音质设计与混响时间声压级的计算
室内声场理论及声压级、混响时间计算
室内声场理论及声压级、混响时间计算一、室内声场理论1 声音在室内的传播声音在房间室内传播时，不但遵循室外大气中传播的规律，还会被房间天花、地面、墙面反射回来，声源不断发声时，入射声波与反射声波相叠加，形成复杂的室内声场。
大的平表面会象镜面一样反射声音，而且入射角等于反射角。
内凹型的表面会聚拢声音，形成声聚焦。
外秃的表面能够使将声音发散，形成扩散。
当房间表面起伏不平，而且起伏尺寸接近或小于声音波长时，声音入射后将不会形成定向反射，而是向各个方向无规则地反射，形成扩散。
就象光，表面平整的镜子能够反射出人像，这是镜面反射的结果，如果使用磨石将镜子磨毛，将成为乌玻璃，就是因为玻璃表面出现坑凹不平，尺寸与光的波长接近，形成光散射，各个角度都能看到入射的光，玻璃变得“发乌”了。
声音入射到房间表面一部分能量进入材料内部，一部分能量穿透材料到对面空间，这种能量损失的过程是吸声。
完全没有吸声的房间被称为理想混响室，如果在里面拍一下掌，声音将不断反射，在无限时间内回响。
现实情况下不存在这种房间，墙壁坚硬且光滑的房间混响时间很长，接近混响室，房间中声音会加强，接近混响室的房间中噪声比在一般房间内可能高15dB。
声音完全没有反射的房间被称为理想消声室，房间中只有声源的直达声，这样的声场叫做“自由场”。
在自由场中，距点声源距离增大一倍，声压级严格下降6dB。
现实情况下也不存在理想消声室，对房间进行强吸声处理可以近似看作消声室，因房间中只有直达声，声压级比普通房间可以降低10dB。
2 室内混响2.1 直达声与混响声声源发出的直接到达的声音是直达声，直达声总是最先到达人耳，这是因为直达声比反射声的声程短。
除了直达声以外，反射的声音形成了混响声，使室内声压级增加。
直达声只与声源强度有关，声源功率越大，直达声声压级越大，如果需要降低直达声，唯一的方法是使声源安静下来。
房间地面上立有阻挡直达声的屏障时，反射声会从天花反射过来，使屏障的隔声能力下降，如果天花吸声，减弱了反射声能量，屏障的降噪效果能够提高。
混响时间_精品文档
混响时间：当声源停止后声压级衰变60Db（相当于平均声能密度降为原来的1/606）所需的时间。
本定义假设之前提为：声衰变时，被测之声压级衰变量与时间呈线性关系，以及背景噪声足够低。
满场：正常使用（或演出）状况，管总占座率达80%以上。
排演状况：厅内只有必要的测量技术人员和参加演出的演员，以及必要的布景、道具，而这些都必须与相对应的满场正常使用时相同，但没有任何观众。
空场：除必要的测量技术人员外，厅内没有观众和演员，测量时，厅内设施与相应的满场正常使用时完全相同。
混响——一个稳定的声音信号突然中断后，厅堂内的声压级跌落60dB所需要的时间。
它的确定跟建筑结构和装饰材料有关，简略的由下式表示：T60=0.163V αS S式中：赛宾（吸声）因数：用Sabine混响时间公式算出的吸声材料的吸引量除以该材料的面积。
T——混响时间，s；V——房间体积，m3；αs——平均Sabine因数；S——房间表表面积，m2。
此公式适用于标准大气条件，1.013×105Pa，15℃。
单位：秒最佳混响时间混响时间是厅堂音质或称室内音质的重要评价指标，从混响时间的长短，大致可以判断厅堂音质的好坏。
在建声设计中，由于能对室内的混响时间进行定量计算，T60=0.16V/A(s)，式中，V为房间容积（m3），A为室内总吸声量。
而且混响时间的测试方法简单，因此仍为音质设计最重要的内容。
事实上，房间混响是否适当，不仅仅关系到声音的清晰度，而且还直接关系到声音是否真实、自然的程度，是否动听悦耳。
主观听音评价的丰满、温暖、清晰、空间感等都与混响是否适当密切相关。
要把混响控制到适当的程度，首先要知道适当的混响时间是多少，又受什么因素的影响。
通过对厅堂音质及其混响时间的大量测试、统计分析，以及主观听音评价，声学家提出了“最佳混响时间“的概念，语言清晰度的高峰段就是最佳混响时间的范围。
