1、第二章 室內(nèi)聲學原理第一節(jié) 室內(nèi)聲場第二節(jié) 室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級計算第三節(jié) 混響時間計算第四節(jié) 房間共振,1、隨與聲源距離的增加，聲能發(fā)生衰減。 對于點聲源，無地面反射有：,2、對于存在地面反射的情況，有：,一、聲音在室外與室內(nèi)的傳播 （一）聲音在室外空曠地帶的傳播,第一節(jié) 室內(nèi)聲場,自由聲場：室外露天（自由空間）聲音的傳播。,距離增加一倍，聲壓級減少6dB。,（二）聲波在室內(nèi)封閉空間的傳播,與室外情況不同，形成“復雜聲場”。 1、距聲源同樣的距離，室內(nèi)比室外響些。 2、室內(nèi)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)

2、聲聚焦等。 以上現(xiàn)象源于：封閉空間內(nèi)各個界面使聲波被反射或擴射。,【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； 10m86 20m86-6=80 40m80-6=74 80m74-6=68dB。,（三）建筑聲學,室內(nèi)聲學中，可用幾何聲學、統(tǒng)計聲學和波動聲學的 理論加以分析。但對于建筑師來講，可少些關心復雜的理論 分析和數(shù)學推導，重要是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，特別是弄 清楚物理意義。,1. 幾何聲學：聲線法（虛聲源法），主要考慮聲音的反射，特別是

3、一、二次反射。考慮重點 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(nèi)聲音的狀況，增長、穩(wěn)態(tài)和衰減三個過程。,二、聲波在室內(nèi)的反射與幾何聲學,反射界面的平均吸聲系數(shù)：,按面積加權平均,混響室,消聲室,（一）聲音在房間內(nèi)的反射 當一聲源在室內(nèi)發(fā)聲時，聲波由聲源到各接收點形成了復雜的聲場。任一點接收到的聲音都可看成由三個部分組成： （1）直達聲：聲源直接到達接收點的聲音，不受室內(nèi)界面影響，遵循距離平方反比定律。 （2）早期反射聲：一般是指直達聲到達后，相對延遲時間50ms（音樂聲可放寬到80ms）內(nèi)到達的反射聲，對直達聲起加強作用。前

4、次反射聲 （3）混響聲：早期反射聲后陸續(xù)到達，經(jīng)過多次反射后的聲音 統(tǒng)稱為混響聲。有些場合除直達聲外，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：強短延時反射聲，有害,聲音在房間內(nèi)的反射,一次,二次,三次,三、 室內(nèi)聲音反射的幾種情況 室內(nèi)聲學常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：用聲線的方法來研究聲波在空間的傳播（空間分布） 。 使用幾何聲學方法時應注意： 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。適合中、高頻。 如：63125Hz低頻聲，相應的波長為5.42.7m，在一個各個表面尺寸均小于聲波波長的小房間，幾何反射定律不適用

5、。通常大房間可用幾何聲學研究。 2）僅考慮反射，忽略波動性。,幾何聲學,第二節(jié) 室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級計算公式及混響半徑一、室內(nèi)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(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。,當聲功率級為Lw的點聲源在室內(nèi)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，可近似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(nèi)吸聲情況。,二、穩(wěn)態(tài)聲壓級計算公式,1、計算公式： 當室內(nèi)聲源聲功率一定時，穩(wěn)態(tài)時，室內(nèi)距離為r的某點穩(wěn)態(tài)聲壓級的計算公式為：,公式應用前提： 1）點聲源2）連續(xù)發(fā)聲3）聲場分布

6、均勻,指向性因數(shù)：Q Q=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,3、意義： 通過對室內(nèi)聲壓級的計算，可預計所設計大廳內(nèi)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)。,【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。在舞臺上發(fā)聲，求距聲源39m處（觀眾席最后一排座位

7、）的聲壓級。 解： 求得： 而一般要求 基本滿足要求，不需電聲設備。,例題,三、混響半徑rc 1、當r較?。拷曉矗㎡，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(nèi)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,混響半徑,4、求混響半徑 rc的意義 降低室內(nèi)噪聲時： 1）若接收點在rc 之內(nèi)，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

8、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),【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 ，帶入數(shù)據(jù)，得：,例題,第三節(jié) 混響時間的計算公式,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。,二、混響時間 Reverbera

