声频技术1声学基础,建筑声学.ppt

建筑电子工程建筑电子工程 建筑声频技术之一建筑声频技术之一 厅堂扩声基础厅堂扩声基础 授课内容授课内容 厅堂扩声 厅堂扩声基础 扩声工程设计 公共广播系统 会议系统 声频技术的发展 声频趣谈声频趣谈 “声音”在人们的日常生活中占有重要地位 悲痛时“声泪俱下” 感情充沛动人“声情并茂” 交朋友不看金钱、不看外表“声应气求”（见周 易 乾“同声相应 ，同气相求”） 若干了坏事，则会受到人们“声色俱厉”的批评 若某人过着“声色犬马”的生活就会导致“声名狼藉” 若事情做得好，则“声誉鹊起”、 “声威日隆”、“声 名远扬” 厅堂扩声厅堂扩声 厅堂扩声基础 声学常识 室内声学（room acoustics） 厅堂扩声工程设计 厅堂扩声系统的设计步骤 扩声工程需求分析 建筑声学处理 扩声工程计算 厅堂扩声基础厅堂扩声基础 声学基础知识 声波（sound wave） 声压(sound pressure)、 有效声压（effective sound pressure） 声压级(sound pressure level) （SPL） 声功率(sound power) 声功率级（sound power level） 声强（sound intensity，sound energy flux density） 声强级（sound intensity level） 厅堂扩声基础厅堂扩声基础声学基础知识声学基础知识 声波（sound wave） 定义：物体的机械振动在媒质中的传播。 振动三要素：振幅频率相位 波动四要素：频率，振幅，相位，波长(wave length)与波速（wave velocity） 声波的波速是多少？ 声波波速公式是什么？ 波速公式如何得到？ 厅堂扩声基础厅堂扩声基础声学基础知识声学基础知识 声波（sound wave） 声波是纵波（longitudinal wave）(Vs. transverse wave) 声波总 是纵波 吗？ 声压(sound pressure) 概念：声波传播时，空气压强变化。 变化量声压 表示式： p：声压（Pa，即N/m2） P0：测试点静止时的压强 P：测试点有声音时压强 厅堂扩声基础厅堂扩声基础声学基础知识声学基础知识 厅堂扩声基础厅堂扩声基础声学基础知识声学基础知识 有效声压（effective sound pressure） T：取平均的时间间隔，在周期声压时，T取一 个或几个（正整数）周期；对非周期性声压， T应取足够长，使间隔长度的微小变化不影响 测量结果。 一般测量仪器表示的声压为有效声压。 厅堂扩声基础厅堂扩声基础声学基础知识声学基础知识 声压级(sound pressure level) 基准声压：Pr2105 Pa（0dB） 厅堂扩声基础厅堂扩声基础声学基础知识声学基础知识 表1：常见声源的声压级 典型声源人耳感受 声压（Pa） 声压级（dB） 汽锤，机场跑道 不能忍受200140 春雷，动力工具 震耳欲聋20120 重型车辆，机床很响2100 车间、乐队响210-180 大声喊叫一般210-260 低声谈话轻210-340 呼吸声微弱210-420 隐约210-50 厅堂扩声基础厅堂扩声基础声学基础知识声学基础知识 声功率(sound power) 概念：单位时间内向外辐射的声能。衡量声 源的发声能力 声功率级（sound power level） 基准声功率：W010-12W 厅堂扩声基础厅堂扩声基础声学基础知识声学基础知识 表2 常见声源的平均发声功率 声源 耳语 交谈 小提琴 轻声唱 大提琴 女高音 钢琴 管风琴 小鼓 大鼓 75人交响乐队 声功率W 0.01 1030 0.317.7 33 0.16m 1m 0.4 13 13 25 70 厅堂扩声基础厅堂扩声基础声学基础知识声学基础知识 声强（sound intensity，sound energy flux density） 概念：某一点的声强为单位时间内通过该点且 与声波传播方向垂直的单位面积内的声能I 声强级（sound intensity level） 声强的上下限相差一万亿倍，度量声音的强弱 不方便，同时，人耳对声音强弱的分辨能力不 与声强成正比，而是近似地与声强的对数值成 正比。 厅堂扩声基础厅堂扩声基础声学基础知识声学基础知识 表达式 以dB为单位。 基准声强：I010-12W/m2 （0dB） 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 室内声学（room acoustics） 建筑声学（architectural acoustics） 室内声场的建立 描述室内声场的物理量 影响室内声场的因素 研究室内声场的方法 生理声学与心理声学 电声学 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 建筑声学（architectural acoustics） 室内声的组成 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 建筑声学（architectural acoustics） 室内声场(sound field)的建立 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 建筑声学（architectural acoustics） 室内声场(sound field)的建立，室内声的组成 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 直达声（direct sound）： 听音处最初到达的声波（在自由场（free field ）中，如果不考虑反射声，声强按照与距离的 平方成反比的规律衰减。） 反射声（reflect sound）： 近次反射声（早期反射声）：经过几次反射到 达的声音，反映空间中声源、耳朵及墙壁之间 的距离关系 多次反射声（混响声（reverberation sound） ：直达声后50ms以外的多次反射声） 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 声音的干涉与衍射 衍射现象：闻其声不见其人 衍射产生条件：物体尺寸与声波波长的关系。 反馈声（feedback sound）： 经过反射后重新到达声源处的声音。 声吸收（sound absorption）： 当声波经过一种介质时，声能被转换为其他能 量的一种现象。 反馈声起 什么作用？ 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 吸声材料（sound absorption material） 多孔吸声材料（porous absorbing material） 玻璃棉、矿渣棉、木丝板等，对高频段的吸收 更有效。 