3.1建筑聲學(xué)基本知識(shí)課件

1、聲學(xué)基本知識(shí) 建筑材料和結(jié)構(gòu)的聲學(xué)性質(zhì) 噪聲控制 室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì),建筑物理第三篇 建筑聲學(xué),在工業(yè)及民用建筑中，以及在城市規(guī)劃中存在著一系列的聲學(xué)問(wèn)題： 在劇場(chǎng)、禮堂里有聽(tīng)不清楚的現(xiàn)象； 居住建筑中鄰室活動(dòng)對(duì)正常生活的影響； 生產(chǎn)車(chē)間里振動(dòng)和噪聲對(duì)工人聽(tīng)覺(jué)的損害； 城市交通和其它社會(huì)活動(dòng)的噪聲對(duì)居民正常生活的干擾。 建筑設(shè)計(jì)中需要采取相應(yīng)的措施來(lái)避免和減弱以上所列出的聲學(xué)問(wèn)題的影響。 建筑聲學(xué)課程的任務(wù)： 提供良好的聽(tīng)聞環(huán)境，滿(mǎn)意的音質(zhì)； 音質(zhì)設(shè)計(jì) 為創(chuàng)造安靜的環(huán)境，降低、隔絕和控制不需要的聲音。 噪聲控制,建筑聲環(huán)境研究的內(nèi)容,聲音的基本性質(zhì)（產(chǎn)生和傳播）和人對(duì)聲音的感知和評(píng)價(jià)； 材料的聲學(xué)性

2、能測(cè)試與研究，即吸聲和隔聲性能； 吸聲材料的吸聲機(jī)理、吸聲系數(shù)、不同吸聲材料的應(yīng)用； 隔聲材料的隔聲機(jī)理，隔聲性能的評(píng)定。 噪聲的防止與治理，即戶(hù)外環(huán)境噪聲的控制； 掌握噪聲評(píng)價(jià)和允許標(biāo)準(zhǔn)，聲環(huán)境規(guī)劃階段如何避免噪聲，出現(xiàn)噪聲如何解決以及交通噪聲治理等。 吸聲降噪及隔聲隔振，即建筑物內(nèi)部噪聲的控制； 主要是有安靜要求的房間，如錄音室、演播室、旅館客房、居民住宅臥室等。 音質(zhì)設(shè)計(jì)，研究室內(nèi)傳聲的質(zhì)量。 廳堂要設(shè)計(jì)得音質(zhì)豐滿(mǎn)、渾厚、有感染力、為演出和集會(huì)創(chuàng)造良好效果。避免出現(xiàn)嘈雜、聲音干癟或渾濁，聽(tīng)不清、聽(tīng)不好、聽(tīng)不見(jiàn)。,建筑聲學(xué)發(fā)展,古羅馬的露天劇場(chǎng) 聲能下降很快；大部分聲能被觀(guān)眾吸收；噪聲干擾

3、嚴(yán)重。 歐洲早期的劇場(chǎng)建筑 觀(guān)眾的吸聲和劇場(chǎng)內(nèi)華麗的表面裝飾起到了擴(kuò)散作用，使 劇場(chǎng)的混響時(shí)間控制比較合理，聲能分布也比較均勻。 17世紀(jì)的馬蹄形歌劇院 有較大的舞臺(tái)以及環(huán)形包廂或臺(tái)階式座位，利用觀(guān)眾坐席 大面積吸收聲音，混響時(shí)間比較短。 19世紀(jì)的現(xiàn)代音樂(lè)廳 演出空間變得豐富多彩，扇形、多邊形、馬蹄形、橢圓 形、圓形等多種形狀，其混響時(shí)間及裝飾風(fēng)格也不相同。 聲學(xué)設(shè)計(jì)理論：1898年賽賓混響時(shí)間公式； 1967年馬歇爾 的側(cè)向聲原理；安藤四一80年代引入IACC兩耳互相關(guān)函 數(shù)；白瑞納克著有音樂(lè)、聲學(xué)和建筑一書(shū)。,聲音的基本性質(zhì),第3.1章 聲音的基本性質(zhì)及人的感受, 聲音的產(chǎn)生, 聲音的傳