9、tion TimeRT 1、定義：可從兩個方面定義 （1）室內(nèi)聲場達到穩(wěn)態(tài)后，聲源突然停止發(fā)聲，室內(nèi)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(zhì)設計中，用混響時間作為控制室內(nèi)混響過程長短的定量指標。,混響時間長，將增加音質(zhì)豐滿度，但過長，會影響聽音清晰度。 混響時間短，有利于清晰度，但過短，會使聲音顯得干。根據(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： The time it takes for an initial sound to fade out is called re

10、verberation time。,2、計算公式（1）賽賓公式,賽賓美國物理學家，發(fā)現(xiàn)混響時間近似與房間體積成正比，與房間總吸聲量成反比，并提出混響時間經(jīng)驗計算公式賽賓公式。,討論：T60V，T601/A 當趨近于1時，T600.161V=C（常數(shù)） 而實際物理過程，趨近于1時，T60=0 適用于平均0.2 規(guī)劃階段使用,T60 混響時間（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 、2 n 不同材料的吸聲系數(shù)（m2）,賽賓公式,觀眾吸聲： A觀=nAj單個座椅吸聲,（2）伊林公式,討論： 當趨近于1

11、時，ln（1）趨向于，使T60 趨向于零， 與實際物理過程相符，故平均無限制適用于方案設計階段。,（3）改進的伊林公式適用于施工圖階段,4m：空氣吸收系數(shù),計算RT時，頻率一般取125、250、500、1k、2k、4k六個倍頻程,僅考慮室內(nèi)吸聲,考慮空氣吸聲,3、混響時間計算的局限性 1）室內(nèi)條件與假設條件并不完全一致。（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(nèi)均勻分布。即在室內(nèi)各點上，聲能密度處處相等； 2）在室內(nèi)任一點上，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

12、在10%15%。,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(nèi)的聲學效果；3）分析現(xiàn)有的音質(zhì)問題。,【例題】：據(jù)測定，某大廳內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲場衰減35d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：/35T6060 T601.7s,例題,【例題】：據(jù)稱，倫敦圣保羅大教堂的總容積為150000立方米，其空場混響時間為11.7s（500z），滿場時為6.3s，請推算當滿場時，教堂內(nèi)坐了多少人？ 解： 空場： T600.16110.161150000111.7 12064.1 滿場： T6020.16120.1611500006.

13、3 23833.3 n1769.20.44423人,例題,第四節(jié) 房間共振 無法用幾何聲學解釋 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，該頻率處就發(fā)生共振現(xiàn)象振動加強。 2、駐波：由兩列同頻率、同振幅的聲波相向傳播疊加而形成。同一條直線入射波、反射波相向傳播時，入射波、反射波疊加后形成的波,相距為L的兩平行墻面間駐波產(chǎn)生的條件：L=n/2,駐波形成,圖中豎線處，均是始終不振動的點，聲壓為零，稱波節(jié)；兩波節(jié)間中點處，有固定的壓力起伏，振幅達到最大，稱波腹。振動加強共振,切向振動,斜向振動,軸向振動,矩形房間會產(chǎn)生一維、二維、三維空

14、間上的駐波 共振,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。如：計算尺寸為7m7m 7m的矩形房間的十個最低共振頻率：,3、共振頻率： （1）數(shù)目無數(shù)個； （2）分布特點： 房間越大，個數(shù)越多，易均勻； 房間越小，個數(shù)越少，不易均勻。,1、簡并現(xiàn)象 不同共振方式的共振頻率相同時，會出現(xiàn)共振頻率的重疊（分布不均勻或集中）。 如777（0，0，1），（0，1，0），（0，0，1），共振頻率相同，故正方體聲學最不利最易出現(xiàn)簡并現(xiàn)象； 2、聲染色 簡并出現(xiàn)時，共振頻率聲音被大大加強，形成頻率特性失真，低頻會產(chǎn)生翁聲，頻率畸變“聲染色”（coloration)。 小房間：錄音室、播音室。,簡并,矩形小房間低頻段最容易引起簡并現(xiàn)象,二、共振頻率的簡并,3、防止根本原則：使共振頻率分布盡可能均勻。 4、克服簡并現(xiàn)象的措施： 1）改變房間的尺寸、比例。 小房間：1.25：1