第2章室內(nèi)聲學(xué)原理1-4

1、第第2章章 室內(nèi)聲學(xué)原理室內(nèi)聲學(xué)原理2.1 室內(nèi)聲場(chǎng)2.2 室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)計(jì)算2.3 混響時(shí)間計(jì)算混響時(shí)間計(jì)算2.4 房間共振房間共振一、聲音在室內(nèi)、外的傳播二、聲波在室內(nèi)的反射與幾何聲學(xué)2.1 室內(nèi)聲場(chǎng)1、隨與聲源距離的增加，聲能發(fā)生衰減。 1)無地面反射：2)存在地面反射：一、聲音在室內(nèi)、外的傳播（一）聲音在室外的傳播11lg20rLLWP24 rWI8lg20rLLWP22 rWI點(diǎn)聲源【例】：在戶外距離歌手10m處聽到演唱的聲壓級(jí)為86dB，在距離80m處的聲壓級(jí)為多少？解：室外聲場(chǎng)自由聲場(chǎng)；點(diǎn)聲源，距離增加一倍，減少6dB；10m 86 20m 86-6=80 40m 80-6=74

2、 80m74-6=68dB2、特點(diǎn)：距離增加一倍，聲壓級(jí)減少6dB（二）聲波在室內(nèi)的傳播與室外情況不同，形成與室外情況不同，形成“復(fù)雜聲場(chǎng)復(fù)雜聲場(chǎng)”。1、距聲源同樣的距離，室內(nèi)比室外響些室內(nèi)比室外響些。2、室內(nèi)聲源停止發(fā)聲后，聲音不會(huì)馬上消失，會(huì)有一個(gè)交混回響過程。3、房間較大，且表面形狀變化復(fù)雜，會(huì)形成回聲和聲場(chǎng)分布不均，有時(shí)出現(xiàn)聲聚焦現(xiàn)象。 以上現(xiàn)象源于：封閉空間內(nèi)各個(gè)界面使聲波被反射或擴(kuò)射。以上現(xiàn)象源于：封閉空間內(nèi)各個(gè)界面使聲波被反射或擴(kuò)射。（三）室內(nèi)聲學(xué)建筑聲學(xué) 室內(nèi)聲學(xué)可采用幾何聲學(xué)、統(tǒng)計(jì)聲學(xué)和波動(dòng)聲學(xué)幾何聲學(xué)、統(tǒng)計(jì)聲學(xué)和波動(dòng)聲學(xué)的理論加以分析。 對(duì)建筑師而言，可少些關(guān)心復(fù)雜的理論分

3、析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，重要在于弄清楚一些聲學(xué)基本原理，掌握一些必要的解決實(shí)際問題的方法和計(jì)算公式。幾何聲學(xué)：聲線法（虛聲源法） 主要考慮聲音的反射，特別是一、二次反射。重點(diǎn)考慮2. 波動(dòng)聲學(xué)： 利用聲音的波動(dòng)性解釋一些聲學(xué)現(xiàn)象，如聲衍射（繞射）、駐波。 3. 統(tǒng)計(jì)聲學(xué)： 從能量角度分析室內(nèi)聲音的狀況，增長(zhǎng)、穩(wěn)態(tài)和衰減三個(gè)過程。（一）聲音在室內(nèi)反射（一）聲音在室內(nèi)反射 聲源在室內(nèi)發(fā)聲時(shí)，聲波由聲源到各接收點(diǎn)形成復(fù)雜的聲場(chǎng)。三個(gè)部分組成 （1）直達(dá)聲：聲源直接到達(dá)接收點(diǎn)的聲音，不受室內(nèi)界面影響，遵循距離平方反比定律。 （2）早期反射聲：一般是指直達(dá)聲到達(dá)后，相對(duì)延遲時(shí)間50ms（音樂聲可放寬到80ms）內(nèi)