4、播, 聲音的頻率、波長(zhǎng)和速度, 波面與聲線(xiàn), 聲波的反射與繞射, 聲波的透射與吸收,1. 振動(dòng)與聲波 聲音來(lái)源于物體的振動(dòng)；發(fā)出聲音的物體稱(chēng)為聲源。 聲波是聲源振動(dòng)引起彈性媒質(zhì)的壓力變化，并在彈性媒質(zhì)中傳播的機(jī)械波。 聲波使人的耳膜振動(dòng)，通過(guò)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)使人產(chǎn)生聲音感覺(jué)時(shí)，人就聽(tīng)到了聲音。,一、聲音的產(chǎn)生與傳播,振動(dòng)有多種形式，最簡(jiǎn)單的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，聲源的振動(dòng)屬于簡(jiǎn)諧振動(dòng)。 2. 振動(dòng)在空氣中的傳播聲波,揚(yáng)聲器輻射的聲波,聲波的產(chǎn)生,疏密狀態(tài)逐層向兩側(cè)傳播，由于質(zhì)點(diǎn)的碰撞，能量也隨之傳遞出去； 空氣質(zhì)點(diǎn)僅在其平衡位置附近振動(dòng)，向遠(yuǎn)處移動(dòng)的是空氣疏密的狀態(tài)，而不是空氣質(zhì)點(diǎn)。傳播的是振動(dòng)狀態(tài)，不是介

5、質(zhì) 如投入湖水中的石子，使湖水表面上的落葉上下振動(dòng)， 水波則向外擴(kuò)散。 波的傳播過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的稱(chēng)為橫波，外形是波峰波谷； 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向平行的稱(chēng)為縱波，在空氣中傳播的聲波就屬于縱波，外形是疏密相間。,聲波傳播時(shí)，某一時(shí)刻波動(dòng)到達(dá)的各點(diǎn)的包跡面稱(chēng)為波陣面； 波陣面為平面的波為平面波；波陣面為球面的波稱(chēng)為球面波； 點(diǎn)聲源產(chǎn)生的波是球面波，在距聲源足夠遠(yuǎn)處則可以認(rèn)為是平面波。 聲波在彈性介質(zhì)中的傳播速度稱(chēng)為聲速；聲速是振動(dòng)傳播的速度而不是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度。,聲速與聲源的特性無(wú)關(guān)，與介質(zhì)的彈性、密度和溫度有關(guān)； 常見(jiàn)介質(zhì)的聲速：松木3320m/s 、軟木500m

6、/s 、鋼5000m/s 、水1450m/s,空氣中聲速與溫度的關(guān)系： ，通常取340m/s 聲波的聲速與波長(zhǎng)頻率的關(guān)系： 人耳可以分辨出2020kHz頻率范圍內(nèi)的聲音，波長(zhǎng)17m - 1.7cm,各點(diǎn)振動(dòng)位相 相同,聲傳播方向,二、波陣面、波長(zhǎng)和聲速,1. 波的傳播原理（惠更斯原理） 聲波的傳播路徑以聲線(xiàn)表示，在各向同性介質(zhì)中，聲線(xiàn)垂直于波陣面； 惠更斯原理：任一時(shí)刻，波陣面上各點(diǎn)都可以看作是一個(gè)發(fā)射子波的新波源；在下一時(shí)刻，這些子波的包跡面就是實(shí)際波源在此時(shí)刻的新的波陣面。,球面波：點(diǎn)聲源發(fā)出的波， 隨距離增加，聲壓衰減,平面波： 聲能不聚集、 不離散，強(qiáng)度不變,三、 聲波的傳播特性(衰減

7、,反射,折射,衍射,透射與吸收),遇到障礙物：反射、散射、衍射(繞射),l,l,l, l,l,2. 聲波的繞射和反射 惠更斯原理可以解釋聲波的繞射和反射現(xiàn)象； 聲波通過(guò)障板上的孔洞時(shí)，可以繞過(guò)障板在其背后改變方向繼續(xù)傳播的現(xiàn)象就稱(chēng)為聲波的繞射（衍射）。,小尺度障礙的衍射較明顯,低頻聲衍射較明顯,聲波自障壁頂部的衍射,聲波傳播的路徑上遇到尺度比波長(zhǎng)大得多的障板時(shí)，會(huì)發(fā)生聲波的反射， 反射波陣面相當(dāng)于是從虛擬聲源發(fā)出的球面波。,聲屏障對(duì)高頻聲有效,3. 聲波的散射（凸形界面擴(kuò)散反射）,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。 擴(kuò)散體尺度一般小于聲波波長(zhǎng)的1/

