第十章室內聲學

1、第十章 室內聲學原理室內聲場的分析方法室內聲場的分析方法室內穩(wěn)態(tài)聲場房間內聲場的衰減與混響時間房間共振音質設計的一般要求第十章 室內聲學原理房間對聲音的影響主要表現(xiàn)在以下四個方面：l引起反射聲l改變音質l由于簡振波的激發(fā)，增加聲能密度l使聲音在空間的分布發(fā)生變化 室內聲場的分析方法室內聲場的分析方法第十章 室內聲學原理n波動聲學n幾何聲學n統(tǒng)計聲學 室內聲場的分析方法室內聲場的分析方法第十章 室內聲學原理當聲波的頻率較高，即聲波的波長小于房間中反射面的尺度時，可以用幾何光學中光線的概念把聲波的傳播看做沿聲線傳播的聲能，而忽略聲波的波動性能，這是幾何聲學的方法。 室內聲場的分析方法室內聲場的分析

2、方法第十章 室內聲學原理由于房間各表面對聲音反射時還要吸收一部分聲能，因此，反射聲隨反射次數(shù)的增多，強度將逐漸減弱。此外，反射聲到達人耳處的路程要長于直達聲，因而反射聲到達聽聲人處的時間要滯后于直達聲，反射次數(shù)越多的聲音，滯后的時間也就越長 室內聲場的分析方法室內聲場的分析方法第十章 室內聲學原理需要注意的是，對于低頻聲，63125Hz，波長為5.4m2.7m。在一個各個表面尺寸均小于聲波波長的小房間內，幾何反射定律將不適用。此外，當聲波在大房間內遇到小尺度的障礙物，或尺寸較小的反射板時，將產生彎曲，即形成明顯的聲衍射，但不會造成明顯的擴散反射。對于中頻聲：5001000Hz，波長范圍68cm

3、34cm，當遇到大的天花板和墻壁時，仍然遵循幾何定律。但遇到與聲波波長相近的構件和裝修處理時，則要形成擴散反射。對于高頻聲：20008000Hz，波長范圍17cm4cm，這時大部分室內構件將會形成明顯的聲影。此外，一般的天花板與墻面仍會遵循幾何反射定律。 室內聲場的分析方法室內聲場的分析方法第十章 室內聲學原理室內聲的組成：直達聲近次反射聲混響聲 室內穩(wěn)態(tài)聲場室內穩(wěn)態(tài)聲場第十章 室內聲學原理直達聲：由聲源直接到達接收點的聲音。直達聲的聲強基本上按照與聲源距離的平方成反比而衰減。 近次反射聲：一般是指在直達聲之后相對延遲時間為50ms內到達的反射聲。近次反射聲會對直達聲起到加強作用。此外，短延時

4、反射聲和側向反射聲對音質有很大影響。 混響聲：在近次反射聲后陸續(xù)到達的，經過多次反射的聲音統(tǒng)稱為混響聲。在聲場，混響聲的聲強對于該接收點的聲音強度起決定作用，而其衰減率的大小對音質有重要影響?；芈暎合嗬^到達的兩個反射聲之間在時間上相差50ms以上，而反射聲的強度又足夠大，使聽著能明顯分辨出兩個聲音的存在。 室內穩(wěn)態(tài)聲場室內穩(wěn)態(tài)聲場第十章 室內聲學原理房間內的聲能密度達到了穩(wěn)定狀態(tài)，形成了穩(wěn)定聲場。當聲源發(fā)出的聲功率與在房間內被吸收掉的聲功率相等時，房間內的聲能保持一定 室內穩(wěn)態(tài)聲場室內穩(wěn)態(tài)聲場第十章 室內聲學原理直達聲場 ： 由聲源直接傳到接收點的直達聲所形成的聲場 。直達聲場是自由聲場。 距

5、點聲源距離r處與直達聲相對應的聲壓級為 24 rQWID)4lg(102rQLLWPD 室內穩(wěn)態(tài)聲場室內穩(wěn)態(tài)聲場第十章 室內聲學原理混響聲場： 經過室內表面反射后到達接收點的反射聲所形成的聲場，稱為混響聲場 ?；祉懧晥鼋瓶醋魇菙U散聲場 。與混響聲場對應的聲壓級 10lg(4/)PRWLLR1SRR為房間常數(shù)： 若同時考慮空氣吸收 ，壁面與空氣同時吸聲時的等效吸聲系數(shù)：SmVT4M為聲強衰減系數(shù)V為房間體積 室內穩(wěn)態(tài)聲場室內穩(wěn)態(tài)聲場第十章 室內聲學原理把直達聲與混響聲場疊加在一起，就得到實際的總聲場，在空氣中，總聲場的聲壓級為總聲場的聲壓級為 ：)44lg(102RrQLLWP在通常情況下，當

6、頻率不太高，并且房間幾何尺寸不很大時，空氣吸收可以忽略，而當頻率很高（2kHz），且V/S也相當大時，空氣吸收的影響不容忽略。 其中聲源聲功率Lw是由揚聲器性能給定的 室內穩(wěn)態(tài)聲場室內穩(wěn)態(tài)聲場第十章 室內聲學原理n由直達聲場為主轉化為以混響聲場為主時，這個轉折點離聲源中心的距離r0叫做自由場半徑、混響半徑，有時也叫做臨界距離 。 離聲源比較近時，直達聲占主要地位；當離聲源中心的距離逐漸增大時，房間的影響相對增強；當距離增加到一定程度時，房間內的混響聲場轉化為占主要地位。 0rr以直達聲為主 0rr以混響聲為主 0rr直達聲場與混響聲場相等 室內穩(wěn)態(tài)聲場室內穩(wěn)態(tài)聲場第十章 室內聲學原理臨界距離（

