10室内声场
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。
室内声环境
室内声学原理
室内声环境评价
室内空间声环境的处理 室内声环境的设计
李 薇 /湖南师范大学/环艺学院/2013.11
室内声学原理
室内声环境研究的发展：
公元前，古希腊剧场利用共鸣缸和反射面以增加演出的音量等调节音响 中世纪，欧洲教堂采用大的内部空间和吸声系数低的墙面，以产生长混 响声，造成神秘的宗教气氛。 15～17世纪，欧洲修建的一些剧院，大多有环形包厢和排列至接近顶棚 的台阶式座位，同时由于听众和衣着对声能的吸收，以及建筑物内部繁 复的凹凸装饰对声音的散射作用，使混响时间适中，声场分布也比较均 匀。中国建成著名的北京天坛皇穹宇，建有直径65米的回音壁，可使微 弱的声音沿壁传播一二百米。在皇穹宇的台阶前，还有可以听到几次回 声的三音石。 18～19世纪，自然科学的发展推动了理论声学的发展。20世纪初，美国 赛宾提出了混响理论。 20世纪，由于电子管的出现和放大器的应用，开始了现代建筑声学。
声压级的叠加典型环境声压pa声压级db典型环境声压pa声压级db喷气式飞机喷气口附近喷气式飞机喷气口附近630150繁华的街道006370喷气式飞机附近200140普通说话00260锻锤铆钉操作位置63130微电机附近0006350置大型球磨机旁20120安静房间000240818型鼓风机附近63110轻声耳语00006330纺织车间2100树叶落下的沙沙声树叶落下的沙沙声0000220472型风机附近06390农村静夜000006310公共汽车内0280人耳刚能听到0000020室内声学原理5
室内声学原理
1.声音的产生和传播
在空气中，声源的振动引起空气质点间压力的变化，密集（正压）稀疏 （负压）交替变化传播开去，形成波动即声波。
2.描述声音的基本物理量
室内声场
第六章 室内声场6.1 驻波声场6.1.1 室内驻波6.1.2 简正频率的分布6.1.3 声源的影响6.1.1 室内驻波[ 返回本节目录]我们先以一种极端的边界作为讨论的开始，即假设房间的内壁是刚性的。
设房间的长、宽、高分别为 。
如果把坐标原点取在房间的一个角上，可以写出刚性壁面的边界条件为（ 6-1-1 ）这里 分可得满足上述边界条件的特解为（ 6-1-2 ）其中 ，， ，而 ，或表示成（ 6-1-3 ）由于如下关系再设 ，那么对应每一组 数值决（ 6-1-4 ）此式表明在矩形房间中存在大量的简正波。
6.1.2 简正频率的分布[ 返回本节目录 ]式 （ 6-1-3 ） 表示，我们可以将频率人表示成一个矢量形式这里 i ， j ， k 可分别表示在 z ， y ， z 方向的单位矢量，其分量为这一 fn 矢量的方向代表了相应简正波的行进方向，其大小表示该简正波的频率数值。
如果我们以 构的整（ 1 ）轴向波——与两个 n 等于零对应的驻波：x 轴向波，其行进方向与 x 轴平行 ；y 轴向被，其行进方向与 y 轴平行 ；z 轴向波，其行进方向与 z 轴平行 。
（ 2 ）切向波——与一个 n 等于零对应的驻波：yz 切向波，其行进方向与 yz 平面平行 ；xz 切向波，其行进方向与 xz 平面平行 ；xy 切向波，其行进方向与 xy 平面平行 。
（ 3 ）斜向波一一与三个 n 都不等于零对应的驻波。
要分别计算以上各类被在某一频率 f 以下，或者在某个频带 df 内的准确数目是比较困难的。
因此，需要有一近似计算公式。
我们设每一特征点占有频率空间中的边长分别为一个的矩形体积被小矩形格子体积 来目应等于这里 代表圆面积乘上厚度为 的圆。
用同样的方法可算出 xz 与 xy 切向波的平均数，于是频率低于 f 的所有切向波平均数就等于这里 代表由此可得频率低于 f 的各类波的平均总数为（ 6-1-5 ）公式 （ 6-1-5 ） 代表的是各类波的平均数，它同准确数之间自然有一偏差。
第八讲 室内声场
一般情况下混响时间是指500Hz的混响时间
混响时间的频率特性
– 对语言声，要求混响时间的频率特性在全频段保持 平坦。 – 对音乐声，低频段的混响时间稍作提升。
