噪声第七章第四节ppt课件

1、一、声场的分类一、声场的分类直达声场：从声源直接到达接受点的直达声形成直达声场：从声源直接到达接受点的直达声形成的声场。的声场。混响声场：经过房间面壁一次和多次反射后到达混响声场：经过房间面壁一次和多次反射后到达接受点的反射声形成的声场。接受点的反射声形成的声场。扩散声场：房间内声能密度处处相同，而且在任扩散声场：房间内声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波在各个传播方向一受声点上，声波在各个传播方向作无规则分布的声场。作无规则分布的声场。（扩散声场包含直达声场和混响声场，是由两声（扩散声场包含直达声场和混响声场，是由两声场叠加形成）场叠加形成）1 1、直达声场、直达声场对于点声源，直达声

2、的声强为：对于点声源，直达声的声强为：24 rQWId由于：由于：cPIdd2所以：所以：224 rcQWIcpdd所以直达声声能密度：所以直达声声能密度：crQWcPDdd2224又由于：又由于：QWW 1所以直达声声压级为：所以直达声声压级为：214lg10lg10lg10lg10rQLSQLSLLwwwp自由程：在室内声场中，声波每相邻两次反射自由程：在室内声场中，声波每相邻两次反射所经过的路程。所经过的路程。平均自由程：声波经过相邻两次反射距离的平平均自由程：声波经过相邻两次反射距离的平均值均值d d）。）。由理论和实验均证实不论空间形状如何，均有：由理论和实验均证实不论空间形状如何，

3、均有：SVd4其中：其中：V V为房间体积，为房间体积，S S为房间总表面积。为房间总表面积。设声音在设声音在1 1秒钟内传播的距离为秒钟内传播的距离为c c米，则米，则1 1秒秒钟内的平均反射次数为：钟内的平均反射次数为：VcSdcn4设声源单位时间发出的声功率为设声源单位时间发出的声功率为W W，则当声波，则当声波被房间壁面部分吸收后剩余的声能量为被房间壁面部分吸收后剩余的声能量为: :)1 (W设混响声平均声能密度为设混响声平均声能密度为 ，则单位时间，则单位时间被吸收的声能量为：被吸收的声能量为：亦即：声源提供的混响声能量。亦即：声源提供的混响声能量。rDVcSVDr4当单位时间内声源

4、贡献的混响声能与被吸当单位时间内声源贡献的混响声能与被吸收的混响声能相等时，体系达到稳定状态，收的混响声能相等时，体系达到稳定状态，即：即：所以，室内混响声场平均声能密度为：所以，室内混响声场平均声能密度为：设：设：1SRVcSVDWr4)1 (cSWDr14R R：房间常数，：房间常数，m2m2则混响声场平均声能密度为：则混响声场平均声能密度为：又由于直达声声能平均密度为：又由于直达声声能平均密度为： 当室内存在混响时，室内某点的平均声能密度应等于直达声和混响声能密度之和，即：RrQcWcRWcrWQDDDrd444422crQWDd24cRWDr43 3总声场总声场把直达声场和混响声场叠加

5、形成总声场。把直达声场和混响声场叠加形成总声场。又因为声能密度与有效声压是平方正比关系，即：又因为声能密度与有效声压是平方正比关系，即：22cPDe那么：那么： RrQcWcRrQcWPe44442222所以混响声压级为：所以混响声压级为：RrQLPPLWep44lg10lg10220 从混响声压级公式可看出：公式中第一项从混响声压级公式可看出：公式中第一项LwLw为直为直达声，第二项为混响声。达声，第二项为混响声。当当 时，即时，即 r r 很小，声场以直达声为主；很小，声场以直达声为主；当当 时时 ，即，即 r r 很大，声场以混响声为主；很大，声场以混响声为主；当当 时，直达声声能密度与

6、混响声声能密时，直达声声能密度与混响声声能密度相等，这时度相等，这时r r称为临界半径，即：称为临界半径，即：当当Q Q1 1时的临界半径又称为混响半径。时的临界半径又称为混响半径。QRr41RrQ442RrQ442RrQ442v当接受点与声源距离大于临界半径时，即混当接受点与声源距离大于临界半径时，即混响声占主导地位，则吸声降噪处理效果明显；响声占主导地位，则吸声降噪处理效果明显；v当接受点与声源距离小于临界半径时，即直当接受点与声源距离小于临界半径时，即直达声占主导地位，则吸声降噪处理效果不明达声占主导地位，则吸声降噪处理效果不明显。显。三、室内声音的衰减和混响半径三、室内声音的衰减和混响

7、半径混响声：由于室内存在混响，声音发出后，混响声：由于室内存在混响，声音发出后，不会立即消失，要持续一段时间，这不会立即消失，要持续一段时间，这一段时间内持续的声音成为一段时间内持续的声音成为“混响混响声声”。 当声音经过第当声音经过第1次反射后，次反射后，平均声能密度降低为：平均声能密度降低为：11DD 当声音经过第当声音经过第2次反射后，次反射后，平均声能密度降低为：平均声能密度降低为： 当声音经过第当声音经过第n次反射后，次反射后，平均声能密度降低为：平均声能密度降低为：nnDD1由于在由于在t t秒内总反射次数为：秒内总反射次数为：tVcS4221 DD则则t t秒后的平均声能密度为：

