第11章 室內(nèi)聲學

第10章課后練習3、80dB的聲強級和80dB的聲壓級是否是一回事(huíshì)？用數(shù)學計算進行證明。共五十四頁第10章課后練習4、試證明(zhèngmíng)在自由場中，Lp=Lw-20lgr-11，式中Lw為聲源的聲功率級，Lp為距離聲源r米處的聲壓級。共五十四頁第10章課后練習5、驗證(yànzhèng)中心頻率為250、500、1000、2000Hz倍頻帶和1/3倍頻帶的上界和下界頻率。共五十四頁第10章課后練習7、要求距離廣場(guǎngchǎng)上的揚聲器40m遠處的直達聲聲壓級不小于80dB，若把揚聲器看成是一個點聲源，它的聲功率應為多少？聲功率級為多少？共五十四頁王玲ANGLINGXU@163.COM第11章室內(nèi)(shìnèi)聲學原理共五十四頁主要(zhǔyào)內(nèi)容室內(nèi)聲學基本特征室內(nèi)聲學的目的室內(nèi)聲場的分析方法室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲場房間內(nèi)聲場的衰減與混響時間房間共振音質(zhì)設計的一般(yībān)要求共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲學基本特征室外某一聲源發(fā)生(fāshēng)的聲波條件：a.球面波b.連續(xù)振動隨著r的增加，聲能迅速衰減。

在無阻擋狀況下，聲音可近似于無限遠處傳播。接收點的聲能密度與聲源距離r的平方成反比。r增加1倍，聲壓級Lp衰減6dB共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲學基本特征在無反射面的空中：Lp=Lw-10lg(1/4πr2)(dB)Lp——空間某點的聲壓級，dBLw——聲源的聲功率級，dBr——測點與聲源的距離，m上式可改寫為：Lp=Lw-20lgr-11(dB)在存在地面反射(fǎnshè)的情況下，Lp=Lw-20lgr-8(dB)共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲學基本特征室內(nèi)聲場——定義

在劇院的觀眾廳、體育館、教室、播音室等封閉空間內(nèi)，聲波在傳播時，將受到封閉空間各個界面（墻壁、頂棚、地面等）的反射與吸收，聲波相互重疊，形成復雜聲場，并引起一系列特有(tèyǒu)聲學特征。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲學基本特征室內(nèi)聲場——特點a.距聲源有一定(yīdìng)距離的接收點上，聲能密度

比在自由聲場中大，常常不隨距離的平方

衰減。（不滿足Lp=Lw-10lg(1/4πr2)

）b.在聲源停止發(fā)生后的一定時間里，聲場還

存在著來自各個界面的遲到的反射聲，產(chǎn)

生“混響現(xiàn)象”。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲學基本特征室內(nèi)聲場——干擾源a.房間共振（引起室內(nèi)某些頻率聲音的加強(jiāqiáng)或減弱）b.房間形狀（形成回聲、顫動回聲等現(xiàn)象）c.室內(nèi)裝修材料與布置（形成回聲、顫動回聲等現(xiàn)象）

共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲學的目的室內(nèi)聲學研究主要目的：

a.控制(kòngzhì)房間形狀b.控制房間吸聲——反射材料在室內(nèi)的應用與布置c.創(chuàng)造良好的聽聞環(huán)境共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲場的分析方法房間對聲音的影響主要表現(xiàn)在以下四個方面：引起反射聲改變音質(zhì)由于(yóuyú)簡振波的激發(fā)，增加聲能密度使聲音在空間的分布發(fā)生變化共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲場的分析方法波動聲學幾何(jǐhé)聲學統(tǒng)計聲學共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲場的分析方法幾何聲學方法：使用(shǐyòng)條件：反射面或障礙物的尺寸要遠大于聲波的波長。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲場的分析方法當聲波的頻率較高，即聲波的波長小于房間中反射面的尺度時，可以(kěyǐ)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。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲場的分析方法由于房間各表面(biǎomiàn)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。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲場的分析方法注意一