4、到達(dá)的反射聲，對(duì)直達(dá)聲起加強(qiáng)作用。前次反射聲 二、聲波在室內(nèi)的反射與幾何聲學(xué)二、聲波在室內(nèi)的反射與幾何聲學(xué)（3）混響聲： 早期反射聲后陸續(xù)到達(dá)，經(jīng)多次反射后的聲音。有些場(chǎng)合直達(dá)聲外到達(dá)的反射聲統(tǒng)稱為混響聲。比較混響聲與回聲混響聲：有益反射聲回聲：強(qiáng)、短延時(shí)、有害反射聲聲音在房間內(nèi)的反射（二）室內(nèi)聲音反射的幾種情況與幾何聲學(xué) 利用幾何作圖的方法主要研究一次或二次反射聲分布情況。幾何聲學(xué)聲線法研究聲波在空間的傳播注意2點(diǎn)：1）聲波所遇到的反射界面、障礙物尺寸比聲音的波長(zhǎng)大得多。適合中、高頻。如：63125Hz低頻聲，相應(yīng)的波長(zhǎng)為5.42.7m，在一個(gè)各個(gè)表面尺寸均小于聲波波長(zhǎng)的小房間，反射定律不適

5、用。通常大房間可用幾何聲學(xué)研究通常大房間可用幾何聲學(xué)研究2）僅考慮反射，忽略波動(dòng)性。2.2 室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)計(jì)算公式及混響半徑室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)計(jì)算公式及混響半徑一、一、 室內(nèi)聲音的增長(zhǎng)、穩(wěn)態(tài)和衰減室內(nèi)聲音的增長(zhǎng)、穩(wěn)態(tài)和衰減統(tǒng)計(jì)聲學(xué)統(tǒng)計(jì)聲學(xué)從能量角度，考慮室內(nèi)聲源開始發(fā)聲、持續(xù)發(fā)聲、停止等情況下聲音形成和消失的過程。 當(dāng)聲功率級(jí)為L(zhǎng)w的點(diǎn)聲源在室內(nèi)連續(xù)發(fā)聲，聲場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，距聲源為r米的某一點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)，可看作由直達(dá)聲和混響聲直達(dá)聲和混響聲兩部分組成。 直達(dá)聲強(qiáng)度與距離直達(dá)聲強(qiáng)度與距離r的平方成反比，而混響聲強(qiáng)度的平方成反比，而混響聲強(qiáng)度則主要取決于室內(nèi)吸聲情況。則主要取決于室內(nèi)吸聲情況。 二、穩(wěn)

6、態(tài)聲壓級(jí)計(jì)算公式二、穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)計(jì)算公式1、計(jì)算公式：當(dāng)室內(nèi)聲源聲功率一定時(shí)，穩(wěn)態(tài)時(shí)，室內(nèi)距離為r的某點(diǎn)穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)計(jì)算公式：公式應(yīng)用前提：1）點(diǎn)聲源2）連續(xù)發(fā)聲3）聲場(chǎng)分布均勻指向性因數(shù)：QQ=1（房間中心自由空間）；2（壁面中心半自由空間）；4（兩壁面交線1/4自由空間）；8（角落上1/8自由空間）1SRR：房間常數(shù)由直達(dá)聲場(chǎng)和混響聲場(chǎng)組成3、意義： 通過計(jì)算室內(nèi)聲壓級(jí)，可預(yù)測(cè)所大廳內(nèi)能否能達(dá)到滿意的聲壓級(jí)及聲場(chǎng)分布是否均勻，如果采用電聲系統(tǒng)，還可計(jì)算揚(yáng)聲器所需功率。4、應(yīng)用 （1）求指定位置LP ； （2）保證指定位置LP ，求W； （3） 吸聲降噪的理論依據(jù)吸聲降噪的理論依據(jù)。 12044

7、lg10lg102RrQWLpR 變形式 【例題】 某觀眾廳體積為20000m，室內(nèi)總表面積為6527m。已知500Hz的平均吸聲系數(shù)為0.232，演員聲功率為340微瓦。在舞臺(tái)上發(fā)聲，求距聲源39m處（觀眾席最后一排座位）的聲壓級(jí)。解： 求得： 而一般要求基本滿足要求，不需電聲設(shè)備。21890232. 01232. 062571mSR12044lg10lg102RrQWLp26257mS mr39WW610340dBLP8 .581QdBLP60三、混響半徑三、混響半徑rc1、當(dāng)r較?。拷曉矗?，直達(dá)聲大于混響聲，以直達(dá)聲場(chǎng)為主隨著距離r的增大，混響聲作用逐漸加強(qiáng) 2、當(dāng)r較大（遠(yuǎn)離聲源）