最佳混响时间是对大量音质效果评价认为较好的各种用途的厅堂，如音乐厅、歌剧院、电影院、报告厅、会议室、录音室、演播室等实测的500Hz和1000Hz满场（指实际使用状态，如座椅坐有观众）混响时间进行统计分析得出的。
声环境学院室内声学与混响时间
声环境学院室内声学与混响时间概述：在建筑声学中，很多情况涉及到声波在一个封闭空间内（如剧院观众厅、播音室等）传播的问题，这时，声波传播将受到封闭空间的各个界面（墙壁、顶棚、地面等）的约束，形成一个比在自由空间（如露天）要复杂得多的“声场”。
这种声场具有一些特有的声学现象，如在距声源同样远处要比在露天响一些；又如，在室内，当声源停止发声后，声音不会像在室外那样立即消失，而要持续一段时间。
这些现象对听音有很大影响。
室内声场：（1）室内声场的特征从室外某一声源发出的声波，以球面波的形式连续向外传播，随着接收点与声源距离的增加，声能迅速衰减。
而在剧院的观众厅、体育馆、教室、播音室等封闭空间内，声波在传播时将受到封闭空间各个界面(墙壁、天花、地面等)的反射与吸收，声波相互重叠形成复杂声场，即室内声场，并引起一系列特有的声学特性。
室内声场的显著特点是：①距声源一定距离的接收点上，声能密度比在自由声场中要大，常不随距离的平方衰减。
②声源停止发声以后，在一定的时间里，声场中还存在着来自各个界面延迟的反射声，产生所谓“混响现象”。
③由于室内的形状和内装修材料的布置，可能会形成回声、颤动回声(平行墙面引起的多次声反射)、声音聚焦等各种特殊听音现象。
④由于声反射形成的干涉而出现房间的共振，引起室内声音某些频率的加强或减弱。
（2）室内几何声学忽略声音的波动性质，以几何学的方法分析声音能量的传播、反射、扩散，称作“几何声学”。
与此相对，着眼于声音波动性的分析方法叫做“波动声学”或“物理声学”。
对于室内声场的分析，用波动声学的方法只能解决体型简单、频率较低的较为单纯的情况。
在实际的大厅里，其界面的形状和性质复杂多变，用波动声学的方法分析十分困难。
但是在一个比波长大得多的室内空间中，如果忽略声音的波动性，用几何学的方法分析，其结果就会十分简单明了。
因此在解决室内声学的多数实际问题中，常常用几何学的方法，就是几何声学的方法。
当然，这并不是说波动理论不重要，为了正确运用几何声学的方法，对声音的波动性质也应有正确和足够的理解。
声学计算公式大全
当声波碰到室内某一界面后（如天花、墙），一部分声能被反射，一部分被吸收（主要是转化成热能），一部分穿透到另一空间。
透射系数：反射系数：吸声系数：声压和声强有密切的关系，在自由声场中，测得声压和已知测点到声源的距离，就可计算出该测点之声强和声源的声功率。
声压级Lp取参考声压为Po=2*10-5N/m2为基准声压，任一声压P的Lp为：听觉下限： p=2*10-5N/m2 为0dB能量提高100倍的 P=2*10-3N/m2 为20dB听觉上限： P=20N/m2 为120dB1、声压级Lp取参考声压为Po=2*10-5N/m2为基准声压，任一声压P的Lp为：听觉下限： p=2*10-5N/m2 为0dB能量提高100倍的 P=2*10-3N/m2 为20dB听觉上限： P=20N/m2 为120dB2、声功率级Lw取Wo为10-12W,基准声功率级任一声功率W的声功率级Lw为：3、声强级：3、声压级的叠加10dB+10dB=? 0dB+0dB=? 0dB+10dB=? 答案分别是：13dB,3dB,10dB.几个声源同时作用时，某点的声能是各个声源贡献的能量的代数和。
因此其声压是各声源贡献的声压平方和的开根号。
即：声压级为：声压级的叠加•两个数值相等的声压级叠加后，总声压级只比原来增加3dB，而不是增加一倍。
这个结论对于声强级和声功率级同样适用。
•此外，两个声压级分别为不同的值时，其总的声压级为两个声强级获声功率级的叠加公式与上式相同在建筑声学中，频带划分的方式通常不是在线性标度的频率轴上等距离的划分频带，而是以各频率的频程数n都相等来划分。
