[建筑聲學(xué)]-第1講-聲學(xué)基本知識

1、建 筑 聲 學(xué),第一講 聲學(xué)基本知識,第一部分： 【聲音的產(chǎn)生與傳播】,一、振動與聲波,聲音來源于物體的振動。 通常把受到外力作用而產(chǎn)生振動的物體稱為聲源。傳播聲音的物質(zhì)稱為傳聲介質(zhì)。 聲源在空氣中振動，使鄰近的空氣（或其它介質(zhì)）隨之產(chǎn)生振動并以波動的方式向四周傳播開來，當(dāng)傳到人耳時，將引起耳膜產(chǎn)生振動，最后通過聽覺神經(jīng)產(chǎn)生聲音的感覺。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,一、振動與聲波,如圖，外界的聲波經(jīng)過外耳道傳到鼓膜，引起鼓膜振動。鼓膜的振動通過三塊聽小骨傳到內(nèi)耳，刺激耳蝸內(nèi)的聽覺感受器，而產(chǎn)生神經(jīng)沖動。神經(jīng)沖動沿著與聽覺有關(guān)的神經(jīng)，傳到大腦皮層的聽覺中樞，形成聽覺。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,一

2、、振動與聲波,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,一、振動與聲波,1、振動的產(chǎn)生 最簡單的振動簡諧振動。 物體振動時離開平衡位置的最大位移稱為振幅，記作A，單位：米（m） ； 完成一次振動所經(jīng)歷的時間稱為周期，記作 T， 單位：秒（s）。 一秒鐘內(nèi)振動的次數(shù)稱為頻率，記作 f ，單位：赫茲（Hz）。 f = 1/T,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,一、振動與聲波,1、振動的產(chǎn)生 最簡單的振動簡諧振動。 簡諧振動的位移隨時間的變化規(guī)律符合正弦（或余弦）關(guān)系。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,一、振動與聲波,2、振動在空氣中的傳播聲波,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,敲打音叉之后，音叉產(chǎn)生振動，振動中的音叉會來回推撞周圍的空

3、氣，使得空氣的壓力時高時低，而使得空氣分子產(chǎn)生密部和疏部的變化。,一、振動與聲波,2、振動在空氣中的傳播聲波 必須注意：聲波的傳播是能量的傳遞，而非質(zhì)點的轉(zhuǎn)移?？諝赓|(zhì)點總是在其平衡點附近來回振動，而不傳向遠(yuǎn)處。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,一、振動與聲波,2、振動在空氣中的傳播聲波 縱波 質(zhì)點的振動方向與傳播方向一致的波。 橫波 質(zhì)點的振動方向與傳播方向垂直的波。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,一、振動與聲波,2、振動在空氣中的傳播聲波,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,一、振動與聲波,3、波陣面與聲線 聲波從聲源發(fā)出，在同一介質(zhì)中按一定方向傳播，在某一時刻，波動所到達(dá)的各點的包跡面稱為波陣面。 波陣面為平

4、面的稱為平面波。 波陣面為球面的稱為球面波。 聲波的傳播方向可用聲線來表示。聲線是假想的垂直于波陣面的直線，主要用于幾何聲學(xué)中對聲傳播的跟蹤。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,二、描述聲波的基本物理量,T ：周期，聲源完成一次振動所經(jīng)歷的時間。單位：s f ： 頻率，每秒鐘振動的次數(shù)。單位：Hz ：波長，在傳播途徑上，兩相鄰?fù)辔毁|(zhì)點距離。單位：m，聲波完成一次振動所走的距離。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,二、描述聲波的基本物理量,T ：周期，聲源完成一次振動所經(jīng)歷的時間。單位：s f ： 頻率，每秒鐘振動的次數(shù)。單位：Hz ：波長，在傳播途徑上，兩相鄰?fù)辔毁|(zhì)點距離。單位：m，聲波完成一次振動所走的

