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1、2021年9月20日0時(shí)33分第一章 聲學(xué)基礎(chǔ)北京聯(lián)合大學(xué)北京聯(lián)合大學(xué) 音響工程技術(shù)課程組音響工程技術(shù)課程組2021年9月20日0時(shí)33分第一節(jié) 聲波一、聲波的產(chǎn)生與傳播二、頻率、聲速和波長三、頻程四、聲波的特性2021年9月20日0時(shí)33分一、聲波的產(chǎn)生與傳播一、聲波的產(chǎn)生與傳播聲波的產(chǎn)生2021年9月20日0時(shí)33分一、聲波的產(chǎn)生與傳播一、聲波的產(chǎn)生與傳播點(diǎn)聲源的傳播 2021年9月20日0時(shí)33分聲音的傳遞聲音的傳遞2021年9月20日0時(shí)33分二、頻率、聲速和波長二、頻率、聲速和波長 振動(dòng)體每秒振動(dòng)的次數(shù)稱為頻率，用符號f表示，頻率的單位是赫茲（Hz），簡稱赫。 聲波在傳聲介質(zhì)中，每秒

2、鐘傳播的距離稱為聲波的傳播速度，簡稱聲速，用符號c表示，單位是米/秒（m/s） 物體或空氣分子每完成一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)或疏密相間的運(yùn)動(dòng)所經(jīng)過的距離稱為波長，用符號表示，單位是米2021年9月20日0時(shí)33分頻率、波長和音調(diào)對照表 頻率（Hz）波長（m）音域分段2017.20超低音408.60506.88低音1003.442001.72中低音4000.865000.68810000.344中高音50000.0688100000.0344高音200000.01722021年9月20日0時(shí)33分三、頻程三、頻程 在聲學(xué)測量中，不可能測量這個(gè)范圍中的每一個(gè)頻率，而總是在某一頻率區(qū)間取特定值進(jìn)行測量。這個(gè)頻率

3、區(qū)間稱為頻帶。 頻帶由上限頻率f2和下限頻率f1確定，f1、f2又稱為截止頻率。f1、f2的間隔可以用頻率比或以2為底的對數(shù)表示，稱為頻程。2021年9月20日0時(shí)33分上限和下限截止頻率的一般關(guān)系 式中：n為倍頻程的系數(shù)，或稱倍頻程數(shù)，它可以是分?jǐn)?shù)或整數(shù)。例如：n=1/3即指1/3倍頻程；n=1即指倍頻程。122 ffn2021年9月20日0時(shí)33分中心頻率頻帶的中心頻率fc是上、下截止頻率的幾何平均，即cff f122021年9月20日0時(shí)33分1/3倍頻程和1/1倍頻程的中心頻率和帶寬 2021年9月20日0時(shí)33分1/3倍頻程和1/1倍頻程的中心頻率和帶寬 2021年9月20日0時(shí)33

4、分四、聲波的特性四、聲波的特性聲波在室內(nèi)的反射、吸收、透射和繞射現(xiàn)象 2021年9月20日0時(shí)33分波的性質(zhì) 判別的關(guān)鍵在于障礙物的尺寸l與波長的比值。 當(dāng)l時(shí)，粒子性為主； 當(dāng)l時(shí)，兩種性質(zhì)在一定情況下都會(huì)表現(xiàn)出來，此時(shí)情況比較復(fù)雜 2021年9月20日0時(shí)33分聲波的衍射 (a) 聲波的繞射 (b) 小障板對聲傳播的影響2021年9月20日0時(shí)33分聲波的反射 2021年9月20日0時(shí)33分聲波的透射與吸收 根據(jù)能量守恒定律，設(shè)單位時(shí)間內(nèi)入射到物體上的總聲能為Eo，反射的聲能為Er，物體吸收的聲能為Ea，透過物體的聲能為Et，則： Eo=Er+Ea+Et 2021年9月20日0時(shí)33分吸聲