声波在室内的反射与几何声学3.2.1 反射界面的平均吸声系数（1）吸声系数：用以表征材料和结构吸声能力的基本参量通常采用吸声系数，以α表示，定义式：材料和结构的吸声特性和声波入射角度有关。
声波垂直入射到材料和结构表面的吸声系数，成为“垂直入射（正入射）吸声系数”。
声环境学院：室内声压级计算与混响半径
通过对室内声压级的计算，可以预计所设计的大厅内能否达到满意的声压级以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的功率。
（1）室内声压级计算当一点声源在室内发声时，假定声场充分扩散，则利用式（2.3-7）的稳态声压级公式计算离开声源不同距离处的声压级p L ，即)44lg(102Rr Q L L w p ++=π （dB ） (2.3-7) 式中： L w ——声源的声功率级，dB ；r ——离开声源的距离，m ；Q ——声源指向性因数；R ——房间常数，αα-⨯=1S R ，m 2； S ——室内总表面面积，m 2；α——平均吸声系数，室内总吸声量除以室内总表面面积Q 是指向性因数，当无指向性声源在完整的自由空间时，Q 等于l ；如果无指向性声源是贴在墙面或天花面(半个自由空间)时，以及在室内两面角(41自由空间)或三面角(81自由空间)时，Q 的具体数值见图2.3-5。
图2.3-5 声源指向性因数（2）混响半径根据室内稳态声压级的计算公式，室内的声能密度由两部分构成：第一部分是直达声，相当于Q4πr 2表述的部分；第二部分是混响声(包括第一次及以后的反射声)，即4R表述的部分。
可以设想，在离声源较近处Q 4πr 2＞4R ，离声源较远处Q 4πr 2＜4R ，前者直达声大于混响声，后者扩散声大于直达声。
在直达声的声能密度与混响声的声能密度相等处，距声源的距离称作“混响半径0r ”，或称“临界半径”。
0r 用式（2.3-8）计算Q4πr 02=4R （2.3-8）式中：Q ——声源的指向性因数；0r ——混响半径，m ；R ——房间常数，m 2。
上式可以转换为：r 0=0.14 QR （2.3-9）房间常数R 越大，则室内吸声量越大，混响半径就越长；R 越小，则正好相反，混响半径就越短。
这是室内声场的一个重要特性。
当我们以加大房间的吸声量来降低室内噪声时，接收点若在混响半径r 0之内，由于接收的主要是声源的直达声，因而效果不大；如接收点在r 0之外，即远离声源时，接收的主要是混响声，加大房间的吸声量，R 变大，4/R 变小，就有明显的降噪效果。
声学设计中的几个重要参数
声学设计中的几个重要参数1、吸声系数〆建筑声学设计中用吸声材和吸声结构来消除回声，颤动回声，声聚焦和减少混响时间等房间的声学缺陷。
吸声材料吸声结构通常用吸声系数〆来表示。
Eo-Er〆=０Eo式中：Eo-入射到吸声材料的声能：Er-被材料反射出来的声能。
〆=1意味着声能全被吸收；〆=0意味着声能全被反射。
2、临界距离DC前面已提到直达声的传播衰减与传输距离的平方比成反比，离声源的距离越远，声压级越低，混响声的传播衰减不遵守平方反比定律，在理想状态下，理论上它在整个房间的声压级是相等的。
临界距离DC是指在声源轴线方向上，直达声与混响声声能相等的距离，即D/R=（0dB）,临界距离在计算声音清晰度时很有用,一般来说,在D/R>-6dB 区域内(即2倍临界距离),声音的清晰度是最好的。
Q-扬声器的指向性因数R-房间常数(即房间的吸声量)〆-房间的平均吸声系数S-房间的总吸声面积3、混响时间R60房间的混响R60与房间的容积V表面面积S和房间的平均吸声系数有关,V-房间容积M3S-房间的总吸声面积房间平均吸声系数应使用EYING公式计算；M为空气吸声系数，它与频率和湿度有关，1KHZ~8KHZ的M值为0.003~0.057。
不同混响时间R60的听觉感受:R60<0.5秒(500HZ);声音清晰,但太于(单薄),适宜于录音室。
R60=0.7~0.8秒（500HZ）：声音清晰、干净、适宜于电影院和会议厅。
R60=1.2~1.4秒（500HZ）：声音丰满、有气魄、空间感强，适用于音乐厅和剧场。
