室内声学原理.ppt

第五章 室内声学原理 声波在室内的传播规律 第一节 室内声学特点 声源发出声波，射到壁面上产生 一次反射和多次反射，使室内声 能密度增加，声级升高。由于声 线到处乱窜的结果，室内声级各 处相差不大，形成室内声学特点。 室内声场的形成过程 几个名词 1）稳定状态：多次反射使室内声能密度增加，但室内空气和壁面也吸收声能。当室内增加的声能等于吸收的声能时，室内达到声能趋于稳定 2）声源发声达到稳定状态时间极短，仅几秒钟，但关闭声源后，声音仍不会立即停止，还是延续几秒钟。 3）混响声：经过一次或多次反射后到达听者的声音，听起来好象是直达声的延续； 4）“余音绕梁，三日不绝”中“余音”为混响声 直达声场与混响声场 直达声场：由声源直接发出的声线组成的声场 ，未经过壁面反射。 混响声场：由壁面反射发出的声线组成的声场 室内声场包括上述两个部分 混响声场的特点 据统计学观点，在室内混响声场的声线 1）通过任何位置几率相同。 2）通过任何方向几率相同。 3）各声线相遇几率相同。 结论：混响声场是均匀的，能量分布与位置无关 混响声无指向性，直达声才有指向性 第二节 混响时间 混响时间：声源停止发声后，声压级降低 60dB所需要的时间。 混响时间作用： 太短，声音干涩无力，音质差，但清晰度好； 太长，音质好，好听，但清晰度差。设计音乐厅时，应有一个最佳的 混响时间的计算：平均自由程 平均自由程 定义： 1）两次反射之间的平均距离 2）反射声线每与壁面发生一次反射应走的路程。 立体角 微分立体角 设单位立体角内的声线数为： 微分立体角内声线数 则声源往空间发射的声线数为： 声线矢量分解 壁面碰撞次数计算 1条声线单位时间与壁面碰撞总次数： 1秒钟所有声线与声源碰撞总次数为： 混响时间的计算：平均自由程 1秒钟所有声线与壁面碰撞总次数为 1秒钟所有声线通过的总距离为 壁面平均吸声系数 定义式： 计算式： ——为室内墙、天花板、地板、门、窗等的面积； ——为与各壁面相对应的吸声系数； 平均吸声系数表示房间壁面单位面积的平均吸声能力。它是 一个相对的量，无单位。 吸声系数算例 在一个5.2×1.6×3.7m3的房间内，地板、 墙壁和天花板的吸声系数分别是0.2， 0.45，0.6，试求该房间的平均吸声系数？ 解：各表面的面积是： 天花板： 地板： 墙： 平均吸声系数： 混响时间 的计算 声源停止发声，设t=0时，室内平均声能密度为 ，房间平均 吸声吸数为 。 经过第一次壁面反射后，室内 变为 经两次反射后， 经三次反射后， 经N次反射后， 若房间平均自由程为 ，声速为 ，则在1秒内 反射的次数n则为 设N为在t秒内的反射次数，则 代入得， 所以 设 —为t=t时的声压， 为 t=0 时的声压; 所以 衰减声压级及衰减时间算例 在一个6.1×5.1×3.7m3的房间内，平均 吸声系数为0.3，问稳态声场声压级衰减 40dB要花多长时间？ 解：房间体积： 房内内侧面积： 则 混响时间 的计算 取 ，且 较小，当 0.2时， （根据级数展开式： ）代入之，上式可简化为赛宾公式： 对大房间，必须考虑空气对声波的吸收作用，上式变为： —修正后的赛宾公式 —等效平均吸声系数 4m—声强吸声系数，它与频率及空气相对湿度有关 第三节 稳态声场声能密度 直达声场直达声能密度 混响声场混响平均声能密度 混响声能密度 计算原则：稳态声场，供给=吸收 供给：声源在一秒内提供给混响声场的混响声能应为 - 单位时间内声源辐射出来的声能 设混响声场的平均声能密度为 （未知数） 混响声场的混响声能量应为 ， 为房间体积 经一次反射，被吸收掉的混响声能为 在一秒内，声波反射的次数为 在一秒内，被吸收掉的混响声能为 据供给=吸收 经整理得， 令 代入上式得， —房间常数，单位为 ，表示房间声学特性重要参数。 可见， 与 成正比，与 成反比。 稳态声场的声能密度 若室内声源为均匀的球面波，则： 若考虑声源的指向特性，上式变为: 稳态声场