5、系數(shù) 從入射波與反射波所在的空間考慮，定義材料的吸聲系數(shù)為 otaorEEEEE11吸聲系數(shù)的值越大，吸聲性能越好 2021年9月20日0時(shí)33分房間的平均吸聲系數(shù) nSSSSASA3212021年9月20日0時(shí)33分聲波的干涉 若兩個(gè)頻率相同、振幅相等、相位差為零或恒定的波在同一介質(zhì)中傳播，則在空間某些地方振幅最大，在某些地方振幅最小，這種現(xiàn)象稱為波干涉現(xiàn)象，這兩個(gè)波叫相干波。 當(dāng)振動(dòng)頻率、振幅和傳播速度相同而傳播方向相反的兩列波疊加時(shí)，就產(chǎn)生駐波 2021年9月20日0時(shí)33分聲源的指向性 人說話時(shí)的指向性圖案 聲源的指向性2021年9月20日0時(shí)33分聲源的指向性2021年9月20日0時(shí)

6、33分指向性的影響2021年9月20日0時(shí)33分第二節(jié)第二節(jié) 聲波的度量聲波的度量 聲壓、聲強(qiáng)、聲功率聲壓、聲強(qiáng)、聲功率 聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級 聲級的疊加2021年9月20日0時(shí)33分一、聲壓、聲強(qiáng)、聲功率一、聲壓、聲強(qiáng)、聲功率 由聲波引起的壓強(qiáng)變化稱為聲壓，用符號P表示，單位為微巴(bar)或帕（Pa） 聲源在單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的聲能量叫做聲功率，用符號W表示，單位為瓦（w） 聲場中某點(diǎn)的聲強(qiáng)，是指在單位時(shí)間內(nèi)（每秒鐘），聲波通過垂直于聲波傳播方向單位面積的聲能量，用符號I表示，單位為瓦/米2（w /m2）2021年9月20日0時(shí)33分平方反比定律 在無反射聲波的自由聲場中，點(diǎn)聲源發(fā)出的

7、球面波，均勻向四周輻射聲能，因此，距離聲場中心為r的球面上的聲強(qiáng)為 24 rWI2021年9月20日0時(shí)33分二、聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級 人的聽覺與聲壓、聲強(qiáng)不是呈正比例關(guān)系，而是近似的與它們的對數(shù)值成正比 用聲壓或聲強(qiáng)來表示聲音的強(qiáng)弱，數(shù)字太長，很不方便 常采用按對數(shù)方式分級的辦法作為表示聲音大小的常用單位，這就是聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級2021年9月20日0時(shí)33分級參考值測量值系數(shù)級lg級：對數(shù)概念，無量綱單位，為表示方便，以dB為單位系數(shù)：用于擴(kuò)大計(jì)算值的表示范圍，對于力、長度單位，取值為20 ，對于能量概念，取值為10 公式計(jì)算值會(huì)因參考值的變化而變化2021年9月20日0時(shí)33分

8、聲壓級（Lp或SPL） （dB) refPPLplg20式中，參考聲壓Pref =210-4（bar）=210-5（Pa），為1kHz時(shí)的聞閾聲壓值 2021年9月20日0時(shí)33分聲強(qiáng)級（LI或SIL） refIIILlg10式中，參考聲強(qiáng)Iref=10-12（w /m2）為1kHz時(shí)的聞閾聲強(qiáng)值 2021年9月20日0時(shí)33分聲強(qiáng)級與聲壓級關(guān)系 由于聲強(qiáng)與聲壓存在著關(guān)系I=p2/c，將其代入式中得 LPPPILPrefrefrefIPccIlg20lg10lg10222021年9月20日0時(shí)33分聲功率級（Lw或SWL） refWWWLlg10式中，參考功率Wref=10-12（w）為1kH

