吸声和室内声场
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。
噪声污染控制课程教学大纲
一、课程基本信息课程代码：260441课程名称：噪声污染控制英文名称：课程类别：专业选修课学时：45 〔讲授 36 学时＋实验 9 学时学分：2.5合用对象:环境工程考核方式：考试,期评成绩中考试成绩占 70%,平时成绩为 30%。
先修课程：二、课程简介中文简介随着现代工业、交通运输业和城市建设的发展,环境噪声污染已经成为国内外影响最大的公害之一。
本课程分两部份：噪声的基本知识,包括声波的定义、基本性质、评价和标准、噪声的测试以及噪声影响评价。
噪声控制的常用技术：吸声、隔声、消声器、隔振、阻尼减振。
最后通过应用实例,理论联系实际,综合运用以上的各种处理措施。
Brief introduction in EnglishWith the development of modern industry, transportation and urban construction, environmental noise pollution is becoming the serious problem inside and outside country.The course is divided into two parts: the fundamental knowledge, including the definition of noise/fundamental character/evaluation and standard/test of noise and noise impact assessment.The common technology of noise control: absorption sound/insulation sound/muffler/vibration isolation/damp vibration reduction.At last ,theory contacts fact. All kinds of treatment measure are used synthetically through the application example.三、课程性质与教学目的噪声污染控制是高等学校环境工程专业的一门重要专业课。
室内声场的组成
室内声场的组成1. 引言室内声场是指在室内环境中的声音分布和声音品质等特征。
一个好的室内声场可以提供良好的听觉享受，对于音乐会厅、剧院、会议厅、录音棚等场所尤为重要。
本文将介绍室内声场的组成，并深入探讨各种因素对室内声场的影响。
2. 室内声学基础知识在了解室内声场的组成之前，我们首先需要了解一些室内声学基础知识。
声音是通过空气中的震动传播的，而室内空间的结构、形状和材质会对声音的传播产生影响。
以下是一些基本的概念：2.1 回声回声指的是声音在空间中反射多次后形成的重复声音。
回声会导致声音混响时间增加，影响声音的清晰度和可听性。
2.2 吸声吸声是指材料吸收声波能量的能力。
吸声材料可以减少回声，提高声音的清晰度。
2.3 演化声音在室内空间中传播时会经历多次反射、漫射和衰减，这些过程被称为声场的演化。
不同的演化过程会对声音的品质产生影响。
3. 室内声场的组成室内声场的组成涉及多个因素，包括空间形状、尺寸、材料、声源位置等。
以下是各个因素的详细介绍：3.1 空间形状和尺寸空间形状和尺寸对声场的分布和反射产生显著影响。
不同的形状和尺寸会导致不同的声学效果。
例如，狭长的空间会产生严重的回声，而高大的空间则可能导致声音分散。
3.2 声学材料室内的墙壁、地板、天花板和家具等材料会影响声音的传播和吸收。
吸声材料可以减少回声，提高声音的清晰度和可听性。
常见的吸声材料包括吸声板、吸声瓷砖等。
3.3 声源位置声源的位置会对声场产生显著影响。
声源离听众越近，声音越直接、清晰，而声源离听众越远，声音则会衰减和分散。
3.4 演讲台设计在一些会议厅和讲堂等场所，演讲台的设计也是室内声场的重要组成部分。
演讲台的位置应该合理，以便演讲者的声音能够传播到整个场所，并保持清晰和高可听性。
3.5 音频系统音频系统包括扬声器、放大器和混音器等设备。
合适的音频系统可以增强声音的质量和可听性。
不同类型的场所需要使用不同类型的音频系统来满足其特定的声音需求。
(完整版)噪声控制技术——吸声
≈
小孔与外部空气相通； 腔体中空气具有弹性，
相当于弹簧；
孔颈中空气柱具有一
定质量，相当于质量块。
入射声波
原理：入射声图波单激腔发共振孔吸颈声结中构空示意气图柱往复运动，与颈壁
摩擦，部分声能转化为热能而耗损，达到吸声目的。
当入射声波的频率与共振器的固有频率相同时，发生
共振，空气柱运动加剧，振幅和振速达最大，阻尼也
式中 l——颈的实际长度(即板厚度)，m；