8、7，使聲場(chǎng)均勻并防止聲缺陷。,4. 波的干涉 在同一介質(zhì)內(nèi)的兩列波，在某個(gè)區(qū)域相交以后，仍舊按照自己的特性向前傳播， 在相交區(qū)域內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)則同時(shí)參與兩列波的振動(dòng)，也就是按照各波振動(dòng)的合成方式振動(dòng)，這就是波的疊加。 具有相同頻率和相位的兩個(gè)波疊加時(shí)，在波重疊的區(qū)域內(nèi)的某些地方振動(dòng)始終彼此加強(qiáng)；而在另一些地方，振動(dòng)始終相互削弱的現(xiàn)象就是波的干涉。,兩列相同的波在同一直線(xiàn)上相向傳播時(shí)，疊加后產(chǎn)生的波稱(chēng)之為駐波。,四、聲波的透射與吸收,透射聲能、反射聲能和吸收聲能與入射聲能之比分別就是材料的透射系數(shù)、反射系數(shù)和吸收系數(shù)。 反射系數(shù)小的材料就是吸聲材料； 透射系數(shù)小的材料就是隔聲材料。 進(jìn)行室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)和

9、噪聲控制時(shí)必須了解材料的聲學(xué)性質(zhì)。,聲波是聲能的傳遞，而聲速、頻率和波長(zhǎng)等參數(shù)沒(méi)有描述能量的屬性，音質(zhì)設(shè)計(jì)和噪聲控制中都需要了解人的聽(tīng)覺(jué)特征。,聲音的計(jì)量和人的聽(tīng)覺(jué)特征, 聲功率、聲強(qiáng)和聲壓, 聲強(qiáng)級(jí)、聲壓級(jí)、聲功率級(jí), 響度級(jí)和總聲級(jí), 聲源的指向性, 聲音的頻譜, 音調(diào)與音色, 雙耳聽(tīng)聞與聲像定位, 時(shí)差效應(yīng)與回聲感覺(jué), 掩蔽效應(yīng),單位時(shí)間內(nèi)聲源向外輻射的聲能就是聲功率W，它分為全頻率聲功率和頻帶聲功率。 一般認(rèn)為聲功率是聲源本身的屬性，與外界條件無(wú)關(guān)， 如何合理有效地利用有限的聲功率是聲學(xué)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。,一、 聲功率、聲強(qiáng)和聲壓（聲音的物理特性）,聲強(qiáng) I 單位時(shí)間在垂直于聲波傳播方向

10、上單位面積通過(guò)的聲能。 聲強(qiáng)表示聲場(chǎng)在空間內(nèi)的能量分布，衡量聲音強(qiáng)弱。 球面波的聲強(qiáng)服從距離平方反比定律；平面波的聲強(qiáng)與距離無(wú)關(guān)。,聲強(qiáng)直接測(cè)量很困難，常采用測(cè)量聲壓后計(jì)算得到。,聲壓 p空氣質(zhì)點(diǎn)由于聲波振動(dòng)所引起的大氣壓力的變化。 聲壓有瞬時(shí)聲壓和有效聲壓（一段時(shí)間內(nèi)的平均聲壓）之分，實(shí)際工程中，是通過(guò)測(cè)量聲壓后再來(lái)計(jì)算聲功率和聲強(qiáng)。,正常人的聽(tīng)覺(jué)頻率：2020kHz 對(duì)1000Hz的聲音（書(shū)P323圖3.1-28-人耳聽(tīng)閾)： 人剛能聽(tīng)見(jiàn)的下限聲強(qiáng)為 10-12 W/m2；對(duì)應(yīng)的聲壓為210-5 N/m2； 人產(chǎn)生痛覺(jué)的上限聲強(qiáng)為1W/m2；對(duì)應(yīng)的聲壓為20 N/m2,特性阻抗,聽(tīng)覺(jué)最靈敏