9、z時(shí)的聞閾聲功率值 2021年9月20日0時(shí)33分三、聲級的疊加 在工程設(shè)計(jì)和檢測中，經(jīng)常需要進(jìn)行聲級的疊加或分解，如計(jì)算多個(gè)聲源的總聲級、給定的倍頻程或1/3倍頻程聲級的總聲級等 2021年9月20日0時(shí)33分聲壓的疊加 當(dāng)幾個(gè)不同聲源同時(shí)作用時(shí)，在某處形成的總聲強(qiáng)是各個(gè)聲強(qiáng)的代數(shù)和，即I=I1+I2+In，而總聲壓（有效聲壓）是各聲壓的均方根值。即22221npppp2021年9月20日0時(shí)33分聲級的疊加 聲壓級、聲強(qiáng)級、聲功率級疊加時(shí)，不能簡單地進(jìn)行算術(shù)相加，應(yīng)按對數(shù)運(yùn)算法則進(jìn)行計(jì)算 2021年9月20日0時(shí)33分n個(gè)聲壓相等的聲音疊加 nLpnPPPnPLrefrefplg10lg1

10、0lg20lg202總 若n=2，則 32lg10pppLLL總2021年9月20日0時(shí)33分兩個(gè)不等的聲壓級LP1和LP2（設(shè)LP1LP2）疊加 （dB）)101lg(10)1lg(10lg20lg2010121221222121PPLLPrefrefPLPPPPPPPL2021年9月20日0時(shí)33分利用圖表計(jì)算聲壓級疊加 設(shè)有兩個(gè)聲源，聲壓級分別為LP1、LP2，且LP2LP1，兩個(gè)聲壓級之差D=LP2-LP1（dB），則疊加后的總聲壓級為NLLPP2（dB） 式中，N值可由下圖或右表查得 LP1-LP200.10.20.30.40.50.60.70.80.9012345678910111

11、21314153.02.52.11.81.51.21.00.80.60.50.40.30.30.20.20.13.02.52.11.71.41.21.00.80.60.52.92.52.11.71.41.20.90.80.60.52.92.42.01.71.41.10.90.70.60.52.82.42.01.61.41.10.90.70.60.52.82.31.91.61.31.10.90.70.60.52.72.31.91.61.31.10.90.70.60.52.72.31.91.51.31.00.80.70.60.42.62.21.81.51.21.00.80.70.50.42.62.

12、21.81.51.21.00.80.70.50.4注：表中“”表示同左2021年9月20日0時(shí)33分2021年9月20日0時(shí)33分聲級的分解 已知兩個(gè)聲源在某點(diǎn)產(chǎn)生的總聲壓級Lp，若其中一個(gè)聲源在該點(diǎn)產(chǎn)生的聲壓級為LP1，則另一聲源在該點(diǎn)產(chǎn)生的聲壓級LP2=LP-L，其中L可由表查出。這種方法常用來從總聲級中除去環(huán)境噪聲等 L0-L112345678910L（dB）6.94.4 3.02.31.7 1.25 0.95 0.750.60.452021年9月20日0時(shí)33分第三節(jié)第三節(jié) 聽覺的主觀感受聽覺的主觀感受一、響度一、響度二、音調(diào)二、音調(diào)三、音色三、音色2021年9月20日0時(shí)33分一、響

13、度一、響度 響度是人耳對聲音強(qiáng)弱的主觀感受，用符號S表示 2021年9月20日0時(shí)33分等響度曲線 2021年9月20日0時(shí)33分說明（1）響度級與聲壓級有關(guān)。（2）等響度曲線在聲壓級的值低時(shí)變化快，斜率大，而在高聲壓級時(shí)就比較平坦，這種情況在低頻時(shí)尤為明顯。（3）不同的頻率，響度級的增長率各不相同2021年9月20日0時(shí)33分聲壓級與響度感覺 聲壓級的變化響度感覺1 dB幾乎覺察不出來3 dB剛可覺察5 dB明顯改變10 dB響度加倍（或輕一半）2021年9月20日0時(shí)33分計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò) 2021年9月20日0時(shí)33分人耳的聽覺范圍 2021年9月20日0時(shí)33分強(qiáng)度差閾最小可辨別的聲壓級差 聲