8、，直達(dá)聲小于混響聲，以混響聲場(chǎng)為主聲壓級(jí)大小主要決定于室內(nèi)吸聲量大小，與距離無關(guān) 3、直達(dá)聲與混響聲作用相等處距聲源距離稱 “混響半徑”rc 。RrQ442討論穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)計(jì)算公式3種情況引入混響半徑4、意義 降低室內(nèi)噪聲時(shí)：1）若接收點(diǎn)在rc 之內(nèi)，由于接收到的主要是直達(dá)聲，用增加房間吸聲量的方法沒有效果；2）如果接收點(diǎn)在rc 之外，即遠(yuǎn)離聲源，接收到的主要是反射聲，用增加房間吸聲量的方法能明顯降噪。QRrc14. 0吸聲降噪依據(jù)【例題】位于房間中部一個(gè)無方向性聲源在頻率500Hz的聲功率級(jí)為105dB，房間總表面積為400m2，對(duì)頻率為500Hz聲音的平均吸聲系數(shù)為0.1。求： （1）在與聲

9、源距離3m處的聲壓級(jí)？ （2）混響半徑是多少？ 解 （1）該聲源的指向性因數(shù)Q=1，將各已知數(shù)據(jù)帶入公式， 得：（2）由公式)44lg(102RrQLLwPdBLP95)09. 00088. 0lg(10105) 1 . 01/(1 . 04004341lg(101052RrQc442mrrcc94. 0885. 09 . 0/1 . 040044122.3 混響時(shí)間的計(jì)算公式混響時(shí)間的計(jì)算公式一、混響過程：聲源在室內(nèi)發(fā)聲后，由于界面反射與吸收的作用，使室內(nèi)聲場(chǎng)經(jīng)歷逐漸增長(zhǎng)穩(wěn)態(tài)；若聲源停止發(fā)聲，聲音不會(huì)立即消失，而要經(jīng)歷逐漸衰減的過程混響過程。二、混響時(shí)間 Reverberation Time

10、RT1、定義：可從兩方面、定義：可從兩方面（1）室內(nèi)聲場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，聲源突然停止發(fā)聲，室內(nèi)聲壓級(jí)）室內(nèi)聲場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，聲源突然停止發(fā)聲，室內(nèi)聲壓級(jí)將按線性規(guī)律衰減。衰減將按線性規(guī)律衰減。衰減60dB所經(jīng)歷的時(shí)間叫混響時(shí)間所經(jīng)歷的時(shí)間叫混響時(shí)間T60，單位單位s。（2）聲能密度衰減到原來的百萬分之一所經(jīng)歷的時(shí)間叫混響時(shí)間T60。音質(zhì)設(shè)計(jì)中，用混響時(shí)間作為控制室內(nèi)混響過程長(zhǎng)短的定量指標(biāo)?；祉憰r(shí)間長(zhǎng)，將增加音質(zhì)豐滿度，但過長(zhǎng)，會(huì)影響聽音清晰度?；祉憰r(shí)間短，有利于清晰度，但過短，會(huì)使聲音顯得干。根據(jù)廳堂用途來選擇合適混響時(shí)間專業(yè)英語關(guān)于混響時(shí)間的定義：The time it takes for an

11、initial sound to fade out is called reverberation time。2、計(jì)算公式（1）賽賓公式AVT161. 060 美國(guó)物理學(xué)家，發(fā)現(xiàn)混響時(shí)間近似與房間體積成正比，與總吸聲量成反比，并提出計(jì)算公式。討論：T60V，T601/A 當(dāng)趨近于1時(shí)，T600.161V=C（常數(shù)） 而實(shí)際物理過程，趨近于1時(shí)，T60=0 適用于平均適用于平均0.2，規(guī)劃階段使用規(guī)劃階段使用SSSSSSnnn212211 T60 混響時(shí)間（s）； V 房間容積（m3）； A 房間總吸聲量（m2）； 房間平均吸聲系數(shù)； S1 、S2 Sn 室內(nèi)各界面不同材料的表面積（m2）；1

12、、2 n 不同材料的吸聲系數(shù)（m2）。賽賓公式觀眾吸聲： A觀=nAj單個(gè)座椅吸聲（2）伊林公式）伊林公式)1ln(161. 060sVT討論：當(dāng) 趨近于1時(shí)，ln（1 ）趨向于，使T60 趨向于零， 與實(shí)際物理過程相符，故 無限制適用于方案設(shè)計(jì)階段。僅考慮室內(nèi)吸聲mVsVT4)1ln(161. 060（3）改進(jìn)的伊林公式適用于施工圖階段適用于施工圖階段4m：空氣吸收系數(shù)相對(duì)濕度倍頻程中心頻率（Hz）5001k2k4k600.00250.00440.00850.0234 計(jì)算RT時(shí)，頻率一般取125、250、500、1k、2k、4k六個(gè)倍頻程考慮空氣吸聲3、混響時(shí)間計(jì)算的局限性1）室內(nèi)條件與假

