室內聲學原理

室內聲學原理第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四一、聲音在室內、外的傳播二、聲波在室內的反射與幾何聲學2.1室內聲場

第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四1、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、外的傳播（一）聲音在室外的傳播點聲源第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四【例】：在戶外距離歌手10m處聽到演唱的聲壓級為86dB，在距離80m處的聲壓級為多少？解：室外聲場——自由聲場；點聲源，距離增加一倍，減少6dB；10m——

8620m——

86-6=8040m——

80-6=7480m——74-6=68dB2、特點：距離增加一倍，聲壓級減少6dB第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四（二）聲波在室內的傳播與室外情況不同，形成“復雜聲場”。1、距聲源同樣的距離，室內比室外響些。2、室內聲源停止發(fā)聲后，聲音不會馬上消失，會有一個交混回響過程。3、房間較大，且表面形狀變化復雜，會形成回聲和聲場分布不均，有時出現(xiàn)聲聚焦現(xiàn)象。

以上現(xiàn)象源于：封閉空間內各個界面使聲波被反射或擴射。第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四（三）室內聲學——建筑聲學

室內聲學可采用幾何聲學、統(tǒng)計聲學和波動聲學的理論加以分析。對建筑師而言，可少些關心復雜的理論分析和數(shù)學推導，重要在于弄清楚一些聲學基本原理，掌握一些必要的解決實際問題的方法和計算公式。第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四幾何聲學：聲線法（虛聲源法）主要考慮聲音的反射，特別是一、二次反射?！攸c考慮2.波動聲學：利用聲音的波動性解釋一些聲學現(xiàn)象，如聲衍射（繞射）、駐波。3.統(tǒng)計聲學：從能量角度分析室內聲音的狀況，增長、穩(wěn)態(tài)和衰減三個過程。第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四（一）聲音在室內反射聲源在室內發(fā)聲時，聲波由聲源到各接收點形成復雜的聲場。——三個部分組成

（1）直達聲：聲源直接到達接收點的聲音，不受室內界面影響，遵循距離平方反比定律。（2）早期反射聲：一般是指直達聲到達后，相對延遲時間50ms（音樂聲可放寬到80ms）內到達的反射聲，對直達聲起加強作用?！按畏瓷渎暥⒙暡ㄔ谑覂鹊姆瓷渑c幾何聲學第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四（3）混響聲：早期反射聲后陸續(xù)到達，經(jīng)多次反射后的聲音。有些場合直達聲外到達的反射聲統(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、短延時、有害反射聲第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四聲音在房間內的反射第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四（二）室內聲音反射的幾種情況與幾何聲學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。第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四幾何聲學——聲線法研究聲波在空間的傳播注意2點：1）聲波所遇到的反射界面、障礙物尺寸比聲音的波長大得多?！m合中、高頻。如：63~125Hz低頻聲，相應的波長為5.4~2.7m，在一個各個表面尺寸均小于聲波波長的小房間，反射定律不適用?！ǔ４蠓块g可用幾何聲學研究2）僅考慮反射，忽略波動性。第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四2.2室內穩(wěn)態(tài)聲壓級計算公式及混響半徑

一、室內聲音的增長、穩(wěn)態(tài)和衰減——統(tǒng)計聲學從能量角度，考慮室內聲源開始發(fā)聲、持續(xù)發(fā)聲、停止等情況下聲音形成和消失的過程。第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

當聲功率級為Lw的點聲源在室內連續(xù)發(fā)聲，聲場達到穩(wěn)態(tài)時，距聲源為r米的某一點的穩(wěn)態(tài)聲壓級，可看作由直達聲和混響聲兩部分組成。

直達聲強度與距離r的平方成反比，而混響聲強度則主要取決于室內吸聲情況。二、穩(wěn)態(tài)聲壓級計算公式第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四1、計算公式：當室內聲源聲功率一定時，穩(wěn)態(tài)時，室內距離為r的某點穩(wěn)態(tài)聲壓級計算公式：公式應用前提：1）點聲源

2）連續(xù)發(fā)聲

3）聲場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）R：房間常數(shù)由直達聲場和混響聲場組成第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四3、意義：通過計算室內聲壓級，可預測所大廳內能否能達到滿意的聲壓級及聲場分布是否均勻，如果采用電聲系統(tǒng)，還可計算揚聲器所需功率。4、應用（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)。

變形式第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

【例題】

某觀眾廳體積為20000m3，室內總表面積為6527m2。已知500Hz的平均吸聲系數(shù)為0.232，演員聲功率為340微瓦。在舞臺上發(fā)聲，求距聲源39m處（觀眾席最后一排座位）的聲壓級。解：

求得：而一般要求基本滿足要求，不需電聲設備。第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四三、混響半徑rc1、當r較小（靠近聲源），直達聲大于混響聲，以直達聲場為主——隨著距離r的增大，混響聲作用逐漸加強

