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四川建筑职业技术学院

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第一篇室内声环境

第一章室内声学原理

§1－1室内声学基本计量

一、室内声学基本物理量

（一）声音：

1、概念：

是在气体、液体或固体等弹性介质中以波动形式传播的机械振动，是由声源的振动引起的，声波沿运动方向传播能量。

2、声音是由声源的振动引起的。

3、频率f：

声源在ls内完成的全振动次数，单位是赫[兹]（Hz）。

4、周期T：

声源完成一次全振动的时间，是频率的倒数，单位是秒（s）。

5、波长λ：

在声波传播途径上，两相邻同位相质点之间的距离，单位是米（m）。

位相指的是媒质质点的振动状态，如处于压缩或稀疏状态等。

6、声波的传播速度c、波氏λ及振动频率T之间的关系：

λ＝c/f

（二）声强：

声强I:

单位时间通过垂直于声音传播方向上单位面积的平均声能通量，单位W／m2。

ρ——声压的均方根值（Pa）；

c——介质的声阻抗率，又称空气特性阻抗。

在空气中，ρc值大约为412Pa·s／m。

声功率:

单位时间内声源向周围空间所辐射的声能量。

在自由声场中，点声源发出的球面波均匀地向四周辐射声能，因此，距离声源中心rm的球面上的声强为：

式中I——声强（w／m2）；

W——声源声功率（w）。

（三）声强级：

是声强与基准声强之比的以10为底的对数的10倍。

单位是分贝（dB）。

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式中LI——声强级（dB）；

I。

——基准声强，在空气声中，I。

规定为10－12W／m2。

它相应于人耳对1000Hz声音的可听（闻阈yu）声强。

（四）声压和声压级

1、声压：

声波在空气中传播时，空气媒质某点（体积元）由于受声波扰动后压强超过原先大气静压强的值。

一般使用时，声压是有效声压的简称，即指对一定时间间隔取瞬时声压的均方根值。

闻阈是人的可闻声压的最小值pc，痛阈是人的可闻声压的最大值pmax。

在1000Hz时，闻阈为2×10－5Pa，痛阈为2×102Pa。

2、声压级是声压与基准声压之比的以10为底的对数的20倍。

式中LP——声压级（dB）；

p0——基准声压。

对于空气声，基准声压规定为2×10－5Pa。

在自由声场，声压级近似等于声强级LP≈LI。

（五）声源的声功率

是单位时间内声源辐射的总声能量，单位是瓦（W）。

声功率级是声源声功率与基准声功率之比的以10为底的对数的10倍。

式中Lw——声功率（dB）；

Wo——基准声功率，规定为10-12W。

（六）几个声源总声级的计算：

1、若声源相同，则叠加后总声压级为：

2、声级为L1及L2（L1＞L2）的两个声源共同作用时的叠加声级为L＝L1＋⊿L

式中⊿L——与声级差有关的修正值，按表1—2选用。

二、计权网络和频谱

1、声级计：

把传声器、放大器、计权网络和显示装置（电表指示或数字显示）组成一个仪器。

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2、计权网络：

由于人耳对中高频声音较敏感，对低频声音较不敏感。

为了在声学测量时能反映客观声音的主观感觉，需要考虑到人耳的频率响应。

在接受系统中可以插入和人耳频率响应相近的计权网络，对不同频率成分作不同的计权衰减，使测得的声学量——声级能和人的主观感觉比较一致。

常用的计权网络有A，B，C，D四种，其中最常用的是A计权网络。

3、频谱：

通常人们听到的声音可以由组成它的分音的频率和强度所构成的频谱来表示。

按不同声音的特性，其频谱可以是线状谱（如乐器发出的声音）或连续谱（如大多数噪声）。