5、距離。 c ：聲速，聲波在某一介質(zhì)中傳播的速度。單位：m/s。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,在 0oC 時，C鋼5000m/s, C水1450m/s， C混凝土3100m/s。在15oC時，C空氣340m/s參數(shù)間存在如下關(guān)系：cf 或 c / f,二、描述聲波的基本物理量,T ：周期，聲源完成一次振動所經(jīng)歷的時間。單位：s f ： 頻率，每秒鐘振動的次數(shù)。單位：Hz ：波長，在傳播途徑上，兩相鄰?fù)辔毁|(zhì)點距離。單位：m，聲波完成一次振動所走的距離。 c ：聲速，聲波在某一介質(zhì)中傳播的速度。單位：m/s。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,二、描述聲波的基本物理量,T ：周期，聲源完成一次振動所經(jīng)歷的時

6、間。單位：s f ： 頻率，每秒鐘振動的次數(shù)。單位：Hz ：波長，在傳播途徑上，兩相鄰?fù)辔毁|(zhì)點距離。單位：m，聲波完成一次振動所走的距離。 c ：聲速，聲波在某一介質(zhì)中傳播的速度。單位：m/s。 人耳能感受到的聲波的頻率范圍大約在20Hz 20000Hz之間。低于20Hz聲波成為次聲波，高于20000Hz稱為超聲波。次聲波和超聲波都不會形成聽覺。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,二、描述聲波的基本物理量,在建筑聲學(xué)中，一般把125250Hz以下的頻率稱為低頻， 5001000Hz的頻率稱為中頻，20004000Hz以上的頻率稱為高頻。 注：建筑聲學(xué)測量的頻率范圍主要為1004000Hz。,【 聲音

7、的產(chǎn)生與傳播 】,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,二、描述聲波的基本物理量,二、描述聲波的基本物理量,在人耳感覺中最重要的部分約在100Hz4000Hz，相應(yīng)的波長約為 3.4 m8.5 cm。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,聲波作為機(jī)械波，具有機(jī)械波的所有特征。有繞射、反射、散射和干涉等，還有吸收和透射等。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,三、波的傳播原理（惠更斯原理）,波源的振動引起波動，波動的傳播是由于介質(zhì)中質(zhì)點間的相互作用，在連續(xù)介質(zhì)中任何一點的振動都直接引起臨近質(zhì)點的振動。 惠更斯原理：在任一時刻，波陣面上的各點都可以看作一個發(fā)射子波的新波源，在下一時刻，這些子波的包跡面就是實際波源在此刻的新的波陣

8、面。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,惠更斯（16291695）荷蘭物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家，是介于伽利略與牛頓之間一位重要的物理學(xué)先驅(qū)。,四、聲波的反射和擴(kuò)散,反射 入射聲線、反射聲線和反射面的法線在同一平面。 入射聲線和反射聲線分別在法線兩側(cè)。 入射角等于反射角。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,會聚,擴(kuò)散,四、聲波的反射和擴(kuò)散,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,皇穹宇,四、聲波的反射和擴(kuò)散,回音壁,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,四、聲波的反射和擴(kuò)散,三音石,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,五、聲波的繞射（衍射）,繞射（衍射）,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,五、聲波的繞射（衍射）,繞射（衍射）,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,

9、五、聲波的繞射（衍射）,繞射（衍射）,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,五、聲波的繞射（衍射）,繞射（衍射）,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,六、聲波的干涉,當(dāng)幾列波同時在一種介質(zhì)中傳播時，每列波的特征量如振幅、頻率、波長、振動方向等，都不會因為有其他波的存在而改變。但在相交區(qū)域的質(zhì)點同時參與各個波的振動，質(zhì)點的振動是各波振動的合成。（波的疊加原理） 一般地說，振幅、頻率、相位等都不同的幾列波在某一點疊加時，情形是很復(fù)雜的。 如果兩列波滿足相干條件，即當(dāng)兩列波頻率相同，振動方向一致，波源之間有恒定的相位差時，我們稱之為相干波。 在相干波的重疊區(qū)域內(nèi)，介質(zhì)中某些地方的振動很強(qiáng)，而在另一些地方的振動很弱或完全不

10、動。這種現(xiàn)象稱為波的干涉。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,六、聲波的干涉,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,六、聲波的干涉,駐波 兩列振幅相同的相干波沿相反方向傳播時疊加而成的波稱為駐波。 駐波是波的干涉現(xiàn)象中的特殊情況，在聲學(xué)中都有重要的應(yīng)用。（如：房間共振問題）,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,六、聲波的干涉,駐波 兩列振幅相同的相干波沿相反方向傳播時疊加而成的波稱為駐波。,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,七、聲波的吸收和透射,當(dāng)聲波入射到建筑構(gòu)件時，聲能 E0 一般分為三部分。 反射： E 透射： E 吸收： E E0 E E E,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,七、聲波的吸收和透射,透射系數(shù)： 反射系數(shù)： 隔聲材料