14、壓級高于聽閾的dB數(shù)純音頻率 fHz白噪聲357020010004000700010000510203040506070809010011072443l272176422238154104075061067475344193124086068053045041041303235146100072053011033029029029025248170097068049041029025025021021405283149090068061053049045041472334170110086075068061057180120047044042041041當(dāng)頻率約為1000Hz而聲壓級超過40d

15、B時(shí)，人耳能覺察到的頻率變化范圍約為03；聲壓級相同，但頻率少于1000Hz時(shí)，人耳能覺察到3Hz的變化 2021年9月20日0時(shí)33分二、音調(diào) 人耳對聲音高低的感覺稱為音調(diào) 音調(diào)與聲音的頻率、持續(xù)時(shí)間、聲壓級及溫度有關(guān) 2021年9月20日0時(shí)33分三、音色三、音色 音色主要決定于聲音的頻譜結(jié)構(gòu) 樂器的音色主要取決于樂器本身的特性和質(zhì)量，同時(shí)還與演奏的方式、聽音方位、演奏技巧有關(guān) 一般來說，泛音多，且低次泛音的強(qiáng)度較大，音樂就優(yōu)美動(dòng)聽，音色就豐富2021年9月20日0時(shí)33分第四節(jié) 人耳的聽覺特性 一、掩蔽效應(yīng)二、雙耳效應(yīng)（方位感）三、哈斯效應(yīng)2021年9月20日0時(shí)33分一、掩蔽效應(yīng)一、掩

16、蔽效應(yīng) 一個(gè)聲音的聽閾因另一聲音的存在而提高的現(xiàn)象，稱為掩蔽效應(yīng) 假設(shè)聽清聲音A的閾值為40dB，若同時(shí)又聽見聲音B，這時(shí)由于B的影響使A的閾值提高到52dB，即比原來高12dB。這個(gè)例子中，B稱為掩蔽聲，A稱為被掩蔽聲。被掩蔽聲聽閾提高的分貝數(shù)稱為掩蔽量，即12dB為掩蔽量，52dB稱為掩蔽閾2021年9月20日0時(shí)33分掩蔽規(guī)律 （1）被掩蔽聲的頻率越接近掩蔽聲，掩蔽量越大，頻率相近的純音掩蔽效果顯著。最大掩蔽出現(xiàn)在掩蔽頻率附近。（2）掩蔽聲的聲壓級越高，掩蔽量越大，且掩蔽的頻率范圍越寬。實(shí)驗(yàn)表明，掩蔽聲增加10dB，掩蔽閾也增加10dB。兩者呈線形關(guān)系，且這種關(guān)系不受頻率影響，既適合于純

17、音，也適合復(fù)音。（3）掩蔽聲對比其頻率低的純音掩蔽作用小，而對比其頻率高的純音掩蔽作用大。2021年9月20日0時(shí)33分非同時(shí)掩蔽特點(diǎn) （1）掩蔽聲在時(shí)間上越接近被掩蔽聲，掩蔽量越大，即掩蔽效應(yīng)越強(qiáng)。（2）掩蔽聲與被掩蔽聲相距時(shí)間很近時(shí)，后掩蔽作用大于前掩蔽作用，即后掩蔽在實(shí)踐中更重要。（3）掩蔽聲強(qiáng)度增加時(shí)，掩蔽量并不按比例增大。例如掩蔽聲增加10dB，掩蔽量只提高3dB，這與同時(shí)掩蔽效果不同。（4）單耳的掩蔽效應(yīng)比雙耳顯著。2021年9月20日0時(shí)33分二、雙耳效應(yīng)（方位感）二、雙耳效應(yīng)（方位感） 對一定聲壓級的純音，雙耳聽起來比單耳聽起來響兩倍 對強(qiáng)度和頻率，雙耳的辨別力都高于單耳 低頻

