声学原理

室内噪声水平
A声级〔dB（A）〕 N 曲线用于噪声频谱比较特殊的场 合，突出了噪声的烦恼度； A声级 〔 dB （ A ）〕计量较为方便，多用 于一般噪声。
结论：混响时间是影响室内音质的 最基本要素，也是最基本评价量。 音 质 主 观 评 价术 语 ： “ 清 晰 ” 、 “平衡”、“丰满”、“力度”、 “圆润”、“明亮”、“柔和”、 “临场感”等都与混响时间相关。 最佳混响时间：对于不同用途的声 室，不同的音质设计，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。
1. 2.
前期反射声的时间序列 前期反射声的方向序列
声波室内传播是靠界面反射进行的。如果这种传 播完全处于无规状态，从统计观点来说可以 认为声波通过室内任何位置的几率是相同的， 通过的方向几率也是相同的，各反射声相遇 时的位相也是无规的，由此造成的室内声场 平均能量密度分布是均匀的，我们就将这种 统计平均均匀的声场称为扩散声场。 实际声场扩散特性的评价方法：
混响和混响时间
• 混响时间的定义：通常，我们定义Lp衰减60(dB)的时间为 混响时间。记为T60。 • T60＝（Tb-Ta）×60/（Lpa-Lpb）
0 a
b －60 T60 t（s）
T=KV/A
或
赛宾公式
T60＝0.161V/Sα
艾润公式
T60＝
0.161V －S ㏑（1－α ）
直达声
声功率与声强
声功率 声强
№ 2
声场中的能量
我们将单位时间内通过垂直于声波传播方向、
声功率定义
面积为S的截面的平均声能量称为平均声能量 流或平均声功率。
№ 2
声场中的能量
通过垂直于声波传播方向单位面积
声强定义
上的平均声功率（或平均声能量流） 称为平均声能量流密度或声强。
二、人耳听觉特性
上半年 上半年 下半年 人类听感的基本特征 立体声的听觉机理 听觉特性对电声技术的要求
可闻声频率范围
响度级定义：将某一频率的声音与 1kHz的声音比较，当两者响度一样 时， 1kHz 声音的声压级（以 2×10
等响度曲线
－5 Pa为0dB的相对分贝数）就是 该声音的响度级。
音高定义：人耳对声音调子高低的主观感 觉称为音高或音调、音准。 人耳对声音频率的主观感觉
音高
音高＝Klg f 式中：K为常数，f是音高的物理简谐频率。 音律 12平均率 响度对音高的影响
哈斯效应 两个同声源的声波若到达听音者的 时间差 Δ t在5—35ms以内，人无法区 分两个声源，给人以方位听感的只是 前导声，滞后声好似并不存在；若延
声像及声像定位
迟时间 Δ t 在 35—50ms 是，人耳开始 感知滞后声源的存在，但听感所辨别 的方位仍是前导声源；若时间差 Δ t在 50ms以上时，人耳便能分辨出前导声 与滞后声源的方位。
声强级
L＝10lgI/Iref （dB）
式中：I－－某点的声强值， Iref－－ 零声级的参考声强值。 规定 I
ref
＝10－12 W/m2。
20Hz—20kHz
闻曲线：将人耳刚能听到的各频率
声音的最低声压级联成一条曲线， 称 作 闻 阈 曲 线 。 （ 在 1kHz 时 为 0dB）。 痛阈曲线：将人耳对响度过大以致 难以忍受的各频率声音的声压级联 成一条曲线，称作痛阈曲线。
耳壳效应
重复声延时量 长轴20--45μs、短轴
耳壳效应
2--20 μs。20 μs的延时量其频率达 50KHz。 耳壳效应对 4KHz －－ 20KHz 频段 的辨位能力最强。
听音者听感中所展现的各声部空间 位置，并由此而形成的声画面，称 为声像。
声像及声像定位
现今的立体声普遍采用声源为两声 道系统。这类双声道立体声除了双 耳定位基理外，还有赖于双声源的 哈斯效应和德波埃效应。
3.
