教室室內混響評價方法及實驗分析【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　教室室內混響評價方法及實驗分析</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 海洋技術

2、 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　目錄</b><

3、;/p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1室內聲場理論及評價方法3</p><p>　　1.1室內聲場理論3</p><p>　　

4、1.1.1室內聲場的特征3</p><p>　　1.1.2室內聲場的研究方法4</p><p>　　1.2室內聲場評價方法6</p><p>　　1.3測量混響時間的方法6</p><p>　　2我校6號教學樓混響實測分析8</p><p><b>　　2.1實驗測試8</b><

5、;/p><p>　　2.1.1教室樣本簡介8</p><p>　　2.1.2實驗目的8</p><p>　　2.1.3實驗器材8</p><p>　　2.2實驗方法和數(shù)據(jù)分析9</p><p>　　2.2.1測量方法9</p><p>　　2.2.2測量結果分析9</p>

6、<p>　　2.3實驗結果總結與分析22</p><p><b>　　3改進方案23</b></p><p>　　3.1影響教室聽聞品質的因素23</p><p>　　3.1.1噪聲影響及解決辦法23</p><p>　　3.1.2教室音質問題24</p><p><b

7、>　　小結25</b></p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p>　　附錄1 中文翻譯27</p><p>　　附錄2 外文原文36</p><p><b>　　致謝50</b></p><p><b>　　摘

8、要</b></p><p>　　[摘要] 教室是學校建筑的重要組成部分，其聽聞環(huán)境的好壞對師生交流、學校教學質量起著重要的作用。近幾年，階梯教室迅猛發(fā)展，教室的面積越來越大，容納越來越多的學生， 更應注重教室室內的聲音效果。為此教室聲學問題已經成為當前建筑聲學領域的一個研究熱點, 并且也得到許多初步研究成果。目前，設計者不僅考慮教室的外在條件，而且更加重視對教室室內聲品質的評定，研究者也把重點從控制

9、室內外噪聲及其效果分析轉向對室內聽聞環(huán)境的研究。影響因素有室內背景噪聲、信噪比、室內混響、授課語言本身聲學特性等，其中主要因素是混響時間和信噪比。</p><p>　　本文首先介紹了室內聲學的研究進展，簡述了室內聲場理論，包括室內聲場的特征、研究方法，利用統(tǒng)計聲學推導了計算混響的賽賓公式。</p><p>　　其次，以我校6號樓503的階梯教室為樣本，采用脈沖響應積分法對其混響時間進行了測

10、量分析。測量結果分析：1、單頻脈沖，疊加成駐波形；一定頻帶寬度的聲波形成擴散聲場。2、該樣本教室聲強分布不均勻：同一頻率的聲波，靠近聲源的測點處聲壓值較大，遠離聲源的點聲壓值小，靠近窗戶的處聲強比遠離窗戶處聲強大。開窗后聲波聲強減小，混響時間也減?。淮昂熅哂幸欢ǖ奈曅Ч?，拉上窗簾后室內聲強明顯減小。3、我們測得此教室的混響時間為 1.45s~2.1s，混響時間過長。</p><p>　　最后，參考教室聲學設計標

11、準限值和國內各類教室最佳混響時間建議值，結合教室的實際情況，提出改善教室聲場的設想。</p><p>　　[關鍵詞] 室內聲場;混響時間;脈沖響應積分法</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　[Abstract] Classroom is an important part of the school

12、constructions and the quality of room acoustic environment plays an important role on the communication between teachers and students,especially on the school teaching quality.In recent years,ladder classroom has a rapid

13、 development. The area of the classroom is more big and the capacity of students is improving. So more attention should be paid on the classroom acoustic environment.The study of classroom acoustics has become the hot re

14、sea</p><p>　　This paper firstly introduces the research progress of room acoustics, and expounds the indoor sound field theory, including the interior acoustic characteristic, the research method, and the Sa

15、bine formula which is deduced by statistical acoustical.</p><p>　　Secondly,we take 6#503 ladder classroom as a sample to survey and analysis its reverberation time by impulse response integrating method.The

16、result:1.monophonic pulse superimposes into standing wave.Certain band width of acoustic waves formed diffuse sound field.2.The sound intensity distribution in the samples classroom is not uniform:for same frequency of s

17、ound waves,the sound pressure value which is measured near the sound source is bigger than that away from the sound source.The sound intens</p><p>　　Finally,we will put forward the ideas to improve the class

18、room sound field by refering to classroom acoustical design standard limits and combining classroom situation.</p><p>　　[Key words]Room sound field; Reverberation time; impulse response integrating method; &

