室内声环境

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。
公式适用于：
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总吸声量 房间表面积
平均吸声系数
室内声环境评价
实际的混响衰减曲线
由于衰减量程及本底噪声的干扰，造成很难在60dB内都有良好的衰减曲线， 因此有时取T30或T20 代替T60 。
室内声环境评价
混响时间计算的不确定性
室内条件与原公式假设条件并不完全一致。 1）室内吸声分布不均匀 2）室内形状，高宽比例过大，造成声场分布不均匀，扩散不完全。
室内声学原理
室内声环境研究的意义：
室内声环境是专门研究如何为建筑内部使用者创造一个合适的声音 环境。 声音是人类行为中重要的组成部分。 人们可以听到的声音都属于声环境范畴。人们可以听到谈话、鸟鸣、音 乐、泉水叮咚、歌声等；但也能听到吵闹、机器轰鸣、车辆的轰鸣等噪 声。 从人的感受上声音分两类： C类：舒服的，如音乐、歌唱、生活中的交谈等。 U类：不舒服的，如噪声、爆炸声、刺耳的啸叫声等。 有时，C类也会转换成U类，如邻居的歌声、别人之间的甜言蜜语、以及 应该听见听清而听不见、听不清的交谈等。 声环境设计围绕着人的感受，在设计中做到： 1、如何保证C类的声音听清听好——音质设计。 2、降低U类声音（噪声）对正常工作生活的干扰——噪声控制。
室内声环境评价
音质的主观评价
响度：指人们听到的声音的大小。足够的响度是室内具有良好音质的基本条件。 与响度相对应的物理指标是声压级。 丰满度：指人们对声音发出后“余音”的感觉。在室外，声音感觉“干瘪”，不 丰满。与丰满度相对应的物理指标是混响时间。 色度感：主要是指对声源音色的保持和美化。良好的室内声学设计要保持音色不 产生失真。另外，还应对声源具有一定美化作用，如“温暖”、“华丽”、“明 亮”。色度感：相对应的物理指标主要是混响时间的频率特性以及早期衰减的频率 特性 。 空间感：指室内环境给人的空间感觉，包括方向感、距离感（亲切感）、围绕感 等。空间感与反射声的强度、时间分布、空间分布有密切关系。 清晰度：指语言用房间中，声音是否听得清楚。清晰度与混响时间有直接关系， 还与声音的空间的反射情况及衰减的频率特性等综合因素有关。 无声学缺陷:如回声、颤动回声、声聚焦、声遮挡、声染色等影响听音效果及声音
室内声环境评价
什么是混响时间？
室内声场达到稳态后，声源突然停止发声，室内声压级将按线性 规律衰减。衰减60dB所经历的时间叫混响时间T60，单位S。
室内声环境评价
混响时间的计算——赛宾(Sabine)公式
赛宾是美国物理学家，他发现混响时间近似与房间体积成正比，与 房间总吸声量成反比，并提出了混响时间经验计算公式——赛宾公式。
求房间的混响时间T60
(500Hz, 2kHz)
二、某一剧场，大厅体积为6000 m3，共1200座，500Hz的空场混响时 间为1.2秒，满场为0.9秒，求观众在500Hz的人均吸声量。 三、在使用几何声学方法处理建筑声学问题时，应注意那些条件？ 四、混响声与回声有何区别？它们和反射声的关系如何？
典型环境
喷气式飞机喷气口 附近
声压 /Pa
630
声压级 /dB
150
典型环境
繁华的街道
声压/Pa
0.063
声压级 /dB
70
喷气式飞机附近
锻锤、铆钉操作位 置 大型球磨机旁 8-18型鼓风机附近 纺织车间
200
63 20 6.3 2
140
130 120 110 100
普通说话
微电机附近 安静房间 轻声耳语
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
反射声：声音经过建筑物反射后进入人耳的声音叫反射声；声音在传 播中遇到障碍物（比如墙面、地面、桌椅等）时，一部分进入障碍物 被其吸收，一部分被障碍物反射回去（即回声，其反射方向同镜子反 射光线一样）。 它通常分为一次反射声、二次反射等 如果在室内直达声和反射声往往 先后作用于人耳，实验表明当两者时间相差50ms（0.05秒）以内，人 耳听不到两个声音，反射声起到补充直达声的作用，声音变得厚实、 丰满。
计算用材料吸声系数与实际情况有误差一般误差在10%——15%
计算RT的意义： 1）“控制性”地指导材料的选择与布置。 2）预测建筑室内的声学效果 3）分析现有的音质问题
室内声环境评价
思考：
一、某长方形教室，长宽高分别为10米、6米、4米，已知装修情况为： 吸声系数 a 墙：抹灰实心砖墙 地面:实心木地板 天花：矿棉吸音板 500Hz 0.02 0.03 0.17 2000Hz 0.03 0.03 0.10
0.02
0.0063 0.002 0.00063
60
50 40 30 20
树叶落下的沙沙 0.0002 声
4-72型风机附近