三、等效声级

1、噪声源的分类：

稳定声源：

一些声源稳定地发声，如其发出的噪声级随时间的变化不大于5dB，即可认为是稳定的。

不稳定声源：

声级随时间变化大于5dB的声源。

2、等效声级

用来评价不稳定声源。

式中Leq——等效声级（dB）；

Lpi——每次测得的声级值（dB）

n——读取声级值的总次数。

§1－2听觉特性

一、最小和最大可听声压

人的最小可听极限大致相当于声压级0dB，通常，声压级在120dB左右，人就会感到不舒服130dB左右会引起耳内发痒；达到140dB，耳内会感觉疼痛。

声压级继续升高，可引起耳内出血，甚至导致听觉器官永久性损伤。

二、最小声压可辨阈

对于频率在50～10000Hz之间的纯音，当声压级超过50dB时，入耳大致可以鉴别1dB的声乐级变化。

三、哈斯效应与回声感觉

四、听觉定位

五、人耳的频率响应和等响曲线

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响度是人对声音强弱的主观评价指标。

影响响度感觉的客观物理量是声波的振幅。

但响度与振幅并不完全一致，原因是人对不同频率声音的响度感觉（灵敏度）不同。

六、掩蔽效应

掩蔽效应：

指由于另一个声音的存在而使入耳的听觉灵敏度降低的现象。

听阈提高的分贝数称为掩蔽量，提高后的听阈称为掩蔽阈。

因此，在噪声环境下，一个声音要能被听到，其声压级必须大于掩蔽阈。

一个声音对另一个声音掩蔽量大小，主要取决于两者的频谱和声压级差。

七、人耳的音高和音色感觉

音高又称音调，是人耳对声音调子高低的主观感觉。

决定它的客观物理量是声音的频率。

八、听觉疲劳和听力损失

暂时性的听阈提高现象（即听力有所下降），称为听觉疲劳。

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§1－3室内几何声学

一、声线概念

即声波，声线代表点声源发出的球面波的一小部分。

它具有明确的传播方向，携带有声能，并且以声速前进，沿直线传播。

碰到界面时，声能被部分吸收，其余按反射角等于入射角的规则反射（碰到界面凹凸不平时，还有散射的现象发生）。

二、虚声源法

几何声线作图法有两种，一种是利用反射角等于入射角，分处于界面法线两侧的规则作图；一种是利用虚声源法，将界面用相应的虚声源来代替。

因此，来自界面的反射声线被认为是由虚声源发出的声线。

1、位于刚性界面前的点声源：

点声源与虚声源成镜象对称的关系。

引入虚声源是由于要满足刚性界面在声压作用下不动的边界条件,所以必须有一对称的虚声源,在另一侧对墙辐射相同的声压,以抵销S的作用。

换言之,引入虚声源S1,墙就可以被移走,其作用完全可由S1的作用所等效。

2、点声源被置于一对平行刚性墙间的情形：

若引入一无穷多的虚声源链,则这时这对墙就可以被移去,其对声场的作用可由这一虚声源链所等效。

n阶虚声源的作用,相当于n次反射声的作用。

3、若在一个由三对平行刚性界面构成的矩形房间中引入一个声源,则矩形房间的作用可被三维的虚声源点阵所代替。

§1－4室内声增长和声衰变

一、室内声增长

1、将直达声和各次反射声依到达时间（和声压级）排列起来,就构成所谓脉冲响应图。

2、室内声能增长的过程：

如果声源稳定地发声，直达声和各阶反射声的声压级将叠加，而来自高阶虚声源的反射声声压级越来越低，其

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叠加影响可以忽略不计。

这时室内声压级就达到一个稳定值，称为稳态声压级。

二、室内声衰变

1、室内声衰变：

如果自某一时刻起,声源停止发声,则首先消失的是直达声,然后依次消失的是一次、二次直至多次反射声，这就形成了声衰变过程。

2、将声源停止发声后，稳态声压级衰减60dB的时间称为混响时间。