R60>2秒~3秒（500HZ）：声音混浊、语言清晰度差，声音发嗡，有回声感。
吸声材料与吸声结构按吸声机理，常用的吸声材料与吸声结构可分为多孔吸声材料和共振吸声结构。
1、多孔吸声材料多孔吸声材料包括纤维材料和颗粒材料。
纤维材料有：玻璃棉、超细玻璃棉、矿棉等无机纤维及其毡、板制品，棉、毛、麻等有机纤维织物。
初中物理声学部分声音的强度和声压级的计算方法
初中物理声学部分声音的强度和声压级的计算方法声音的强度是指声波向空间传播的能量，它是人耳感知声音的一个重要指标。
而声压级则是用来描述声音在空间中传播时的强度，通常用分贝（dB）作为单位。
声音的强度与声压级的计算方法是声学领域的基础知识，对于理解声音的特性和对环境中的声音进行评估具有重要意义。
下面将详细介绍声音的强度和声压级的计算方法。
一、声音的强度计算方法声音的强度可以按照以下公式进行计算：I = P / A其中，I表示声音的强度（单位为瓦特/平方米，W/m²），P表示声音的功率（单位为瓦特，W），A表示声音传播的面积（单位为平方米，m²）。
在实际情况中，我们往往无法直接测量声音的功率和传播的面积，因此需要借助其他参数来计算声音的强度。
一种常用的方法是使用声压级和声音源与接收器之间的距离。
二、声压级的计算方法声压级是声音强度的一种量化表示方式，可以用来描述声音的大小。
声压级的计算方法如下：L = 20log(P/P₀)其中，L表示声压级（单位为分贝，dB），P表示实际声压，P₀表示参考声压（一般取为最低可听声音的声压，约为2×10⁻⁵帕）。
通过上述公式，可以将声压转化为分贝单位的声压级。
需要注意的是，声压级是采用对数尺度来表示的，因此它与实际声压之间存在着对应关系。
三、声音强度与声压级的关系声音的强度与声压级之间存在一定的关系，可以通过以下公式进行转化：L₁ - L₂ = 10log(I₁/I₂)其中，L₁和L₂分别表示两个不同声源的声压级，I₁和I₂分别表示对应声源的声音强度。
根据上述公式，我们可以计算得到不同声源的声压级之差。
这个差值通常被用来表示两个声源之间的响度差异，越大的差值代表声音的差异越大。
四、示例计算假设有一个声音源产生的声音强度为10W/m²，我们可以通过以下步骤来计算其声压级：1. 确定参考声压P₀的数值，一般为2×10⁻⁵帕。
关于声场设计的一些规范性指导步骤
关于声场设计的一些规范性指导步骤一个专业音响工程的重要工作就是声场的设计。
声场设计的目的就在于利用科学的计算做指导，杜绝任何的不合理因素，为音响设备建造一个理想的扩声空间，将设备的性能充分地发挥。
以下是进行声场设计时的一些规范性指导步骤。
一、隔声处理隔声的目的就是在特定的工程区域内创造一个不受外界影响也不影响外界的安静声场。
它包括与外界的隔声，扩声房间之间的隔声；隔声的部位有墙壁、门窗与天花板。
首先来看看与外界的隔声，这项工作的任务就是不让外界的噪音传入室内，也不让室内的声音传到外面。
进行这项工作时，有必要对建筑设计施工单位进行该工程建筑结构隔声情况的咨询，进一步可以向环保部门了解有关的情况。
具体实施中，外界噪音传如室内可以通过室内的总噪声来控制，通常高等的实用音响工程要求在35-40dB以下；室内声音传到外界可以考察对外界的环境影响，按照环保部门的规定，一般不要高于平均值10-15dB为好。
实际工程中需要处理的部位是墙壁、门窗和天花板几个地方。
通常的厅堂与外界的隔墙多数都能满足一般的音响工程，但是如果音响系统的声压级比较大，工作时间多在夜间，就应该让建筑部门考虑增加墙壁厚度了；门窗是隔声的重要部位，往往一个小小的窗户处理不当，就会造成隔声失败，一般要注意：1.尽量不要让门窗产生缝隙，遇到经常开关而室内外的声音都比较大时，可以考虑设置声隔离通道的结构，这就是它的示意图。
2.尽量加大门窗结构和材料的厚度，有必要时可以使用皮革门和双层玻璃窗。
3.如果隔声效果需要更好，在门窗上悬挂厚重的窗帘和门帘是比较经济可行的办法。