19、lt;/p><p><b>　　引言</b></p><p>　　室內聲學（room acoustic）研究建筑空間內的聲音傳輸和聽聞效果，屬于建筑聲學的范疇。涉及研究室內聲波傳輸?shù)奈锢項l件和聲學處理方法，再有是人對室內聲場聲音（直達聲與混響聲共存）的感知和審美問題。與室外聲場不同，聲音在室內傳播受很多因素影響，如房間的形狀、尺寸、構造、室內設施的吸聲材料布置等，這導致室

20、內聲場非常復雜。人們?yōu)榱双@得良好的室內聽聞環(huán)境，需要控制建筑物內部和外部空間的噪聲干擾，而固體聲隔聲相對有些困難，所以取得良好聽聞條件與建筑藝術高度統(tǒng)一，是聲學研究者與建筑師合作的共同目標。</p><p>　　國外，有關建筑聲學的最早記載是羅馬建筑師維特魯威所寫的《建筑十書》（公元前一世紀）。書中記載，古希臘劇場設計時就已利用共鳴缸和反射面以增加演出的音量。之后的中世紀，歐洲教堂也通過增大內部空間和墻面采用吸聲

21、系數(shù)低的材料，延長混響時間來制造神秘的宗教氣氛。15～17世紀，歐洲劇院設計已提高對聲學的重視，從吸聲材料的選取、坐位的設計、以及建筑物內部復雜的裝飾設計，都體系了聲學的設計理念，并且與建筑藝術結合，既美觀又取得了良好的聽聞效果[1]。</p><p>　　國內，16世紀，北京天壇皇穹宇建有直徑65米的回音壁，可使微弱的聲音沿壁傳播一二百米，還有可以聽到幾次回聲的三音石[2]。80年代以后，我國的建筑聲學在吸聲理

22、論、噪聲控制、廳堂音質設計和可調混響設計等方面獲突破性進展。90年代初，廣東佛山金馬劇院的建成，是首例采用計算機程序控制可調結構，圓滿解決了最佳混響時間的要求，同時操作簡便和價廉。1959年馬大猷成功地主持完成人民大會堂萬人禮堂音響設計[3]。</p><p>　　表 11 室內聲場百年研究軌跡[4]</p><p>　　Table1 century studies track of

23、room sound field</p><p>　　近年來，人們越來越重視室內聲學，隨著計算機技術快速和普及發(fā)展，聲場物理問題研究得以進展。研制和開發(fā)新型吸聲材料和構件，盡管并非完全是建筑聲學的范疇，但其使用是建筑聲學設計的重要內容。由馬大猷先生首創(chuàng)的微穿孔板吸聲結構．是吸聲材料的歷史性突破。這些技術都推動了室內聲學的進步，使廳堂的視覺效果、舒適程度更符合聽眾的主觀感受。</p><p>

24、;　　室內聲場理論及評價方法</p><p><b>　　室內聲場理論</b></p><p>　　在室外，聲音會不斷傳播開去，不會受邊界和其他物體的反射，能量隨傳播距離的增加分散開來，有效聲壓與離聲源的距離成反比，理論上，對于點聲源，距離增加兩倍，聲壓級下降6dB。但聲音在房間內傳播時，不遵循室外傳播規(guī)律，會被房間天花、地面、墻面反射回來，聲源不斷發(fā)聲，入射聲波與反

25、射聲波疊加，形成復雜的室內聲場。</p><p><b>　　室內聲場的特征</b></p><p>　　假設室內有一聲源，用聲線代表聲波傳播方向，那么每一秒聲線可能遇到多次反射，又由于它們的出射方向不同，那么聲線就在室內“亂竄”，不斷改變其行進方向，導致室內聲的傳播完全處于無規(guī)狀態(tài)，從統(tǒng)計觀點來說，聲通過任何位置的幾率相同，各方向幾率也相同，則各聲線相遇時的相位無規(guī)

26、，室內聲場的平均能量密度分布均勻的。這種統(tǒng)計平均的均勻聲場即為擴散聲場。其特點為：(1) 聲以聲速c0直線傳播，聲線攜帶的能量向各方向的概率相同。（2）聲線互不相干，疊加時相位變化無規(guī)。（3）室內平均聲能密度相同。</p><p>　　室內聲源發(fā)出聲波能量，傳播中部分被壁面吸收，部分被反射，聲波在各方向來回反射并不斷衰減，形成室內混響。聲波在室內的傳播過程是一個能量逐漸衰減的過程。一般的，房間存在三種聲：（1）直

27、達聲（Direct sound）：自聲源直接到達接收點的聲音，與房間的吸聲特性無關；（2）近次反射聲（早期反射聲）：Eary Refections 經周圍介面一次、二次反射后到達接收點的聲音，與直達聲之間的時間延遲為50ms之內，人的聽覺無法分辨出直達聲還是近次反射聲，只能把它們疊加在一起感受，因此近次反射聲對提高聲壓級和清晰度有益，并與反射介面的吸聲特性有關。（3）后期反射聲（混響聲）：比直達聲晚到大于50ms的各次反射聲稱為后期