混响时间频率特性畸变
房间大小及线度比例对简正频率分布 的影响
例：某电化教室室内总表面积
2 S=800m ，α ＝0.15，透声壁中，
外界噪声对室内 声场的干扰
墙 面 积 为 20m2 ， 透 声 率 为 τ 1 ＝ 0.00001，窗面积为60m2，透声率 为 τ 2 ＝ 0.001 ，当室外噪声声压级 为75dB（A ）时，求室内噪声声压 级。
最佳混响时间
最 佳 混 响 时 间 通 常 取 500Hz— 1000Hz作为标准。
现代演播室、录音室等声室，都要求 有短而平直的混响时间，因为：
1. 短混响的节目可以通过电声手段 任意加进人工混响，以模拟各种 声现场的情景，而如果节目已据 有长时间的混响则很难减短。 短混响的房间由于吸音条件好， 有利于降低背景噪声。 在电视节目中，多数节目不希望 在画面中出现传声器，这样现场 拾音距离较大，如混响时间长， 就会影响讲话者的亲切感和实在 感。
人耳听觉的延时 效应与双耳效应
№ 2
立体声的听觉机理
立体声的特点
立体声的听觉机理
听觉定位机理 声象及声象定位
立体声的特点
具有声像的临场感 具有较高的清晰度和信噪比
双耳效应
声级差
听觉定位机理
时间差 相位差
耳壳效应
声频率 1.7KHz, 波长约 20cm 与人头
大小相当。
高频遮蔽区
双耳效应
遮蔽效应（不同于掩蔽效应） 基频、泛音（高次谐波） 时间差比声级差更多的方向性信息。 瞬态声有利于方向辨别。
1. 2. 无噪声干扰 语言用房，应追求声音的清晰 音乐用房，要求声音圆润、丰满 和足够的力度 4. 立体声效果用房，追求立体感、 空间感和临场感 5. 6. 整个声场应充分扩散、分布均匀 没有回声、颤音、蛙鸣、嗡声 （低频声染色）以及声聚焦等明 显特异声缺陷
第二节 室内音质 评价
3.
“噪声评价指数”（N曲线） “N25线”、“N90线” Lp = a + bN
德.波埃效应 1、如果两声级相同，听者感到声音是从中间来的。 2 、如果逐渐加大 Y1 的声级，听音者感到声象向
声像及声像定位
Y1 移动，声级差大于 15dB 时，听音者则感到声音 完全来自Y1处。
声级差15dB、时间差3ms产生的效果一样
现代调声技术中的声像移动器（ P.P ）（全景电 位器）
三、听觉特性对电声的技术要求
第三节 室内音质 的改善
常见声缺陷及其对音质的影响ห้องสมุดไป่ตู้室内音质改善的建筑声学方法
外界噪声对室内声场的干扰
1.
2. 3.
通过门、窗、管道进入；
透过墙壁等传入，二次声源。 建筑物构建受机械撞击，振动沿 隔离物传播辐射干扰
常见声缺陷及其 对音质的影响
混响时间对音质的影响
1. 2. 混响时间过长 混响时间过短
音色定义：人耳在主观感觉上区别 相同响度和音高的两类不同声音的 主观听觉特性称为音色。
音色
线状谱 声音谐波的产生机理 连续谱
共振峰
可闻声的频域特征
谱级分布 1、语声；2、音乐
起振段 10—100毫秒
可闻声的时域特征
稳态段 衰减段 高音衰减快，低音衰减慢
纯音的掩蔽
人耳听觉的非线 性掩蔽效应
噪声对纯音的掩蔽 “鸡尾酒会效应”
象，称之为简正频率的“简并”。
1.
室内声源辐射的连续稳定声波， 室内各受音点接受到的声压值也 是稳定的，声压随声源距衰减没 有室外明显。 由于室的周边对声的反射作用， 室内声源停止发声后，室内声并 不立即停止，而是继续持续以段 时间，这种声的残响现象通常称 之为混响。
室内声场的基本 特征
2.
3.
由于室形状的复杂性，声波在室 内传播时，还会产生回声、聚焦、 蛙鸣以及声染色等特异声现象。
人对声源方位的定位，对声音的立体感觉，主 要是依赖于双耳，这就是双耳效应。 声源到达左右耳的距离存在差异，将导致到达 两耳的声音在声级、时间、相位上存在着差异。 这种微小差异被人耳的听觉所感知，传导给大 脑并与存储在大脑里的听觉经验进行比较、分 析，得出声音方位的判别，这就是双耳效应。 形成双耳效应的本质因素在于声音到达两耳的 声音在声级差、时间差和相位差。
№ 1
人类听感的基本特征
响度 音高 音色
人类听感的基本 特征
可闻声的频域特征 可闻声的时域特征 人耳听觉的非线性掩蔽效应 人耳听觉的延时效应与双耳效应
响度
声压级与声强级
声压级 声强级
人耳对声音强弱的主观感觉称为响度。
可闻声的频域范围 等响度曲线
声学中，为了适应人耳听感的响度特性，方便对人耳听 觉响度的计量，采用对数来计算和划分声音强弱的等级。 某点声压的有效值与零声级的参考声压值之比的常用对 数，定义为声压级Lp，用分贝（Db）来表示：
声压级
Lp＝20lgPrms/Pref (dB) 式中：Prms－－某点声压的有效值 ，Pref－－零声级参考 声压 规定 1kHz 时人耳刚能听到的声音，声压为 2×10 － 5 Pa ， 作为声压级的0dB。
定义：某点声强值与零声级的参考 声强值之比的常用对数，定义为声 强级LI，用分贝（dB）来表示：
混响时间的频率特性
1.