11、： 吸聲材料：,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,七、聲波的吸收和透射,透射系數(shù)： 反射系數(shù)： 吸聲系數(shù)： 材料吸聲量 S （ S為材料的表面積）,【 聲音的產(chǎn)生與傳播 】,第二部分： 【聲音的計量與聽覺特性】,聲波是能量的一種傳播形式。人們常談到聲音的大小或強(qiáng)弱，或一個聲音比另一個聲音響或不響，這就提出了聲音強(qiáng)弱的計量。,一、聲功率、聲強(qiáng)、聲壓,聲功率是指聲源在單位時間內(nèi)向外輻射的聲能量，記作 W，單位為瓦（w）。 注意： 聲功率所指的頻率范圍。 聲功率電功率,【 聲音的計量與聽覺特性 】,一、聲功率、聲強(qiáng)、聲壓,聲強(qiáng)是指在單位時間內(nèi)在垂直于聲波傳播方向的單位面積上的所通過的聲能，記作 I ,單位是

12、 w/m2。 對于點聲源（球面波）： 在實際工程中，指定方向的聲強(qiáng)，難以直接測量，通常是測出聲壓，通過計算求得聲強(qiáng)和聲功率。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,一、聲功率、聲強(qiáng)、聲壓,聲壓是指某瞬間介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對于無聲波時的壓強(qiáng)的改變量，所以聲壓的單位就是壓強(qiáng)的單位，即 牛頓 / 米2（N/m2, Pa）。 聲功率是因，聲壓是果。 聲壓與聲源振動的振幅有關(guān)，與其波長無關(guān)。 聲壓的大小決定聲音的強(qiáng)弱。 每一瞬間的聲壓叫瞬時聲壓，某段時間內(nèi)瞬時聲壓的平均值稱為有效聲壓，用它的均方根值來表示。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,一、聲功率、聲強(qiáng)、聲壓,聲強(qiáng)與聲壓的平方成正比。,【 聲音的計量與聽覺特性 】

13、,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,由于以下兩個原因，實際應(yīng)用中，表示聲音強(qiáng)弱的單位并不采用聲壓或聲功率的絕對值，而采用相對單位級（類似于風(fēng)級、地震級）。 1）聲壓對人耳感覺的變化非常大。 對于1000Hz的聲音，聽覺下限為210-5Pa,上限為20Pa,相差百萬倍。 2）人耳對聲音的大小的感覺，并不與聲強(qiáng)或聲壓值成正比，而是近似地與它們的對數(shù)值成正比，所以通常用對數(shù)的標(biāo)度方法來表示。 如兩個同樣的聲源放在一起，感覺并不是響一倍，而是只比原來增加3分貝。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,聲強(qiáng)級的定義就是聲音的強(qiáng)度 I 和基準(zhǔn)聲強(qiáng) I0之比的常用對數(shù)來表示，單位為貝爾（B

14、L）。但一般不用貝爾，而用它的十分之一作單位，稱為分貝（dB）。 I0基準(zhǔn)聲強(qiáng)，I0 =10-12 W/m2,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,同樣以分貝為單位來定義聲壓級、聲功率級。 基準(zhǔn)聲壓 P0 2x10-5 Pa。 基準(zhǔn)聲功率級 W0 10-12 W。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,問題：80dB的聲強(qiáng)級與80dB的聲壓級是否一回事？ 聲強(qiáng)與聲壓的平方成正比。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,注意： 聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級和聲強(qiáng)、聲壓、聲功率

15、是不同的概念。 以分貝為單位的各種“級”只有相對比值的意義，其數(shù)值大小與所規(guī)定的基準(zhǔn)值有關(guān)。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,人耳聽閾和痛閾通常用聲壓級表示。 聽覺下限：p210-5 Pa； Lp 0 dB 聲壓提高10倍，p210-4 Pa ； Lp 20dB 聲壓提高100倍，p210-3 Pa ； Lp 40dB 聲壓提高1000倍，p210-2 Pa ； Lp 60dB 聲壓提高10000倍，p210-1 Pa ； Lp 80dB 聲壓提高100000倍，p2 Pa ； Lp 100dB 聽覺上限： p=20Pa ； Lp 120dB,【 聲音的計量與聽覺特

