聲頻技術(shù)(1聲學基礎(chǔ),建筑聲學)

1、 廳堂擴聲 廳堂擴聲基礎(chǔ) 擴聲工程設(shè)計 公共廣播系統(tǒng) 會議系統(tǒng) 聲頻技術(shù)的發(fā)展 “聲音”在人們的日常生活中占有重要地位 悲痛時“聲淚俱下” 感情充沛動人“聲情并茂” 交朋友不看金錢、不看外表“聲應(yīng)氣求”（見周易 乾“同聲相應(yīng) ，同氣相求”） 若干了壞事，則會受到人們“聲色俱厲”的批評 若某人過著“聲色犬馬”的生活就會導致“聲名狼藉” 若事情做得好，則“聲譽鵲起”、 “聲威日隆”、“聲名遠揚”廳堂擴聲基礎(chǔ)聲學常識 室內(nèi)聲學（room acoustics） 廳堂擴聲工程設(shè)計廳堂擴聲系統(tǒng)的設(shè)計步驟 擴聲工程需求分析建筑聲學處理擴聲工程計算 聲學基礎(chǔ)知識 聲波（sound wave） 聲壓(sound

2、 pressure)、 有效聲壓（有效聲壓（effective sound pressure） 聲壓級聲壓級(sound pressure level) （SPL） 聲功率(sound power) 聲功率級（聲功率級（sound power level） 聲強（sound intensity，sound energy flux density） 聲強級（聲強級（sound intensity level） 聲波（sound wave） 定義：物體的機械振動在媒質(zhì)中的傳播。 振動三要素：振幅頻率相位 波動四要素：頻率，振幅，相位，波長(wave length)與波速（wave velocity

3、）f聲波的波速是多少？聲波波速公式是什么？波速公式如何得到？ 聲波（sound wave） 聲波是縱波（longitudinal wave）(Vs. transverse wave)聲波總是縱波嗎？ 聲壓(sound pressure) 概念：聲波傳播時，空氣壓強變化。變化量聲壓 表示式： p：聲壓（：聲壓（Pa，即，即N/m2） P0：測試點靜止時的壓強：測試點靜止時的壓強 P：測試點有聲音時壓強：測試點有聲音時壓強( )op tPP 有效聲壓（effective sound pressure） T：取平均的時間間隔，在周期聲壓時，T取一個或幾個（正整數(shù)）周期；對非周期性聲壓，T應(yīng)取足夠長，

4、使間隔長度的微小變化不影響測量結(jié)果。 一般測量儀器表示的聲壓為有效聲壓。201( )Tpp t dtT 聲壓級(sound pressure level) 基準聲壓：Pr2105 Pa（0dB） 20lg()prPLP表1：常見聲源的聲壓級典型聲源人耳感受 聲壓（Pa） 聲壓級（dB）汽錘，機場跑道 不能忍受200140春雷，動力工具 震耳欲聾20120重型車輛，機床很響2100車間、樂隊響210-180大聲喊叫一般210-260低聲談話輕210-340呼吸聲微弱210-420 隱約210-50 聲功率(sound power) 概念：單位時間內(nèi)向外輻射的聲能。衡量聲源的發(fā)聲能力 聲功率級（s

5、ound power level） 基準聲功率：W010-12W010 lgwWLW表2 常見聲源的平均發(fā)聲功率聲源耳語交談小提琴輕聲唱大提琴女高音鋼琴管風琴小鼓大鼓75人交響樂隊聲功率W0.0110300.317.7330.16m1m0.413132570 聲強（sound intensity，sound energy flux density） 概念：某一點的聲強為單位時間內(nèi)通過該點且與聲波傳播方向垂直的單位面積內(nèi)的聲能I 聲強級（sound intensity level） 聲強的上下限相差一萬億倍，度量聲音的強弱不方便，同時，人耳對聲音強弱的分辨能力不與聲強成正比，而是近似地與聲強的對

