室内环境与设备.ppt

1、第一篇室内声环境,第一章室内声学原理11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.5、波长：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、波氏及振动频率T之间的关系：c/f,11室内声学基本计量,（二）声强：声强I:单位时间通过垂

2、直于声音传播方向上单位面积的平均声能通量，单位Wm2。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，c值大约为412Pasm。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(wm2)；W声源声功率(w)。,11室内声学基本计量,（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）。式中 LI声强级(dB)；I。基准声强，在空气声中，I。规定为1012Wm 2。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

3、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2105Pa，痛阈为2102Pa。,11室内声学基本计量,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2105Pa。在自由声场，声压级近似等于声强级LPLI。（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

4、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。,11室内声学基本计量,（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(L1L2)的两个声源共同作用时的叠加声级为 LL1L式中L与声级差有关的修正值，按表12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。,11室内声学基本计量,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

5、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)。,11室内声学基本计量,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。,

6、12 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5010000Hz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 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。,12 听觉特性,六、

7、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。音色：是各频段声音在不同声压级下响起时所展现出的整体感受。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。,13 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

8、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)。声源在自由空间传播时，人们听到的只有来自声源的直达声，而当直达声在室内空间传播时，声波在边界面将经历反射、散射、吸收、干涉等现象。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。,13 室内几何声学,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

9、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。,14 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

10、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。,14 室内声增长和声衰变,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

11、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。,15 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,因此只有波长与反射面间距离l满足l 的那些频率才能形成满足边界条件的驻波。2、颤动回声：会引起声压分布不均匀，还会发生某些频率声音被增强，某些频率声音被减弱的现象，使声音产生失真。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

12、，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。,第二章室内声环境评价21 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。,21 音质主观评价,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

13、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。,22 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V室内容积(m3)；A室内总吸声量，AS，S为界面总表面积，为室内各界面平均吸声系数。,22 音

14、质评价物理指标,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、S2Sn室内不同材料的表面积；1、2n不同材料的吸声系数。二、早期侧向反射声能比侧向效率,22 音质评价物理指标,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1520的提高,23

15、 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。,23 音质物理指标与主观评价的关系,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

16、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152s，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5055dB，信噪比要达到10dB。对于音乐声，一般要求声压级在7596dB之间。,23 音质物理指标与主观评价的关系,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 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。,24 室内声环境标准与规范,一、室内允许噪声级1、1971年，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