室內(nèi)聲學(xué)裝修

1、室內(nèi)聲學(xué)基礎(chǔ)室內(nèi)聲學(xué)基礎(chǔ)第一章第一章聲音的基本性質(zhì)聲音的基本性質(zhì)一、聲音的產(chǎn)生與傳播一、聲音的產(chǎn)生與傳播聲音是人耳通過聽覺神經(jīng)對(duì)空氣振動(dòng)的主觀感受。聲音產(chǎn)生于物體的振動(dòng)，例如揚(yáng)聲器的紙盆、撥動(dòng)的琴弦等等。這些振動(dòng)的物體稱之為聲源。聲源發(fā)聲后，必須經(jīng)過一定的介質(zhì)才能向外傳播。這種介質(zhì)可以是氣體，也可以是液體和固體。在受到聲源振動(dòng)的干擾后，介質(zhì)的分子也隨之發(fā)生振動(dòng)，從而使能量向外傳播。但必須指出，介質(zhì)的分子只是在其未被擾動(dòng)前的平衡位置附近作

2、來回振動(dòng)，并沒有隨聲波一起向外移動(dòng)。介質(zhì)分子的振動(dòng)傳到人耳時(shí)，將引起人耳耳膜的振動(dòng)，最終通過聽覺神經(jīng)而產(chǎn)生聲音的感覺。例如，揚(yáng)聲器的紙盆，當(dāng)音圈通過交變電流時(shí)就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。這種振動(dòng)引起鄰近空氣質(zhì)點(diǎn)疏密狀態(tài)的變化，又隨即沿著介質(zhì)依次傳向較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)，最終到達(dá)接收者?？梢钥闯?，在聲波的傳播過程中，空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相平行，所以聲波是縱波。揚(yáng)聲器紙盒就相當(dāng)于上圖中的活塞。在空氣中，聲音就是振動(dòng)在空氣中的傳播，我們稱這為聲波。聲波可

3、以在氣體、固體、液體中傳播，但不能在真空中傳播。二、聲波的頻率、波長(zhǎng)與速度二、聲波的頻率、波長(zhǎng)與速度當(dāng)聲波通過彈性介質(zhì)傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近作來回振動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)完成一次完全振動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間稱為周期，記為T，單位是秒(s)。質(zhì)點(diǎn)在1秒內(nèi)完成完全振動(dòng)的次數(shù)稱為頻率，記作f，單位為赫茲(Hz)，它是周期的倒數(shù)，即：f=1Tf=1T介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率即聲源振動(dòng)的頻率。頻率決定了聲音的音調(diào)。高頻聲音是高音調(diào)，低頻聲音是低音調(diào)。人耳能夠聽到的

4、聲波的頻率范圍約在20—20000Hz之間。低于20Hz的聲波稱為次聲波，高于20000Hz的稱為超聲波。次聲波與超聲波都不能使人產(chǎn)生聽感覺。聲波在其傳播途徑上，相鄰兩個(gè)同相位質(zhì)點(diǎn)之間的距離稱為波長(zhǎng)，記為λ，單位是米(m)?；蛘哒f，波長(zhǎng)是聲波在每一次完全振動(dòng)周期中所傳播的距離。聲波在彈性介質(zhì)中傳播的速度稱為聲速，記為v，單位是米秒(ms)。聲速不是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度，而是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)狀態(tài)的傳播速度。它的大小與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的特性無關(guān)，而與介質(zhì)的彈

5、性、密度以及溫度有關(guān)。20度的空氣中聲速為344米秒。頻率、波長(zhǎng)、周期和聲速有如下關(guān)系：c=fλc=fλ或c=λTc=λT聲學(xué)測(cè)量中常常在某一頻率區(qū)間取特定值進(jìn)行測(cè)量。這個(gè)頻率區(qū)間稱之為頻帶（Frequencyb）。由上限頻率f2和下限頻率f1規(guī)定寬帶。f1、f2間隔可以用頻率比或以2為底的對(duì)數(shù)表示，稱為頻程。關(guān)系式：f2=2^nf2=2^nf1f1當(dāng)n=1時(shí)，稱為11倍頻程(Octave)，即每個(gè)頻帶是上限頻率為下限頻率兩倍的頻帶寬度

6、，即f2=2f1。當(dāng)n=13時(shí)，稱為13倍頻程，即每個(gè)頻帶是上限頻率為下限頻率1.26倍的頻帶寬度，即f2=1.26f1。為了某種特殊的需要，更窄的頻帶有110倍頻程、112倍頻程、115倍頻程、130倍頻程等等。11倍頻程對(duì)應(yīng)于音樂上的一個(gè)八度。在房屋建筑中，頻率為10010000Hz的聲音很重要。它們的波長(zhǎng)范圍相當(dāng)于3.40034m。這個(gè)波長(zhǎng)范圍與建筑內(nèi)部的一些部件尺度相近，故在處理一些建筑聲學(xué)問題時(shí)，對(duì)這一波段的聲波尤其要引起重視

7、。三、聲功率級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲壓級(jí)三、聲功率級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲壓級(jí)聲功率級(jí)：聲功率級(jí)：聲功率是指聲源在單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的聲能，用W表示，單位為瓦(W)或微瓦(uW)。為了計(jì)算方便，通常用一個(gè)聲功率基準(zhǔn)量1012W作參考量，把聲功率與之相比取常用對(duì)數(shù)，乘以10，稱為聲功率級(jí)，即:Lw=10lg(WWo)Lw=10lg(WWo)這里L(fēng)w為聲功率級(jí)(dB)，W為聲功率，Wo為基準(zhǔn)聲功率。聲強(qiáng)級(jí)：聲強(qiáng)級(jí)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過垂直于聲傳播方向的面積S(m2)

