第十章-室内声学课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,第十章,室内声学原理,声学基础,第十章 室内声学原理,1,.,第十章室内声学原理声学基础,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,主要内容,声学基础,第十章 室内声学原理,2,.,室内声场的分析方法主要内容声学基础,房间对声音的影响主要表现在以下四个方面：,引起反射声,改变音质,由于简振波的激发，增加声能密度,使声音在空间的分布发生变化,室内声场的分析方法,声学基础,第十章 室内声学原理,3,.,房间对声音的影响主要表现在以下四个方面：室内声场的分析方法,波动声学,几何声学,统计声学,室内声场的分析方法,声学基础,第十章 室内声学原理,4,.,室内声场的分析方法声学基础,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,声学基础,第十章 室内声学原理,5,.,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,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,声学基础,第十章 室内声学原理,6,.,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,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。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,声学基础,第十章 室内声学原理,7,.,需要注意的是，对于低频声，63125Hz，波长为5.4m,室内声的组成：,直达声,近次反射声,混响声,室内稳态声场,声学基础,第十章 室内声学原理,8,.,室内声的组成：室内稳态声场声学基础,直达声：由声源直接到达接收点的声音。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。,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：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,声学基础,第十章 室内声学原理,9,.,直达声：由声源直接到达接收点的声音。直达声的声强基本上按照与,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,声学基础,第十章 室内声学原理,10,.,房间内的声能密度达到了稳定状态，形成了稳定声场。室内稳态声,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,室内稳态声场,声学基础,第十章 室内声学原理,11,.,直达声场：室内稳态声场声学基础,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,R,为房间常数：,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：,M,为声强衰减系数,V,为房间体积,室内稳态声场,声学基础,第十章 室内声学原理,12,.,混响声场：与混响声场对应的声压级 R为房间常数：若同时考虑,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,：,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。,其中声源声功率,L,w,是由扬声器性能给定的,室内稳态声场,声学基础,第十章 室内声学原理,13,.,把直达声与混响声场叠加在一起，就得到实际的总声场，在通常情况,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。,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。,以直达声为主,以混响声为主,直达声场与混响声场相等,室内稳态声场,声学基础,第十章 室内声学原理,14,.,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,临界距离（混响半径）,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,声学基础,第十章 室内声学原理,15,.,临界距离（混响半径）混响半径与声源指向性因子和房间常数R的平,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 ）所需的时间。,声学基础,第十章 室内声学原理,16,.,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,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,其中,A,为房间吸声量,平均吸声系数可表示为,声学基础,第十章 室内声学原理,17,.,房间内声场的衰减与混响时间19世纪末，赛宾（Sabine）,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,现在普遍采用的时伊林（,Erying,）公式,声学基础,第十章 室内声学原理,18,.,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,房间共振与声染色,声源发声，激发房间某些固有频率（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,驻波原理,房间共振,声学基础,第十章 室内声学原理,19,.,房间共振与声染色 房间共振声学基础,如果两平行面间的距离为,l,，,产生,轴向共振,的条件为,，,由此可得出相应之轴向共振频率为,切向共振,斜向共振,在一矩形房间内，计算房间共振频率（包括轴向、切向、斜向三种共振）的普遍公式为,房间共振,声学基础,第十章 室内声学原理,20,.,如果两平行面间的距离为l，产生轴向共振的条件为，由此可得出相,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 ：,在 范围内简正振动的总数,房间共振,声学基础,第十章 室内声学原理,21,.,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,简正频率“简并化”,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。,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,声学基础,第十章 室内声学原理,22,.,简正频率“简并化”从简正波的角度考虑，要使房间的声学性质较,合适的响度,声源的能量,观众厅的容积,房间的体形与吸声状况,适合要求的允许噪声级,扩声系统的考虑,音质设计的一般要求,声学基础,第十章 室内声学原理,23,.,合适的响度 音质设计的一般要求声学基础,1,）,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。,音质设计的一般要求,声学基础,第十章 室内声学原理,24,.,1）选择房间的尺寸 音质设计的一般要求声学基础,2,）,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。,音质设计的一般要求,声学基础,第十章 室内声学原理,25,.,2）房间体形设计 音质设计的一般要求声学基础,3,）,考虑房间内的声扩散问题,采用材料表面吸声或采用不规则形状材料、交错布置等，可使声场分布均匀，不产生回声或声聚焦现象。,4,）,混响时间选择和计算,其目的是根据使用要求选择合适的混响时间。混响时间并不是决定室内音质的唯一参量，但不可否认它是一个非常重要的参量。因此，要根据房间大小，对于各类房间“最佳混响时间”的参考指标，房间内的墙壁、实物等“吸声量”来计算混响时间。,音质设计的一般要求,声学基础,第十章 室内声学原理,26,.,3）考虑房间内的声扩散问题 音质设计的一般要求声学基础,