式之散射性能 4-50
圖4-65各式木質擴散板於無隔板擴散板之散射性能 4-50
圖4-66 QRD與無隔板變化於各頻帶之散射性能改善量分析 4-51
圖4-67各材料擴散板於1k Hz之差異量分析 4-51

參考文獻
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