混响感
一．人对混响程度的主观感受单纯用混响时间来评价混 响效果是不充分的 二．听觉比
混响声声能密度 (es ) 听觉比 直达声声能密度 (ed )
4 Q 声压级为： Lp Lw 10 lg 2 R 4r
室内声场分布
室内声场的基本特征
1) 由于反射声对直达声的迭加，声压随声源距的衰 减没有象室外声场那样明显。 2) 由于声的反射，当声源停止发声后，声音会持续 一段时间，这种现象称为混响。 3) 声波在室内传播时，有可能产生回声、聚焦、蛙 鸣以及声染色等特异现象(声缺陷)。
0.8-1.0
1.4-1.6 0.4-0.6 0.3-0.4 0.8-1.0 0.7-1.0 0.3-0.4
房间常数
直达声的声能密度：
ed=W/4r2c 混响声的声能密度： e=4W/cR S R 1
R称为房间常数。它是房间吸声能力以及混响声声能密度的反映
混响半径 一．混响半径
点声源的直达声声能密度与混响声的声能密度相 等处对点声源的半径
对同一声源，声源距增加时，混响感随之增加
混响时间的特点
一．T60与房间内的结构和材料有关
二．T60与房间内的声源声功率无关
三．T60与声源的频率有关 四．T60长，声音丰满、湿润、虚无缥缈 五．T60短，声音清晰、干涩
最佳混响时间
1. 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，从而得到的混响时间称为 最佳混响时间。 用途、体积 、频率、声道数
3室内声场与音质
4-2中的“1”，即为X向驻波），还可以发生在X-Y、X-Z或Y-Z 三个平面内（如图4-2中的“2”），也可以发生在空间的其它 方向（如图4-2中“3”）。“l”称为轴向驻波，“2”称为切向 驻波，“3”称为斜向驻波。
一、室内声场的基本特征
室内声能密度从0到稳定值4W/cA的过程称为室内声场 的建立与稳定过程。
室内声能密度从稳定值4W/cA逐渐衰减为0的过程称为 室内声场的衰减过程。
图4-3描述了上述室内声场的这种建立、稳定和衰减过 程。图中，a、b、c三条曲线分别表示大小、形状相同 ，但室内界面吸声量不同的三个房间的上述过程。其 中曲线a所表示的房间吸声量最小，而曲线c所表示的房 间吸声量最大。
第一节 室内声场
二、室内声场分布
概念：室内声场分布，是指固定而稳定的声源发声后，其 声能密度也在室内空间的分布。
（一）房间常数 R
房间常数是房间吸声能力以及混响声声能密度的反映
根据相关原理可导出右图公式： e 4W
c( S ) 1
式中，e为声能密度，W为声功率，
设 R S ，上式即为e 4W
（三）最佳混响时间
1.最佳混响时间概念：对于不同用途的的声室，不同的 音质设汁，应有不同容积的室空间。在此容积下，有 某一段混响时间范围，其间声效果最好。最佳混响时 间通常取500~1000Hz作为标准。
图4-9为录音室和演播室的推荐容积和混响时间； 录音室：35~120m3；混响时间0.15~0.4s； 音乐演播室：250~10000m3；混响时间0.9~1.5s。
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 ：
建筑物理(声学复习)
第10章 建筑声学基本知识1. 声音的基本性质①声波的绕射当声波在传播途径中遇到障板时，不再是直线传播，而是绕到障板的背后改变原来的传播方向，在它的背后继续传播的现象。
②声波的反射当声波在传播过程中遇到一块尺寸比波长大得多的障板时，声波将被反射。
③声波的散射(衍射）当声波传播过程中遇到障碍物的起伏尺寸与波长大小接近或更小时，将不会形成定向反射，而是声能散播在空间中，这种现象称为散射，或衍射. ④声波的折射像光通过棱镜会弯曲，介质条件发生某些改变时，虽不足以引起反射，但声速发生了变化，声波传播方向会改变。
这种由声速引起的声传播方向改变称之为折射.白天向下弯曲 夜晚向上弯曲 顺风向下弯曲 逆风向上弯曲 ⑤声波的透射与吸收当声波入射到建筑构件（如顶棚，墙）时，声能的一部分被反射，一部分透过构件，还有一部分由于构件的振动或声音在其内部传播时介质的摩擦或热传导而被损耗（吸收)。