——d颈口的直径，m。
空腔内壁贴多孔材料时，有
lK l 1.2d
【讨论】单腔共振吸声结构使用很少， 是其它穿孔板共振吸声结构的基础。
2.多孔穿孔板共振吸声结构
简称穿孔板共振吸声结构。 结构：薄板上按一定排列钻很多小孔或狭缝，将
穿孔板固定在框架上，框架安装在刚性壁上，板 后留有一定厚度的空气层。实际是由多个单腔 （孔）共振器并联而成。
使用环境 5
4 护面层
1 厚度对吸声性能的影响
由实验测试可知：
同种材料，厚度增加一倍，吸声最佳频 率向低频方向近似移动一个倍频程
厚度越大，低频时吸声系数越大； ＞2000Hz，吸声系数与材料厚度无关； 增加厚度，可提高低频声的吸收效果， 对高频声效果不大。
图2-15 不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数
特征：穿孔薄板与刚性壁面间留一定深度的 空腔所组成的吸声结构。
分类：按薄板穿孔数分为
单腔共振吸声结构 多孔穿孔板共振吸声结构
材料：轻质薄合金板、胶 合板、塑料板、石膏板等。
穿孔吸声板
1.单腔共振吸声结构
又称“亥姆霍兹”共振吸声器或单孔共振吸声器
结构：
封闭空腔壁上开一个
当腔深D近似等于入射声波的1/4波长或其奇数 倍时，吸声系数最大。
5-环境噪声控制技术-吸声
声能转化为热能
空气分子间的粘滞阻力
空气与筋络间的摩擦阻力
空气与筋络热交换
吸声材料与吸声结构
3、多孔吸声材料的吸声特性及影响因素
吸声材料与吸声结构
3、影响多孔吸声材料吸声的因素
A、材料的空气流阻
B、材料的密度或孔隙率
C、材料厚度的影响
D、材料后空气层的影响 E、材料装饰面的影响 F、温度、湿度的影响
与吸声材料的结构、性质、适用条件有关。 与入射角度、频率有关。
平均吸声系数（考虑到频率特性）:
材料在不同频率（125、250、500、1000、2000和4000Hz）
吸声系数的算术平均值。
降噪系数：
是指250、500、1000、2000Hz下测得的吸声系数的 算术平均值。
一个房间的总吸声量：
吸声材料与吸声结构
3、穿孔板共振吸声结构
多孔穿孔板共振吸声结构
c f0 2 P L(t )
穿孔率（P） =穿孔面积/总面积
吸声材料与吸声结构
3、穿孔板共振吸声结构 多孔穿孔板共振吸声结构
吸声频带：低中频噪声的峰值 吸声系数：0.4～0.7
f 4
0
f0
L
车间工人多，噪声设备 10-40 少，用隔声罩，反之， 分贝 用隔声间，二者都不行， 用隔声屏 气动设备的空气动力性 噪声，各类放空排气 设备振动厉害，固体声 传播远，干扰居民，机 械设备外壳、管道振动 噪声严重 15-40 分贝 5-25 分贝
隔振 减振
环境噪声控制技术-概述
噪声控制的基本原则
科学性 控制技术的先进性 经济性
第3章吸声与室内声场
（3）混响室测量方法与原理
把待测材料10～12M2放入混响室，分别测量放入样前 后的混响时间 T 60 和 T60 ，则：
s 10.16V S1T160T160
其中：
1 ——混响室原墙面吸声系数
V —— 混响室体积 S ——被测材料面积
第三节 多孔吸声材料
一、多孔吸声材料法:
1.多孔吸声材料：
内部具有许多相通微孔或气泡，且微孔与材料表面相通 的材料。
2. 吸声机理：
声能引起空气与多孔材料微孔或气泡壁摩擦生热，声能 转换为热能。
二、多孔吸声材料吸声吸声频谱特性
r
a
f
说明：
fr fa
（1）与第一吸收峰 r对应的频率叫第一共振频率 f r
（2）与第一吸收谷 a 对应的频率叫第一反共振频率 f a
（1）仪器构造:
– 驻波管； – 可移动声音信号探头； – 探头信号处理器； – 平面波发声喇叭； – 单一频率声音信号发生器； – 标尺。
（2）驻波管测量原理：
单一频率的平面波在驻波管内经被测吸声材料反射后形 成驻波，移动可动探头测量最大声压Pmax与最小声压 Pmin，可获得驻波比：
n Pmax Pmin
接受者： 个体噪声防护（耳塞、耳罩、隔声头盔）。
第三章 吸声及室内声场
本章内容：
吸声的作用与意义：① 降噪 ② 提高室内语言清晰度
吸声系数及其测量方法；① 驻波管法 ② 混响室法
吸声降噪方法：① 多孔吸声材料法； ② 共振吸声法：穿孔板法
室内声场： ① 直达声场； ② 混响声场
吸声方案设计：① 降低噪声声级吸声设计； ② 降低混响时间吸声设计。
2. 吸声系数分类
三室内声场
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室内声场的统计分析
LOGO
