室內(nèi)聲學(xué)原理

室內(nèi)聲學(xué)原理第1頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、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)

第2頁(yè)，共40頁(yè)，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(wú)地面反射：2)存在地面反射：一、聲音在室內(nèi)、外的傳播（一）聲音在室外的傳播點(diǎn)聲源第3頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四【例】：在戶外距離歌手10m處聽(tīng)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——

8620m——

86-6=8040m——

80-6=7480m——74-6=68dB2、特點(diǎn)：距離增加一倍，聲壓級(jí)減少6dB第4頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）聲波在室內(nèi)的傳播與室外情況不同，形成“復(fù)雜聲場(chǎng)”。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(huì)馬上消失，會(huì)有一個(gè)交混回響過(guò)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。第5頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（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)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(wèn)題的方法和計(jì)算公式。第6頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四幾何聲學(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?！攸c(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(guò)程。第7頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（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)?！齻€(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(lè)聲可放寬到80ms）內(nèi)到達(dá)的反射聲，對(duì)直達(dá)聲起加強(qiáng)作用?！按畏瓷渎暥⒙暡ㄔ谑覂?nèi)的反射與幾何聲學(xué)第8頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（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)、有害反射聲第9頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四聲音在房間內(nèi)的反射第10頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（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。第11頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四幾何聲學(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?！m合中、高頻。如：63~125Hz低頻聲，相應(yīng)的波長(zhǎng)為5.4~2.7m，在一個(gè)各個(gè)表面尺寸均小于聲波波長(zhǎng)的小房間，反射定律不適用?！ǔ４蠓块g可用幾何聲學(xué)研究2）僅考慮反射，忽略波動(dòng)性。第12頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.2室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)計(jì)算公式及混響半徑

一、室內(nèi)聲音的增長(zhǎng)、穩(wěn)態(tài)和衰減——統(tǒng)計(jì)聲學(xué)從能量角度，考慮室內(nèi)聲源開(kāi)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(guò)程。第13頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

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)聲和混響聲兩部分組成。

直達(dá)聲強(qiáng)度與距離r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。二、穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)計(jì)算公式第14頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、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）R：房間常數(shù)由直達(dá)聲場(chǎng)和混響聲場(chǎng)組成第15頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、意義：通過(guò)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)。

變形式第16頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

【例題】

某觀眾廳體積為20000m3，室內(nèi)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(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。第17頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、混響半徑rc1、當(dāng)r較小（靠近聲源），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），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(wú)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。討論穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)計(jì)算公式3種情況——引入混響半徑第18頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、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(méi)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。吸聲降噪依據(jù)第19頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四【例題】位于房間中部一個(gè)無(wú)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）由公式第20頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.3混響時(shí)間的計(jì)算公式一、混響過(guò)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(guò)程——混響過(guò)程。第21頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、混響時(shí)間ReverberationTime——RT1、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)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T60，單位s。（2）聲能密度衰減到原來(lái)的百萬(wàn)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(guò)程長(zhǎng)短的定量指標(biāo)。第22頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四混響時(shí)間長(zhǎng)，將增加音質(zhì)豐滿度，但過(guò)長(zhǎng)，會(huì)影響聽(tīng)音清晰度。混響時(shí)間短，有利于清晰度，但過(guò)短，會(huì)使聲音顯得干?！鶕?jù)廳堂用途來(lái)選擇合適混響時(shí)間《專業(yè)英語(yǔ)》關(guān)于混響時(shí)間的定義：Thetimeittakesforaninitialsoundtofadeoutiscalledreverberationtime。第23頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、計(jì)算公式

（1）賽賓公式

——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：T60∝V，T60∝1/A

當(dāng)α趨近于1時(shí)，T60＝0.161V／Ａ=C（常數(shù)）而實(shí)際物理過(guò)程，α趨近于1時(shí)，T60=0

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

T60——混響時(shí)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(nèi)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(gè)座椅吸聲第25頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）伊林公式討論：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(guò)程相符，故無(wú)限制——適用于方案設(shè)計(jì)階段。僅考慮室內(nèi)吸聲第26頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）改進(jìn)的伊林公式——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）5001k2k4k60％0.00250.00440.00850.0234

——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第27頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、混響時(shí)間計(jì)算的局限性1）室內(nèi)條件與假設(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(guò)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(lái)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%。第28頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四混響室——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(wèn)題。第29頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四【例題】：據(jù)測(cè)定，某大廳內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)衰減35dＢ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：１/35＝T60／60

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

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

——無(wú)法用幾何聲學(xué)解釋——波動(dòng)聲學(xué)

——什么樣的房間出現(xiàn)共振現(xiàn)象一、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)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(yè)，共40頁(yè)，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(diǎn)處，振幅達(dá)最大——波腹

——振動(dòng)加強(qiáng)——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(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四相距為L(zhǎng)的兩平行墻面間產(chǎn)生駐波的條件：L=n·λ/2

第35頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四切向振動(dòng)斜向振動(dòng)軸向振動(dòng)矩形房間共振第36頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

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(wú)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7m×7m×7m的矩形房間的十個(gè)最