13、設(shè)條件并不完全一致。（1）室內(nèi)吸聲分布不均勻； （2）室內(nèi)形狀，高寬比例過大 ； 造成聲場(chǎng)分布不均勻，擴(kuò)散不完全。以擴(kuò)散聲場(chǎng)為假設(shè)條件： 1）聲能密度在室內(nèi)均勻分布。即在室內(nèi)各點(diǎn)上，聲能密度處處相等； 2）室內(nèi)任一點(diǎn)，來自各個(gè)方向聲強(qiáng)都相同。2）計(jì)算用材料吸聲系數(shù)與實(shí)際情況有誤差，一般誤差在10%15%。混響室模擬擴(kuò)散聲場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室4、計(jì)算RT的意義：1）“控制性”地指導(dǎo)材料的選擇與布置；2）預(yù)測(cè)建筑室內(nèi)的聲學(xué)效果；3）分析現(xiàn)有的音質(zhì)問題?！纠}】：據(jù)測(cè)定，某大廳內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)衰減35d所經(jīng)歷時(shí)間為1.0s，根據(jù)混響時(shí)間定義，可知該廳混響時(shí)間為多少秒？ 解：/35T6060 T601.7s2.4 房

14、間共振房間共振引入：引入：音樂學(xué)院琴房音樂學(xué)院琴房不規(guī)則形狀不規(guī)則形狀錄播音室不規(guī)則平面無法用幾何聲學(xué)解釋波動(dòng)聲學(xué)波動(dòng)聲學(xué) 什么樣的房間出現(xiàn)共振現(xiàn)象一、共振一、共振1、定義：當(dāng)某一頻率與房間本身固有頻率（共振頻率或簡(jiǎn)正頻率）相等時(shí)，該頻率處發(fā)生共振現(xiàn)象振動(dòng)加強(qiáng)振動(dòng)加強(qiáng)2、駐波：干涉（干涉（由兩列同頻率、同振幅的聲波相向傳播疊加）同一直線入射波、反射波相向傳播入射波、反射波相向傳播，入射波、反射波疊加后形成的波駐波形成豎線處，振幅為零零波節(jié)波節(jié)兩波節(jié)間中點(diǎn)處，振幅達(dá)最最大大波腹波腹 振動(dòng)加強(qiáng)振動(dòng)加強(qiáng)共振共振 固定的波腹與波節(jié)駐波兩平行墻面間產(chǎn)生共振相距為L(zhǎng)的兩平行墻面間產(chǎn)生駐波的條件：L=n/2

15、 切向振動(dòng)斜向振動(dòng)軸向振動(dòng)矩形房間共振 只要nx 、ny 、 nz不全為零，就對(duì)應(yīng)一組振動(dòng)方式。一個(gè)房間有無限個(gè)共振頻率；其值與房間幾何尺寸有關(guān)。 計(jì)算尺寸為7m7m 7m的矩形房間的十個(gè)最低共振頻率： 矩形房間產(chǎn)生一維、二維、三維空間上的駐波共振共振頻率相同共振頻率相同共振頻率相同1、簡(jiǎn)并簡(jiǎn)并現(xiàn)象 不同共振方式的共振頻率相同時(shí)，共振頻率出現(xiàn)重疊重疊（不均勻或分布集中）。2、聲染色 簡(jiǎn)并出現(xiàn)時(shí)，共振頻率聲音被大大加強(qiáng)共振頻率聲音被大大加強(qiáng)，形成頻率特性失真，低頻低頻會(huì)產(chǎn)生翁聲，頻率畸變“聲染色”。 小房間：錄音室、播音室。小房間：錄音室、播音室。 二、共振頻率的簡(jiǎn)并矩形小房間小房間正方體正方體聲學(xué)最不利最易出現(xiàn)簡(jiǎn)并現(xiàn)象低頻聲染色共振頻率分布特點(diǎn)：房間越大，個(gè)數(shù)越多，易均勻；房間越小，個(gè)數(shù)越少，