2、當r較大（遠離聲源），直達聲小于混響聲，以混響聲場為主——聲壓級大小主要決定于室內吸聲量大小，與距離無關3、直達聲與混響聲作用相等處距聲源距離稱“混響半徑”rc。討論穩(wěn)態(tài)聲壓級計算公式3種情況——引入混響半徑第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四4、意義降低室內噪聲時：1）若接收點在rc之內，由于接收到的主要是直達聲，用增加房間吸聲量的方法沒有效果；2）如果接收點在rc之外，即遠離聲源，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。吸聲降噪依據(jù)第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四【例題】位于房間中部一個無方向性聲源在頻率500Hz的聲功率級為105dB，房間總表面積為400m2，對頻率為500Hz聲音的平均吸聲系數(shù)為0.1。求：（1）在與聲源距離3m處的聲壓級？（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）由公式第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四2.3混響時間的計算公式一、混響過程：聲源在室內發(fā)聲后，由于界面反射與吸收的作用，使室內聲場經(jīng)歷逐漸增長——穩(wěn)態(tài)；若聲源停止發(fā)聲，聲音不會立即消失，而要經(jīng)歷逐漸衰減的過程——混響過程。第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四二、混響時間ReverberationTime——RT1、定義：可從兩方面（1）室內聲場達到穩(wěn)態(tài)后，聲源突然停止發(fā)聲，室內聲壓級將按線性規(guī)律衰減。衰減60dB所經(jīng)歷的時間叫混響時間T60，單位s。（2）聲能密度衰減到原來的百萬分之一所經(jīng)歷的時間叫混響時間T60。音質設計中，用混響時間作為控制室內混響過程長短的定量指標。第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四混響時間長，將增加音質豐滿度，但過長，會影響聽音清晰度?；祉憰r間短，有利于清晰度，但過短，會使聲音顯得干?！鶕?jù)廳堂用途來選擇合適混響時間《專業(yè)英語》關于混響時間的定義：Thetimeittakesforaninitialsoundtofadeoutiscalledreverberationtime。第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四2、計算公式

（1）賽賓公式

——美國物理學家，發(fā)現(xiàn)混響時間近似與房間體積成正比，與總吸聲量成反比，并提出計算公式。討論：T60∝V，T60∝1/A

當α趨近于1時，T60＝0.161V／Ａ=C（常數(shù)）而實際物理過程，α趨近于1時，T60=0

適用于平均α<0.2，———規(guī)劃階段使用第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

T60——混響時間（s）；

V——房間容積（m3）；

A——房間總吸聲量（m2）；

α——房間平均吸聲系數(shù)；

S1、S2…Sn——室內各界面不同材料的表面積（m2）；α1、α2…αn——不同材料的吸聲系數(shù)（m2）。賽賓公式觀眾吸聲：A觀=n·Aj——單個座椅吸聲第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四（2）伊林公式討論：當趨近于1時，ln（1－）趨向于∞，使T60

趨向于零，與實際物理過程相符，故無限制——適用于方案設計階段。僅考慮室內吸聲第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四（3）改進的伊林公式——適用于施工圖階段4m：空氣吸收系數(shù)相對濕度倍頻程中心頻率（Hz）5001k2k4k60％0.00250.00440.00850.0234

——計算RT時，頻率一般取125、250、500、1k、2k、4k六個倍頻程考慮空氣吸聲第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四3、混響時間計算的局限性1）室內條件與假設條件并不完全一致。

（1）室內吸聲分布不均勻；

（2）室內形狀，高寬比例過大；——造成聲場分布不均勻，擴散不完全。以擴散聲場為假設條件：

1）聲能密度在室內均勻分布。即在室內各點上，聲能密度處處相等；

2）室內任一點，來自各個方向聲強都相同。2）計算用材料吸聲系數(shù)與實際情況有誤差，一般誤差在10%~15%。第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四混響室——模擬擴散聲場的實驗室4、計算RT的意義：

1）“控制性”地指導材料的選擇與布置；

2）預測建筑室內的聲學效果；

3）分析現(xiàn)有的音質問題。第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四【例題】：據(jù)測定，某大廳內穩(wěn)態(tài)聲場衰減35dＢ所經(jīng)歷時間為1.0s，根據(jù)混響時間定義，可知該廳混響時間為多少秒？解：１/35＝T60／60

T60＝1.7s第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四2.4房間共振引入：

音樂學院琴房——不規(guī)則形狀第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四錄播音室——不規(guī)則平面第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

——無法用幾何聲學解釋——波動聲學

——什么樣的房間出現(xiàn)共振現(xiàn)象一、共振1、定義：當某一頻率與房間本身固有頻率（共振頻率或簡正頻率）相等時，該頻率處發(fā)生共振現(xiàn)象——振動加強2、駐波：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、反射波疊加后形成的波第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四駐波形成豎線處，振幅為零——波節(jié)兩波節(jié)間中點處，振幅達最大——波腹

——振動加強——共振

固定的波腹與波節(jié)——駐波——兩平行墻面間產(chǎn)生共振第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四相距為L的兩平行墻面間產(chǎn)生駐波的條件：L=n·λ/2

第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四切向振動斜向振動軸向振動矩形房間共振第36頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

只要nx、ny、

nz不全為零，就對應一組振動方式。一個房間有無限個共振頻率；其值與房間幾何尺寸有關。計算尺寸為7m×7m×7m的矩形房間的十個最