根据能量守恒定理:0E E E E γατ=++0E --单位时间入射到建筑构件上总声能；E γ——构件反射的声能; E α——构件吸收的声能； E τ-—透过构件的声能。
透射系数0/E E ττ=； 反射系数0/E E γγ=;实际构件的吸收只是E α，但从入射波和反射波所在空间考虑问题，常常定义吸声系数为：11E E E E E γαταγ+=-=-=⑥波的干涉和驻波1.波的干涉：当具有相同频率、相同相位的两个波源所发出的波相遇叠加时,在波重叠的区域内某些点处,振动始终彼此加强、而在另一些位置，振动始终互相削弱或抵消的现象。
2。
驻波：两列同频率的波在同一直线上相向传播时，可形成驻波.2.声音的计量①声功率指声源在单位时间内向外辐射的声能。
符号W . 单位：瓦(W)或微瓦（μW). ②声强定义1：是指在单位时间内，改点处垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能。
定义2：在声波传播过程中单位面积波阵面上通过的声功率。
符号：I ，单位：W/m 2dWI dS=意义:声强描述了声能在空间的分布；衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。
建筑声学-11室内声学与厅堂音质设计
4
几何声学方法： 适用条件：反射面或障碍物的尺寸要远大于声波的波长。 ——中高频声音、房间尺度较大。 ——对于低频声，如63~125Hz，波长为5.4m~2.7m。因此，在一个各个表
面尺寸均小于声波波长的小房间内，几何反射定律将不适用。
▪ P376 表17-1
27
二、客观技术指标 2．频率特性 ▪ 为了使音乐各声部和语音的低、中、高频的分量平衡，使音色不失
真，还必须照顾到低、中、高频声能之间的比例关系。 ▪ 由于人耳对低频声的宽容度较大，同时厅堂内界面和观众衣饰对中
高频的声能吸收较大，所以允许低频混响时间有15%-45%的提升。 ▪ 对于不同厅堂有不同具体要求。（录音室——以平直为主）
i 1
i 1
V T60 0.161 A
13
▪ 工程中普遍采用伊林（Erying）公式 ▪ 伊林公式在赛宾公式的基础上考虑了空气吸收的影响。
T60
-
S
0.161V
ln(1 ) 4 m V
▪ 空气吸声与声音频率有关，频率越高，空气吸声系数（4m）越大；频 率小于1000Hz时，4mV一项可省去。
25
4．优美的音质 ▪ 对于音乐声来说，除了听得见、听得清这些基本要求外，室内音质
设计还需要给听众提供听得舒服的环境。因此，为了让室内声音具 有优美的音质，还需要注意以下两方面： 1）足够的丰满度。丰满度的含意有：声音饱满、圆润，音色浑厚、温 暖，余音悠扬、有弹性。总之，它可以定义为声源在室内发声与在 露天发声相比较，在音质上的提高程度。（反射声：温暖or活跃） 2）良好的空间感。是指室内声场给听者提供的一种声音在室内的空间 传播感觉。其中包括听者对声源方向的判断（方向感），距声源远 近的判断（距离感）和对属于室内声场的空间感觉（环绕感、围绕 感）。
室内声环境
室内声学原理
3. 听觉定位（方位感）
人耳判断声源的远近比较差，但确定声源的方向比较准确。 人耳判断声源的方位主要靠双耳定位，对时间差和强度差进行判断。 （有声源发出的声波到达两耳可以产生时间差和强度差） 人耳的水平方向感要强于竖直方向感。 通常，频率高于1400Hz强度差起主要作用；低于1400Hz时，时间差起 主要作用。这就是人为什么对蚊子的定位比较准而对电话铃声的定位比 较差的原因。
3.声音的传播特性
声波的绕射、反射和散射 声波的透射与吸收
室内声学原理
4.声音强弱的计量
