室内声学原理

1、第十章 室内声学原理室内声学基本概念室内声场的分析方法室内稳态声场房间内声场的衰减与混响时间房间共振音质设计的一般要求第十章 室内声学原理房间对声音的影响主要表现在以下四个方面：l引起反射声l改变音质l由于简振波的激发，增加声能密度l使声音在空间的分布发生变化 室内声场的分析方法室内声场的分析方法第十章 室内声学原理n波动声学n几何声学n统计声学 室内声场的分析方法室内声场的分析方法第十章 室内声学原理几何声学方法： 使用条件：反射面或障碍物的尺寸要远大于声波的波长。 室内声场的分析方法室内声场的分析方法第十章 室内声学原理当声波的频率较高，即声波的波长小于房间中反射面的尺度时，可以用几何光学

2、中光线的概念把声波的传播看做沿声线传播的声能，而忽略声波的波动性能，这是几何声学的方法。 室内声场的分析方法室内声场的分析方法第十章 室内声学原理由于房间各表面对声音反射时还要吸收一部分声能，因此，反射声随反射次数的增多，强度将逐渐减弱。此外，反射声到达人耳处的路程要长于直达声，因而反射声到达听声人处的时间要滞后于直达声，反射次数越多的声音，滞后的时间也就越长。 室内声场的分析方法室内声场的分析方法第十章 室内声学原理 需要注意的是，对于低频声，63125Hz，波长为5.4m2.7m。在一个各个表面尺寸均小于声波波长的小房间内，几何反射定律将不适用。此外，当声波在大房间内遇到小尺度的障碍物，或

3、尺寸较小的反射板时，将产生弯曲，即形成明显的声衍射，但不会造成明显的扩散反射。 室内声场的分析方法室内声场的分析方法第十章 室内声学原理 对于中频声：5001000Hz，波长范围68cm34cm，当遇到大的天花板和墙壁时，仍然遵循几何定律。但遇到与声波波长相近的构件和装修处理时，则要形成扩散反射。对于高频声：20008000Hz，波长范围17cm4cm，这时大部分室内构件将会形成明显的声影。此外，一般的天花板与墙面仍会遵循几何反射定律。 室内声场的分析方法室内声场的分析方法第十章 室内声学原理室内声的组成：直达声近次反射声混响声 室内稳态声场室内稳态声场第十章 室内声学原理直达声：由声源直接到

4、达接收点的声音。直达声的声强基本上按照与声源距离的平方成反比而衰减。 近次反射声：一般是指在直达声之后相对延迟时间为50ms内到达的反射声。近次反射声会对直达声起到加强作用。此外，短延时反射声和侧向反射声对音质有很大影响。 室内稳态声场室内稳态声场第十章 室内声学原理混响声：在近次反射声后陆续到达的，经过多次反射的声音统称为混响声。在声场，混响声的声强对于该接收点的声音强度起决定作用，而其衰减率的大小对音质有重要影响。回声：直达声与第一次反射声之间，或者相继到达的两个反射声之间在时间上相差50ms以上，而反射声的强度又足够大，使听着能明显分辨出两个声音的存在。 室内稳态声场室内稳态声场第十章

5、室内声学原理房间内的声能密度达到了稳定状态，形成了稳定声场。当声源发出的声功率与在房间内被吸收掉的声功率相等时，房间内的声能保持一定。 室内稳态声场室内稳态声场第十章 室内声学原理直达声场 ： 由声源直接传到接收点的直达声所形成的声场 。直达声场是自由声场。 距点声源距离r 处与直达声相对应的声压级为 24 rQWID)4lg(102rQLLWPD 室内稳态声场室内稳态声场第十章 室内声学原理混响声场： 经过室内表面反射后到达接收点的反射声所形成的声场，称为混响声场 。混响声场近似看作是扩散声场 。与混响声场对应的声压级 10lg(4/)PRWLLR1SRR为房间常数： 室内稳态声场室内稳态声

6、场第十章 室内声学原理niiniiiSS11/平均吸声系数可表示为若同时考虑空气吸收 ，壁面与空气同时吸声时的等效吸声系数：SmVT4M为声强衰减系数V为房间体积 在通常情况下，当频率不太高，并且房间几何尺寸不很大时，空气吸收可以忽略，而当频率很高（2kHz），且V/S也相当大时，空气吸收的影响不容忽略。 把直达声与混响声场叠加在一起，就得到实际的总声场。在空气中，总声场的声压级为总声场的声压级为 ：)44lg(102RrQLLWP其中声源声功率Lw是由扬声器性能给定的 室内稳态声场室内稳态声场第十章 室内声学原理离声源比较近时，直达声占主要地位；当离声源中心的距离逐渐增大时，房间的影响相对增

7、强；当距离增加到一定程度时，房间内的混响声场转化为占主要地位。 室内稳态声场室内稳态声场第十章 室内声学原理 室内稳态声场室内稳态声场第十章 室内声学原理 由直达声场为主转化为以混响声场为主时，这个转折点离声源中心的距离r0叫做自由场半径、混响半径，有时也叫做临界距离 。 0rr以直达声为主 0rr以混响声为主 0rr直达声场与混响声场相等 室内稳态声场室内稳态声场第十章 室内声学原理临界距离（混响半径）244QrR010.144RQrRQ混响半径与声源指向性因子和房间常数R的平方根成正比要提高房间的清晰度，一方面可以通过选用方向性较强即指向性因子值大的扬声器来增大房间的混响半径；另一方面可以