16、性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,痛 閾 可聞閾(聽閾),【 聲音的計量與聽覺特性 】,【 聲音的計量與聽覺特性 】,聲 壓 與 聲 壓 級,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,聲壓級隨距離的變化 聲源類型分點聲源、線聲源和面聲源。聲源類型不同，所發(fā)出的聲波波陣面形狀也不同。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,聲壓級隨距離的變化 聲源類型分點聲源、線聲源和面聲源。聲源類型不同，所發(fā)出的聲波波陣面形狀也不同。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,聲波在空間的分布，叫做聲場。 若聲源處于自由空間，即沒有任何反射面，則其聲場稱為自由聲場。 聲波在傳播中

17、要不斷地被衰減，因此離聲源近，聲音大些；離聲源遠(yuǎn)，聲音就小。 聲波衰減的原因主要是：當(dāng)聲波從聲源向四面八方輻射時，波前的面積隨傳播距離的增加而不斷擴(kuò)大，聲波被擴(kuò)散，通過單位面積上的聲能相應(yīng)減少。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,點聲源在自由場中聲壓級隨測點距聲源距離的變化為： 由上式知，若在距聲源 r1 處的聲壓級為 L1 時，則在距聲源 r2 處的聲壓級為 L2 可用下式計算： 當(dāng)測點距聲源距離加倍時，其聲壓級則衰減6dB。 此即：平方反比定律,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,對于在自由聲場中的一個長度為L的線聲源，例如馬路上接連不斷地

18、行駛著的車輛流噪聲，它所發(fā)出的聲波為柱面波，其聲壓級隨距離的衰減可用下式計算： r L /時， 即：當(dāng)測點距聲源距離加倍時，其聲壓級則衰減3dB。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,對于在自由聲場中的一個長方形的面聲源，設(shè)兩個邊長為a、b（ab），則其聲壓級隨離的衰減可按以下三種情況考慮： 當(dāng) r a /時，衰減值為 0 dB； 當(dāng) a / r b /時，則可按線聲源考慮； 當(dāng) r b / 時，則可按點聲源考慮。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,二、聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,上述討論并未考慮空氣對聲波的吸收，而實際在聲傳播過程中，尚應(yīng)考慮空氣對聲能的吸收對聲壓級的影響。

19、 例如因空氣的粘滯性和熱傳導(dǎo)，在壓縮、膨脹以及運(yùn)動過程中，使一部分聲能被轉(zhuǎn)化為熱能而損耗。 另外，當(dāng)聲波在空氣中傳播時，除了空氣吸收造成的衰減外，還有環(huán)境溫度和壓力、雨雪冰雹、風(fēng)、大氣紊流、地面特征、障礙物等因素造成的衰減。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,三、聲壓級的疊加,當(dāng)幾個不同聲源同時作用時，它們在某處形成的總聲強(qiáng)是各個聲強(qiáng)的代數(shù)和，即： 而它們的總聲壓（有效聲壓）則是各聲壓的均方根值，即： 但是，聲強(qiáng)級、聲壓級的疊加不能簡單地進(jìn)行算術(shù)相加，而要按對數(shù)運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,三、聲壓級的疊加,n個聲壓相等均為p的聲源，疊加后的總聲壓級為：,【 聲音的計量與聽覺特性

20、】,兩個（n2）相等的聲壓級疊加時，總聲壓級只增加3dB； 10個相同的聲壓級疊加時，總聲壓級也僅增加了10dB ，而不是10倍。,三、聲壓級的疊加,若兩個聲壓級大小不同，分別為Lp1和Lp2（設(shè) Lp1 Lp2 ），疊加后的總聲壓級為： 即,【 聲音的計量與聽覺特性 】,附加值N,三、聲壓級的疊加,【 聲音的計量與聽覺特性 】,多個聲壓級疊加時，先按聲壓級大小排序，然后從最大的兩個聲壓級開始疊加，其值再與第三個疊加，依次類推，直至相差超過10dB。,問題： 0dB+0dB=? 0dB+10dB=? 10dB+10dB=?,答案： 3dB 10dB 13dB,四、響度級、總聲級,從實驗可以知道