28、反射聲（混響聲）?；祉懹袝r可增加聲音的豐滿度，但它對近次反射聲具有掩蔽效應，影響了聲音的清晰度和語言的可懂度。因此一定的混響是有益的，但不可過大?；祉懧暤拇笮∨c周圍介面的吸聲特性有關，常用混時間RT來表示。</p><p>　　圖 1.1.1 房間的脈沖響應</p><p>　　Figure1.1.2 Response to room impulse</p><p>

29、;　　這里需強度，如果直達聲與早期反射聲的時間間隔在50ms以上，且反射聲強度足夠大，使人耳能分辨出兩個聲音，那么該反射聲稱為回聲?；芈暡煌诨祉?，回聲會破壞室內聽聞效果，應排除，但一定的混響對聽音效果是有益的。</p><p><b>　　室內聲場的研究方法</b></p><p>　　在不同條件下，可分別用幾何聲學方法、統(tǒng)計聲學方法和波動聲學方法來研究室內聲音的傳

30、播[5]。</p><p>　　幾何聲學方法：當室內幾何尺寸比聲波波長大得多時，可以用幾何聲學方法研究早期反射聲分布。此方法是用聲線的幾何作圖法來分析直達聲和近次反射聲的分布情況。根據(jù)反射定律，聲線的反射角等于入射角，且反射聲線和入射聲線與法線在同一平面上?，F(xiàn)在廣泛使用的計算機聲場模擬就是基于該理論。兩種比較經典的模擬方法：聲線跟蹤法和虛聲源法。它們適用于高頻情況和幾何形狀規(guī)則的空間，但是它們都難以解釋干涉和衍射

31、現(xiàn)象，并且?guī)缀跛械挠嬎銠C聲學模擬軟件都只接受由平面搭建的空間模型，而無法對具有弧面的空間模型進行模擬。</p><p>　　波動聲學方法：對于復雜的幾何形狀、邊界條件以及低頻情況，通常用波動理論來處理。研究方法主要分為有限元法和邊界元法兩種。但是現(xiàn)階段只有具有剛性墻的矩型房間才能夠利用聲波動方程進行解析求解，得到精確的結果。而對一般房間來說，就無法使用解析的方法求解其波動方程。由于所有房間的聲場都是遵從波動規(guī)律

32、的，并存在其波動方程，因此我們可以使用數(shù)字化的方法來模擬和逼近房間的波動方程的解。當增加聲音頻率時，這兩種方法的計算量和存儲量都會變的很大，所以只適用于小封閉房間和低頻段。但這兩種方法能夠在需要的地方(如墻角等)產生稠密網格，并且可以處理禍合空間。這兩種方法有共同的特點，那就是對于單一頻率的結果很準確，但當具有帶寬的倍頻程時，結果經常出入較大，并且用以計算的初始數(shù)據(jù)(形狀、尺寸、界面聲學特性等)和實際情況的誤差，就足以改變具體的計算結果

33、的數(shù)值。所以，在實際應用中波動聲學法還沒有能夠達到如幾何聲學一樣的實用效果。</p><p>　　統(tǒng)計聲學方法：雖然統(tǒng)計聲學不如通過波動方程求解的波動聲學方法嚴格，但在一般室內聲學的實際問題中已頗見功效，由此得到的關于室內聲場的一些統(tǒng)計平均規(guī)律，對于體積大而形狀不規(guī)則的房間適用性更好。</p><p>　?。?）混響的計算[6]</p><p>　　室內一聲源發(fā)射聲

34、波，聲波以聲線方向傳播，一條聲線在1s內經過多次避免反射，而聲源向各方向發(fā)射聲線，于是聲線反射的位置、方向不同，且兩次避免反射之間經歷的距離也不同。利用統(tǒng)計方法得到平均自由程（聲線在壁面上兩次反射之間的平均距離）。在發(fā)生反射時，由于壁面非剛性，一部分入射波被吸收，吸收的能量與入射能量比值為吸聲系數(shù)，那么室內平均吸聲系數(shù)為。</p><p>　　設聲源在發(fā)聲一段時間后突然停止，停止時刻t=0，此時室內的平均能量密度

35、是，平均吸聲系數(shù)為，經過一次壁面反射后室內平均能量密度為，第二次為2，那么N次后為。已知房間的平均自由程，那么1s內發(fā)生的反射次數(shù)是，t秒發(fā)生的反射次數(shù)，平均能量密度為。擴散聲場中總平均能量密度與總有效聲壓平方的關系是=，于是得到。為室內某時刻t的有效聲壓，為t=0時的有效聲壓。 </p><p>　　在擴散聲場中，聲源停止后，聲壓級從初始狀態(tài)到降低60dB所需的時間為混響時間，用表示。則，取=344m/s，解得