所谓混响，是指声源停止发声后，在声场中还存在着来自各个界面的迟到的反射声形成的声音“残留”现象。

回声就是在听到原来的声音之后，又重复听到与之相同的声音的现象。

它听起来相当清楚，因而不同于混响声。

在某种情况下，回声有时会以一定的时间间隔重复出现，形成所谓多重回声。

回声与多重回声是延时较长的强反射，它妨碍正常的听闻，在室内音质设计中应当注意避免和消除。

§1－5驻波与房间共振

一、驻波与颤动回声

1、驻波：

当单频率平面波在两平行界面之间垂直传播时,由于要在两个反射面上都满足声压为极大值（位移为零）的条件,因此只有波长λ与反射面间距离l满足l＝

·λ的那些频率才能形成满足边界条件的驻波。

2、颤动回声：

是驻波现象。

二、三维室内空间的简正波与房间共振

一个封闭的室内空间，在声波激发下也会产生驻波。

当三个边长有两个相等或全相等时，会有许多简正频率相同，称为简正频率的兼并。

其结果，会使那些与简正频率（或称房间的共振频率）相同的声音被大大增强，使得声音失真。

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第二章室内声环境评价

§2－1音质主观评价

对语言声主要是清晰度和可懂度方面的要求，同时应有一定的响度，听起来不费力，也要求频谱的均衡，不失真。

对音乐声，除了清晰度（明晰度）和响度的要求外，还有丰满度、平衡感和空间感等方面的要求。

一、语言声音质主观评价

语言的可懂度是指对有字义联系的发音内容，通过房间的传输，能被室内听众正确辨认的百分数。

语言的清晰度则指对无字义联系的发音内容，能被听众正确辨认的百分数。

二、音乐声音质主观评价

音乐的清晰度又称明晰度，指的是能听清急速连贯演奏的旋律以及同时能分清不同声部或乐器组演奏的声音，即音乐的透明度和层次感。

音乐的丰满度指的是由于室内各界面的反射声，尤其是50ms（对音乐还可以放宽至80ms）以内的早期反射声对直达声所起的增强和烘托的作用。

音乐的平衡感指的是各声部之间的平衡协调，有的亦称为融合、整体感等。

音乐的空间感含义较广泛。

它可以包括声源的轮廓感、立体感以及声源在横向和纵向的拓宽感、延伸感，还包括音乐的环绕感。

§2－2音质评价物理指标

一、混响时间

混响时间即室内稳态声压级衰减60dB所经历的时间。

计算混响时间的公式：

赛宾公式

式中T60—混响时间（s）；

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V——室内容积（m3）；

A——室内总吸声量，A＝S

，S为界面总表面积，

为室内各界面平均吸声系数。

伊林公式

式中4m——空气吸声系数，仅对1000Hz以上高频计算，且仅当室内体积较大时计算。

平均吸声系数

的计算公式

式中S1、S2……Sn——室内不同材料的表面积；

ɑ1、ɑ2……ɑn——不同材料的吸声系数。

二、早期侧向反射声能比

侧向效率

三、声压级与响度指标

为了使语言和音乐听起来清晰、不费劲，甚至有快感，就必须有一定的响度，即必须有一定的声压级和信噪比。

所谓信噪比指的是语言或音乐声信号的声压级高出背景噪声级的值。

四、混响时间频率特性

为了使音乐各声部声音平衡，音色不失真，还

必须照顾到低、中、高频声音的均衡。

这就要求混

响时间的频率特性要平直。

低频混响时间允许有15％～20％的提高。

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§2－3音质物理指标与主观评价的关系

一、良好的音质感受

（1）在混响感（丰满度）和清晰度之间有适当的平衡；

（2）具有适当的响度；

（3）具有一定的空间感；

（4）具有良好的音色，即低、中、高音适度平衡，不畸变，不失真。

主观指标有：

量的因素（丰满度、响度）、质的因素（音色）、空间感、清晰度。

