,*,南华大学计算机学院,汪凤麟,南华大学计算机学院,汪凤麟,*,南华大学计算机学院,汪凤麟,*,南华大学计算机学院,汪凤麟,*,南华大学计算机学院,汪凤麟,*,南华大学计算机学院,汪凤麟,*,2024/11/18,第,9,章 室内声学,声场,声源以及接收器所处的空间有两大类：一是自由空间。典型的自由空间是消声室。它是一种声波可以“自由”传播而不存在反射声的专门场所。无限宽广的室外空间可以粗略地看成是自由空间。另一是封闭空间。任何室内空间，如大型厅堂、体育馆、演播厅、录音棚、播音室、洗手间等等，都是封闭空间的典型例子。从声学性质上讲，声源在自由空间中形成的是自由声场，而在封闭空间内形成的则要考虑到声波的反射、声波的吸收、声波的共振等因素，往往要把它们作为混响声场来处理。,2023/9/23第9章 室内声学 声场,2024/11/18,9.2,室内声波的传播特性,图,4-1,室内声波的传播,任意一个接受点所接受的声波由三个部分组成：,直达声,、,近次反射声,和,混响声,。,2023/9/239.2室内声波的传播特性图4-1室内声波的,2024/11/18,直达声是声源直接到达接受点的声音，其声压级衰减与距离的平方成反比，不受室内界面影响。,近次反射声是指相对直达声延迟小于,50ms,的反射声,混响声是指延时超过,50ms,以后到达接受点的多重反射声,9.2,室内声波的传播特性,2023/9/23 直达声是声源直接到达接受,2024/11/18,9.2.1,室内声场的几何图解,图,4-3,采用镜像原理作图法,2023/9/239.2.1室内声场的几何图解图4-3采用镜,2024/11/18,从镜像反射的概念出发，在足够精确的限度内，可以采用点光源的凹面镜所服从的光学定律（图,4-4,）,9.2,室内声波的传播特性,2023/9/23从镜像反射的概念出发，在足够精确的限度内，,2024/11/18,式中,r,为凹面镜的曲率半径，即凹面镜曲面的球心,Z,与凹面镜顶点,S,之间的距离；,Q,为光源，,q,为光源与凹面镜顶点,S,之间的距离；,F,为凹面镜的焦点；,b,为镜像与凹面镜顶点,S,之间的距离。,9.2,室内声波的传播特性,2023/9/23式中r为凹面镜的曲率半径，即凹面镜曲面的球,2024/11/18,(1),圆柱形反射面的扇形反射,2023/9/23(1)圆柱形反射面的扇形反射,2024/11/18,(2),椭圆弧面的反射,图,4-6,椭圆弧面的反射情况,2023/9/23(2)椭圆弧面的反射图4-6椭圆弧面的反射,2024/11/18,(3),抛物面的反射,图,4-7,抛物面的反射情况,2023/9/23(3)抛物面的反射图4-7抛物面的反射情况,2024/11/18,(4),双曲线形弧面的反射,图,4-8,双曲线弧面的反射情况,2023/9/23(4)双曲线形弧面的反射图4-8双曲线弧面,2024/11/18,(5),凸面的反射,2023/9/23(5)凸面的反射,2024/11/18,9.2.2,室内声场的统计分析,2023/9/239.2.2室内声场的统计分析,2024/11/18,9.2.3,室内声场的波动理论,封闭空间中的声传播状况可以应用波动方程和边界条件求解。可以得出具有刚性壁面,(,包括天花、地面,),的室内声压随时间与空间变化的规律。长方体房间中长、宽、高的三个轴向上存在着简正振动,简正波。,要理解这一现象，可以先从如图,4,-,11,所示平行刚性壁面,(,一维,),的声反射情况入手进行分析，以便使读者绕过高等数学，而从物理图象上对简正振动有一概念性的理解,2023/9/239.2.3室内声场的波动理论封闭空间中的声,2024/11/18,9.3,混响与扩散,混响：在室内声达到稳定的情况下，声源停止发声，由于声音的多次反射或散射，而使其延续的现象即为混响。这种现象是封闭空间中,(,室内,),声场的一个重要特征,严格意义上的扩散声场必须满足以下三个条件：（,1,）室内的声能密度均匀，即声能密度处处相等；,(2),声能在室内各个方向传递的几率相等；,(3),从室内各个方向到达任一点的声波，其相位是无规的。在这样的声场中，声波无论在空间位置上，还是在传播方向上都不会一成不变地“聚集”在一起，而是随着传播过程的进行逐渐扩展，并分散开来，直至充满全部空间并遍及所有方向。,2023/9/239.3 混响与扩散混响：在室内声达到稳定,2024/11/18,9.4,回声与颤动回声,回声是指听者在听到直达声之后，又听到一个分立可辨的反射声，或者他在听到某一反射声之后，又听到一个分立可辨的这一反射声的反射声,产生回声现象的反射声主要来自后墙，而且，离开声源近的位置比离开声源远的位置比较容易听见回声。图,4-13,和表,4-3,给出了回声出现的例子，假定厅堂长,27m,，,A,、,B,、,C,、,D,距声源距离分别为,9m,、,12m,、,16m,、,20m,，距后墙,24m,，此时反射声与直达声的声程差、时间差分别列于表,4-3,中，,A,、,B,、,C,、,D,四点对回声的感觉也在表,4-3,中予以说明。如果厅堂混响时间较短，或者容积较大，吸声界面处理稍有不当，就容易产生回声。,2023/9/239.4 回声与颤动回声 回声是,2024/11/18,9.4,回声与颤动回声,颤动回声是室内平行壁面之间形成的一连串回声现象，如图,4-14,所示。一个单独的脉冲声（例如火花脉冲声、掌声等）会在相对平行壁面上来回反射，产生多次脉冲回声。拍一下掌，可以听到一连串“拍”、“拍”声。这种现象主要发生在容积较大的厅堂，对厅堂音质有破坏作用,2023/9/239.4 回声与颤动回声 颤,2024/11/18,9.5,声波的吸收,当声波遇到界面时，一部分被反射回来，一部分进入界面。进入界面的声波，由于界内材料的吸收作用，部分声能转化为热能而被消耗，这就是声波的吸收。还有部分继续传播，称之为透射。如图,4-15,所示。,2023/9/239.5 声波的吸收当声波遇到界面时，一部,2024/11/18,9.6,混响时间的计算,混响时间是描述厅堂内声音衰减快慢程度的一个时间量，它是表征房间音质状况的重要物理量。其定义为：当声源连续发声至声场达到稳态后，从声源停止发声开始，声压级衰减,60dB,（平均声能密度衰减到原始值的百万分之一）所需的时间。如图,4-17,所示。,2023/9/239.6 混响时间的计算混响时间是描述厅堂,2024/11/18,9.6,混响时间的计算,1.,赛宾,(Sabine),公式,2.,伊林,(C.F.Eyring),公式,2023/9/239.6 混响时间的计算1.赛宾(Sabi,2024/11/18,9.7,耦合效应,耦合现象的形成是两个具有不同混响时间而又相互耦合的房间，在混响过程中，声能衰减速率不一致，通过开口相互影响，产生耦合效应。产生耦合现象房间的声能密度（或声压）的衰减不再遵循指数规律衰减，其混响时间的衰变曲线也不是一条直线，而是一条折线，如图,4-19,所示,2023/9/239.7 耦合效应耦合现象的形成是两个具有,