从以上分析可知，除声源发出的直达声外，还存在着大量反射 声。这些反射声在到达边界面并经过每次反射之前，均有一段自由传 播的路程，称为自由程。经过这一自由程后，声波就要反射一次，而 每次反射，因边界面的吸收就要损失一部分能量。在声源不断发声的 情况下，损失的这部分能量将不断获得补充，直至声场达到稳态。一 旦声源停止发声，虽然损失的能量得不到补充，但室内的声音并不会 马上消失。这是很显然的，因为这时直达声虽然没有了，但反射声继 续存在，这些反射声是由声源停止发声之前的直达声形成的，它不因 声源停止发声而立即消失，而是按照原有的规律——每反射一次损失 部分能量，持续进行下去，其声能不断减小，直至全部丧失殆尽。这 时由于不再有新的反射声产生，因而封闭空间中的总声级也就逐渐降 低，直至最后消失。这种在声源停止发声后仍然存在的声延续现象称 为混响。混响的概念在封闭空间声场的统计研究中具有特殊的意义， 它对室内的听闻条件有着重大的影响。
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声波在室内的传播
LOGO 直达声、近次反射声和混响声 直达声：声源直接到达接受点的声音。 近次反射声：相对直达声延时小雨50ms的反射声。 混响声：延时超过50ms以后到达接受点的多重反射声。
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声波在室内的传播
LOGO
室内声场的几何图解
几何声学是一门运用“声线”的概念研究声学问题的 学科，采用声线研究分析室内声场，主要了解声波在室内 经各反射面反射后的反射声分布情况。它的理论基础就是 惠更斯原理。
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室内声场的几何图解
LOGO 凸面的反射 条件：q<0 反射结果： 效果
第四章 室内声场与音质
第一节 室内声场
二、混响和混响时间
（二）混响时间的计算 艾润公式 式中，若 ——〉1时，则T60——〉0，这和理论结果 是一致的，艾润公式克服了赛宾公式的局限性。 当 <<1时，-ln（1— 式就一样了。 ）约等于 ，这和赛宾公
第一节 室内声场
二、混响和混响时间
（三）混响时间的频率特性 由于室内各界面材料或界面结构对不同频率的吸声系 数不一样，因此，对不同的频率的声波，房间的混响 的时间也不一样。这一特性称为混响时间的频率特性 ，或叫做T60频谱。 一般情况下，如无特别说明，一个房间的混响时间是 指500Hz声波的混响时间。
第一节 室内声场
二、混响和混响时间
（二）混响时间的计算 通常，在声场均匀分布的封闭室内的混响时间可用著 名的赛宾(W.C.Sabine)公式进行工程估算 ：
0.161V T60 = Sα
T60—闭室的混响时间(s)； S—室内表面总面积(m2)，包括地面、墙面和天花板； —墙壁、天花板、地板等房间内表面的平均吸声系数； V—闭室的容积。
第一节 室内声场
二、室内声场分布
（二）混响半径 混响半径 当直达声场与混响声场的声能相等时，受声 点到声源的距离r称为混响半径rc 。 设室内一点声源，声功率为W，距声源r处的直达声声密 度 ed = W / 4πr 2 c ；另一方面该声源又建立起的混响声 能密度 e = 4W / cR 与r无关。
一、室内声场的基本特征
（三）室内声场的基本特征
如果室内声源辐射的是连续稳定声波，那么在室内各受音点 接受到的声压值也是稳定的，但由于反射声对直达声迭加的 结果，声压随声源距的衰减没有象室外声场那样明显。 由于室的周边界面对声的反射作用，当室内声源停止发声后 ，室内声并不立即停止，而是继续持续一段时间，这种声的 残响现象通常称之为混响。 由于室形状的复杂性或线度比例失当，声波在室内传播时， 还有可能产生回声、聚焦、蛙鸣以及前面已提及的声染色等 特异声现象。
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穿孔板吸声结构、薄膜吸声结构
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吸声系数和吸声量
吸声系数
材料的声学分类和吸声特性
a Ea Ei Er 1 r
Ei
Ei
Ei：入射声能；Ea：被材料或结构吸收声能； Er：被材料或结构反射声能；r:反射系数
吸声量
A aS
S：吸声材料或结构的表面积
吸声和室内声场
课程名称：环境噪声控制工程
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1
吸声和室内声场
材料的声学分类和吸声特性 多孔吸声材料 共振吸声结构
室内声场和吸声降噪
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2
材料的声学分类和吸声特性
吸声材料的分类
多孔性吸声材料
有机纤维材料：玻璃棉、岩棉 无机纤维材料：软质纤维板、木丝板 泡沫材料：泡沫玻璃、泡沫混凝土 吸声建筑材料：膨胀珍珠岩、微孔吸声砖
m：相对声质量；D：腔深（穿孔板与后壁的距离）；c：声速
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室内声场与吸声降躁