公共汽车内
0.63
0.2
90
80
农村静夜
人耳刚能听到
0.000063
0.00002
10
0
室内声学原理
5.人耳频率响应与等响曲线
人耳对不同频率的声音敏感程度是不一样的，对于低于1000Hz和高于 4000Hz的声音，灵敏度降低。 不同频率，相同声压级的声音，人听起来的响度感觉不一样。 随着声压级的提高，人耳对频率的相对敏感度也不同。声压级高，相对 变化感觉小；声压级低，相对变化感觉大。
反射声的总和就是混响声
室内声环境评价
第一节 音质的主观评价与客观指标
在以听闻作为重要功 能的建筑，如剧场、 音乐厅、电影院、礼 堂、教室以及录音室、 电视演播室、电影摄 影棚等，音质设计往 往成为建筑设计的决 定因素之一,室内音质 设计是建筑声学设计 的一项重要内容，其 音质设计的成败往往 是评价建筑设计优劣 的决定性因素。
室内声学原理
室内声环境研究的内容：
音质评价标准
隔声隔振 材料的声学性能测试与研究 噪声的防止与治理 电声系统在建筑中的应用
在室内声学中，可以用几何声学、统计声学和波动声学的理论加以分 析。但对于建筑师来讲，可以少些关心复杂的理论分析和数学推导， 重要的是在于弄清楚一些声学基本原理，掌握一些必要的解决实际问 题的方法和计算公式，特别是弄清楚物理意义。
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
f：频率，每秒钟振动的次数，单位Hz(赫兹） l：波长，在传播途径上，两相邻同相位质点距离。单位每m(米) 声波完成一次振动所走的距离。 C：声速，声波在某一介质中传播的速度。单位m/s。
室内声学原理
6.声源的指向性
声源发出的声音在各个方向上分布不均匀，具有指向性。 声源尺寸比波长小得多时，可看作点声源，无指向性。 声源尺寸比波长差不多或更大时，声源不再是点声源，出现指向性。 声源尺寸比波长大的越多，指向性就越强。人们使用喇叭，目的是为了 增加指向性。 频率越高，指向性越强；指向性越强，则直达声声能越集中于声源轴 线附近。
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。
室内声学原理
人耳的主观听觉特性
1. 听觉范围
最高最低频率可听极限 一般地，青少年20~20KHz,中年30~15KHz,老年100~10KHz。
2. 哈斯(Hass)效应（时差效应）
人耳有声觉暂留现象（就像人眼视觉暂留：20ms以内连续），人对声音 的感觉在声音消失后会暂留一小段时间。 如果到达人耳的两个声音的时间间隔小于50ms，那么就不会觉得声音是 断续的。 直达声到达后50ms以内到达的反射声会加强直达声。直达声到达后 50ms后到达的“强”反射声会产生“回声”——哈斯效应。 根据哈斯效应，人耳在多声源发声内容相同的情况下，判断声源位置主 要是根据“第一次到达”的声音。因此，剧场演出时，多扬声器的情况 下要考虑“声象定位”的问题。
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。
室内声环境评价
客观指标：
声压级：房间中某处的声压级反映了该处的响度。在声源功率一定的情况下，增 大声压级需要获得更多的反射声。 混响时间RT：RT与室内的混响感、丰满度、清晰度有很大关系。RT越长，越感 丰满，但清晰度越差；RT越短，越感“干 ”，但清晰度提高。RT的频率特性与音 色有一定关系。RT低频适当增长，声音有温暖感、震撼感；RT高频适当增长，声 音有明亮感、清脆感。 反射声时间序列分布：人们最先听到的是直达声，之后是来自各个界面的反射声。 一般的，直达声后50ms到达的声音被称为近次反射声，这部分声音对加强直达声响 度、提高清晰度、维护声源方向起到很大作用。对于语言，人们提出清晰度D （difinition)的概念，指直达声及其后50ms以内的声能与全部声能之比。对于音乐人 们提出明晰度C(Clarity)的概念。
随与声源距离的增加， 声能发生衰减。对于点 声源，有： 测点与声源 之间的距离。 距离增加 一倍，声压级减少6dB。 声波在室内封闭空间的 传播
室内形成“复杂声场”
1、距声源同样的距离，室内比 室外响些。 2、室内声源停止发声后，声音 不会马上消失，会有一个交混回 响的过程，一般时间较短。夸张： “绕梁三日，不绝于耳” 3、当房间较大，而且表面形状 变化复杂，会形成回声和声场分 布不均，有时出现声聚焦、驻波 等。
4. 掩蔽效应
人耳对一个声音的听觉灵敏度因另外一个声音的存在而降低的现象叫掩 蔽效应。 一个声音高于另一个声音10dB,掩蔽效应就很小。 低频声对高频声的掩蔽作用大，接近掩蔽声频率的掩蔽量最大。
5.音调和音色
声音三要素： 声音的强弱、音调的高低、音色的好坏
室内几何声学
声音在室外与室内的传播比较
室外空旷地带