二、混响时间与混响感（丰满度）和清晰度的关系

1、丰满度：

人们在室内听闻感到声音有“余音”，声音一出，整个房间都在响应，声音比在室外丰满，有力。

这就是丰满度的涵义。

2、与丰满度相对应的物理量就是混响时间。

混响时间短，则清晰度较低，丰满度较低；

混响时间长，则清晰度较高，丰满度较高。

以听语言声为主的房间，混响时间以ls左有为宜。

以听音乐为主的房间，混响时间达到1．5—2s，最佳混响时间，还跟音乐的类型和题材有关。

三、声压级与响度的关系

1、响度就是人们感受到的声音的大小，足够的响度是室内具有良好音质的基本条件。

2、与响度相对应的物理量就是声压级。

对于语言声，一般要求50～55dB，信噪比要达到10dB。

对于音乐声，一般要求声压级在75～96dB之间。

3、声压级和信噪比还与可懂度和清晰度有关。

声压级很低时，只有全神贯注地听，才能听清听懂，比较费劲。

但若声压级过高，也会影响清晰度。

四、与空间感有关的物理参量

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主要是早期侧向声能对早期总声能之比以及双耳听闻的相干性指标。

五、与音色有关的物理参量

主要是混响时间的频率特性。

混响时间的频率特性即各个频率的混响时间。

为保持声源的音色不致失真，各个频率的混响时间应当尽量接近。

感到声音“温暖”是低频混响时间较长的结果，而“华丽”、“明亮”则要求有足够长的高频混响时间。

§2－4室内声环境标准与规范

一、室内允许噪声级

1、国际标准化组织（ISO）采用NR曲线来评价室内噪声环境。

根据不同使用要求的房间，可采用不同的NR评价数作为背景噪声标准。

室内噪声控制设计时，应使各频带噪声值均不超过相应NR曲线对相应频带的规定值，由此确定各频带噪声级的控制值。

2、我国关于各类主要民用建筑室内允许噪声NR评价数。

二、语言干扰级

国际上通常以500、1000、2000、4000Hz四个倍频带的背景噪声声压级的平均值定义为语言干扰级SIL。

三、保护听力的噪声允许标准

我国制订的“工业企业卫生标准”，规定每天工作8h，室内允许等效声级LAeq对新建企业为85dBA，对老企业为90dBA。

工作时间减半，允许噪声标准提高3dB。

四、环境噪声允许标准

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1993年颁布的《城市区域环境噪声标准及其测量》（GB3096—93）规定了保障城市居民生活声环境质量的城市五类区域环境噪声标准值。

五、隔声标准

《民用建筑隔声设计规范》（GBJll8—88）规定：

隔声减噪设计标准等级一般分为三个等级。

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第三章建筑材料及结构的吸声与隔声

§3－1吸声材料和吸声结构

一、概述

1、吸声材料和吸声结构的主要用途

用于控制房间的混响时间，使房间具有良好的音质；消除回声、颤动回声、声聚焦等声学缺陷；室内吸声降噪；管道消声。

2、吸声系数：

表示材料和结构吸声能力大小

式中——吸声系数；

E——入射到材料或结构表面的总声能

E——被材料或结构反射回去的声能。

3、吸声系数分类：

（根据声波入射角度不同）

垂直入射吸声系数：

驻波管法吸声系数

无规入射吸声系数：

混响室法吸声系数

4、常用吸声材料和结构的分类（根据吸声机理）

多孔性吸声材料和共振吸声结构。

二、多孔吸声材料

1、特征：

具有大量内外连通的微小空隙和气泡。

2、种类：

纤维材料有：

玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉等无机纤维及其毡、板制品，棉、毛、麻等有机纤维制成的家具服饰。