扩散声场中的声能密度和声压级
扩散声场：当声源在单位时间内发出的声能 等于被吸收的声能时，若房间内声能密度处 处相同，且在任一受声点上声波在各个传播 方向作无规分布的声场。
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室内声场与吸声降躁
扩散声场中的声能密度和声压级
直达声场:从声源直接到达受声点的直达声形 成的声场。
声压：
pd
cI d
cQW 4r 2
声能密度： 声压级：
Dd
pd2
c 2
QW
4r 2c
LPd
LW
10
lg(
Q
4r
2
)
Q : 指向性因子；W : 声功率； : 空气密度；
c : 声速；Lw : 声功率级
吸声降躁量：
LP
Q
10
lg
4r
2
Q
4r 2
4 R2
4 R1
一R1般、R室2 :内设置吸吸声声降装置躁前量、：后的 房间常数
LP
10lg
a1 a2
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谢谢！！
吸声和室内声场
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室内声场与吸声降躁
总声场：把直达声场和混响声场叠加。
声压：
p
p
2 d
p
2 r
cW ( Q 4 ) 4r 2 R
声能密度：
D
Dd
Dr
W c
(
Q
4r
2
4) R
声压级：
LP
LW
10lg( Q
4r 2
4) R
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吸声降躁量
室内声场与吸声降躁
吸声降躁:利用在房间内的安装吸声材料或 吸声结构吸收一部分混响声，降低室内噪声。
共振吸声结构
共振频率:
c
P
f 0 2 L(t )
C：声速；P：穿孔率，穿孔面积与总面积之比； t：板厚； L：板后空气层厚度；δ：孔口末端修正量
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微穿孔板吸声结构
共振吸声结构
结构：穿孔直径和板厚度在1mm以下。
共振频率:
f 0 2
1 (m D / 3c)(D / c)
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影响因素
材料密度与厚度的影响 背后空腔的影响 护面层的影响
多孔吸声材料
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高速公路的吸声材料
多孔吸声材料
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Байду номын сангаас
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共振吸声结构
薄膜与薄板共振吸声结构
共振频率:由单位面积膜的质量、膜后空气层 厚度及膜的张力决定。
不受张拉或拉力很小的膜：
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材料的声学分类和吸声特性
吸声系数的测量
混响室方法（混响室吸声系数：as） 驻波管方法（驻波管吸声系数：a0）
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驻波管装置和测试设备
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吸声原理
多孔吸声材料
当声波入射到材料的孔隙，在其内部传播的 过程中，引起孔隙中的空气运动，与形成孔 壁的固体筋络发生摩擦，由于粘滞性和热传 导效应，将声能转变为热能而耗散掉。从而， 材料就这样“吸收”部分声能。
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室内声场与吸声降躁
混响声场：经过房间壁间一次或多次反射后 到达受声点的反射声形成的声场。
声压：
pr
4cW R
声能密度：
Dr
pr2
c 2
4W cR
声压级：
LPr
LW
10 lg( 4 ) R
R＝ Sa ：房间常量 1－a
S：房间内表面面积；
a：房间各壁面平均吸声系数
f0
1
2
0c 2 600
M0L
M0L
M0：膜的单位面积质量；L：膜与刚性壁之间空气层的厚度
板材周边固定在框架上，连同板后的封闭空气层 构成的振动系统：
f0
1
2
0c2 K
M0L M0
M0：膜的单位面积质量；L：膜与刚性壁之间空气层的厚度； ρ0：空气密度；c：空气中声速；K：结构的刚度因素
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穿孔板共振吸声结构