室内声学原理

室内声学原理第一页，共四十页，编辑于2023年，星期五一、声音在室内、外的传播二、声波在室内的反射与几何声学2.1室内声场

第二页，共四十页，编辑于2023年，星期五1、随与声源距离的增加，声能发生衰减。

1)无地面反射：2)存在地面反射：一、声音在室内、外的传播（一）声音在室外的传播点声源第三页，共四十页，编辑于2023年，星期五【例】：在户外距离歌手10m处听到演唱的声压级为86dB，在距离80m处的声压级为多少？解：室外声场——自由声场；点声源，距离增加一倍，减少6dB；10m——

8620m——

86-6=8040m——

80-6=7480m——74-6=68dB2、特点：距离增加一倍，声压级减少6dB第四页，共四十页，编辑于2023年，星期五（二）声波在室内的传播与室外情况不同，形成“复杂声场”。1、距声源同样的距离，室内比室外响些。2、室内声源停止发声后，声音不会马上消失，会有一个交混回响过程。3、房间较大，且表面形状变化复杂，会形成回声和声场分布不均，有时出现声聚焦现象。

以上现象源于：封闭空间内各个界面使声波被反射或扩射。第五页，共四十页，编辑于2023年，星期五（三）室内声学——建筑声学

室内声学可采用几何声学、统计声学和波动声学的理论加以分析。对建筑师而言，可少些关心复杂的理论分析和数学推导，重要在于弄清楚一些声学基本原理，掌握一些必要的解决实际问题的方法和计算公式。第六页，共四十页，编辑于2023年，星期五几何声学：声线法（虚声源法）主要考虑声音的反射，特别是一、二次反射。——重点考虑2.波动声学：利用声音的波动性解释一些声学现象，如声衍射（绕射）、驻波。3.统计声学：从能量角度分析室内声音的状况，增长、稳态和衰减三个过程。第七页，共四十页，编辑于2023年，星期五（一）声音在室内反射声源在室内发声时，声波由声源到各接收点形成复杂的声场。——三个部分组成

（1）直达声：声源直接到达接收点的声音，不受室内界面影响，遵循距离平方反比定律。（2）早期反射声：一般是指直达声到达后，相对延迟时间50ms（音乐声可放宽到80ms）内到达的反射声，对直达声起加强作用。——前次反射声二、声波在室内的反射与几何声学第八页，共四十页，编辑于2023年，星期五（3）混响声：早期反射声后陆续到达，经多次反射后的声音。有些场合直达声外到达的反射声统称为混响声。比较混响声与回声混响声：有益反射声回声：强、短延时、有害反射声第九页，共四十页，编辑于2023年，星期五声音在房间内的反射第十页，共四十页，编辑于2023年，星期五（二）室内声音反射的几种情况与几何声学利用几何作图的方法——主要研究一次或二次反射声分布情况。第十一页，共四十页，编辑于2023年，星期五几何声学——声线法研究声波在空间的传播注意2点：1）声波所遇到的反射界面、障碍物尺寸比声音的波长大得多。——适合中、高频。如：63~125Hz低频声，相应的波长为5.4~2.7m，在一个各个表面尺寸均小于声波波长的小房间，反射定律不适用。——通常大房间可用几何声学研究2）仅考虑反射，忽略波动性。第十二页，共四十页，编辑于2023年，星期五2.2室内稳态声压级计算公式及混响半径

一、室内声音的增长、稳态和衰减——统计声学从能量角度，考虑室内声源开始发声、持续发声、停止等情况下声音形成和消失的过程。第十三页，共四十页，编辑于2023年，星期五

当声功率级为Lw的点声源在室内连续发声，声场达到稳态时，距声源为r米的某一点的稳态声压级，可看作由直达声和混响声两部分组成。

直达声强度与距离r的平方成反比，而混响声强度则主要取决于室内吸声情况。二、稳态声压级计算公式第十四页，共四十页，编辑于2023年，星期五1、计算公式：当室内声源声功率一定时，稳态时，室内距离为r的某点稳态声压级计算公式：公式应用前提：1）点声源

2）连续发声

3）声场分布均匀指向性因数：QQ=1（房间中心—自由空间）；2（壁面中心——半自由空间）；4（两壁面交线——1/4自由空间）；8（角落上——1/8自由空间）R：房间常数由直达声场和混响声场组成第十五页，共四十页，编辑于2023年，星期五3、意义：通过计算室内声压级，可预测所大厅内能否能达到满意的声压级及声场分布是否均匀，如果采用电声系统，还可计算扬声器所需功率。4、应用（1）求指定位置LP

；（2）保证指定位置LP

，求W；（3）吸声降噪的理论依据。

变形式第十六页，共四十页，编辑于2023年，星期五

【例题】

某观众厅体积为20000m³，室内总表面积为6527m²。已知500Hz的平均吸声系数为0.232，演员声功率为340微瓦。在舞台上发声，求距声源39m处（观众席最后一排座位）的声压级。解：

求得：而一般要求基本满足要求，不需电声设备。第十七页，共四十页，编辑于2023年，星期五三、混响半径rc1、当r较小（靠近声源），直达声大于混响声，以直达声场为主——随着距离r的增大，混响声作用逐渐加强