36、。</p><p>　　如果平均吸聲系數(shù)很小，<0.2，則，那么，這就是著名的賽賓公式[7]。</p><p><b>　　室內聲場評價方法</b></p><p>　　評價室內聲聞品質，不僅要考慮其客觀因素，而且要注重主觀方面。20世紀50年代，廳堂聲學領域出現(xiàn)了一個重要轉變，聲場物理問題研究難以進展，所以聲學研究者的研究重心從客觀物理

37、方面轉向主觀聽覺。音質評價與人耳處理聲學信息的方式有關。于是，聲學研究不僅是純粹物理學問題，也包括生理和心理聲學研究。清華大學的秦佑國曾經在“室內聲學的進展”一文中詳細地介紹了廳堂音質的生理和心理聲學研究進展。文中指出該方面研究從1951年Hass效應開始，研究者提出很多音質主觀評價。廳堂音質的客觀參量可通過聲學測量得到，而音質優(yōu)劣的評價決定于聽眾主觀感受[2]。</p><p>　　對于教室的聲品質評價，我們可

38、以根據(jù)具體情況從以下幾個方面進行評價：</p><p>　　1、清晰度或者透明感：干凈且清楚的聲音。</p><p>　　2、直達聲的混響：對聲音響度感受的描述。聲音太響則讓人感覺不舒服；而聲音太弱，則使人感覺缺乏聲音沖擊感。 3、 混響聲的響度：對應于聲級混合的混響效果，以及疊加到直達聲上的持續(xù)的響度增強效果。如果混響聲過小，人們會感覺聲音整體缺乏響度；過大則會導致響度太大，甚至

39、引起回聲。 4、活躍度和溫暖感：分別用來描述人們對中高頻和低頻范圍聲音豐滿程度的感受。 5、擴散性：混響的空間特性。聲音擴散能使人耳獲得來自各個方向的聲音。</p><p>　　6、無回聲：回聲會直接影響語言的清晰度，應盡量避免。</p><p>　　7、 無噪音：盡量減小噪音的影響。</p><p>　　8、  動態(tài)范圍：指最大聲壓級與噪

40、音間的聲壓級差，最大聲壓級是受直達聲聲壓級的限制，最小聲壓級則受環(huán)境噪音的影響。</p><p>　　9、總體音質：好的聲音質量應該是頻率響應中（無）峰谷失真；差音質聲音的頻率響應會不平坦，這會導致某些聲音丟失，而其他一些聲音被增強。</p><p>　　10、一致性：教室各處的聽音感受的相似性程度。</p><p><b>　　測量混響時間的方法<

41、/b></p><p>　　混響時間作為音質評價的基本參數(shù)，是與主觀感受相關的客觀參數(shù)。適當混響，可改善聲音質量?；祉憰r間的測量方法有穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法、脈沖響應積分法、M L S最大長度序列數(shù)法測量脈沖響應[8]。 </p><p>　?。?）穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法最常見也最方便。原理是通過聲壓級衰變曲線斜率計算聲壓級衰減60dB的時間，有時也可根據(jù)具體測量條件，測量聲壓衰減20dB或30d

42、B所需的時間，分別記做T20、T30，再根據(jù)線性關系推算T60。測量時先在房間內用聲源建立一個穩(wěn)定聲場，突然切斷聲源停止發(fā)聲，用傳聲器監(jiān)視聲壓級的衰變，并記錄下衰變曲線。此方法會受到無規(guī)過程中的瞬時起伏的影響，要多次測量求平均值。利用該方法測量混響時間的儀器主要有B &K 2 2 6 0 D ( 配7 2 0 4軟件) 、B & K 4 4 1 7 ／ 4 4 1 8型建筑聲學分析儀、杭州愛華A WA 6 2 9 0 A

43、、 嘉興紅聲 H S 5 6 6 0 X、北京恒智的R T 1 、 N o r s o n i c的 R T A 8 4 O( 配 C t r l — S I C與 N o r - S I C 軟件) ，法國的O l d B等。[8]</p><p>　　(2) 脈沖響應積分法。對脈沖響應的平方進行反向積分而得到室內聲壓級衰變曲線的方法。房問被聲脈沖信號激勵后，某測點聲壓隨時間變化的曲線是房間的脈沖響應。同一房

44、間，聲源到接收點的脈沖響應是唯一的，包含了房間的音質信息。與穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法相比，脈沖響應只需測一次。該測量方法得到的曲線比較平滑、波動小，還能算出 E D T等聲學參數(shù)，但精確度較低。使用脈沖響應積分法測量混響時間的有 B & K 2 2 6 0 G ( 配 7 2 0 7軟件) 、 法國 0 1 d B 、 北京恒智 R T 1 、 N o r s o n i c N 1 l 8等。[9]</p>&l

