聲環(huán)境設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)_第1頁(yè)
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聲環(huán)境設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)第1頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六一、聲音的基本性質(zhì)

聲音產(chǎn)生于振動(dòng),振動(dòng)的物體是聲源。

“聲”由聲源發(fā)出,“音”在傳播介質(zhì)中向外傳播。第2頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六一、聲音的基本性質(zhì)

———之聲音的產(chǎn)生和傳播在空氣中,聲源的振動(dòng)引起空氣質(zhì)點(diǎn)間壓力的變化,密集(正壓)稀疏(負(fù)壓)交替變化傳播開(kāi)去,形成波動(dòng)即聲波。第3頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六一、聲音的基本性質(zhì)

———之頻率、波長(zhǎng)與聲速

描述聲音的基本物理量:f:頻率,每秒鐘振動(dòng)的次數(shù),單位Hz(赫茲)

:波長(zhǎng),在傳播途徑上,兩相鄰?fù)辔毁|(zhì)點(diǎn)距離。單位沒(méi)m(米)。聲波完成一次振動(dòng)所走的距離。C:聲速,聲波在某一介質(zhì)中傳播的速度。單位m/s。

在空氣中聲速:在0oC時(shí),C鋼=5000m/s,C水=1450m/s

在15oC時(shí),C空氣=1450m/s

參數(shù)間存在如下關(guān)系:c=f*或=c/f人耳可聽(tīng)頻率范圍為20Hz~20KHz,<20Hz為次聲,>20KHz為超聲

其中,人耳感覺(jué)最重要的部分約在100Hz~4000Hz,相應(yīng)的波長(zhǎng)約3.4m~8.5cm第4頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六一、聲音的基本性質(zhì)

———之聲波的繞射、反射和散射波陣面:聲波從聲源發(fā)出,在某一介質(zhì)內(nèi)按同一方向傳播,在某一時(shí)間到達(dá)空間各點(diǎn)的包絡(luò)面稱為波陣面。球面波:點(diǎn)聲源發(fā)出的波,聲線與波陣面垂直。如人、樂(lè)器。平面波:波陣面為平面的波,聲源互相平行,如線聲源,多個(gè)點(diǎn)聲源疊排。第5頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六聲波的繞射聲波在傳播過(guò)程中遇到障礙或孔洞時(shí)將發(fā)生繞射。繞射的情況與聲波的波長(zhǎng)和障礙物(或孔)的尺寸有關(guān)。一、聲音的基本性質(zhì)

———之聲波的繞射、反射和散射第6頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六聲波的反射當(dāng)聲波遇到一塊尺寸比波長(zhǎng)大得多的障礙時(shí),聲波將被反射。類似于光在鏡子上的反射。反射的規(guī)則:1)入射線、反射線法線在同一側(cè)。

2)入射線和反射線分別在法線兩側(cè)。

3)入射角等于反射角。Li=L一、聲音的基本性質(zhì)

———之聲波的繞射、反射和散射第7頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六散射

當(dāng)障礙物的尺寸與聲波相當(dāng)時(shí),將不會(huì)形成定向反射,而以障礙物為一子波源,形成散射。一、聲音的基本性質(zhì)

———之聲波的繞射、反射和散射第8頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六干涉

當(dāng)具有相同頻率、相同相位的兩個(gè)波源所發(fā)出的波相遇疊加時(shí),在波重疊的區(qū)域內(nèi)某些點(diǎn)處,振動(dòng)始終加強(qiáng),而在另一些位置,振動(dòng)始終互相削弱或抵消,這種現(xiàn)象叫做波的干涉。一、聲音的基本性質(zhì)

———之聲波的干涉和駐波第9頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六普遍存在的共振現(xiàn)象:暖瓶倒水、口腔發(fā)聲等等。在房間內(nèi)存在共振現(xiàn)象:駐波一、聲音的基本性質(zhì)

———之聲波的干涉和駐波第10頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六一、聲音的基本性質(zhì)

———之聲波的透射與吸收聲波具有能量,簡(jiǎn)稱聲能。當(dāng)聲波碰到室內(nèi)某一界面后(如天花、墻),一部分聲能被反射,一部分被吸收(主要是轉(zhuǎn)化成熱能),一部分穿透到另一空間。透射系數(shù):反射系數(shù):吸聲系數(shù):不同材料,不同的構(gòu)造對(duì)聲音具有不同的性能。在隔聲中希望用透射系數(shù)小的材料防止噪聲。在音質(zhì)設(shè)計(jì)中需要選擇吸聲材料,控制室內(nèi)聲場(chǎng)。第11頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六二、聲音強(qiáng)弱的計(jì)量

——聲功率、聲強(qiáng)、聲壓聲波是能量的一種傳播形式。人們常談到聲音的大小或強(qiáng)弱,或一個(gè)聲音比另一個(gè)聲音響或不響,這就提出了聲音強(qiáng)弱的計(jì)量。2.1.1聲功率、聲強(qiáng)、聲壓

1、聲功率:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)物體向外輻射的能量W。(瓦或微瓦)