2、当r较大（远离声源），直达声小于混响声，以混响声场为主——声压级大小主要决定于室内吸声量大小，与距离无关3、直达声与混响声作用相等处距声源距离称“混响半径”rc。讨论稳态声压级计算公式3种情况——引入混响半径第十八页，共四十页，编辑于2023年，星期五4、意义降低室内噪声时：1）若接收点在rc之内，由于接收到的主要是直达声，用增加房间吸声量的方法没有效果；2）如果接收点在rc之外，即远离声源，接收到的主要是反射声，用增加房间吸声量的方法能明显降噪。吸声降噪依据第十九页，共四十页，编辑于2023年，星期五【例题】位于房间中部一个无方向性声源在频率500Hz的声功率级为105dB，房间总表面积为400m2，对频率为500Hz声音的平均吸声系数为0.1。求：（1）在与声源距离3m处的声压级？（2）混响半径是多少？

[解]（1）该声源的指向性因数Q=1，将各已知数据带入公式，得：（2）由公式第二十页，共四十页，编辑于2023年，星期五2.3混响时间的计算公式一、混响过程：声源在室内发声后，由于界面反射与吸收的作用，使室内声场经历逐渐增长——稳态；若声源停止发声，声音不会立即消失，而要经历逐渐衰减的过程——混响过程。第二十一页，共四十页，编辑于2023年，星期五二、混响时间ReverberationTime——RT1、定义：可从两方面（1）室内声场达到稳态后，声源突然停止发声，室内声压级将按线性规律衰减。衰减60dB所经历的时间叫混响时间T60，单位s。（2）声能密度衰减到原来的百万分之一所经历的时间叫混响时间T60。音质设计中，用混响时间作为控制室内混响过程长短的定量指标。第二十二页，共四十页，编辑于2023年，星期五混响时间长，将增加音质丰满度，但过长，会影响听音清晰度。混响时间短，有利于清晰度，但过短，会使声音显得干。——根据厅堂用途来选择合适混响时间《专业英语》关于混响时间的定义：Thetimeittakesforaninitialsoundtofadeoutiscalledreverberationtime。第二十三页，共四十页，编辑于2023年，星期五2、计算公式

（1）赛宾公式

——美国物理学家，发现混响时间近似与房间体积成正比，与总吸声量成反比，并提出计算公式。讨论：T60∝V，T60∝1/A

当α趋近于1时，T60＝0.161V／Ａ=C（常数）而实际物理过程，α趋近于1时，T60=0

适用于平均α<0.2，———规划阶段使用第二十四页，共四十页，编辑于2023年，星期五

T60——混响时间（s）；

V——房间容积（m3）；

A——房间总吸声量（m2）；

α——房间平均吸声系数；

S1、S2…Sn——室内各界面不同材料的表面积（m2）；α1、α2…αn——不同材料的吸声系数（m2）。赛宾公式观众吸声：A观=n·Aj——单个座椅吸声第二十五页，共四十页，编辑于2023年，星期五（2）伊林公式讨论：当趋近于1时，ln（1－）趋向于∞，使T60

趋向于零，与实际物理过程相符，故无限制——适用于方案设计阶段。仅考虑室内吸声第二十六页，共四十页，编辑于2023年，星期五（3）改进的伊林公式——适用于施工图阶段4m：空气吸收系数相对湿度倍频程中心频率（Hz）5001k2k4k60％0.00250.00440.00850.0234

——计算RT时，频率一般取125、250、500、1k、2k、4k六个倍频程考虑空气吸声第二十七页，共四十页，编辑于2023年，星期五3、混响时间计算的局限性1）室内条件与假设条件并不完全一致。

（1）室内吸声分布不均匀；

（2）室内形状，高宽比例过大；——造成声场分布不均匀，扩散不完全。以扩散声场为假设条件：

1）声能密度在室内均匀分布。即在室内各点上，声能密度处处相等；

2）室内任一点，来自各个方向声强都相同。2）计算用材料吸声系数与实际情况有误差，一般误差在10%~15%。第二十八页，共四十页，编辑于2023年，星期五混响室——模拟扩散声场的实验室4、计算RT的意义：

1）“控制性”地指导材料的选择与布置；

2）预测建筑室内的声学效果；

3）分析现有的音质问题。第二十九页，共四十页，编辑于2023年，星期五【例题】：据测定，某大厅内稳态声场衰减35dＢ所经历时间为1.0s，根据混响时间定义，可知该厅混响时间为多少秒？解：１/35＝T60／60

T60＝1.7s第三十页，共四十页，编辑于2023年，星期五2.4房间共振引入：

音乐学院琴房——不规则形状第三十一页，共四十页，编辑于2023年，星期五录播音室——不规则平面第三十二页，共四十页，编辑于2023年，星期五

——无法用几何声学解释——波动声学

——什么样的房间出现共振现象一、共振1、定义：当某一频率与房间本身固有频率（共振频率或简正频率）相等时，该频率处发生共振现象——振动加强2、驻波：干涉（由两列同频率、同振幅的声波相向传播叠加）——同一直线入射波、反射波相向传播，入射波、反射波叠加后形成的波第三十三页，共四十页，编辑于2023年，星期五驻波形成竖线处，振幅为零——波节两波节间中点处，振幅达最大——波腹

——振动加强——共振

固定的波腹与波节——驻波——两平行墙面间产生共振第三十四页，共四十页，编辑于2023年，星期五相距为L的两平行墙面间产生驻波的条件：L=n·λ/2

第三十五页，共四十页，编辑于2023年，星期五切向振动斜向振动轴向振动矩形房间共振第三十六页，共四十页，编辑于2023年，星期五

只要nx、ny、

nz不全为零，就对应一组振动方式。一个房间有无限个共振频率；其值与房间几何尺寸有关。计算尺寸为7m×7m×7m的矩形房间的十个最低