简单的室内声学原理设计教程.doc

室内声学原理教程(上)一 建筑声学建筑声学研究与建筑环境有关的声学问题。它是一门古老年轻的科学。公元前，古希腊的露天剧场曾在座位下的空间中安置翁作为 共鸣器，以改善音质。中国古典剧场也有在舞台下设水缸或水井作 为共鸣器的做法。北京天坛的回音壁、圜丘等也是以运用声学原理 创造了独特的建筑艺术而闻名于世的。建筑声学包括厅堂音质和噪声控制两大部分内容。前者是为各种听音场所建立最佳的语言或音乐的听闻条件；后者则为减低噪声和振动的干扰。两者既相互独立，又密切联系。由于建筑声学属于边缘学科，它与许多学科有密切联系，所以解决建筑中的声学问题往往还需要与其他方面密切配合，这些方面诸如建筑设计、城市规划、物理学、电声学、环境保护以及生理学等。建筑师应该知道什么是好的声环境，以及如何创造（设计并实现）符合人们听闻要求的环境。例如，设计一个多功能礼堂或影剧院，就要求音乐动听，语言清晰；设计一个工业厂房，就要求噪声低，保护工人听觉器官；设计一栋住宅、医院或学校，就要求环境安静、隔声好。实现上述要求，就是建筑声学设计所要解决的问题。二 声音的基本知识为了解决建筑中的声学问题，首先要了解声音是怎样产生和传播的；声波有哪些性质；声音大小是怎样计量的；声波一般用哪些量来反映客观存在的客观特性；人的听觉在判断声间上有哪些主观特性等等。 声音在人类生活中具有重要意义，人们就是*声音传递语言、交流思想的。声音来源于物体的振动。例如人的发声是由声带动引起的；扬声器发声则产生于扬声器膜片的振动；锣、鼓是*锣面、鼓面膜的振动发声的；弦乐器是*弦的振动发声的；笛、箫等则依*空气柱的振动发声正在发出声音的振动物体称为声源，传播声音的必要条件。没有物体的振动有传声介质（如在真空中），同样也没有声音。声音不仅能在气体中传播，在固体和液体中也能够传播。当声源在空气中振动中，使邻近的空气随之产生振动并以波动的方式向四周传播，传至人耳将引起耳膜振动，最后通过听觉神经产生声音的感觉。二 声音的基本知识为了解决建筑中的声学问题，首先要了解声音是怎样产生和传播的；声波有哪些性质；声音大小是怎样计量的；声波一般用哪些量来反映客观存在的客观特性；人的听觉在判断声间上有哪些主观特性等等。 声音在人类生活中具有重要意义，人们就是*声音传递语言、交流思想的。声音来源于物体的振动。例如人的发声是由声带动引起的；扬声器发声则产生于扬声器膜片的振动；锣、鼓是*锣面、鼓面膜的振动发声的；弦乐器是*弦的振动发声的；笛、箫等则依*空气柱的振动发声正在发出声音的振动物体称为声源，传播声音的必要条件。没有物体的振动有传声介质（如在真空中），同样也没有声音。声音不仅能在气体中传播，在固体和液体中也能够传播。当声源在空气中振动中，使邻近的空气随之产生振动并以波动的方式向四周传播，传至人耳将引起耳膜振动，最后通过听觉神经产生声音的感觉。二 声音的基本知识为了解决建筑中的声学问题，首先要了解声音是怎样产生和传播的；声波有哪些性质；声音大小是怎样计量的；声波一般用哪些量来反映客观存在的客观特性；人的听觉在判断声间上有哪些主观特性等等。 声音在人类生活中具有重要意义，人们就是*声音传递语言、交流思想的。声音来源于物体的振动。例如人的发声是由声带动引起的；扬声器发声则产生于扬声器膜片的振动；锣、鼓是*锣面、鼓面膜的振动发声的；弦乐器是*弦的振动发声的；笛、箫等则依*空气柱的振动发声正在发出声音的振动物体称为声源，传播声音的必要条件。没有物体的振动有传声介质（如在真空中），同样也没有声音。