11、區(qū),二、 聲強(qiáng)級(jí)、聲壓級(jí)、聲功率級(jí)和疊加（物理特性的量度）,人耳對(duì)聲音大小的感覺(jué)，不與聲強(qiáng)或聲壓的大小成正比，而是與它們之比的對(duì)數(shù)值成正比關(guān)系。所以，采用對(duì)數(shù)標(biāo)度。,聲強(qiáng)級(jí),聲壓級(jí),聲功率級(jí),聲級(jí)計(jì),在自由聲場(chǎng)中，聲壓級(jí)與聲強(qiáng)級(jí)數(shù)值相等.,基準(zhǔn)聲強(qiáng),壓縮人耳感覺(jué)上下限范圍并接近感覺(jué)變化,人耳的聽(tīng)閾,幾種聲音的聲壓級(jí)頻譜曲線(xiàn),多個(gè)聲源共同作用時(shí)，某處的總聲強(qiáng)是各個(gè)聲強(qiáng)的代數(shù)和： 直接疊加 總聲壓是各聲壓的均方根值： 等聲壓級(jí)的疊加： 兩個(gè)聲壓級(jí)疊加: 兩個(gè)相同的聲壓級(jí)相加，聲壓增加3dB。聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)的疊加還可以查表。 方法是：查出兩聲壓級(jí)的差所對(duì)應(yīng)的聲壓附加值，將它加到較高的聲壓級(jí)

12、上就是所求的總聲壓級(jí)； 如果兩個(gè)聲壓級(jí)差超過(guò)10，附加值(0.5dB) 可忽略不計(jì)。,10dB+10dB=? 0dB+0dB=? 0dB+10dB=? 聲壓增加1倍，聲壓級(jí)增加多少，若聲能增加1倍呢？,聲壓級(jí)的差值和增值間的關(guān)系,例：測(cè)得某機(jī)器的噪聲頻譜聲壓級(jí)如下,三、 響度級(jí)和總聲級(jí) 強(qiáng)度相等而頻率不同的兩個(gè)純音聽(tīng)起來(lái)不一樣響；聲壓不同頻率也不同的兩個(gè)純音聽(tīng)起來(lái)可能一樣響，人的主觀(guān)感受與客觀(guān)物理量間有差異，聲音響度感覺(jué)主要取決于頻率和頻譜。 定義：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(xiàn)叫“等響曲線(xiàn)”。1000Hz 純音的聲壓級(jí)的數(shù)值就是待測(cè)聲

13、音的響度級(jí)，單位方（phon）,人耳對(duì)低頻聲遲鈍，對(duì)高頻聲敏感；高響度級(jí)曲線(xiàn)較平直。,從純音等響曲線(xiàn)可以看出，人們對(duì)30004000Hz的聲音特別敏感，聲音的頻率越低，人越不敏感，人耳能感受的聲壓在可聞閾與疼痛閾之間。,頻閾：青少年20-20kHz；中年30-15kHz；老年100-10kHz,可聽(tīng)極限：人耳有一定的適應(yīng)性，聽(tīng)聞?dòng)猩稀⑾孪?，常人上限?20dB，下限與頻率有關(guān)。,人耳的對(duì)1000Hz的純音“可聞閾”是0dB、“痛閾”是130dB,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. 主觀(guān)聽(tīng)聞的響度增加1倍，聲壓

14、級(jí)需增加10dB.,聲級(jí)計(jì)對(duì)測(cè)量的復(fù)合聲在各頻率下的響度進(jìn)行了加權(quán)平均計(jì)算以得到最終的結(jié)果，這種不同的加權(quán)平均算法就是所謂的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，聲級(jí)計(jì)中有四種計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)A，B，C，D。,測(cè)量復(fù)合聲響度級(jí)使用的儀器是聲級(jí)計(jì)。,A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)參考40phon等響曲線(xiàn)，對(duì)500Hz以下的低頻聲衰減很大，以模擬人耳對(duì)低頻不敏感的特性； C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)參考85phon等響曲線(xiàn)，在全頻率范圍內(nèi)具有接近線(xiàn)性的平坦的特性，它代表總聲壓級(jí)； B計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)參考70phon等響曲線(xiàn)，對(duì)低頻聲有一定的衰減，介于A、C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)之間； D計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)用于測(cè)量航空噪聲。 因?yàn)槿硕鷮?duì)不太強(qiáng)的聲音的感受特性與40phon的等響曲線(xiàn)很接近，所以實(shí)際中多使