颗粒材料有膨胀珍珠岩、陶粒等及其板、块制品。

3、多孔吸声材料吸声机理

多孔吸声材料的空气流阻和表观密度对其吸声能力有直接的影响。

多孔吸声材料的结构因子和有效孔隙率对其吸声系数也有影响。

多孔吸声材料吸声性能还与厚度及材料背后空气

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层大小有关。

三、共振吸声结构

1、穿孔板吸声结构

穿孔板与其背后的封闭空气层共同构成穿孔板吸声结构。

穿孔板吸声结构吸声原理可通过亥姆霍兹共振器来说明。

穿孔板共振频率

穿孔板吸声结构在共振频率处吸声系数有一峰值，离共振频率越远，吸声系数越小。

一般穿孔板共振频率在低频范围。

故在工程中，穿孔板常被用来吸收某个低频段的声能。

为了使穿孔板吸声结构在较宽的频率范同内部有较大的吸声，可在穿孔板背后紧贴板面衬一层多孔吸声材料。

2、薄板与薄膜吸声结构

薄膜吸声结构：

共振频率通常为200—1000Hz，最大吸声系数约为0.30～0.40。

薄板共振系统：

吸声系数在共振频率（通常在200一300Hz以下）处有一峰值。

峰值吸声系数约为0.20～0.50。

四、其他吸声结构

1、空间吸声体

空间吸声体的形状可以是最简单的平板式，或用平板组合成其他形状，也可做成锥体、圆柱体等形式。

空间吸声体一般由多孔吸声材料外加透气护面层做成。

空间吸声体一般中高频吸声较大，低频吸声较小，因此用于控制室内中高频混响时间十分有效。

2、帘幕

具有多孔吸声材料的吸声特性。

3、洞口

4．人和家具

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五、常用吸声材料的选用

1、吸声材料的选择

从吸声性能考虑

考虑防火要求

在潮湿的场合和洁净要求特别高的房间可用微穿孔板吸声结构。

还需考虑耐久性、力学强度、化学性质和尺寸的稳定性、装饰效果以及是否便于施工等因素。

2、常用吸声材料和吸声结构

见表3—1。

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§3－2构件隔声

一、传声与隔声

1、空气声传声：

对室内而言，室外或相邻房间的声波激发墙、楼板、门窗等围护构件产生振动，从而向房间辐射声能；或通过开启的门、窗洞口直接将声音传入房间。

这种外部声场的声音称空气声。

这种声音传播过程称空气声传声。

2、撞击声传声：

当楼板、墙等围护构件直接受到机械力的撞击产生振动而向房间辐射声能，如人走在楼板上的脚步声等，称为撞击声或固体声。

撞击声可通过建筑构件传播，最后传入室内，其过程称为固体传声，或撞击声传声。

3、隔声：

围护结构对空气传声的阻隔，称为空气声隔声；若使撞击声减弱则称撞击声隔声。

二、空气声隔声及其评价

1、隔声量R：

表示围护构件对空气声的隔声能力，单位为dB。

2、计权隔声量Rw：

计权隔声量考虑了人耳听觉的频率特性及建筑中典型噪声源的频率特性，因此能较好地反映构件的隔声效果，同时便于不同构件进行隔声性能的比较。

三、单层匀质密实墙的隔声

1、单层匀质密度墙的隔声量的影响因素：

入射频率、其单位面积质量、刚度、材料内部阻尼、墙的边界条件。

2、声波无双入射时的隔声量的计算

四、双层匀质密实墙的隔声

双层墙和中间空气层构成一共振系统，具有固有振动频率。

在共振频率附近．隔声量出现低谷，故在工程中应尽可能使共振频率低于所需隔声频率范围。

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五、轻质隔墙的隔声

1、提高轻质隔墙隔声量的措施主要有：

多层复合；

薄板叠合；

弹性连接、双墙分立，避免声桥传声。

2、常用轻质墙体材料及改善隔声的做法

小型砌块、圆孔板、夹层墙板、薄板加龙骨。

六、门窗隔声

1、门的隔声

门的隔声量决定于门扇本身的隔声性能及门缝的密闭程度。

门扇隔声量的措施：

2、提高窗的隔声量的措施：

七、构件的组合隔声量

八、楼板撞击声隔声

1、楼板撞击声及其评价

工程中常用计权撞击声压级评价楼板的撞击声隔声性能。