45、t;p>　　我校6號教學樓混響實測分析</p><p><b>　　實驗測試</b></p><p><b>　　教室樣本簡介</b></p><p>　　我校6號樓503階梯教室。測試環(huán)境和條件：教室空置無學生，教室容積： （m3），墻壁光滑無特殊處理，墻壁是混磚結構，地面是水泥材料，預制板房頂，有窗簾、桌凳，溫

46、度200C。如圖2-1所示。</p><p>　　圖2.1 503教室</p><p>　　Figure2.1 503classroom</p><p><b>　　實驗目的</b></p><p>　　測量樣本教室的混響時間以及分析混響特性，與理論值進行對比并分析原因，提出提高教室語言清晰度的建議。</p&

47、gt;<p><b>　　實驗器材</b></p><p><b>　　聲源</b></p><p>　　脈沖響應積分法的聲源要求：由于沒有絕對理想的脈沖聲源，我們可以將脈沖寬度與房間尺寸相比足夠小的聲源近似為理想沖擊函數(shù)。實驗中，我們使用發(fā)令槍，其脈寬較大，約20ms左右，適用的房間尺寸不小于5m，樣本教室符合條件。</p&

48、gt;<p>　　為了更好的模仿老師講課時的聲環(huán)境，將聲源至于講臺中央處，高度約1.6m。</p><p><b>　　接收和分析軟件</b></p><p>　　錄音軟件使用Cool Edit Pro ，采樣頻率為44100Hz，聲道為單聲道，采樣精度為16位，電腦具有高品質聲卡，直接接受信號。信號保存為wav格式。</p><p&

49、gt;　　利用matlab軟件讀取聲音，并畫出波形圖和聲壓衰減圖。</p><p><b>　　實驗方法和數(shù)據(jù)分析</b></p><p><b>　　測量方法</b></p><p><b>　　測量點的選取</b></p><p>　　圖2.2 測量點分布圖</p&g

50、t;<p>　　Figure2.2 Measuring points distribution map</p><p>　　雖然房間的布局是對稱的，但是由于房間的一側全部是墻壁，另一側除墻壁外還有窗戶和窗簾，導致聲場不能對稱分布，所以不能按對稱房間取點的辦法取點。根據(jù)具體房間情況，測量點選取如圖2-2所示。</p><p><b>　　測量步驟</b>&

51、lt;/p><p>　　（1）首先檢查測量環(huán)境，保證門窗全部關閉，打開全部窗簾。</p><p>　　（2）一人負責在聲源處使用發(fā)令槍，一人在測量點處操作電腦，進行錄音。依次測量1~6點。</p><p>　　（3）拉上全部窗簾，在測量點3、7重復步驟2。</p><p>　　（4）打開全部窗簾和窗戶，在測點5、7重復步驟2。</p>

52、<p><b>　　測量結果分析</b></p><p><b>　　波形圖分析</b></p><p>　?。?）3號測點處不同頻率聲音的衰減波形圖（關窗；打開窗簾）</p><p>　　利用Cool Edit Pro軟件中科學濾波器將錄取的聲音進行濾波，分別得到中心頻率為125Hz、250Hz、500Hz

53、、1000Hz、2000Hz共5個脈沖響應波形，并將其保存為wav格式的聲音文件。利用matlab編程讀取波形圖，得到如下圖所示：</p><p>　　[y,fs]=wavread('C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\實驗\125Hz\中間3');</p><p>　　time=(1:length(y))/fs;</

54、p><p>　　plot(time,y);</p><p>　　title('125Hz');</p><p>　　圖2.3 3號測點處不同頻率聲音的衰減波形圖</p><p>　　Figure2.3 sound attenuation waveform with different frequency at 3rd</p

55、><p>　　圖中，橫坐標為時間（s），縱坐標為量化后的聲壓。</p><p>　　分析五幅濾波后的波形圖：從其共同點可以看出，對于單頻脈沖，由于聲場被吸收和反射后疊加成駐波形，而對于未濾波的總波形圖則是平均衰減。以波動學觀點來看，大量駐波方式的疊加，如此多的駐波方式對一種駐波是波節(jié)的地方，對另一種駐波可能正好是波腹，這樣反而把駐波效應“平均”，使室內聲場趨于平均，也就是關于擴散聲場的假設在一

56、定條件下近似實現(xiàn)，如果聲源不是發(fā)出單頻而是具有一定頻帶寬度的聲波，房間體積比較大，與中心頻率對應的聲波波長比房間的平均線度小很多，那么激起的簡正波數(shù)就較多，所以擴散聲場就是波動聲學中大房間駐波聲場的高頻近似（如總波形圖）。</p><p>　　125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz四個脈沖的最大波峰都出現(xiàn)在0.25s左右，而2000Hz的最大波峰則出現(xiàn)在0.4s左右，時間滯后。而當500Hz時，聲波衰減