21、： 強(qiáng)度相等而頻率不同的純音（指只具有單一頻率的聲音）聽起來并不一樣響； 兩個頻率和聲壓級都不同的聲音，有時聽起來卻一樣響； 聲音的強(qiáng)度加倍并不感到加倍的響。 主觀感受與客觀物理量的關(guān)系并非簡單地呈線性關(guān)系，我們不能單純地用聲壓級大小來衡量聲音的響或輕。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,四、響度級、總聲級,為了定量地確定某一聲音使人的聽覺器官產(chǎn)生多響的感覺，最簡單的辦法是把它和另外一個標(biāo)準(zhǔn)聲音比較測定。 我們一般選取1000Hz的純音作為標(biāo)準(zhǔn)聲音。 如果某一聲音與已選定的1000Hz的純音聽起來同樣響，這個1000Hz的純音的聲壓級值就定義為待測聲音的“響度級”。響度級的單位是方（phon）。,

22、【 聲音的計量與聽覺特性 】,四、響度級、總聲級,【 聲音的計量與聽覺特性 】,四、響度級、總聲級,【 聲音的計量與聽覺特性 】,四、響度級、總聲級,隨著聲壓級的提高，對頻率的相對敏感度也不同。 聲壓級高，相對變化感覺小（平坦）；聲壓級低，相對變化感覺大（傾斜）。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,四、響度級、總聲級,對于復(fù)合聲，不直接用純音等響曲線，其響度級需要通過計算求得。 目前在測量聲音響度級時使用的儀器稱為“聲級計”，讀數(shù)為“聲級”，單位是分貝（dB）。 在聲級計中設(shè)有A、B、C、D四個計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，這四種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是大致參考某 幾條等響曲線而設(shè)計的，模擬 人耳對不同頻率聲音的反應(yīng)。,【 聲音的

23、計量與聽覺特性 】,四、響度級、總聲級,【 聲音的計量與聽覺特性 】,四、響度級、總聲級,【 聲音的計量與聽覺特性 】,四、響度級、總聲級,【 聲音的計量與聽覺特性 】,A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)參考40方等響曲線，對500Hz以下的聲音由較大的衰減，以模擬人耳對低頻不敏感的特性。用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲級稱為A計權(quán)聲級，單位是dBA。,四、響度級、總聲級,【 聲音的計量與聽覺特性 】,C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)具有接近線形的較平坦的特性，在整個可聽范圍內(nèi)幾乎不衰減，以模擬人耳對85方以上純音的響應(yīng)，因此可以代表總聲壓級。,四、響度級、總聲級,聽覺的一般規(guī)律是： 在安靜環(huán)境中（如圖書館），即使聲級僅有1dBA的變化也可以察覺出來

24、。 在普通的室內(nèi)環(huán)境中，多數(shù)人需要聲級變化達(dá)到 3dBA以上才能夠覺察出來，如果達(dá)到5dBA的改變則能夠明顯察覺。 另一方面，聲級改變達(dá)到10dBA（響度級改變10方）才能使主觀上感覺音量（響度）增加一倍（或是減半）。 因此，在同樣的聲源和聽者位置上，70dBA的聲音響度是60dBA的兩倍，80dBA是60dBA響度的4倍。反之，聲壓級降低10dBA，響度減弱為50;聲壓級降低20dBA，響度減弱75。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,四、響度級、總聲級,A聲級雖然能較好地反映人耳對噪聲強(qiáng)度和頻率的主觀感覺，但只適用于連續(xù)而穩(wěn)定的噪聲評價。 對于在一定時間內(nèi)不連續(xù)的噪聲，如交通噪聲，人們提出用總