声波是能量的一种传播形式。人们常谈到声音的大小或强弱，或一个声 音比另一个声音响或不响，这就提出了声音强弱的计量。 几个概念： 声功率：单位时间内物体向外辐射的能量W。（瓦或微瓦） 声强：单位时间内通过声波传播方向垂直单位面积上的声能。 声压：指在某一瞬时压强相对于无声波时的压强变化。 声压级、声功率级及声强级 1、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40dB 听觉上限： P=20N/m2 为120dB 2、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： 声压级的叠加
以上现象源于：封闭空间内各个界面使声波被反射或散射。
室内几何声学
室内声音发射的方式
室内几何声学
室内的声增长和声衰变
从能量的角度，我们考虑在室内声源开始发声、持续发生、停止等 情况下声音形成和消失的过程。
室内几何声学
直达声：从声源经视在途经直接到达听者的声音信号. 直达声的作用： 是我们感受声源本身特征的基本依据，是受周围环境的声学环境影 响最小的信号，受到距离的变化而变化。 直达声持续时间与声源的辐射时间相同。 直达声是判断声源宽度和深度的重要依据。
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课程: 职业卫生
4 室内声场
第4章 室内声场
工程应用中常采用一种统计声学的方法，来处理室内声场 ,着眼于室内
声场统计平均规律．
与自由声场不同的两种现象:
一是由于壁面对声波的不断反射，在声源停止后，室内仍有声波的 持续的存在，即室内会产生混响感觉．
二是因为壁面的不断反射，而使室内除了声源的直接辐射所提供的 声能外，还会由混响而提供附加能量，这部分混响声能叠加于声源的直接 辐射的能量，使室内的总声能密度增加．也即声源在室内所产生的声压级一般
大量经验表明，过长的混响时间会使人感到声音发生“混浊”不清 的感觉；混响时间太短就有“沉寂”的感觉，声音听起来很不自 然．
一条声线在一秒钟内要经过多次的壁面反射．由于声源是向各个方向发射声 线的，各声线与壁面相碰的位置各不相同，在两次壁面反射之间经历的距离 也各不相同。用统计的方法算出所有声线在壁面上两次反射之间的平均距离， 即平均自由程．
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4 . 1 扩散声场与平均自由程
第4章 室内声场
每秒钟声线碰撞次数：
(1)低频63-125HZ, 5.4-2.7m.表面尺寸小于此波长,反射定律不成 立,声线弯曲,声衍射,无明显扩散反射
(2)中频500-1000HZ,68-34cm. 一般都大于此波长.反射定律成 立,遇波长相似结构时形成扩散反射
(3)高频2000-8000HZ,17-4cm。大部分结构大于此波长。
室内混响:房间中从声源发出的声波能量，在传播过程中由于 不断被壁面等吸收而逐渐衰减．声波在各方向来回反射，而 又逐渐衰减的现象
室内在1 秒钟内发生的反射次数应是速 度除以平均自由程 秒钟发生的反射次数就应是
于是在t秒后的平 均能量密度
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4 . 3 混响时间公式
第4章 室内声场
室内声压不会随声源停止而立刻消失，并在室内以逐渐衰减 的规律持续着，即产生混响．我们用一个称为混响时间的量 来描述室内声音衰减快慢的程度．
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4 . 1 扩散声场与平均自由程
第4章 室内声场
扩散声场的定义 ( 1 ）声以声线方式以声速c 。直线传播，声 线所携带的声能向各方向的传递概率相同； ( 2 ）各声线是互不相干的，声线在叠加时， 它们的相位变化是无规的；
( 3 ）室内平均声能密度处处相同．
室内形成数目极多的驻波 、声压的分布规律极为复杂、驻波声场中声压极大 与极小的差异几乎消失，由此就形成“均匀”的声场
总要大于自由声场所产生的．
如果室内不作任何声学处理，那么室内产生的噪声要比室外强得多．
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4 . 1 扩散声场与平均自由程
第4章 室内声场