18、信號的定向是以雙耳的時(shí)間差為依據(jù)，高頻信號的定向，決定于兩耳間的聲級差2021年9月20日0時(shí)33分三、哈斯效應(yīng)三、哈斯效應(yīng) 當(dāng)兩個(gè)聲音到達(dá)人耳的時(shí)間差不超過20ms時(shí)，人的聽覺不會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際上存在有兩個(gè)聲源。 當(dāng)兩個(gè)聲源在方位上較接近時(shí)，時(shí)間差可達(dá)30ms而不被人的聽覺所覺察。 當(dāng)時(shí)間差增加到3550ms時(shí)，后到達(dá)人耳的聲音將被感覺到，但此時(shí)人的聽覺仍不能把兩個(gè)聲音分開。 當(dāng)時(shí)間差超過50ms時(shí)，若后到達(dá)的聲音有足夠的聲級，則會(huì)干擾先到的聲音，形成回音效果。2021年9月20日0時(shí)33分哈斯效應(yīng)應(yīng)用 在聽音時(shí)，達(dá)到聲像統(tǒng)一 在拾音時(shí)，完成聲像定位 在創(chuàng)作中，模擬虛擬空間2021年9月20日0時(shí)

19、33分第五節(jié)第五節(jié) 室內(nèi)聲學(xué)基礎(chǔ)室內(nèi)聲學(xué)基礎(chǔ)一、研究聲場的方法一、研究聲場的方法二、室內(nèi)聽到的聲音二、室內(nèi)聽到的聲音三、室內(nèi)聲場的建立和衰減過程三、室內(nèi)聲場的建立和衰減過程四、室內(nèi)聲壓級四、室內(nèi)聲壓級五、混響時(shí)間五、混響時(shí)間六、房間共振六、房間共振2021年9月20日0時(shí)33分一、研究聲場的方法 1.波動(dòng)聲學(xué)：用波動(dòng)觀點(diǎn)研究室內(nèi)聲學(xué)問題的科學(xué)。2幾何聲學(xué)：用聲線觀點(diǎn)研究房間內(nèi)聲學(xué)問題的科學(xué)。3.統(tǒng)計(jì)聲學(xué)：從能量觀點(diǎn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究室內(nèi)聲學(xué)問題的科學(xué)。2021年9月20日0時(shí)33分二、室內(nèi)聽到的聲音二、室內(nèi)聽到的聲音2021年9月20日0時(shí)33分室內(nèi)接收點(diǎn)脈沖聲響應(yīng)圖 2021年9月20日0時(shí)3

20、3分三、室內(nèi)聲場的建立和衰減過程三、室內(nèi)聲場的建立和衰減過程2021年9月20日0時(shí)33分室內(nèi)吸收不同對聲音增長和衰減的影響 a吸收較少；b中等吸收；c吸收較強(qiáng)2021年9月20日0時(shí)33分四、室內(nèi)聲壓級四、室內(nèi)聲壓級 當(dāng)一聲源在室內(nèi)連續(xù)發(fā)聲時(shí)，聲波由聲源到室內(nèi)各部位形成了復(fù)雜的聲場 2021年9月20日0時(shí)33分聲擴(kuò)散 當(dāng)聲場達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，若室內(nèi)各部位的聲壓相同，且室內(nèi)聲波是無規(guī)則的在各個(gè)方向傳播，則可以說這種聲場是均勻的，也可以稱室內(nèi)達(dá)到了聲擴(kuò)散 2021年9月20日0時(shí)33分室內(nèi)達(dá)到擴(kuò)散聲場的方法 把廳堂內(nèi)表面處理成不規(guī)則形體，或設(shè)置擴(kuò)散體； 在墻面上交替的做聲反射和聲吸收處理； 無規(guī)則的

21、配置吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu) 2021年9月20日0時(shí)33分穩(wěn)態(tài)聲場聲壓級 在室內(nèi)聲場充分?jǐn)U散的條件下，當(dāng)聲場達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，在距該聲源r處的聲壓級為 其中：W：聲源的聲功率（w） LW:聲源的聲功率級（dB） r：接收點(diǎn)離開聲源的距離（m） R：房間常數(shù)， （ ） ：室內(nèi)平均吸聲系數(shù) S：室內(nèi)總表面積（ ） Q：聲源指向性因數(shù))44lg(10120)44lg(10lg1022RrQLRrQWLWp)(dB1SRm2m22021年9月20日0時(shí)33分聲源指向性因數(shù) Q=1Q=2Q=4Q=82021年9月20日0時(shí)33分聲能的分布2021年9月20日0時(shí)33分混響半徑 當(dāng)房間常數(shù)R為一個(gè)確定的數(shù)值時(shí)，有一