25、的工作時間進(jìn)行平均的方法來評價噪聲對人的影響，用這種方法計算出來的聲級稱為等效（連續(xù)）A聲級，用LAeq表示，單位仍為dBA。 例如對聲源采取采樣測量，且采樣的時間間隔相同，共采樣n次，相應(yīng)的A聲級分別為Ll，L2，Ln ，則可按下式計算出該聲源的等效A聲級：,【 聲音的計量與聽覺特性 】,五、聲源的指向性,雖然不同聲源的輻射方向圖形不同，但大部分聲源符合下列規(guī)律： 當(dāng)輻射出來的聲波波長比聲源的尺寸大很多倍時，聲波比較均勻地向各方向傳播，聲源可視為無方向性的點聲源。 當(dāng)輻射出來的聲波波長小于（或接近）聲源的尺寸時，聲波集中地向正前方一個尖銳的圓錐體的范圍內(nèi)傳播，具有指向性。,【 聲音的計量與聽

26、覺特性 】,五、聲源的指向性,頻率越高，指向性越強(qiáng)；指向性越強(qiáng)，則直達(dá)聲聲能越集中于聲源軸線附近。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,低頻,中頻,高頻,不同頻率的聲音的指向性示意圖,五、聲源的指向性,例如：我們講話時，語音中的低頻部分，由于其波長比聲源的尺寸大得多，所以能繞著人的頭部而向各個方向均勻地傳播；而語音中的高頻部分僅由發(fā)言者的嘴部向前直射。因此，當(dāng)我們站在講話者的背后時，聽到的聲音中的高頻份量會有下降，常常感到聽不清楚。 如果適當(dāng)?shù)卦谥v話者的周圍加設(shè)反射面，可以提高講話者后面的清晰度，但高頻聲比低頻聲更容易被墻面材料和空氣所吸收，所以在講話者后面時聽起來總是比較差些。所以，廳堂形狀的設(shè)計

27、、揚(yáng)聲器位置的布置，都要考慮聲源的指向性。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,1、頻譜 在建筑聲環(huán)境的研究和設(shè)計中，除了要知道聲源在某一點的聲壓級外，還要知道一定頻率范圍內(nèi)里各組成頻率的聲壓級，這種以頻率范圍為橫坐標(biāo)與其相對應(yīng)的聲壓級作為縱坐標(biāo)所組成的圖形稱為聲源的頻譜。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,1、頻譜 頻譜表示某種聲音頻率成分及其聲壓級組成情況的圖形。 由一些離散頻率組成的譜稱為線性譜（分立譜）。如弦振動產(chǎn)生的聲音。 在一定頻率范圍內(nèi)含有連續(xù)頻率成分的譜稱為連續(xù)譜。如談話、機(jī)器的噪聲、大多數(shù)的自然聲。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲

28、的三要素,1、頻譜,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,1、頻譜,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,如何獲得聲音的頻譜： 使用帶通濾波器進(jìn)行測量或使用傅立葉數(shù)學(xué)分解。 頻譜通常根據(jù)需要分成若干個頻帶，帶寬（Band）可寬可窄，是人為取定的。 聲學(xué)測量最常用的有倍頻帶和1/3倍頻帶。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,【 聲音的計量與聽覺特性 】,fm,六、頻譜、聲的三要素,【 聲音的計量與聽覺特性 】,fm,六、頻譜、聲的三要素,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,聲音的頻譜分析有助于我們了解聲源的特性，為進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計提供依據(jù)

29、。 例如在噪聲控制中，就要知道噪聲的哪些頻率成分比較突出，從而首先設(shè)法降低或消除這些突出的頻率成分，才能有效地降低噪聲；在音質(zhì)設(shè)計中，則應(yīng)當(dāng)盡量減少聲源頻譜成分的畸變，從而保證獲得良好的音質(zhì)。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,2、聲的三要素 聲音的強(qiáng)弱、音調(diào)的高低和音色的好壞，是聲音的基本性質(zhì)，即所謂聲音三要素。 聲音的強(qiáng)弱可用聲強(qiáng)級、聲壓級或總聲級等表示。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,2、聲的三要素 聲音的強(qiáng)弱、音調(diào)的高低和音色的好壞，是聲音的基本性質(zhì)，即所謂聲音三要素。 聲音的強(qiáng)弱可用聲強(qiáng)級、聲壓級或總聲級等表示。 音調(diào)的高低主要取決于聲音的頻率