15、用A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，表示為dB（A）,如果聲源的尺寸相比聲波的波長(zhǎng)很小，可認(rèn)為是點(diǎn)聲源，聲壓在空間的分布與方向性無(wú)關(guān)； 如果聲源不是點(diǎn)聲源，聲壓的空間分布就有方向性；聲源的尺寸比波長(zhǎng)大的越多，方向性越強(qiáng)； 同一個(gè)聲源，在低頻時(shí)如果可以看成是點(diǎn)聲源，在高頻時(shí)，就可能有明顯的指向性。 通常用極坐標(biāo)表示聲源的指向性。,噪音的方向性圖,點(diǎn)聲源、線(xiàn)聲源、面聲源,四、 聲源的指向性,垂直面指向性,水平面指向性,表示某種聲音頻率成分及其聲壓級(jí)組成情況的圖形。 對(duì)復(fù)合聲，除了要了解總聲級(jí)，還要分析頻率成分，可以用頻譜圖表示。音樂(lè)的聲音是由基頻和基頻的整數(shù)倍即諧頻組成，所以是不連續(xù)的； 噪聲則多具有連續(xù)的頻譜。,鋼琴

16、的基音頻率和波長(zhǎng)的關(guān)系,中國(guó)古代史記有云： “單出曰聲，雜出曰音”,五、頻譜,基音頻率為440Hz的小提琴頻譜圖,幾種噪音的頻譜圖,線(xiàn)狀譜或分立譜,連續(xù)譜,諧頻880, 1320, 1760, 2200, 2640, 3080, 3520,頻譜種類(lèi)：,頻譜組成：基音，諧音,把聲頻范圍劃分成幾個(gè)頻段，稱(chēng)作頻程，頻率分劃最常用的是 倍頻程和1/3倍頻程 中心頻率是上下截止頻率的幾何平均值：,（以各頻帶的頻程數(shù)n都相等來(lái)劃分）,音質(zhì)設(shè)計(jì)一般取125-4k六個(gè)倍頻帶; 音樂(lè)取63-8k八個(gè)倍頻帶.精細(xì)研究用1/3倍頻帶。,六、音調(diào)和音色 聲音的三要素：聲音的強(qiáng)弱、音調(diào)的高低、音色的好壞 聲音的強(qiáng)弱由聲

17、強(qiáng)級(jí)、聲壓級(jí)和聲功率級(jí)決定； 音調(diào)主要由聲音的頻率決定，同時(shí)還與聲壓級(jí)及組成成分有關(guān) ； 音色是反映復(fù)合聲的一種特性，它由復(fù)合聲各純音的頻率和強(qiáng)度，也就是由頻譜決定。,七、室內(nèi)聲音的幾種效果 1. 時(shí)差效應(yīng) 同一個(gè)聲音到達(dá)人的雙耳的時(shí)間間隔稱(chēng)為時(shí)差。 聲源發(fā)聲時(shí)，人最先聽(tīng)到的是直達(dá)聲，以后是各個(gè)表面反射的反射聲。停止發(fā)聲后，人們感覺(jué)到的強(qiáng)度不斷衰減的連續(xù)的聲音就是混響。 直達(dá)聲到達(dá)后50ms以?xún)?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)。 哈斯效應(yīng)圖中兩個(gè)聲音的時(shí)差越小，強(qiáng)度差越大，干擾就越小,哈斯效應(yīng)圖 圖中表示每秒5.3個(gè)音節(jié)的不同衰減訊號(hào)的相

18、應(yīng)的級(jí),2. 雙耳聽(tīng)聞效應(yīng) 聲源的方位感 聲音在到達(dá)人的雙耳時(shí)，存在時(shí)間差、強(qiáng)度差和相位差， 人具有辨別聲源方向和遠(yuǎn)近的能力，即方位感。水平方向感要強(qiáng)于豎直方向感。 在室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)中，聽(tīng)眾在聽(tīng)到揚(yáng)聲器的聲音與演講者的直達(dá)聲的方向不一致時(shí)會(huì)產(chǎn)生困惑的感覺(jué)。,3. 掩蔽效應(yīng) 人耳可以分辨存在的不同聲音，由于某個(gè)聲音的存在，使人對(duì)別的聲音感覺(jué)能力降低的現(xiàn)象就是聲音的掩蔽作用。 由于某個(gè)聲音的存在，另一個(gè)聲音可聞閾提高的分貝數(shù)就是掩蔽量。,考慮揚(yáng)聲器“聲象定位”的問(wèn)題多聲源發(fā)聲，根據(jù)首先到達(dá)的聲音判斷聲源位置。,800Hz純音,200Hz純音,掩蔽聲聲強(qiáng)級(jí), 頻率相近的聲音掩蔽效果顯著； 掩蔽聲的聲壓