對于低頻聲，63Hz-125Hz，波長為5.4m-2.7m。

在一個各個(gègè)表面尺寸均小于聲波波長的小房間內(nèi)，幾何反射定律將不適用。

此外，當聲波在大房間內(nèi)遇到小尺度的障礙物，或尺寸較小的反射板時，將產(chǎn)生彎曲，即形成明顯的聲衍射，但不會造成明顯的擴散反射。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲場的分析方法注意二

對于中頻聲：500Hz-1000Hz，波長(bōcháng)范圍68cm-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。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)聲場的分析方法注意三

對于(duìyú)高頻聲：2000Hz-8000Hz，波長范圍17cm-4cm。

這時大部分室內(nèi)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。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場室內(nèi)(shìnèi)聲的組成：直達聲近次反射聲混響聲共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場直達聲：

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(zhīhòu)相對延遲時間為50ms內(nèi)到達的反射聲。近次反射聲會對直達聲起到加強作用。此外，短延時反射聲和側(cè)向反射聲對音質(zhì)有很大影響。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場混響聲：

在近次反射聲后陸續(xù)到達的，經(jīng)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(zhì)有重要(zhòngyào)影響。回聲：

直達聲與第一次反射聲之間，或者相繼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。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲場的幾個特征房間內(nèi)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(nèi)被吸收掉的聲功率相等(xiāngděng)時，房間內(nèi)的聲能保持一定。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場直達聲場：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。距點聲源距離(jùlí)r處與直達聲相對應的聲壓級為共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場混響聲場：經(jīng)過室內(nèi)表面(biǎomiàn)反射后到達接收點的反射聲所形成的聲場，稱為混響聲場。混響聲場近似看作是擴散聲場。與混響聲場對應的聲壓級

R為房間常數(shù)：平均吸聲系數(shù)可表示為：共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場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)：

M為聲強衰減系數(shù)V為房間體積在通常(tōngcháng)情況下，當頻率不太高，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。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場把直達聲與混響聲場疊加在一起，就得到實際(shíjì)的總聲場。在空氣中，總聲場的聲壓級為：其中聲源聲功率Lw是由揚聲器性能給定的共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場注意：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(yīdìng)程度時，房間內(nèi)的混響聲場轉(zhuǎn)化為占主要地位。共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場由直達聲場(shēnɡchǎnɡ)為主轉(zhuǎn)化為以混響聲場(shēnɡchǎnɡ)為主時，這個轉(zhuǎn)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。

以直達聲為主

以混響聲為主

直達聲場與混響聲場相等

共五十四頁室內(nèi)(shìnèi)穩(wěn)態(tài)聲場臨界距離（混響半徑）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(kěyǐ)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。共五十四頁房間內(nèi)聲場(shēnɡchǎnɡ)的衰減與混響時間聲源在室內(nèi)發(fā)聲，其聲場的變化可分為三個過程。a.聲音逐漸增大的增長過程b.然后聲音達到穩(wěn)定狀態(tài)c.當房間內(nèi)聲場達到穩(wěn)態(tài)后，突然關閉聲源，房間內(nèi)的聲源并不立即消失，而要持續(xù)一段時間，有一個(yīɡè)逐漸減小的過程，或叫聲音的衰減過程。這種聲音的延續(xù)現(xiàn)象叫混響共五十四頁房間內(nèi)聲場(shēnɡchǎnɡ)的衰減與混響時間混響時間（描述室內(nèi)聲音衰減快慢的程度(chéngdù)）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原始值的百萬分之一）所需的時間。共五十四頁房間內(nèi)聲場(shēnɡchǎnɡ)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(tíchū)了室內(nèi)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：賽賓公式：共五十四頁房間內(nèi)聲場(shēnɡchǎnɡ)的衰減與混響時間其中(qízhōng)A為房間吸聲量：平均吸聲系數(shù)可表示為：共五十四頁房間內(nèi)聲場(shēnɡchǎnɡ)的衰減與混響時間賽賓公式適用條件：賽賓公式只適用于當室內(nèi)平均吸聲(xīshēnɡ)系數(shù)較小的情況，滿足時，有：現(xiàn)在普遍采用的是伊林（Erying）公式共五十四頁房間內(nèi)聲場(shēnɡchǎnɡ)的衰減與混響時間例如，房間尺寸(chǐcun)為20mx10mx5m，平均吸聲系數(shù)為0.2，求混響時間T60。