30、，頻率越高，音調(diào)也越高；但它還和聲壓級及其組成成分有關(guān)。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,2、聲的三要素 聲音的強(qiáng)弱、音調(diào)的高低和音色的好壞，是聲音的基本性質(zhì)，即所謂聲音三要素。 聲音的強(qiáng)弱可用聲強(qiáng)級、聲壓級或總聲級等表示。 音調(diào)的高低主要取決于聲音的頻率，頻率越高，音調(diào)也越高；但它還和聲壓級及其組成成分有關(guān)。 一般說來，兒童說話的音調(diào)比成人的高，女子聲音的音調(diào)比男子高。在小提琴的四根弦中，最細(xì)的弦，音調(diào)最高；最粗的弦，音調(diào)最低。在鍵盤樂器中，靠左邊的音調(diào)低，靠右邊的音調(diào)高。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三

31、要素,2、聲的三要素 聲音的強(qiáng)弱、音調(diào)的高低和音色的好壞，是聲音的基本性質(zhì)，即所謂聲音三要素。 音調(diào)的高低主要取決于聲音的頻率，頻率越高，音調(diào)也越高；但它還和聲壓級及其組成成分有關(guān)。 男低音最低的音調(diào)低到E2音階，它的頻率是82Hz，男高音能唱到C5音階，頻率為523Hz，女低音最低音調(diào)的音階為G3，頻率為196Hz，女高音的最高音調(diào)可達(dá)到C6音階，其頻率為1047Hz。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,音色的好壞表示人耳對聲音音質(zhì)的主觀感覺，又稱音品。 純音不存在音色問題，音色是復(fù)音主觀屬性的反映。 各種樂器，奏同樣的曲子，即使聲強(qiáng)和音調(diào)相同，聽起來還是不一樣，胡琴的聲音

32、柔韌，笛子的聲音清脆，小提琴的聲音優(yōu)美，小號的聲音激昂，就是由于它們的音色不同。 音色是在聽覺上區(qū)別具有同樣聲強(qiáng)和音調(diào)的兩個聲音所不同的特征。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,聲音的音色主要由其諧頻（泛音）的多寡、各諧頻（泛音）的特性（如頻率分布、相對強(qiáng)度等）所決定。 舉個例子，C調(diào)的“Do”的頻率是264Hz，不論什么樂器或人，發(fā)出C調(diào)的“Do”，基本頻率都是264Hz，但是它們的波形不同，是由于除了基頻 f 264Hz，還有其諧頻（泛音）因各自強(qiáng)弱和相位不同，疊加后就形成了不同的波形。所以提琴、鋼琴、小號、黑管、胡琴、

33、琵琶等，都有其不同的音色。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,六、頻譜、聲的三要素,樂音中泛音越多，聽起來就越好聽。低音豐富，給人們以深沉有力的感覺，高音豐富給人們以活潑愉快的感覺。 每個人的聲音都有獨特的音色，所以我們能從電話、廣播的聲音中辨認(rèn)出是哪位熟人。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,七、時差效應(yīng)（哈斯效應(yīng)）,人耳有聲覺暫留現(xiàn)象，聲音對人聽覺器官的作用效果并不隨著聲音的消失而立即消失，而是會暫留一段時間。 如果到達(dá)人耳的兩個聲音的時間間隔小于50ms,那么人耳就不會覺得這兩個聲音是斷續(xù)的。但是，當(dāng)兩者的時差超過50ms，也就是相當(dāng)于聲程差超過17m時，人耳就能判別出它們是來自不同方向的兩個獨立的聲音。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,七、時差效應(yīng)（哈斯效應(yīng)）,在室內(nèi)，當(dāng)聲源發(fā)出一個聲音后，人們首先聽到的是直達(dá)聲，然后陸續(xù)聽到經(jīng)過各界面的反射聲。 一般認(rèn)為，在直達(dá)聲后約50ms以內(nèi)到達(dá)的反射聲，可以加強(qiáng)直達(dá)聲，而在50ms以后到達(dá)的反射聲，則不會加強(qiáng)直達(dá)聲。 如果反射聲到達(dá)的時間間隔較長，且其強(qiáng)度又比較突出，則會形成“回聲”的感覺哈斯效應(yīng)。 回聲感覺會妨礙語言和音樂的良好聽聞，因而需要加以控制。,【 聲音的計量與聽覺特性 】,八、雙耳聽聞效應(yīng),通常人們利用雙耳聽聞，根據(jù)到達(dá)雙耳的聲音的微小的時