19、級(jí)大，掩蔽量就大； 低頻聲的掩蔽范圍大，對(duì)高頻聲的掩蔽效果明顯，反過(guò)來(lái)，效果不明顯。 人為制造一些低強(qiáng)度的，方向性不明顯的，人們易于接受的聲音作為背景聲，用于掩蓋設(shè)備的運(yùn)行，工作場(chǎng)所的辦公設(shè)備和人員的談話(huà)等噪聲對(duì)工作人員的影響。 這種人工產(chǎn)生的背景聲音又稱(chēng)為聲學(xué)香料，或稱(chēng)聲學(xué)除臭劑,大型敞開(kāi)式辦公室使用“聲音香料” 減少干擾,掩蔽背景聲的特點(diǎn): 無(wú)表達(dá)含義、響度不大、連續(xù)、無(wú)方位感 如低響度的空調(diào)通風(fēng)噪聲、輕微音樂(lè)聲、隱約的語(yǔ)言聲。,適當(dāng)提高室內(nèi)背景噪聲可降低隔噪費(fèi)用,室內(nèi)聲學(xué)原理,自由聲場(chǎng)和室內(nèi)聲場(chǎng) 混響和混響時(shí)間的計(jì)算公式 室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算 駐波和房間的共振,自由聲場(chǎng)：聲源向沒(méi)有反射面的自

20、由空間輻射聲能時(shí)所產(chǎn)生的聲場(chǎng)。,室內(nèi)聲場(chǎng)：室內(nèi)聲波的傳播受到封閉空間各個(gè)界面的約束，形成比露天場(chǎng)合復(fù)雜得多的聲場(chǎng)。 可用幾何聲學(xué)、統(tǒng)計(jì)聲學(xué)和波動(dòng)聲學(xué)理論分析。,在自由場(chǎng)中聲音的傳播和衰減,對(duì)于點(diǎn)聲源,地面弱反射11,地面強(qiáng)反射8,聲波在室內(nèi)封閉空間的傳播,距聲源同樣的距離，室內(nèi)比室外響些；-加強(qiáng)現(xiàn)象 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)交混回響的過(guò)程，一般時(shí)間較短。夸張：“繞梁三日，不絕于耳” 。 -混響現(xiàn)象 當(dāng)房間較大，而且表面形狀變化復(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、駐波等，即共振、回聲、顫動(dòng)回聲及聲染色等缺陷。,在封閉空間中，聲波的傳播要受到各個(gè)建筑表面的約束，聲

21、波被界面反射或散射形成“復(fù)雜聲場(chǎng)”。聲學(xué)設(shè)計(jì)必須了解聲音在室內(nèi)的傳播規(guī)律和聲場(chǎng)的特點(diǎn)。,北京天壇三大聲學(xué)奇跡回音壁、三音石和圜丘,回音壁，皇穹宇外圍墻，墻高3.72米，直徑61.5米，周長(zhǎng)193.2米。墻壁是用磨磚對(duì)縫砌成的，光滑整齊，弧度很規(guī)則，是聲音的優(yōu)良反射體。,圜丘，三層的圓形石臺(tái)，外面圍墻筑成方的，每層臺(tái)的周?chē)加惺瘷跅U，最高層離地5m多，半徑15m。站在臺(tái)頂?shù)膱A心石上喊話(huà)，聽(tīng)到的聲音特別洪亮。臺(tái)頂從中央往四周坡下，聲波從欄桿反射到臺(tái)面，再?gòu)呐_(tái)面反射回耳邊來(lái)，或者反過(guò)來(lái)只有0.07s,無(wú)法分辨它的原音與回音。,三音石，位于皇穹宇殿門(mén)外的軸線(xiàn)甬路上，回音壁內(nèi)圓心上，在這里鼓掌可以聽(tīng)到五

22、六次回聲。鼓掌聲沿著直徑在墻間來(lái)回反射，每次聲波從圍墻反射回來(lái)在圓心會(huì)聚，便是一次回聲。三音石到圍墻的距離是32.5米，發(fā)聲和回聲的時(shí)間間隔為1/5s ( 1/16s)，能聽(tīng)到清晰的回聲。,古代 “四大回音建筑”普救寺鶯鶯塔、天壇回音壁、河南寶輪寺塔、四川大佛寺的“石琴”。,普救寺鶯鶯塔，高36.76米，內(nèi)方外方空筒密檐式的13層四面錐型磚塔，“普救蟾聲” 是由于各層塔檐反射造成，八方游客來(lái)到這里俯首擊石，聆聽(tīng)哇鳴。,寶輪寺塔，又稱(chēng)蛤蟆塔，13級(jí)迭澀密檐式磚塔，高26.5米，塔圍21.6米，塔身自下而上逐層收斂，層高遞減，外輪廓呈拋物線(xiàn)型。 立于塔四周10米外 ，叩石、擊掌會(huì)聽(tīng)到“呱呱呱”的蛤