共振吸声材料（resonance absorbing material ） 薄板，对低频段更为有效 微穿孔板（空腔吸声）（micro perforate absorber）： Helmholtz 共振腔，窄带吸收。 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 室内声学（room acoustics） 建筑声学（architectural acoustics） 室内声场的建立 描述室内声场的物理量 影响室内声场的因素 研究室内声场的方法 生理声学与心理声学 电声学 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 描述室内声场的物理量 （直达）声能密度（sound energy density） 在某点，一尺度甚小于波长而甚大于分子尺度的小体 积中的声能用这个体积来除所得的商 W：声源功率。 r：听音点与声源的距离。 V：声速。 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 混响声能密度 s：房间总表面积。 ：吸声系数（sound absorption coefficient）：入射 声能被材料表面或媒质吸收的百分数。 W：声源功率。 v：声速。 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 声能比（acoustic ratio） 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 房间常数R （room constant）： 表征一个房间的活跃（live）程度或沉寂（ dead）程度，房间常数越大，房间越沉寂。 S：房间表面积 ：房间平均吸声系数 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 混响半径Reverberation Radius（极限距离 ）: 反射声与直达声声能相等的地方与声源的距离 。 声能比Ks1 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 混响时间（Reverberation Time） 定义：当室内声场达到稳态，声源停止发声后，声压 级降低60dB所经过的时间称为混响时间，记作T60或 RT，单位是秒（s）。 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 计算混响时间 赛宾（Sabine）/伊林（Eyring）/克纳森（Knudsen） 公式 V：房间容积，m：空气吸收系数 利用声能密 度、平均自 由程、定义 ，可以推导 赛宾公式 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 说明 推导公式的条件：首先，室内的声音是充分扩 散的，即室内任一点的声音强度一样，而且在 任何方向上的强度也一样；其次，室内声音按 同样的比例被室内各表面吸收，即吸收均匀 当1时，T60 0，符合实际情况 当0.2)时,只能用修正后的公式计算室内 的混响时间。 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 混响时间是目前建筑声学设计中能定量估 算的重要评价指标，直接影响厅堂音质的 效果。 在计算混响时间时，通常要计算125、250、 500、1000、2000和4000Hz六个频率的值。 对于录音室和播音室有时还应追加 63Hz和 8000Hz的混响时间。 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 声源指向性因数 特定方向的平方声压 所有方向平均的平方声压 Q1，2，4，8 厅堂扩声基础室内声学 室内稳态声压级 Lp 室内某点距声源为r的声压级（dB） Lw 声源功率级(dB),W0？ Q 声源指向性因数 r 座位与声源的距离 直达声 反射声 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 其他描述室内声场的参量 早期衰减时间（Early Delay Time）或早期混响时间（ Early Reverb Time） 重心时间(Point of Gravity Time) 明晰度(Clarity) 房间响应（Room Response） 侧向效率（Lateral Efficiency） 侧向能量因子（Lateral Energy Factor） 双耳听觉互相关（Intramural Crosscorrelation） 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 室内声学（room acoustics） 建筑声学（architectural acoustics） 室内声场的建立 描述室内声场的物理量 影响室内声场的因素 研究室内声场的方法 生理声学与心理声学 电声学 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 影响室内声场的因素： 房间形状长方体状 房间尺度黄金分割比或无理数比 混响时间房间材料与布置 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 房间形状：声聚焦 声波被大凹面镜反射后会聚于一点，这种现象 叫做声聚焦 现象: 天坛回音壁 杰尼西亚的耳朵 声聚焦对扩声 有什么影响？ 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 房间尺度 室内简正频率 如同任何一个振动系统一样，一个房间有其固 有频率，这一系列固定频率的振动特别容易被 激发。所以，当将一个频率分布均匀的声源放 入房间时，在离声源相同距离处各频率的声压 不会是相同的对应于该房间共振频率的声 压将会高得多。 如何绘制房间 共振频谱图？ 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 v：声速， L，B，H是闭室的长、宽、高， m，n，r0、1、2（m、n、r不同时为零） 简正频率的分布是影响房间音质的重要因素 合理确定L：B：H的值。对于体积小而声学特性 至关重要的房间（播音室、录音室等）特别有意 义。(1.618：1：0.618) 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 混响时间 最佳混响：（对于500Hz以上的高频亦适用，对于 500Hz以下的低频声，应乘以11.5的系数。） 部分世界著名音乐厅的不同频率下的混响时间 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 厅堂扩声基础厅堂扩声基础室内声学室内声学 室内声学（room acoustics） 建筑声学（architectu