57、比較均勻，其振幅衰減包絡接近指數(shù)衰減，說明此處對于500Hz的聲音聽聞效果比較好。</p><p>　?。?）500Hz脈沖，不同測量點的波形圖</p><p>　　人發(fā)出聲音的頻率范圍有以下幾種情況：童聲高音頻率范圍為260-880Hz，低音頻率范圍為196-700Hz，女聲高音頻率范圍為220-1.1KHz,低音頻率范圍為200-700KHz，男聲高音頻率范圍為160-523KHz低音

58、頻率范圍為80-358Hz。 我們選擇500Hz的脈沖模擬老師講課的聲音頻率進行分析。</p><p>　　圖2.4 500Hz脈沖，不同測量點的波形圖</p><p>　　Figure2.4 waveform of different measure point</p><p>　　分析同頻率不同測點的波形圖可得：對于500Hz，測點2處的聲音波峰相對值最大，接

59、近0.06，比起測點3、4、5、6，該測點離聲源的距離較近，比起測點1，該測點離窗戶比較近，聲波反射較大，早期反射聲比較大，所以此處聲壓較大，聲音聽起來比較清晰。而測點4處，雖然聲壓值不大，但是前0.9s聲壓比較平穩(wěn)。</p><p>　?。?）開窗對室內混響的影響</p><p>　　圖2.5 開窗前后波形圖對比</p><p>　　Figure2.5 wavef

60、orm when we open the window</p><p>　　對比以上兩圖可以看出：開窗后聲壓值明顯下降，這說明由于開窗后聲波的反射減小，很多能量通過窗戶擴散到戶外，導致室內早期反射聲減弱，混響減小，對增強直達聲的聲能不利，學生聽到老師發(fā)聲的響度會減小。</p><p>　?。?）窗簾對混響的影響</p><p>　　圖2.6拉開窗簾后的波形圖<

61、/p><p>　　Figure2.6 waveform when we draw the window</p><p>　　對比上圖可以看出：窗簾拉上后聲強明顯減小，說明窗簾具有較好的吸聲效果，能減弱早期反射聲。</p><p><b>　　聲壓衰減圖分析</b></p><p>　　混響時間對人的聽音效果有重要影響，它仍是

62、迄今為止描述室內音質的一個最為重要的參量。我們通過下面程序得到聲壓衰減圖，估測該教室不同測量點處的混響時間。</p><p>　　[a,fs]=wavread('C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\實驗\原版\中間3.wav');</p><p>　　time=(1:length(a))/fs;</p><

63、;p>　　k=size(a);</p><p><b>　　a=a.^2;</b></p><p>　　for n=k-1:-1:1;</p><p>　　a(n)=a(n)+a(n+1);</p><p><b>　　end</b></p><p>　　b=10*lo

64、g10(a);</p><p>　　plot(time,b);title('測點3的聲壓衰減圖');</p><p>　　xlabel('Time(s)');ylabel('dB');</p><p>　　測點1 T60=2s</p><p>　　測點2 T60=2.1s</p>

65、<p>　　測點3 T60=2s</p><p>　　測點4 T60=1.8s</p><p>　　測點5 T60=1.9s</p><p>　　測點6 T60=1.65s</p><p>　　開窗測點5 T60=1.45s</p><p>　　拉開窗簾測點3 T60=2s</p>

66、<p>　　圖2.7 聲壓衰減圖</p><p>　　Figure2.7 Acoustic attenuation figure</p><p>　　由以上聲壓衰減圖可以看出：窗戶關閉，窗簾打開時，測點1、2、3的混響時間大致相同，測點6的混響時間較短；對比開窗前后測點5的混響時間，發(fā)現(xiàn)開窗后混響時間明顯減小；對比拉開窗簾前后測點3的混響時間，發(fā)現(xiàn)混響時間幾乎沒變化。<

67、/p><p>　　大量經驗表明，過長的混響時間使人感到聲音渾濁不清，清晰度降低；混響時間太短就會產生沉寂的感覺，聽起來不自然。一般來說，語言對混響時間的要求短一些，有足夠清晰度。對于不同的聲音，都有一個最佳混響時間，但該時間還與房間大小有關。用于演講用的禮堂等，最佳混響時間要求1s左右，最高控制在2s以內[9]。</p><p>　　由于混響時間是在擴散聲場前提下導出的，一個房間只有一個混響時

68、間。但實際測得的結果表明，室內混響時間并不是處處相同的，也就是室內聲場不可能達到完全擴散，聲能衰減在不同時段也不能按同一指數(shù)規(guī)律進行，即室內混響時間存在空間不均勻性和時間不均勻性。前者直接影響到不同座位處的聽聞效果，對于后者，早期衰減時間（例如衰減10dB所需時間）對人們的混響感受特別重要。</p><p><b>　　頻譜分析</b></p><p>　　通過以下編