2、撞击声隔绝措施：

隔绝撞士声可以从三个方面进行，即铺设弹性面层、加弹性垫层和在楼板下做隔声吊顶

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第四章室内声环境设计

§4－1室内噪声控制

一、室内噪声的来源

通过围护结构传入的室外环境噪声；

建筑内部其他房间传来的噪声；

室内设备产生的噪声；

空调通风系统噪声以及设备振动引起的围护结构发声。

二、建筑布局中噪声控制原则和方法

1、原则：

建筑应尽可能远离噪声源

2、方法：

建筑中制冷机房、泵房、锅炉房等宜与主体分离独立设置。

布置在建筑主体内时，应与其他用房之间有足够大的隔声量。

各种设备备宜用低噪声型，各种设备均应做隔振处理，必要时做设备隔声处理。

三、提高围护结构隔声量

主要是解决窗的隔声

四、室内吸声降噪

1、室内某点声压级的计算

式中假设声源无指向性

2、混响半径（临界半径）

3、当离声源距离很大时，此时室内声压级即为混响声声压级，计算公式为

4、吸声降噪量

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5、采用吸声降噪措施的房间的吸声降噪量

五、隔声屏障与隔声罩

1、把工作空间或噪声源（如存在噪声设备）用隔声屏障隔离，也可取得良好的降噪效果。

2、对于某些高噪声设备，可用隔声小间或隔声罩隔离。

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§4－2室内音质设计

一、室内音质设计原则

（1）使室内具有足够的声压级并且分布均匀。

（2）使室内具对与用途相适应的混响时间及其频率特性

（3）室内各处都能获得丰富的早期反射声，特别是早期侧向反射声（主要适用于厅堂音质设计）

（4）防止出现回声、颤动回声、声影、声聚焦等声学缺陷；

（5）防止外部噪声及振动传入室内．使室内的背景噪声木大于允许噪声标准。

音质设计的内容包括：

确定房间容积，进行房间体型设计，混响设计及装修材料的选择和布置。

另外还需做好噪声控制设计。

二、房间容积的确定

从声学角度看，房间的容积应满足自然声发声时听众区有合适的响度。

（一）自然声的最大容许容积

讲演2000～3000m3

话剧6000m3

独唱、独奏10000m3

大型交响乐20000m3

（二）保证适当混响时间。

每座容积

音乐厅8～10m3/座；

歌舞剧院4.5—7m3/座；《剧场建筑设计规范JGJ57-2000，J67－2001》

戏曲、话剧3．5～5．5m3/座；（同上）

多用途厅堂3．5～5．5m3/座；（同上）

电影院3．5～5．5m3/座。

《电影院建筑设计规范JGJ58—88》

三、体型设计

（一）保证每位观众都能得到直达声

1）减少直达声传播距离（平面上，语言自然声≤30m，观众多时可以设置一层或多层楼座），观众席最好在声源的140°范围内，或按可懂度等值曲线设计。

2）避免直达声波遮挡和掠射吸收，每排升起＞8cm，一般前后座位对齐时后排比前排升高9cm，前后座位错开时升高6cm。

（二）保证前次反射声的良好分布

1）厅堂平剖面形状，调整顶棚反射面和侧墙反射面的倾角，侧墙和观众厅中轴线间的夹角不大于8°～10°。

2）减少一次反射面至声源的距离：

观众席矮墙。

观众接受到的第一次反射声延迟时间不能过长，最长不超过50ms。

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（三）增加扩散反射

（四）防止回声和室内其他声学缺陷

消除回声（后墙、栏板前倾、吸收、扩散）、颤动回声、声聚焦、声影、声爬行、声耦合。

（五）合理利用舞台反射板。

四、室内混响设计及装修材料的选择

室内混响设计可按如下步骤进行：

（1）根据房间的使用要求及表2—1确定混响时间及其频率待性的设计值。

（2）根据设计完成的体型，计算出房间的容积V和内表面积S。

（3）根据混响时间计算公式求出房间的平均吸声系数

；

（4）计算房间内固有吸声量，包括室内家具和观众的吸声量等。

房