8、的平均聲能量稱為平均聲能量流或平均聲能通量。單位面積上的平均聲能通量就稱為聲強(qiáng)，記為I(Wm2)。為了計(jì)算方便，通常用一個(gè)聲強(qiáng)基準(zhǔn)量值1012Wm2作參考量，把聲強(qiáng)與之相比取常用對(duì)數(shù)，乘以20，稱為聲強(qiáng)級(jí)，即:(3)(3)由于房間的共振可能引起某些頻率的聲音被加強(qiáng)或減弱；(4)(4)聲能的空間分布發(fā)生了變化。三、房間共振三、房間共振(駐波駐波)當(dāng)聲波在兩面平等的墻之間傳播時(shí)，如果墻面之間的距離等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生駐波。房間中的

9、低頻駐波也稱為房間模式(RoomMode)。在一房間中，空氣振動(dòng)的共振頻率主要由房間的大小來決定。而房間內(nèi)所激發(fā)的共振頻率的分布則決定于房間的比例。共振頻率的計(jì)算很復(fù)雜，一般都用軟件來計(jì)算。消除駐波的最佳方法是改變房間的形狀，使墻面不平行，或?qū)ψ龀苫⌒?。四、混響與回聲四、混響與回聲混響是室內(nèi)的聲學(xué)現(xiàn)象。聲音由聲源發(fā)出后，在空氣中傳播，傳播過程中在房間的界面上產(chǎn)生反射、吸收、擴(kuò)散、透射、干涉和衍射等波動(dòng)作用，形成復(fù)雜的室內(nèi)聲場(chǎng)，使人產(chǎn)生

10、混響感。聲源停止發(fā)聲后，室內(nèi)聲場(chǎng)會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。混響是室內(nèi)聲反射和聲擴(kuò)散共同作用的結(jié)果。同樣是源于反射，但由于人耳的聽聞特性，混響和回聲有明顯的不同。聲源的直達(dá)聲和近次反射聲相繼到達(dá)人耳，延遲時(shí)間小于30ms時(shí)，一般人耳不能區(qū)分出來，僅能覺察到音色和響度的變化，人們感覺到混響。但當(dāng)兩個(gè)相繼到達(dá)的聲音時(shí)差超過50ms時(shí)（相當(dāng)于直達(dá)聲與反射聲之間的聲程差大于17m），人耳能分辯出來自不同方向的兩個(gè)獨(dú)立的聲音，這時(shí)有可能出現(xiàn)回聲?；芈暤母杏X會(huì)

11、妨礙音樂和語言的清晰度（可懂度），要避免。五、混響時(shí)間五、混響時(shí)間當(dāng)室內(nèi)聲場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，聲源停止發(fā)聲后，聲壓級(jí)降低60dB所需要的時(shí)間稱為混響時(shí)間，記作T60或RT，單位是秒（s）?；祉憰r(shí)間是目前音質(zhì)設(shè)計(jì)中能定量估算的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。它直接影響廳堂音質(zhì)的效果。房間的混響長(zhǎng)短是由它的吸音量和體積大小所決定的，體積大且吸音量小的房間，混響時(shí)間長(zhǎng)，吸音量大且體積小的房間，混響時(shí)間就短。混響時(shí)間過短，聲音發(fā)干，枯燥無味，不親切自然；混響時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)

12、使聲音含混不清；合適時(shí)聲音圓潤(rùn)動(dòng)聽。Sabine公式，適用于α小于0.2的較活躍的房間：RT60=KVSa式中：V為房間容積，單位為m^3(立方米）；S為房間表面積的總和，單位為m^2(平方米）；α為房間表面積的平均吸聲系數(shù)，百分率；Sα的單位為m^2(平方米）。K為與濕度有關(guān)的常數(shù)，一般取K=0.161sm。Eyring公式，適用于α大于0.2的建聲條件良好的房間：RT60=KVSln(1a)4mV式中4mV為空氣系數(shù)系數(shù)值，m為空氣

13、吸聲系數(shù)，（它不但與頻率有關(guān)，還與溫度和溫度有關(guān)）。其它與上式一樣。混響時(shí)間的大小與頻率相關(guān)，低頻、中頻、高頻的混響時(shí)間是不一樣的。一般所說的混響時(shí)間都是指平均混響時(shí)間。六、臨界距離六、臨界距離(Critical(CriticalDistance)Distance)就是在聲源軸線方向上，直達(dá)聲與混響聲聲能相等處的距離。臨界距離在全頻帶內(nèi)是不同的?；芈曉綇?qiáng)的房間臨界距離越近，吸音越強(qiáng)的房間，臨界距離越遠(yuǎn)。(臨界距離在全頻帶內(nèi)是不同的)。好

14、的聲學(xué)設(shè)計(jì)，臨界距離要離聲源盡可能遠(yuǎn)，結(jié)果在全頻帶內(nèi)混響最小最平坦。直達(dá)聲從揚(yáng)聲器系統(tǒng)開始遞補(bǔ)減，是距離的函數(shù)(平方反比定律)，但混響恒定地散布房間（新的聲音不斷從揚(yáng)聲器發(fā)出，混響不斷建立，直到新的聲音與被吸收的聲音相等，因此混響保持恒定。）兩曲線的交點(diǎn)就是臨界距離。最佳聽音區(qū)一定位于臨界距離內(nèi)，因?yàn)榕R界距離是以直達(dá)聲為主，清晰度和聲像定位最好。房間無吸聲時(shí)的臨界距離距聲源很近，這種房間只適合近聲場(chǎng)聽音。在吸聲的房間中，臨界距離被推向后