69、程得到頻譜圖[10]。</p><p>　　[y,Fs,bits]=wavread('C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\實驗\原版\中間3.wav');</p><p><b>　　y=y(:,1);</b></p><p>　　wavLen=length(y);</p&

70、gt;<p>　　Y = fft(y,wavLen);</p><p>　　Pyy = Y.* conj(Y) / wavLen;</p><p>　　halflength=floor(wavLen/2);</p><p>　　f=Fs*(0:halflength)/wavLen;</p><p>　　figure;plot(f

71、,Pyy(1:halflength+1));xlabel('Frequency(Hz)');title('測點3的頻譜分析')</p><p>　　圖2.8 頻率分析圖</p><p>　　Figure2.8 Frequency analysis figure</p><p><b>　　實驗結果總結與分析</b>

72、;</p><p>　　1、對于單頻脈沖，由于聲場被吸收和反射后疊加成駐波形；對于一定頻帶寬度的聲波，房間體積聲波波長比房間大很多，就會形成擴散聲場。</p><p>　　2、同一頻率的聲波，靠近聲源的測點處聲壓值較大，遠離聲源的點聲壓值小，靠近窗戶的處聲強比遠離窗戶處聲強大。由此看出，該樣本教室聲強分布不均勻。開窗后聲波反射減小，從而聲強減小，混響時間也減?。淮昂熅哂幸欢ǖ奈曅Ч?，拉上

73、窗簾后室內聲強明顯減小，但混響時間變化不大。</p><p>　　3、一般來說，容積2000m3以下的教室，中頻(500Hz一l000Hz)的混響時間要求在0.8s以下[6]，但是我們測得此教室的中頻混響時間為 1.45s~2.1s，這說明混響時間過長。</p><p>　　為了改善該室內聲聞效果，需降低混響時間。在不能改變教室形狀的情況下，最經濟合理的方法是增加房間墻壁和吊頂?shù)奈暳?。?/p>

74、以用吸聲系數(shù)較大的材料對教室墻壁進行重新裝修，換用強吸聲的窗簾，增加一些既美觀又吸聲較強的吊頂?shù)取?lt;/p><p><b>　　改進方案</b></p><p>　　影響教室聽聞品質的因素</p><p>　　室內聲學設計需考慮兩個方面，一方面如果聲源發(fā)出的聲音對接收者而言是不需要的，甚至是干擾的（如空調、電扇等機器發(fā)出的噪聲和不想聽的人聲），

75、那么需要減弱此類聲音。另一方面，如果聲源發(fā)出的聲音是接收者需要聽聞的聲音（如講話、音樂），那么就要求增強音質效果，使其聽起來清楚動聽[11]。前者考慮的因素稱之為吸聲降噪，后者稱為室內音質問題。對于教室聽聞環(huán)境，設計者要加強聲音傳播過程中的有效聲反射，保證聲能在空間中均勻分布和擴散，這樣才能使每個位置都有適當?shù)捻懚?，聽者都能聽到清楚的語言；同時要采用吸聲材料和吸聲結構，控制混響時間和頻率特性，要避免回聲和聲能集中現(xiàn)象。</p>

76、;<p>　　隨著現(xiàn)代教育技術的發(fā)展，多媒體教室越來越普遍，成為校園建筑的主流。多媒體教室既要保證語言清晰度，又要保證效果聲的保真度。而實際建設中，人們往往忽略聲學環(huán)境的營造，導致聽聞效果很差，直接影響到師生之間的交流。下面將根據(jù)教室聽聞所存在的缺陷提出響應的解決方法。</p><p><b>　　噪聲影響及解決辦法</b></p><p>　　當存在嚴

77、重的噪聲干擾時，即使有良好的室內音質設計，也很難獲得良好的聽聞環(huán)境。為了保證教室的使用功能，保證學生學習和正常交流，必須減弱噪聲的影響。因此要控制教室噪聲 ，保證其內部達到一定的安靜標準。</p><p>　　影響噪聲干擾的因素：噪聲強度、噪聲的頻譜持續(xù)時間、重復出現(xiàn)次數(shù)以及人的聽覺特性、心理、生理因素。吸聲降噪就是按照實際需要，將噪聲控制在適當范圍，對于不同用途的建筑物，其建筑噪聲容許標準不同。</p&g