室内声场分布
1. 2. 3. 4. 房间常数 混响半径 声源指向因子 室内声场分布计算
第一节 室内声场 （2）
驻波条件：L=n*λ /2
式中：（ n＝1，2，3，……）， λ
相应波长
简正方式和简正 频率
按驻波条件形成的每一个驻波称为
房间的一个简正方式，其相应的频
率为简正频率。 简正频率相同而简正方式不同的现
电 声
基础知识
一、声波的基本性质
声波与声场
声场中的能量
上半年
上半年 下半年
声波的传播
№ 1
声波与声场
声音是一种波动现象。当声源（机械振动源）振动时，振动体对周围相邻
声波机理
的媒质产生扰动，而被扰动的媒质又会对相邻媒质产生扰动，这种扰动的 不断传递就是声波产生与传播的基本机理。
上图采用４位二进制数进行量化，将声音强度划分为１６个量化级
控制噪声和振动干扰，提高声信噪比 修正混响时间及其频率特性，以符合设计要求 改善房间形体、结构，提高房间扩散性能
1. 长方体形房间长、宽、高比例尽量避免 1:2 、 1:1等简单比例关系。
室内音质改善的 建筑声学方法
2.
房间容积应足够大，使间隔较大的简正频率尽 量推向很低频段使频率范围内频率分布均匀。
上半年 上半年 下半年 频率域要求 时间域要求 非线性失真要求
频率域要求
频率失真 相位失真
时间域要求
瞬态和稳态 直流分量
设备系统的非线性
非线性失真要求
听觉的非线性 动态范围（阈）
四、室内声场与音质
上半年 上半年 下半年 下半年 室内声场 室内音质评价 室内音质改善 吸音与隔声材料的结构与机理
1.
室内声场的基本特征
1. 2. 3. 室内声场的组成 简正方式和简正频率 室内声场的基本特征
室内声场
2.
混响和混响时间
1. 2. 室内声场的建立稳定和衰减 混响时间的计算 1. 2. 3. 4. 3. 混响时间的定义 赛宾(W.C.Sabine)公式 艾润(C.F.Eyring)公式 其它混响公式
1. 实测混响时间，并计算与理论值的偏差； 或者根据实测混响曲线的不规则度来评 价实际声场的扩散特性。 2. 3. 实测室内声压级分布并与理想分布比较。 测量实际声场的指向扩散度，并据此评 价其扩散特性。
声场扩散特性
在“刺猬图”中，每根“针”的长 №
声场扩散特性
度表示该方向传来的声能强度。 设各空间角测次样本总数为N，则针 长平均值
№ 1
声波与声场
声场定义
声场媒质定义
存在着声波的空间称为声场。
声场中能够传递扰动的媒质称为声场媒质。
№ 1
声波与声场
球面声波的基本性质
声场与声波
球面声波的波动频率、波长及波速 求解声波的声压、媒质质点振速及声阻抗率
№ 2
声场中的能量
声能量与声能量密度
声能组成
声能量密度
声场中的能量
平面声波的声能与声能量密度
最佳混响时间
2. 3.
混响时间的频率 特性
混响时间的频率特性是指：房间的 混响时间随声信号的频率变化而变 化的特性（T60频谱）
混响感是人对混响程度的主观感受。
混响感
听觉比＝混响声声能密度（ es ） / 直达声声能密度（ed） “混响感”比“最佳混响时间”更 能反映听音者的听音音质。
前期反射声的时 间序列与方向序 列
3.
对长宽高比例不当的房间，可通过空间分割尽
量减少房间平行内壁。
4.
室内吸声材料和吸声结构的铺装以非对称为宜。
第一反射声
脉冲声的时间序列
前期反射声
混响声
矩形房间的驻波状态
房间常数
室内声场分布
混响半径 声源指向因子 室内声场分布的计算
室内音质设计的基本要求 主要评价量及评价标准
室内噪声水平
第二节 室内音质 评价
最佳混响时间
混响时间的频率特性
混响感 前期反射声的时间序列与方向序列
声场扩散特性
室内音质设计的基本要求