声音不仅能在气体中传播，在固体和液体中也能够传播。当声源在空气中振动中，使邻近的空气随之产生振动并以波动的方式向四周传播，传至人耳将引起耳膜振动，最后通过听觉神经产生声音的感觉。三 声波的反射、吸收和透射 声波在传播过程中，除传入人耳引起声音大小、音调高低的感觉外，遇到障碍物如孔洞等还将产生声波的反射、绕射、吸收、透射以及在室内由于多次反射所引起的混响等现象。这些现象在建筑声学设计中有着重要的作用。当声波在传播过程中遇到尺度比波长大得多的障板（界面或障碍物）时，就会被反射，满足反射定律。反射定律的基本内容是：（1） 入射声线、反射声线和反射面的法线在同一平面内。（2） 入射声线和反射声线分别位于法线的两侧。（3） 入射角等于反射角。四 声波的绕射 “闻其声而不见其人”，这是司空见惯的现象。怎样解释这种现象呢？当声波遇到障碍物或孔洞，其大小比声波波长大得多时，可认为声波仍沿着直线传播，由于障碍物的反射作用，在障碍物后面开有成一个“声影区”，障碍物或孔洞的大小比声波波长小得多时，则声波不是沿着直线传播，而是改变前进的方向绕过障碍或孔洞，到达按直线传播时要成为：阴影的地方，这种现象称为波的绕射或衍射。小孔处的质点可近似地看作一个集中的新声源，产生新的球面波，它与原来的波形无关。 一切波都能发生绕射，其程度与波长、障碍物的大小有关。在通常条件下，有的声波会发生明显的绕射，有的表现为直线传播。 我们能听到的声波，波长在17cm17m的范围内，是可以与一般障碍物（如墙角、柱子等建筑部件）的尺度相比的，所以能绕过一般障碍物，使我们听到障碍物另一侧的声音。声源的频率越低，绕射现象越明显。由于声波有绕射的本领，所以室内开窗比不开窗更能听到邻室的谈话声，而当墙壁存在缝隙和孔洞时，隔声能力大大下降了。与此相反，我们也可利用声波的绕射现象设计穿孔板一类的吸声结构来吸声。五 声波的干涉 在观众厅内通常会出现声干现象。例如，从声源发出的直射声波和来自壁面或平顶的反射声波在空间各点要相互干涉。如果是单频声（即纯音），这种干涉现象必然引起空间各点声场之间的很大差异，有些地方声波会加强，有些地方声波会减弱，甚至抵消而形成“死点”。使干涉效应不太明显。 在一般情况下，观众厅的尺度（长、宽、亮）比低频小波长大十几倍，形状也不“破坏”引起干涉的条件。因此，在大型观众厅内，干涉现象就不那么严重。只有在小室内，如录音、播音、监听和琴室等小房间需特别注意这一问题。声波入射到建筑构件（如墙、板等）时，声能一般分为三个部分。（1）一部分能量被反射，即前面所述的声波的反射。例如，大理石、玻璃等硬而光滑的材料能够把绝大部分的声波反射回去。（2）一部分能量透过构件，即声波遇到障碍物时，其疏密相间的压力将推动障碍物发生相应的振动。其振动又引起另一侧的传声介质随之振动。声音透过障碍物的现象称为声波的透射。墙、楼板的质量越轻，声波就越容易推动客观存在们发生振动动。墙、楼板的透射本领越好，则说明其隔声能力越差。六 声源的指向性 人的头和扬声器与低频声的波长相比是小的，这种情况下可视为无指向性点声源，但对高频声，就具有明显的指向性。频率高，声波波长短，声源下面的声压比背面和侧面大得多，直达声声能就集中于辐射轴线附近，指向性强；而低频声，声源前后的声压变化不大。实际上，演员在舞台上的对白或演唱，随频率的高低都带有指向性。人在话讲时，并不是均匀地向四周辐声音的，而是下面最响，背后最轻，也即沿着嘴唇前面有一定的指向性，与发声者相同距离的前、后位置，对于较高频率的语言声，其响