聲功率是聲源本身的一種重要屬性。

人正常講話——50W,100萬(wàn)人同時(shí)講話50W,相當(dāng)于一個(gè)燈泡。

訓(xùn)練有素的歌手——5000~10000W。

汽車?yán)取?.1

W,噴氣飛機(jī)——10KW。

在廳堂設(shè)計(jì)中如何充分利用有限的聲功率是很重要的問(wèn)題。

2、聲強(qiáng):?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)聲波傳播方向垂直單位面積上的聲能。

對(duì)于點(diǎn)聲源有:

3、聲壓:指在某一瞬時(shí)壓強(qiáng)相對(duì)于無(wú)聲波時(shí)的壓強(qiáng)變化。符號(hào)P。

單位N/m2(牛頓/米2),或Pa(帕斯卡)第12頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六二、聲音強(qiáng)弱的計(jì)量

——聲壓級(jí)、聲功率級(jí)及其疊加由于以下兩個(gè)原因,實(shí)際應(yīng)用中,表示聲音強(qiáng)弱的單位并不采用聲壓或聲功率的絕對(duì)值,而采用相對(duì)單位——級(jí)(類似于風(fēng)級(jí)、地震級(jí))1)聲壓對(duì)人耳感覺(jué)的變化非常大

1000Hz的聲音,聽(tīng)覺(jué)下限Po=2*10-5N/m2,上限P=20N/m2,相差106倍。

2)人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的變化的感受并不與聲壓成正比,而與聲壓的對(duì)數(shù)成正比,兩個(gè)同樣的聲源放在一起,感覺(jué)并不是響一倍。1、聲壓級(jí)Lp

取參考聲壓為Po=2*10-5N/m2為基準(zhǔn)聲壓,任一聲壓P的Lp為:聽(tīng)覺(jué)下限:p=2*10-5N/m2為0dB

能量提高100倍的P=2*10-3N/m2為20dB

聽(tīng)覺(jué)上限:P=20N/m2為120dB

2、聲功率級(jí)Lw取Wo為10-12W,

任一聲功率W的聲功率級(jí)Lw為:第13頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六3、聲壓級(jí)的疊加10dB+10dB=?0dB+0dB=?0dB+10dB=?答案分別是:13dB,3dB,10dB.幾個(gè)聲源同時(shí)作用時(shí),某點(diǎn)的聲能是各個(gè)聲源貢獻(xiàn)的能量的代數(shù)和。因此其聲壓是各聲源貢獻(xiàn)的聲壓平方和的開(kāi)根號(hào)。即:聲壓級(jí)為:二、聲音強(qiáng)弱的計(jì)量

——聲壓級(jí)、聲功率級(jí)及其疊加第14頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六三、聲音的頻譜與聲源的指向性

——之聲音的頻譜1、聲音的頻譜

頻譜——表示某種聲音頻率成分及其聲壓級(jí)組成情況的圖形

傅立葉理論及現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)證明:

理論上,任何振動(dòng)的波形都可以分解為若干單頻簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成。

第15頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六分立譜:如弦振動(dòng)產(chǎn)生的聲音。連續(xù)譜:談話、機(jī)器的噪聲,大多的自然聲。如何獲得聲音的頻譜:使用帶通濾波器進(jìn)行測(cè)量或使用傅立葉數(shù)學(xué)分解。

頻譜通常根據(jù)需要分成若干個(gè)頻帶,帶寬(Band)可寬可窄,是人為取定的。最常用的有倍頻帶和1/3倍頻帶。三、聲音的頻譜與聲源的指向性

——之聲音的頻譜第16頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六在進(jìn)行聲音計(jì)量和頻譜表示時(shí),往往使用中心頻率作為頻帶的代表,聲壓級(jí)值使用整個(gè)頻帶聲壓級(jí)的疊加。倍頻程:通常將可聞?lì)l率范圍內(nèi)20~20Hz分為十個(gè)倍頻帶,其中心頻率按2倍增長(zhǎng),共十一個(gè),為:

1631.5631255001K2K4K8K16K1/3倍頻程:將倍頻程再分成三個(gè)更窄的頻帶,使頻率劃分更加細(xì)化,其中心頻率按倍頻的1/3增長(zhǎng),為:

12.516202531.540506380100125160...三、聲音的頻譜與聲源的指向性

——之聲音的頻譜第17頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六三、聲音的頻譜與聲源的指向性

——之聲源的指向性聲源發(fā)出的聲音在各個(gè)方向上分布不均勻,具有指向性.聲源尺寸比波長(zhǎng)小得多時(shí),可看作點(diǎn)聲源,無(wú)指向性。聲源尺寸比波長(zhǎng)差不多或更大時(shí),聲源不再是點(diǎn)聲源,出現(xiàn)指向性。人們使用喇叭,目的是為了增加指向性。第18頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六四、人耳的主觀聽(tīng)覺(jué)特性

——之人耳的結(jié)構(gòu)人耳的結(jié)構(gòu):外耳、中耳、內(nèi)耳、骨傳導(dǎo)第19頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六四、人耳的主觀聽(tīng)覺(jué)特性

