音頻技術(shù)教程-第9章室內(nèi)聲學(xué)課件

2023/6/10第9章室內(nèi)聲學(xué)聲場聲源以及接收器所處的空間有兩大類：一是自由空間。典型的自由空間是消聲室。它是一種聲波可以“自由”傳播而不存在反射聲的專門場所。無限寬廣的室外空間可以粗略地看成是自由空間。另一是封閉空間。任何室內(nèi)空間，如大型廳堂、體育館、演播廳、錄音棚、播音室、洗手間等等，都是封閉空間的典型例子。從聲學(xué)性質(zhì)上講，聲源在自由空間中形成的是自由聲場，而在封閉空間內(nèi)形成的則要考慮到聲波的反射、聲波的吸收、聲波的共振等因素，往往要把它們作為混響聲場來處理。2023/6/109.2室內(nèi)聲波的傳播特性圖4-1室內(nèi)聲波的傳播任意一個接受點所接受的聲波由三個部分組成：直達(dá)聲、近次反射聲和混響聲。2023/6/10直達(dá)聲是聲源直接到達(dá)接受點的聲音，其聲壓級衰減與距離的平方成反比，不受室內(nèi)界面影響。近次反射聲是指相對直達(dá)聲延遲小于50ms的反射聲混響聲是指延時超過50ms以后到達(dá)接受點的多重反射聲9.2室內(nèi)聲波的傳播特性2023/6/109.2.1室內(nèi)聲場的幾何圖解圖4-3采用鏡像原理作圖法2023/6/10從鏡像反射的概念出發(fā)，在足夠精確的限度內(nèi)，可以采用點光源的凹面鏡所服從的光學(xué)定律（圖4-4）9.2室內(nèi)聲波的傳播特性2023/6/10式中r為凹面鏡的曲率半徑，即凹面鏡曲面的球心Z與凹面鏡頂點S之間的距離；Q為光源，q為光源與凹面鏡頂點S之間的距離；F為凹面鏡的焦點；b為鏡像與凹面鏡頂點S之間的距離。9.2室內(nèi)聲波的傳播特性2023/6/10(1)圓柱形反射面的扇形反射2023/6/10(2)橢圓弧面的反射圖4-6橢圓弧面的反射情況2023/6/10(3)拋物面的反射圖4-7拋物面的反射情況2023/6/10(4)雙曲線形弧面的反射圖4-8雙曲線弧面的反射情況2023/6/10(5)凸面的反射2023/6/109.2.2室內(nèi)聲場的統(tǒng)計分析2023/6/109.2.3室內(nèi)聲場的波動理論封閉空間中的聲傳播狀況可以應(yīng)用波動方程和邊界條件求解。可以得出具有剛性壁面(包括天花、地面)的室內(nèi)聲壓隨時間與空間變化的規(guī)律。長方體房間中長、寬、高的三個軸向上存在著簡正振動——簡正波。要理解這一現(xiàn)象，可以先從如圖4-11所示平行剛性壁面(一維)的聲反射情況入手進(jìn)行分析，以便使讀者繞過高等數(shù)學(xué)，而從物理圖象上對簡正振動有一概念性的理解2023/6/109.3混響與擴(kuò)散混響：在室內(nèi)聲達(dá)到穩(wěn)定的情況下，聲源停止發(fā)聲，由于聲音的多次反射或散射，而使其延續(xù)的現(xiàn)象即為混響。這種現(xiàn)象是封閉空間中(室內(nèi))聲場的一個重要特征嚴(yán)格意義上的擴(kuò)散聲場必須滿足以下三個條件：（1）室內(nèi)的聲能密度均勻，即聲能密度處處相等；(2)聲能在室內(nèi)各個方向傳遞的幾率相等；(3)從室內(nèi)各個方向到達(dá)任一點的聲波，其相位是無規(guī)的。在這樣的聲場中，聲波無論在空間位置上，還是在傳播方向上都不會一成不變地“聚集”在一起，而是隨著傳播過程的進(jìn)行逐漸擴(kuò)展，并分散開來，直至充滿全部空間并遍及所有方向。2023/6/109.4回聲與顫動回聲回聲是指聽者在聽到直達(dá)聲之后，又聽到一個分立可辨的反射聲，或者他在聽到某一反射聲之后，又聽到一個分立可辨的這一反射聲的反射聲產(chǎn)生回聲現(xiàn)象的反射聲主要來自后墻，而且，離開聲源近的位置比離開聲源遠(yuǎn)的位置比較容易聽見回聲。圖4-13和表4-3給出了回聲出現(xiàn)的例子，假定廳堂長27m，A、B、C、D距聲源距離分別為9m、12m、16m、20m，距后墻24m，此時反射聲與直達(dá)聲的聲程差、時間差分別列于表4-3中，A、B、C、D四點對回聲的感覺也在表4-3中予以說明。如果廳堂混響時間較短，或者容積較大，吸聲界面處理稍有不當(dāng)，就容易產(chǎn)生回聲。

2023/6/109.4回聲與顫動回聲顫動回聲是室內(nèi)平行壁面之間形成的一連串回聲現(xiàn)象，如圖4-14所示。一個單獨的脈沖聲（例如火花脈沖聲、掌聲等）會在相對平行壁面上來回反射，產(chǎn)生多次脈沖回聲。拍一下掌，可以聽到一連串“拍”、“拍”聲。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在容積較大的廳堂，對廳堂音質(zhì)有破壞作用2023/6/109.5聲波的吸收當(dāng)聲波遇到界面時，一部分被反射回來，一部分進(jìn)入界面。進(jìn)入界面的聲波，由于界內(nèi)材料的吸收作用，部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被消耗，這就是聲波的吸收。還有部分繼續(xù)傳播，稱之為透射。如圖4-15所示。2023/6/109.6混響時間的計算混響時間是描述廳堂內(nèi)聲音衰減快慢程度的一個時間量，它是表征房間音質(zhì)狀況的重要物理量。其定義為：當(dāng)聲源連續(xù)發(fā)聲至聲場達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，從聲源停止發(fā)聲開始，聲壓級衰減60dB（平均聲能密度衰減到原始值的百萬分之一）所需的時間。如圖4-17所示。2023/6/109.6混響時間的計算1.賽賓(Sabine)公式2.伊林(C.F.Eyring)公式2023/6/109.7耦合效應(yīng)耦合現(xiàn)象的形成是兩個具