天花板的隔声也不容忽视，特别是房顶不是混凝土结构，而是采用棚架结构时，天花板的声泄露就比较严重，这时需要对天花板的材质和安装质量提出比较高的要求，如果需要可以考虑在天花板上增加隔层或在天花板上铺设吸音棉的办法来满足隔声的要求。
其次是室内房间之间的隔声，它的任务就是让房间之间在音响系统工作时互相间的干扰影响为最小。
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音质设计与混响时间声
压级的计算
文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
音质设计与混响时间、声压级的计算
（一）厅堂音质的设计要求
参见表1-11、表1-12及图1-12。
厅堂音质设计要求与相关的客观指标表1-11
部分民用建筑的允许噪声级表1-12
播音、录音
室
1530
音乐厅2034
电影院2538
教室2538
医院病房2538
图书馆3042
住宅3042
旅馆客房3042
办公室3546
体育馆3546
大办公室4050
餐厅4050
（二）混响时间的计算与选择
1.混响时间T60的计算公式参见表1-13。
式中V——房间容积（m3）；
S——室内总表面积（m2）；
--平均吸声系数。
称为室内总吸声量，且有：
式中S1…Sn——室内不同材料的表面积（m2）；
α1…αn——不同材料的吸声系数。
4m——空气吸声系数（表1-14），在1000Hz以下时可省略。
空气吸声系数4m值（室温20℃）
频率（Hz）
室内相对湿度（%）3040506070
1000
2000
4000
6300
8000
2.混响时间的选择
参见表1-15及图1-13、图1-14。
混响时间推荐值
（500Hz与1000Hz平均值）表1-15
3.混响时间计算示例
参见表1-16（先求各表面积S，再根据材料吸声系数α，代入表1-13公式算得）。
（三）声压级计算公式
1.室外点声源的声压级
Lp=Lw-20lgr-11（1-1）
式中Lp——空间某点的声压级（dB）；
Lw——声源的声功率级（dB）；
r——被测点与声源的距离（m）。
对于有地面反射的情况，上式改为：
Lp=Lw-20lgr-8（1-2）
2.扬声器电功率与声压级的关系式
扬声器作为声源，其直达声压级Lp表为：
Lp=L0+10lgPL-20lgr（1-3）
式中PL——加到扬声器的电功率（W）；
r——扬声器到听音点的距离（m）；
L0——扬声器特性灵敏度（dB）
由上式可见：
（1）若扬声器的电功率加倍，则声压级Lp增加3dB；
若电功率PL增至10倍，则声压级Lp增加10dB。
（2）若听音距离加倍，则声压级Lp减少6dB；
若听音距离增至10倍，则声压级Lp减少20dB。
当听音点偏离有指向性的扬声器轴线为θ角时，其声压级Lp（θ）为：式中Lp——（1-3）式值；
r——辐射距离（m）；
R0——与轴成θ角的听音点辐射距离（m）；
D（θ）——扬声器的指向性系数，由厂家提供。
3.室内声压级Lp的计算式
（1-4）
式中Lw——声源声功率级（dB），，其中P为声源声功率（W）；
r——听音点与声源的距离（m）；
R——房间常数（m2），，其中S为室内总表面积（m2），为平均吸声系数；
Q——指向性因数。
当声源在房间空中或舞台上时，Q=1；在墙上或地面上时，Q=2；在两墙交界处时，Q=4；在三界面交角处时，Q=8。
图1-15表示相对声压级
（Lp-Lw）与r的关系曲线。
在厅堂扩声中，常用有指向性的号筒组合音箱等，它可被看作指向性声源，此时Q值按下式计算：
式中α——音箱的水平指向性角度；
β——音箱的垂直指向性角度。
例如，JBL公司SR4704型音箱的指向性（α×β）为90°×40°，则代入（1-5）式得Q=。
4.扬声器最远供声距离
rm≤（3～4）rc
式中rc——临界距离，；
其中Q——扬声器指向性因数；
R——房间常数（m2）。
对于清晰度要求较高的场合，则取rm≤3rc。
当最大距离超过3rc时，清晰度变差，此时可增加吸声处理，使rc增大。
图1-15为室内声压级计算图表。