第十章-室内声学PPT课件

1 第十章室内声学原理 声学基础第十章室内声学原理 2 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 3 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 4 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 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 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 7 需要注意的是 对于低频声 63 125Hz 波长为5 4m 2 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 500 1000Hz 波长范围68cm 34cm 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 2000 8000Hz 波长范围17cm 4cm 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 8 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 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 10 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 11 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 12 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 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Lw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 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 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 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 17 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 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 19 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 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 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 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 23 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 24 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 25 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 26 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