——之人耳的聽(tīng)覺(jué)范圍最高最低頻率可聽(tīng)極限

一般地,青少年20~20KHz,中年30~15KHz,老年100~10KHz。最小最大可聽(tīng)極限

人耳有一定的適應(yīng)性,常人上限為120dB,經(jīng)常噪聲暴露的人有可能達(dá)到135~140dB。下限頻率與頻率有關(guān)。最小可辯閾(差閾)

聲壓級(jí)變化的察覺(jué):

一般是1dB

3dB以上有明顯感覺(jué)

頻率變化的察覺(jué):

一般是3%,低頻時(shí)3Hz。

第20頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六四、人耳的主觀聽(tīng)覺(jué)特性

——之人耳的聽(tīng)覺(jué)定位人耳判斷聲源的遠(yuǎn)近比較差,但確定聲源的方向比較準(zhǔn)確。

人耳判斷聲源的方位主要靠雙耳定位,對(duì)時(shí)間差和強(qiáng)度差進(jìn)行判斷。人耳的水平方向感要強(qiáng)于豎直方向感。通常,頻率高于1400Hz強(qiáng)度差起主要作用;低于1400Hz時(shí),時(shí)間差起主要作用。這就是人為什么對(duì)蚊子的定位比較準(zhǔn)而對(duì)電話鈴聲的定位比較差的原因。第21頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六四、人耳的主觀聽(tīng)覺(jué)特性

——之哈斯(Hass)效應(yīng)人耳有聲覺(jué)暫留現(xiàn)象,人對(duì)聲音的感覺(jué)在聲音消失后會(huì)暫留一小段時(shí)間。如果到達(dá)人耳的兩個(gè)聲音的時(shí)間間隔小于50ms,那么就不會(huì)覺(jué)得聲音是斷續(xù)的。直達(dá)聲到達(dá)后50ms以內(nèi)到達(dá)的反射聲會(huì)加強(qiáng)直達(dá)聲。直達(dá)聲到達(dá)后50ms后到達(dá)的“強(qiáng)”反射聲會(huì)產(chǎn)生“回聲”——哈斯效應(yīng)。根據(jù)哈斯效應(yīng),人耳在多聲源發(fā)聲內(nèi)容相同的情況下,判斷聲源位置主要是根據(jù)“第一次到達(dá)”的聲音。因此,劇場(chǎng)演出時(shí),多揚(yáng)聲器的情況下要考慮“聲象定位”的問(wèn)題。第22頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六四、人耳的主觀聽(tīng)覺(jué)特性

——之掩蔽效應(yīng)人耳對(duì)一個(gè)聲音的聽(tīng)覺(jué)靈敏度因另外一個(gè)聲音的存在而降低的現(xiàn)象叫掩蔽效應(yīng)。一個(gè)聲音高于另一個(gè)聲音10dB,掩蔽效應(yīng)就很小。低頻聲對(duì)高頻聲的掩蔽作用大。第23頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六四、人耳的主觀聽(tīng)覺(jué)特性

——之人耳頻率響應(yīng)與等響曲線人耳對(duì)不同頻率的聲音敏感程度是不一樣的,對(duì)于底于1000Hz和高于4000Hz的聲音,靈敏度降低。不同頻率,相同聲壓級(jí)的聲音,人聽(tīng)起來(lái)的響度感覺(jué)不一樣。以1000Hz連續(xù)純音作基準(zhǔn),測(cè)聽(tīng)起來(lái)和它同樣響的其他頻率的純音的各自聲壓級(jí)構(gòu)成一條曲線叫“等響曲線”。響度單位是“方”。隨著聲壓級(jí)的提高,對(duì)頻率的相對(duì)敏感度也不同

聲壓級(jí)高,相對(duì)變化感覺(jué)??;

聲壓級(jí)低,相對(duì)變化感覺(jué)大。第24頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六2087dB31.575dB6358dB12545dB25043dB50042dB1K40dB2K36dB4K32dB8K48dB40方等響四、人耳的主觀聽(tīng)覺(jué)特性

——之人耳頻率響應(yīng)與等響曲線第25頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六聲級(jí)線性聲級(jí)(L聲級(jí))

將各個(gè)頻帶的聲音級(jí)疊加,得到線性聲級(jí)。2030dB31.535dB6340dB12545dB25050dB50051dB1K52dB2K52dB4K52dB8K40dB16K38dB20K30dBL聲級(jí)58.8dB四、人耳的主觀聽(tīng)覺(jué)特性

——之人耳頻率響應(yīng)與等響曲線第26頁(yè),共29頁(yè),2023年,2月20日,星期六A聲級(jí)A聲級(jí)是使用40方等響曲線作為計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻譜進(jìn)行加權(quán),之后再進(jìn)行頻帶疊加。A聲級(jí)對(duì)500Hz以下的聲音進(jìn)行較大衰減,模擬人耳對(duì)低頻不敏感的特性。A聲級(jí)的數(shù)值單位表示是dB(A),如60dB(A)。頻率聲壓級(jí)加權(quán)值加權(quán)后2030dB-50.5-20.531.535dB-39.4-4.46340dB-26.213.812545dB-16.128.925050dB-8.641.450051dB-3.247.81K52dB0522K52dB1.253.24

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