共五十四頁房間內(nèi)聲場(shēnɡchǎnɡ)的衰減與混響時間例如，房間(fángjiān)尺寸為20mx10mx5m，平均吸聲系數(shù)為0.2，求混響時間T60。

解：V=20x10x5=1000m3S=20x10x2+10x5x2+20x5x2=700m2根據(jù)公式T=0.161V/[Sln(1-a)]可得T60=0.161x1000/[700xln(1-0.2)]=1.03s共五十四頁房間(fángjiān)共振房間共振與聲染色聲源發(fā)聲，激發(fā)房間某些固有頻率(pínlǜ)（或稱簡正頻率(pínlǜ)）的聲音，即出現(xiàn)共振，聲源中的某些頻率(pínlǜ)被特別的加強，從而出現(xiàn)“聲染色”現(xiàn)象。共五十四頁房間(fángjiān)共振駐波原理駐波的特點(tèdiǎn)不是振動的傳播，而是媒質(zhì)中各質(zhì)點都做穩(wěn)定的振動。共五十四頁房間(fángjiān)共振如果(rúguǒ)兩平行面間的距離為l，產(chǎn)生軸向共振的條件為：由此可得出相應之軸向共振頻率為

切向共振斜向共振共五十四頁房間(fángjiān)共振在一矩形房間(fángjiān)內(nèi)，計算房間(fángjiān)共振頻率（包括軸向、切向、斜向三種共振）的普遍公式為：共五十四頁房間(fángjiān)共振在已知房間(fángjiān)尺寸的矩形房間(fángjiān)內(nèi)，由最低共振頻率至任一頻率的范圍內(nèi)，該房間(fángjiān)的共振頻率總數(shù)N由下式確定：在范圍內(nèi)簡正振動的總數(shù)共五十四頁房間(fángjiān)共振簡正頻率“簡并化”不同的簡正波具有相同(xiānɡtónɡ)的簡正頻率。簡并化的結果，很可能在某一頻率范圍內(nèi)沒有簡正頻率，而在另一頻率范圍內(nèi)卻有很多簡振頻率，造成簡正頻率分布不均，從而使聲場起伏較大，分布不均。共五十四頁房間(fángjiān)共振

簡正頻率是房間做自由振動的固有頻率，因此當房間中聲源的激發(fā)頻率與房間中某一固有頻率一致時，房間就會產(chǎn)生共振。簡正頻率分布(fēnbù)密集均勻就表示房間的傳輸頻率特性均勻，否則就表示頻率特性不均勻。共五十四頁房間(fángjiān)共振從簡正波的角度考慮，要使房間的聲學性質(zhì)較優(yōu)良就應該保證(bǎozhèng)以下3個方面：a.簡正方式要盡可能的多；b.各簡正頻率盡可能均勻地分布在所需頻

率范圍內(nèi)，應盡量避免簡并化；c.各類簡正波的混響時間要盡可能地相同。共五十四頁影響房間(fángjiān)共振的因素a.聲源以及聲源與傳聲器的位置關系。b.房間體積以及長、寬、高比例。（因此，選擇房間的長、寬、高的比值為無理數(shù)時，可以克服(kèfú)共振頻率的簡并化）c.室內(nèi)表面的處理。共五十四頁音質(zhì)設計(shèjì)的一般要求合適的響度

a.聲源的能量b.觀眾廳的容積c.房間的體形與吸聲狀況d.適合(shìhé)要求的允許噪聲級e.擴聲系統(tǒng)的考慮共五十四頁音質(zhì)設計(shèjì)的一般步驟1、選擇房間的尺寸房間的尺寸大小要保證整個室內(nèi)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。

房間的尺寸也決定混響時間?；祉憰r間與房間容積大體上是呈現(xiàn)正比關系，與吸聲量成反比關系。滿場的混響時間不要太低于空場的混響時間。