23、蟆叫聲，叩石或擊掌越響、越快，聲音越逼真、響亮。塔身的有序排列和塔檐對(duì)聲音的匯聚反射作用產(chǎn)生回音。,四川大佛寺石琴，位于大佛閣右側(cè)的上山石道中，從主洞口向上的第4級(jí)至19級(jí)石階，凡步履所觸，會(huì)發(fā)出似古琴的聲音，其中以?xún)蓚?cè)巖壁最高處的七級(jí)石階發(fā)聲最響，古人稱(chēng)為“七步彈琴”。 腳踏石階產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)形成聲波，石洞和壁頂榕樹(shù)如古琴的共鳴箱大大增強(qiáng)了回音效果。同時(shí)每級(jí)石磴的高度25-35厘米厚薄不等，迫使游人上下石梯時(shí)腳步輕重不一，回音富于高低變化。,聲能的空間分布和音質(zhì)變化、聲學(xué)上的缺陷,聲波在各界面的反射、吸收和透射；,一、 聲波在室內(nèi)的反射與幾何聲學(xué) 點(diǎn)聲源在空間發(fā)出球面波；聲波的傳播路徑用聲線(xiàn)表

24、示；聲線(xiàn)遇到室內(nèi)表面時(shí)要發(fā)生反射。 利用幾何聲學(xué)可以很直觀(guān)地了解聲波在室內(nèi)的傳播方式或規(guī)律。,室內(nèi)聲音反射的幾種典型情況,研究表明：室內(nèi)各點(diǎn)直達(dá)聲和反射聲的分布情況對(duì)聽(tīng)音狀況有很大的影響。 可以利用幾何聲學(xué)的方法對(duì)聲音反射情況進(jìn)行詳盡的分析，實(shí)際只分析第一二次反射聲波。,反射聲在空間與時(shí)間上的分布對(duì)音質(zhì)有極大的影響,二、室內(nèi)聲音的增長(zhǎng)、穩(wěn)態(tài)和衰減 室內(nèi)聲音的形成，除了要考慮聲波在空間的分布以外，還要考慮在某一點(diǎn)直達(dá)聲與反射聲在時(shí)間上的先后，即聲波的時(shí)間屬性； 聲波在傳播過(guò)程中，聲能會(huì)因界面的吸收而有所衰減，所以還要考慮聲波的能量屬性。 1. 室內(nèi)聲音的增長(zhǎng)和穩(wěn)態(tài)過(guò)程 聲源向一個(gè)封閉空間輻射聲能

25、時(shí)，聲波在室內(nèi)開(kāi)始傳播，出現(xiàn)了聲波被室內(nèi)各個(gè)表面不斷地反射和吸收的過(guò)程，隨著聲源的輻射，室內(nèi)就形成了一定的聲能密度。聲能密度經(jīng)歷增長(zhǎng)、穩(wěn)定和衰減的過(guò)程。 室內(nèi)瞬時(shí)聲能密度為： 經(jīng)過(guò)12秒后，聲能密度就接近最大值，也就是接近了穩(wěn)態(tài)值。,2. 室內(nèi)聲音的衰減過(guò)程 室內(nèi)聲能密度達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，聲源停止發(fā)聲，室內(nèi)的聲音不會(huì)立即消失，首先直達(dá)聲消失，反射聲會(huì)持續(xù)下去，但隨著反射的進(jìn)行，室內(nèi)聲能密度逐漸衰減，直至最后消失，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為混響過(guò)程（又稱(chēng)衰減過(guò)程）。 混響過(guò)程室內(nèi)聲能密度可以表示為：,室內(nèi)吸收不同對(duì)聲音增長(zhǎng)和衰減的影響 a 吸收較少 b中等吸收 c吸收較強(qiáng),Sabine對(duì)室內(nèi)聲源停止發(fā)聲后，聲音衰減