7、混響半徑）244QrR010.144RQrRQ混響半徑與聲源指向性因子和房間常數(shù)R的平方根成正比要提高房間的清晰度，一方面可以通過選用方向性較強即指向性因子值大的揚聲器來增大房間的混響半徑；另一方面可以通過增加房間吸聲即增加房間常數(shù)R的方法，增大房間的混響半徑，從而提高清晰度。 室內穩(wěn)態(tài)聲場室內穩(wěn)態(tài)聲場第十章 室內聲學原理 房間內聲場的衰減與混響時間房間內聲場的衰減與混響時間聲源在室內發(fā)聲，其聲場的變化可分為三個過程。首先是聲音逐漸增大的增長過程，然后聲音達到穩(wěn)定狀態(tài)，當房間內聲場達到穩(wěn)態(tài)后，突然關閉聲源，房間內的聲源并不立即消失，而要持續(xù)一段時間，有一個逐漸減小的過程，或叫聲音的衰減過程。這

8、種聲音的延續(xù)現(xiàn)象叫混響混響混響時間：混響時間：（描述室內聲音衰減快慢的程度）在擴散聲場中，當聲源停止后從初始的聲壓級減低60dB（相當于平均聲能密度降為 ）所需的時間 。第十章 室內聲學原理 房間內聲場的衰減與混響時間房間內聲場的衰減與混響時間19世紀末，賽賓（Sabine）在進行大量吸聲試驗的基礎上，提出了室內混響理論。他首先從試驗中獲得了混響時間的計算公式，可以表示為 600.161VTAiniiiASA1niiniiiSS11/其中A為房間吸聲量平均吸聲系數(shù)可表示為第十章 室內聲學原理 房間內聲場的衰減與混響時間房間內聲場的衰減與混響時間賽賓公式只適用于當室內平均吸聲系數(shù)較小的情況，滿足

9、 時，有 2 . 0SVT161. 060現(xiàn)在普遍采用的時伊林（Erying）公式 第十章 室內聲學原理房間共振與聲染色 聲源發(fā)聲，激發(fā)房間某些固有頻率（簡正頻率）的聲音，即出現(xiàn)共振，聲源中的某些頻率被特別的加強，從而出現(xiàn)“聲染色”現(xiàn)象駐波原理 房間共振房間共振第十章 室內聲學原理如果兩平行面間的距離為l，產生軸向共振軸向共振的條件為，2/ nl由此可得出相應之軸向共振頻率為 lncf2切向共振切向共振斜向共振斜向共振在一矩形房間內，計算房間共振頻率（包括軸向、切向、斜向三種共振）的普遍公式為 222 1/2()()() 2xyzyxzn n nxyznnncflll 房間共振房間共振第十章

10、室內聲學原理在已知房間尺寸的矩形房間內，由最低共振頻率至任一頻率 的范圍內，該房間的共振頻率總數(shù)N由下式確定 ：clfcSfcVfNccc84342232cf)(4zyxllllf在 范圍內簡正振動的總數(shù) 2324()28f VfSlNfccc 房間共振房間共振第十章 室內聲學原理n簡正頻率“簡并化” n從簡正波的角度考慮，要使房間的聲學性質較優(yōu)良就應該保證：（1）簡正方式要盡可能的多；（2）各簡正頻率盡可能均勻地分布在所需頻率范圍內，應盡量避免簡并化；（3）各類簡正波的混響時間要盡可能地相同。 簡并化的結果很可能在某一頻率范圍內沒有簡正頻率，而在另一頻率范圍內卻有很多簡振頻率，造成簡正頻率分

11、布不均，從而使聲場起伏較大，分布不均 房間共振房間共振第十章 室內聲學原理u合適的響度合適的響度 1.1.聲源的能量聲源的能量2.2.觀眾廳的容積觀眾廳的容積 3.3.房間的體形與吸聲狀況房間的體形與吸聲狀況 4.4.適合要求的允許噪聲級適合要求的允許噪聲級 5.5.擴聲系統(tǒng)的考慮擴聲系統(tǒng)的考慮 音質設計的一般要求音質設計的一般要求第十章 室內聲學原理1）選擇房間的尺寸選擇房間的尺寸 房間的尺寸大小要保證整個室內都有足夠的響度。若房間過大，傳到遠處的能量過小，就必須考慮用電聲了。房間的尺寸也決定混響時間?；祉憰r間大體與房間容積成正比，與吸聲量成反比。滿場的混響時間不要太低于空場的混響時間。 此外，房間的大小還要使聽眾不要離舞臺太遠，在視覺上產生隔離感，并會使視覺與聽覺脫節(jié)。 音質設計的一般要求音質設計的一般要求第十章 室內聲學原理2）房間體形設計房間體形設計 為了充分利用有效聲能，避免音質缺陷，需要對房間的體形進行設計。常見的房間形狀一般有矩形、扇面形、馬蹄形等。頂棚也有平面、多面形或圓穹形等。 房間的體形設計要注意的是：使直達聲都能到達每個聽眾坐席。因此觀眾席要做成斜坡狀，若地面完全平坦，直達聲會掠過聽眾頭頂。 音質設計的一般要求音質設計的一般要求第十章 室內聲學原理3）考慮房間內的聲擴散問題考慮房間內的聲擴散問題 采用材料表面吸聲或采用不規(guī)則形狀材料