22、個(gè)由直達(dá)聲場轉(zhuǎn)變?yōu)榛祉懧晥龅霓D(zhuǎn)變點(diǎn)，該點(diǎn)的直達(dá)聲聲能密度等于混響聲聲能密度。該點(diǎn)與聲源的距離稱為臨界距離rC，也稱混響半徑。 （m） 在臨界距離以內(nèi)，即聽音點(diǎn)到聲源的距離rrC，直達(dá)聲起主要作用；在臨界距離以外，即rrC，混響聲起主要作用。 只有在與聲源的距離大于rC時(shí)，改變室內(nèi)吸聲量才會(huì)對聲場特性有明顯影響 QRRQrC14. 0162021年9月20日0時(shí)33分五、混響時(shí)間五、混響時(shí)間 當(dāng)室內(nèi)聲源停止發(fā)聲后，聲音衰減的過程稱為混響過程 混響時(shí)間，指在達(dá)到穩(wěn)態(tài)聲場后，聲源停止發(fā)聲，從聲源停止發(fā)聲到室內(nèi)聲能密度衰減到原來的百萬分之一（衰減60dB）時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，記作T602021年9月20日

23、0時(shí)33分不同類型廳堂的最佳混響時(shí)間（500 Hz） 廳堂用途混響時(shí)間（s）廳堂用途混響時(shí)間(s)電影院、會(huì)議廳1.0-1.2電視演播廳0.8-1.0演講、戲劇、話劇1.0-1.4語言錄音0.3-0.4歌劇、音樂廳1.5-1.8音樂錄音1.4-1.6多功能廳堂1.3-1.5多功能體育館小于1.82021年9月20日0時(shí)33分塞賓公式 AVAKVTT161. 06060式中： T60：混響時(shí)間（s） K：與溫度有關(guān)的常數(shù)，一般取K=0.161s/m V：閉室的容積(m3) A：房間吸聲量(m2) A是室內(nèi)總表面積S與其平均吸聲系數(shù) 的乘積，即SA 其中112212SSSSSSSSnnnii 則n

24、iiinnSSSSA12211 其中12SSnS,為室內(nèi)不同材料的表面積（ ）m22021年9月20日0時(shí)33分克納森公式 mVSVmVSVT4)1lg(3 . 2161. 04)1ln(161. 060其中，4m為空氣中的吸收系數(shù)，它不但與頻率有關(guān)，而且與溫度、濕度有關(guān) 2021年9月20日0時(shí)33分室溫為20時(shí)，濕度與空氣吸收系數(shù)的關(guān)系 30405060708010000.0050.0040.0040.0040.0040.00320000.0120.0100.0100.0090.0090.00840000.0380.0290.0240.0220.0210.02063000.0840.062

25、0.0500.0430.0400.03880000.1270.0950.0770.0650.0570.0532021年9月20日0時(shí)33分六、房間共振六、房間共振 當(dāng)聲源發(fā)聲時(shí)，聲波不可避免的會(huì)相互干擾，從而激發(fā)出房間內(nèi)的某些固有頻率的聲音，形成駐波，即出現(xiàn)了房間的共振現(xiàn)象 2021年9月20日0時(shí)33分矩形房間中的共振 方式：(2，0，0) 方式：(1，1，0)方式：(2，1，0)2021年9月20日0時(shí)33分計(jì)算房間共振頻率的普遍公式 nx ny nzxxyyzzfcnLnLnL,()()()22222021年9月20日0時(shí)33分克服簡正現(xiàn)象和減少駐波對音質(zhì)影響的方法聲源房間體積房間的長、寬、高比例室內(nèi)表面的處理