26、到剛剛聽(tīng)不見(jiàn)時(shí)的時(shí)間進(jìn)行了測(cè)定，得出了混響時(shí)間。 Sabine定義：當(dāng)室內(nèi)聲場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，聲源停止發(fā)聲后，聲音衰減60dB所經(jīng)歷的時(shí)間就是混響時(shí)間。,混響是指室內(nèi)的聲源停止發(fā)聲后，在聲場(chǎng)中還存在著來(lái)自各界面遲到的反射聲形成的“聲殘留”現(xiàn)象。,三、混響和混響時(shí)間RT計(jì)算公式,室內(nèi)總吸聲量越大，衰減越快， 室容積越大，衰減越慢。,Eyring混響時(shí)間計(jì)算公式 認(rèn)為室內(nèi)聲音充分?jǐn)U散，室內(nèi)聲音被室內(nèi)表面的吸收是均勻的，室內(nèi)平均吸聲系數(shù)為： 混響室、普通廳堂、消聲室 駐波管法或混響室內(nèi)測(cè)定 總吸聲量： 觀(guān)眾和座椅吸聲量是用數(shù)量 乘個(gè)體吸聲量 考慮界面吸收不是連續(xù)的，反射聲能密度呈階梯形衰變，混響時(shí)間的定義

27、： 伊林公式 對(duì)頻率較高的聲音，在傳播過(guò)程中，空氣的吸收作用不能忽略，而空氣的吸收與空氣的溫度和濕度有很大的關(guān)系。 考慮空氣吸收的混響時(shí)間計(jì)算公式：,伊林-努特生公式,空氣吸收系數(shù)值（室內(nèi)溫度20）,吸聲系數(shù)通常取125，250，500，1000，2000，4000六個(gè)頻率下的混響時(shí)間作為有代表性的數(shù)值。頻率特性,廳堂混響時(shí)間(s) 音樂(lè)廳 1.8-2.2 劇院 1.4-1.7 多功能廳1.0-1.3 電影院 0.8-1.0 高保真 0.4-0.6 錄音室 0.3-0.4,混響時(shí)間理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值在有10% 15%的誤差，在特殊情況下，可能相差懸殊，產(chǎn)生誤差的原因： 室內(nèi)條件與原公式假設(shè)條

28、件（聲場(chǎng)是一個(gè)完整的空間；聲場(chǎng)是完全擴(kuò)散的）并不完全一致。即， 聲源具有一定的指向性，房間的形狀差別很大，使聲場(chǎng)分布很不均勻； 觀(guān)眾席的吸聲系數(shù)比周?chē)砻娴奈曄禂?shù)大很多，有時(shí)為消除回聲，還要做強(qiáng)吸聲處理，使室內(nèi)表面的吸收系數(shù)更加不均勻吸聲分布不均勻； 公式中使用的材料的吸聲系數(shù)和吸聲構(gòu)造的吸聲系數(shù)是在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)定的，與實(shí)際情況下的值有時(shí)有比較大的偏差吸聲系數(shù)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。 混響時(shí)間的計(jì)算結(jié)果可以指導(dǎo)材料的選擇和結(jié)構(gòu)的布置； 可以預(yù)計(jì)將來(lái)的聲學(xué)效果和分析現(xiàn)有的音質(zhì)缺陷。,四、 室內(nèi)聲壓級(jí)計(jì)算 所設(shè)計(jì)的廳堂內(nèi)是否可以達(dá)到滿(mǎn)意的聲壓級(jí)；室內(nèi)聲場(chǎng)分布是否均勻； 若采用電聲系統(tǒng)的話(huà)，揚(yáng)聲器的功率該選多大。,室內(nèi)點(diǎn)聲源連續(xù)發(fā)聲，且假定聲場(chǎng)充分?jǐn)U散時(shí)，距聲源不同距離時(shí)的穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)公式：,房間常數(shù),聲源指向性因數(shù)Q,直達(dá)聲和混響聲組成,混響半徑： 當(dāng)直達(dá)聲項(xiàng)與混響聲項(xiàng)相等時(shí)，接收點(diǎn)距離聲源的距離 rc 稱(chēng)之為混響半徑。,（補(bǔ)充）,r rc 時(shí)，接收點(diǎn)的聲能主要是直達(dá)聲的貢獻(xiàn)； r rc 時(shí)，接收點(diǎn)的聲能主要是混響聲的貢獻(xiàn)，此時(shí)室內(nèi)做吸聲處理才有意義。 當(dāng)直達(dá)聲大于混響聲時(shí)，易獲得高清晰度