8、秒后的平均声能密度为：tVcStDD41 又由于声能密度与有效声压是平方正比关系，所又由于声能密度与有效声压是平方正比关系，所以有：以有：tVcStPP42021 当声能密度衰减到原来的百万分之一时所需要当声能密度衰减到原来的百万分之一时所需要的时间，即声压级衰减的时间，即声压级衰减60dB60dB所需要的时间，称为所需要的时间，称为混响时间所以有：混响时间所以有：1ln161. 01ln2 .5560SVcSVT 当声音为高频区声音，声音传播过程中空气吸声不能不考虑，t秒内传播距离为ct，经空气吸收后声能密度降为原来的e-mct，其中m为声音衰减常数，单位为m-1即书中第140页，7-43公

9、式），则t秒后平均声能密度衰减为：mcttVcSteDD41那么：那么：mVSVmVccSVT41ln161. 041ln2 .55601 1当声音频率低于当声音频率低于2000Hz2000Hz时，时，m m可忽略，也即：可忽略，也即：1ln161. 060SVT2 2当声音频率低于当声音频率低于2000Hz2000Hz，且平均吸声系数小于，且平均吸声系数小于0.20.2时，有：时，有：1ln此时混响时间为：此时混响时间为：SVT161. 060无吸声材料时：无吸声材料时：STV60161. 0有吸声材料时：有吸声材料时：STV60161. 0606011161. 0TTSVSSSSmmm)(

10、由于：所以：606011161. 0TTSVmm混响室法测吸声系数混响室法测吸声系数四、吸声降噪四、吸声降噪量量设吸声前的声压级为：设吸声前的声压级为：12144lg10RrQLLWp吸声后的声压级为：吸声后的声压级为：22244lg10RrQLLWp那那么：么：2212214444lg10RrQRrQLLLppp当某接受点远离声源时，即：当某接受点远离声源时，即：244rQR那么：那么：21121211lg10lg10RRLp一般情况下，平均吸声系数都比一般情况下，平均吸声系数都比1 1小得多，所以有：小得多，所以有：12lg10pL 由于平均吸声系数通常是按实测混响时间T60得到，如果T1

11、和T2分别为吸声前后的混响时间，那么：21lg10TTLp 一般地面和壁面墙面平均吸声系数为0.03左右，吸声处理后平均吸声系数约为0.3左右，则声压级衰减10dB左右。一般吸声处理降噪10-12dB，如果平均吸声系数要求0.5以上，则降噪处理所需要的成本增加。理想声场是完全扩散声场；理想声场是完全扩散声场；实际声场是不完全扩散声场，而是由室内各壁面实际声场是不完全扩散声场，而是由室内各壁面反射声形成的驻波声场；反射声形成的驻波声场；只有当房间体积很大和声波频率很高时，才能达只有当房间体积很大和声波频率很高时，才能达到近似的扩散声场。到近似的扩散声场。房间是一个复杂的多自由度振动系统，任一振动

12、房间是一个复杂的多自由度振动系统，任一振动状态都是由单个振动以一定的组合叠加而成，每状态都是由单个振动以一定的组合叠加而成，每个独立的振动称简正振动，相应的振动频率叫简个独立的振动称简正振动，相应的振动频率叫简正频率；正频率；在连续介质中，简正振动实际是一种驻波，也称在连续介质中，简正振动实际是一种驻波，也称简正波，其变化情况与边界条件有关。简正波，其变化情况与边界条件有关。1 1声波的一维空间简振声波沿轴相方向传播）声波的一维空间简振声波沿轴相方向传播）入射简谐振动声波：入射简谐振动声波：反射简谐振动声波：反射简谐振动声波：两列声波进行合成叠加），其合成声波：两列声波进行合成叠加），其合成声

13、波：其中：合成波振幅为其中：合成波振幅为 PcoskxPcoskx，P P2Pi2PiktPpiicosktPprrcostkxPpppricoscosA A：当：当 （nx=0, 1, 2, 3.nx=0, 1, 2, 3.）时，）时，振幅有最大值即波腹），此时有：振幅有最大值即波腹），此时有：xnkx riPPPmaxB B：当：当 （nx=0, 1, 2, 3.nx=0, 1, 2, 3.）时，）时，振幅有最小值即波节），此时有：振幅有最小值即波节），此时有：2) 12(xnkxriPPPmin 由于这两列波频率相同，所以它们之间的由于这两列波频率相同，所以它们之间的相位差为：相位差为：

14、设设x2-x1=Lx，那么：，那么：xxnL 2所以：所以：当体系满足当体系满足 时，形成驻波。时，形成驻波。xn2xxnL)(2)()()(121221xxxxkkxtkxt对应的共振频率为：对应的共振频率为： 即在一维空间一个频率的声波），每个即在一维空间一个频率的声波），每个n对应一个简振频率，共有对应一个简振频率，共有n个简正振动方式。个简正振动方式。2 2声波的二维空间简振声波沿声波的二维空间简振声波沿-平平面切向传播）面切向传播）类似地可导出两平面声波在两维空间叠加后声压方程类似地可导出两平面声波在两维空间叠加后声压方程为：为：xxnLncfx2tLnxLnPpyyxxcoscoscos该方程形成驻波条件为：该方程形成驻波条件为：由于：由于：所以：所以：222yyxxnnLnLncfyx其中：其中：nx = 0, 1, 2, 3n ny = 0, 1, 2, 3n222yyxxLnLncf2 即在二维空间，每个即在二维空间，每个nxnx和和nyny对应一个简对应一个简振频率，共有振频率，共有nxnxnyny个简正振动方式。个简正振动方式。3 3声波的三维空间简振斜向波）声波的三维空间简振斜向波）同样类推，有：同样类推，有：2222zzyyxxnnnLnLnLncfzyx则简振方式个数则简振方式个数:cfLcSfcVfN8434