8、通过增加房间吸声即增加房间常数R的方法，增大房间的混响半径，从而提高清晰度。 室内稳态声场室内稳态声场第十章 室内声学原理 房间内声场的衰减与混响时间房间内声场的衰减与混响时间 声源在室内发声，其声场的变化可分为三个过程。 首先是声音逐渐增大的增长过程，然后声音达到稳定状态，当房间内声场达到稳态后，突然关闭声源，房间内的声源并不立即消失，而要持续一段时间，有一个逐渐减小的过程，或叫声音的衰减过程。 这种声音的延续现象叫混响混响第十章 室内声学原理混响时间：混响时间：（描述室内声音衰减快慢的程度） 在扩散声场中，当声源停止后从初始的声压级减低60dB（相当于平均声能密度降为原始值的百万分之一）所

9、需的时间 。 房间内声场的衰减与混响时间房间内声场的衰减与混响时间第十章 室内声学原理 房间内声场的衰减与混响时间房间内声场的衰减与混响时间 19世纪末，赛宾（Sabine）在进行大量吸声试验的基础上，提出了室内混响理论。他首先从试验中获得了混响时间的计算公式，可以表示为 600.161VTA第十章 室内声学原理iniiiASA1niiniiiSS11/其中A为房间吸声量平均吸声系数可表示为600.161VTA 房间内声场的衰减与混响时间房间内声场的衰减与混响时间第十章 室内声学原理 房间内声场的衰减与混响时间房间内声场的衰减与混响时间赛宾公式只适用于当室内平均吸声系数较小的情况，满足 时，有

10、 2 . 0SVT161. 060现在普遍采用的是伊林（Erying）公式 第十章 室内声学原理房间共振与声染色 声源发声，激发房间某些固有频率（或称简正频率）的声音，即出现共振，声源中的某些频率被特别的加强，从而出现“声染色”现象。 房间共振房间共振第十章 室内声学原理驻波原理 驻波的特点不是振动的传播，而是媒质中各质点都做稳定的振动。 房间共振房间共振第十章 室内声学原理如果两平行面间的距离为l，产生轴向共振轴向共振的条件为2/ nl由此可得出相应之轴向共振频率为 lncf2切向共振切向共振斜向共振斜向共振 房间共振房间共振第十章 室内声学原理在一矩形房间内，计算房间共振频率（包括轴向、切

11、向、斜向三种共振）的普遍公式为 222 1/2()()() 2xyzyxzn n nxyznnncflll 房间共振房间共振第十章 室内声学原理在已知房间尺寸的矩形房间内，由最低共振频率至任一频率 的范围内，该房间的共振频率总数N由下式确定 ：clfcSfcVfNccc84342232cf)(4zyxllllf在 范围内简正振动的总数 2324()28f VfSlNfccc 房间共振房间共振第十章 室内声学原理n简正频率“简并化” 简并化的结果很可能在某一频率范围内没有简正频率，而在另一频率范围内却有很多简振频率，造成简正频率分布不均，从而使声场起伏较大，分布不均。 房间共振房间共振第十章 室

12、内声学原理不同的简正波具有相同的简正频率。 房间共振房间共振第十章 室内声学原理 简正频率就是房间做自由振动的固有频率，因此当房间中声源的激发频率与房间中某一固有频率一致时，房间就会产生共振。简正频率分布密集均匀就表示房间的传输频率特性均匀，否则就表示频率特性不均匀。 房间共振房间共振第十章 室内声学原理n从简正波的角度考虑，要使房间的声学性质较优良就应该保证：（1）简正方式要尽可能的多；（2）各简正频率尽可能均匀地分布在所需频率范围内，应尽量避免简并化；（3）各类简正波的混响时间要尽可能地相同。 影响房间共振的因素影响房间共振的因素第十章 室内声学原理声源以及声源与传声器的位置关系是影响房间

13、共振的一大因素。房间体积以及长、宽、高比例也是影响房间共振的一个重要因素。 选择房间的长、宽、高的比值为无理数时，可以克服共振频率的简并化。室内表面的处理对于房间共振的形成以及共振频率均匀分布也有一定的影响。u合适的响度合适的响度 1.1.声源的能量声源的能量2.2.观众厅的容积观众厅的容积 3.3.房间的体形与吸声状况房间的体形与吸声状况 4.4.适合要求的允许噪声级适合要求的允许噪声级 5.5.扩声系统的考虑扩声系统的考虑 音质设计的一般要求音质设计的一般要求第十章 室内声学原理1）选择房间的尺寸选择房间的尺寸 房间的尺寸大小要保证整个室内都有足够的响度。若房间过大，传到远处的能量过小，就

14、必须考虑用电声了。房间的尺寸也决定混响时间。混响时间大体与房间容积成正比，与吸声量成反比。满场的混响时间不要太低于空场的混响时间。 此外，房间的大小还要使听众不要离舞台太远，在视觉上产生隔离感，并会使视觉与听觉脱节。 音质设计的音质设计的一般步骤一般步骤第十章 室内声学原理 音质设计的一般要求音质设计的一般要求第十章 室内声学原理2）房间体形设计房间体形设计 为了充分利用有效声能，避免音质缺陷，需要对房间的体形进行设计。常见的房间形状一般有矩形、扇面形、马蹄形等。顶棚也有平面、多面形或圆穹形等。 房间的体形设计要注意的是：使直达声都能到达每个听众坐席。因此观众席要做成斜坡状，若地面完全平坦，直达声会掠过听众头顶。3）考虑房间内的声扩散问题考虑房间内的声扩散问题 采用材料表面吸声或采用不