78、t;<p>　　控制噪聲時可從三個方面著手：一、降低噪聲源的聲輻射強度，這是降低噪聲最直接的方法，但實施起來比較困難，因為很多情況下改變聲源往往較為困難甚至不可能。二、控制噪聲的傳播，可通過隔聲、吸聲等方法使噪聲在傳播中快速衰減。三、采取個人防護措施，即作用于接收者的控噪方法。噪聲按傳播途徑可分為兩種：由空氣傳播的空氣噪聲；由建筑結構傳播的機械振動所輻射的固體噪聲。空氣聲在傳播過程會衰減，可通過設置隔墻來減弱；固體聲由于建

79、筑材料對聲能的衰減作用很小，可傳播得較遠，通常采用分離式構件或彈性聯(lián)接等措施來減弱其傳播。各種控制技術都涉及經濟問題，因此必須同有關的各種專業(yè)合作進行綜合研究，以獲得最佳的技術效果和經濟效益[11]。</p><p>　　對于教室來說，噪聲主要來自于室內噪聲和室外噪聲，室內噪聲主要有師生活動噪聲、空調等機電噪聲。室外噪聲主要有交通噪聲、不需要的人聲、生活噪聲等。改善此缺陷的主要方法是建筑聲學法。該方法通過改變室內

80、容積、墻壁等部位的吸聲材料來調整混響時間，避免駐波、回聲、聲共振等缺陷。</p><p>　　對于室外噪聲，可在設計教室時考慮建筑的隔聲能力，即墻或隔斷的隔聲量。根據(jù)質量定律，TL=-42+20log10f+20log10M2 ，()，對一定頻率的聲波，隔聲量取決于單位面積的質量。如果要提高墻的隔聲能力，只有采用增加墻厚度的方法。同時，同一堵墻對不同頻率的聲波隔聲量也不同，對高頻的隔聲能力較強?，F(xiàn)代建筑發(fā)展出雙層

81、墻體結構和多層復合墻板，以滿足隔聲的要求。實際工程中實現(xiàn)固體聲隔聲比較困難。對于要求有高度整體性的現(xiàn)代建筑采用一般的隔振方法，如采用不連續(xù)結構，施工比較復雜[12]。</p><p>　　教室建筑中，樓上同學的走動或移物體時產生噪聲，直接對樓下造成噪聲?？刂圃撛肼暤姆椒ㄊ窃跇前迕鎸由匣虻孛姘迮c承重樓板之間設置彈性層，特別是在樓板上鋪設彈性面層，是隔絕撞擊聲的簡便有效的措施。在工業(yè)建筑物中，隔聲間或隔聲罩已成為廣泛

82、采用的降低設備噪聲的手段。</p><p>　　針對教室空調等機械設備的噪聲，可以設計隔振器或者降噪器，減弱其振動。</p><p><b>　　教室音質問題</b></p><p>　　在大型廳堂建筑中，往往采用電聲設備以增強自然聲和提高直達聲的均勻程度，還可以在電路中采用人工延遲、人工混響等措施以提高音質效果[13]。室內擴聲是大型廳堂音質

83、設計必不可少的一個方面，因此，現(xiàn)代擴聲技術已成為室內聲學的一個組成部分。</p><p>　　人工混響： 所謂人工混響，就是用電聲技術來模擬各種聲音效果的專門技術。產生人工混響的各種系統(tǒng)都包括兩條信號通路：直接通路和具有時間延遲的通路。它們分別產生直達聲和混響聲，然后用電路或聲學方法按一定的聲能比加以混合，從而得到各種聲音效果。當我們感覺到信號有些干的時候，這時我們就可以加入一些混響來增加空間感和混響效果[14]

84、。</p><p><b>　　小結</b></p><p>　　本文對教室聲學環(huán)境進行了研究，通過對各種室內聲學分析方法的分析，采用了脈沖響應積分法對教室進行了實地測量。本文先介紹了一些室內聲場理論和評價參量，然后通過對比幾種測量混響的方法，結合自己學校的實際情況，選擇脈沖響應法對教室本身的聲學參數(shù)進行了測量分析，采用發(fā)令槍作為聲源，然后在教室的七個點進行了測量，C

85、oolEditPro錄音和matlab軟件作圖，分析教室的聲場均勻度和混響時間。然后分別通過拉上窗簾和打開窗戶來改變教室環(huán)境，再次進行實驗測量，探究窗簾和窗戶對教室聲環(huán)境的影響。最后針對分析的結果，提出了相應的改善方法。</p><p>　　測量時間選擇中午，校園安靜，有效地減少外部噪聲的影響；并且測量時教室燈光設備、風扇空調等都不打開，減少內部噪聲的影響。不足之處在于，實驗進行空場測量，沒考慮學生對聲音的影響。

86、</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　宋擁民,盛勝我.《教室室內聲學研究進展》[J]，聲學技術 , 2006,(2):56-61</p><p>　　王季卿．中國建筑聲學的過去和現(xiàn)在[J]．聲學學報(中文版)，1996，21(1)：1-9</p><p>　　孫廣榮. 建筑聲學九十年[J].

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