6、數(shù)值成正比。 表達式 以dB為單位。 基準聲強：I010-12W/m2 （0dB） 010lg()IILI 室內(nèi)聲學（room acoustics） 建筑聲學（architectural acoustics） 室內(nèi)聲場的建立室內(nèi)聲場的建立 描述室內(nèi)聲場的物理量描述室內(nèi)聲場的物理量 影響室內(nèi)聲場的因素影響室內(nèi)聲場的因素 研究室內(nèi)聲場的方法研究室內(nèi)聲場的方法 生理聲學與心理聲學 電聲學 建筑聲學（architectural acoustics） 室內(nèi)聲的組成 建筑聲學（architectural acoustics） 室內(nèi)聲場(sound field)的建立 建筑聲學（architectural

7、acoustics） 室內(nèi)聲場(sound field)的建立，室內(nèi)聲的組成 直達聲（direct sound）： 聽音處最初到達的聲波（在自由場（free field）中，如果不考慮反射聲，聲強按照與距離的平方成反比的規(guī)律衰減。） 反射聲（reflect sound）： 近次反射聲（早期反射聲）：經(jīng)過幾次反射到達的聲音，反映空間中聲源、耳朵及墻壁之間的距離關(guān)系 多次反射聲（混響聲（reverberation sound）：直達聲后50ms以外的多次反射聲） 聲音的干涉與衍射 衍射現(xiàn)象：聞其聲不見其人 衍射產(chǎn)生條件：物體尺寸與聲波波長的關(guān)系。 反饋聲（feedback sound）： 經(jīng)過反射

8、后重新到達聲源處的聲音。 聲吸收（sound absorption）： 當聲波經(jīng)過一種介質(zhì)時，聲能被轉(zhuǎn)換為其他能量的一種現(xiàn)象。反饋聲起什么作用？ 吸聲材料（sound absorption material） 多孔吸聲材料（porous absorbing material） 玻璃棉、礦渣棉、木絲板等，對高頻段的吸收更有效。 共振吸聲材料（resonance absorbing material） 薄板，對低頻段更為有效 微穿孔板（空腔吸聲）（micro perforate absorber）： Helmholtz 共振腔，窄帶吸收。 室內(nèi)聲學（room acoustics） 建筑聲學（arc

9、hitectural acoustics） 室內(nèi)聲場的建立室內(nèi)聲場的建立 描述室內(nèi)聲場的物理量描述室內(nèi)聲場的物理量 影響室內(nèi)聲場的因素影響室內(nèi)聲場的因素 研究室內(nèi)聲場的方法研究室內(nèi)聲場的方法 生理聲學與心理聲學 電聲學 描述室內(nèi)聲場的物理量 （直達）聲能密度（sound energy density） 在某點，一尺度甚小于波長而甚大于分子尺度的小體積中的聲能用這個體積來除所得的商 W：聲源功率。 r：聽音點與聲源的距離。 V：聲速。24DWr v 混響聲能密度 s：房間總表面積。 ：吸聲系數(shù)（sound absorption coefficient）：入射聲能被材料表面或媒質(zhì)吸收的百分數(shù)。 W

10、：聲源功率。 v：聲速。4(1)RWv s 聲能比（acoustic ratio）224164(1)RDErrKsEsR直達聲能密度混響聲能密度224164(1)RDErrKsEsR混響聲能密度直達聲能密度216 rKsR 房間常數(shù)R （room constant）： 表征一個房間的活躍（live）程度或沉寂（dead）程度，房間常數(shù)越大，房間越沉寂。 S：房間表面積 ：房間平均吸聲系數(shù)1sR 混響半徑Reverberation Radius（極限距離）: 反射聲與直達聲聲能相等的地方與聲源的距離。 聲能比Ks1014Rrr 混響時間（Reverberation Time） 定義：當室內(nèi)聲場達

11、到穩(wěn)態(tài)，聲源停止發(fā)聲后，聲壓級降低60dB所經(jīng)過的時間稱為混響時間，記作T60或RT，單位是秒（s）。 計算混響時間 賽賓（Sabine）/伊林（Eyring）/克納森（Knudsen）公式 V：房間容積，m：空氣吸收系數(shù) 600.161KVVTSS600.161Sln(1)VT600.161Sln(1)VT600.161Sln(1)VT600.161Sln(1)VT600.161Sln(1)4mVVT600.161Sln(1)4mVVT600.161Sln(1)4mVVT利用聲能密度、平均自由程、定義，可以推導賽賓公式 說明 推導公式的條件：首先，室內(nèi)的聲音是充分擴散的，即室內(nèi)任一點的聲音強