• 无限多条平面声束(方向不相同, 沿直线表 示，壁面反射，并遵循反射角等于人射角规 律) •声线无限多条，方向各不相同，壁面不规 则
•从统计学观点来说可以认为声通过任何位 置的概率是相同的，并且通过的方向也是Fra bibliotek 方向概率相同的
4 室内声场
第4章 室内声场
自由声场:我们处理声波辐射时，假定声源是在无界空间中辐射声波的， 即空间不存在反射边界，声波辐射后，犹如在自由空间中传播
如声源是置于空旷空间的地面上，那么这种辐射声场可称为半自由声场
在这种自由声场中，声源所辐射的声波，其声压与离声源中心的距离成反比， 而声强与距离平方成反比．
而通过每一点的射线数，统计平均相等，由此而造成室内声 场的平均能量密度分布是均匀,这一种统计平均的均匀声场称之 为扩散声场
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4 . 1 扩散声场与平均自由程
第4章 室内声场
可见光波长:0.4-0.7微米
可听声波长:1.7cm-17m
光波波长与建筑物界面相比小很多,而声波 而表现出波动性
平均自由程：
某会议厅长、宽、高分别为32m,18m,7m
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4 . 2 平均吸声量
第4章 室内声场
壁面吸声系数：被壁面所吸收的能量与入射能量的比值 （入射角平均）。一般吸声材料对不同入射方向，吸声系 数是不相同
设对应于某吸声表面Si的吸声系数为ai ，如果对室内所有的吸声表面 的吸声系数进行平均，则可得到室内平均吸声系数为:
国际上定义为：在扩散声场中，当声源停止后从初始的声压 级降低60 dB （相当于平均声能密度降为1/106）所需的时间， 用符号T60来表示．按混响时间的定义有:
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4 . 3 混响时间公式
第4章 室内声场
艾润公式:如果取20 ℃ 时的声速值为c 。一344m / s ，则可得
赛宾公式:如果室内平均吸声系数较小，满足a＜0 . 2 ，那么由于In(1-
a)=-a，混响时间可取近似为:
赛宾公式在噪声控制工程应用中极为著名．但是要注意它的 局限性，该公式仅适用于五比较小的情况．否则会带来误差
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4 . 3 混响时间公式
第4章 室内声场
混响时间重要影响:它是描述室内音质的一个重要参量，也是至今 音质设计中能为广泛接受作为定量估计的唯一参量．
S为吸声总表面积．而
称为室内平均吸声量
平均吸声系数压实际上表示房间壁面单位面积的平均吸声能力，也称室内 单位面积的平均吸声量
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4 . 2 平均吸声量
第4章 室内声场
开着的窗(窗的几何尺寸甚大于声波波长),入射到窗上的 声波将全部透射出去，那么开窗面积相当于吸声系数ai=1 的吸声面积Si ,吸声量的单位用面积表示
吸声系数都是与材料的声学特性及厚度有关，也都是声 波频率的函数
在室内一般还可能存在人与物体例如桌椅等,在计及这一 部分的吸声贡献后室内平均吸声系数可写成 :
例如，室内有20 只木椅，每只木椅的吸声量为0 . 02 m2，则20 只木椅的吸声量为:
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第4章 室内声场
4 . 3 混响时间公式
不少噪声源的辐射现场是处在有界空间中的，例如在建筑物的房间内， 或者在船舶等运输体的船舱内．由于室内存在壁面（这里壁面是泛指，应 包括天花顶及地面），就会使声波反射，从而在室内形成驻波声场．
各种壁面的声学性质不可能处处相同，室内体形一般也不会很规则， 而且除了声源外还置有其他物体，还有人的活动等等，有些作为噪声源的 机器以及它的支座，本身就比较庞大并体形复杂，更加剧了室内声场的复 杂化．