12、度一樣，而且在任何方向上的強度也一樣；其次，室內(nèi)聲音按同樣的比例被室內(nèi)各表面吸收，即吸收均勻 當1時，T60 0，符合實際情況 當1時，-ln(1- ) ，修正公式與賽賓公式一致 公式適用條件 在室內(nèi)總吸聲量較小、混響時間較長的情況下，根據(jù)賽賓公式算出的數(shù)值與實測值相當一致。 在室內(nèi)總吸聲量較大、混響時間較短的情況下，計算值比實測值要長。在1，即聲能幾乎被全部聽收的情況下，混響時間應(yīng)當趨近于0，而根據(jù)賽賓公式，此時T60并不趨近于0，與實際不符。 在室內(nèi)表面平均吸聲系數(shù)較小(0.2)時,只能用修正后的修正后的公式計算室內(nèi)的混響時間。 混響時間是目前建筑聲學設(shè)計中能定量估算的重要評價指標，直接影

13、響廳堂音質(zhì)的效果。 在計算混響時間時，通常要計算125、250、500、1000、2000和4000Hz六個頻率的值。對于錄音室和播音室有時還應(yīng)追加 63Hz和8000Hz的混響時間。 聲源指向性因數(shù) 特定方向的平方聲壓 所有方向平均的平方聲壓 Q1，2，4，8 22davpQp2dp2avp 室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級 Lp 室內(nèi)某點距聲源為r的聲壓級（dB） Lw 聲源功率級(dB),W0？ Q 聲源指向性因數(shù) r 座位與聲源的距離 直達聲 反射聲2410lg()4pwQLLrR24Qr4R 其他描述室內(nèi)聲場的參量 早期衰減時間（Early Delay Time）或早期混響時間（Early Rever

14、b Time） 重心時間(Point of Gravity Time) 明晰度(Clarity) 房間響應(yīng)（Room Response） 側(cè)向效率（Lateral Efficiency） 側(cè)向能量因子（Lateral Energy Factor） 雙耳聽覺互相關(guān)（Intramural Crosscorrelation） 室內(nèi)聲學（room acoustics） 建筑聲學（architectural acoustics） 室內(nèi)聲場的建立室內(nèi)聲場的建立 描述室內(nèi)聲場的物理量描述室內(nèi)聲場的物理量 影響室內(nèi)聲場的因素影響室內(nèi)聲場的因素 研究室內(nèi)聲場的方法研究室內(nèi)聲場的方法 生理聲學與心理聲學 電聲學

15、影響室內(nèi)聲場的因素： 房間形狀長方體狀 房間尺度黃金分割比或無理數(shù)比 混響時間房間材料與布置 房間形狀：聲聚焦 聲波被大凹面鏡反射后會聚于一點，這種現(xiàn)象叫做聲聚焦 現(xiàn)象: 天壇回音壁 杰尼西亞的耳朵聲聚焦對擴聲有什么影響？ 房間尺度 室內(nèi)簡正頻率 如同任何一個振動系統(tǒng)一樣，一個房間有其固有頻率，這一系列固定頻率的振動特別容易被激發(fā)。所以，當將一個頻率分布均勻的聲源放入房間時，在離聲源相同距離處各頻率的聲壓不會是相同的對應(yīng)于該房間共振頻率的聲壓將會高得多。 如何繪制房間共振頻譜圖？2220()()()2vmnrfLBH v：聲速，L，B，H是閉室的長、寬、高，m，n，r0、1、2（m、n、r不同時為零） 簡正頻率的分布是影響房間音質(zhì)的重要因素 合理確定L：B：H的值。對于體積小而聲學特性至關(guān)重要的房間（播音室、錄音室等）特別有意義。(1.618：1：0.618) 混響時間 最佳混響：（對于500Hz以上的高頻亦適用，對于500Hz以下的低頻聲，應(yīng)乘以11.5的系數(shù)。）部分世界著名音樂廳的不同頻率下的混響時間 室內(nèi)聲學（room acoustics） 建筑聲學（architectural acoustics） 室內(nèi)聲場的建立室內(nèi)聲場的