第四章 室内声学

第四章 室内声学

4-1 室内声的组成

1．直达声和反射声

2．前期反射声和混响声

延迟不超过50ms的反射声计为前期反射声

4-2 闭室的混响声与混响时间

1．闭室的简正频率：反射声在室内往返传播要产生干涉引起驻波现象。这些复杂的驻波现象可看成是由许多简正波叠加组成，每一简正波都有其对应的简正频率，或固有频率：

f0=C0

2

(

nx

l x )2+(

n y

l y )2+(

n z

l z )2

式中l x、l y、l z为室内长、宽、高，C0为声速, n x、n y、n z为零或正整数2．简正频率特点

（1） 相邻简正频率间的平均频率间隔断△f：△f≈

C03 4πV f2

f为计算△f处频率Ｖ为闭室容积

在相对的低频，简正频率之间间隔较大；而随着频率的增高，简正频率的分布密度会逐渐增加，例如：长×宽×高＝10米×6米×4米

fo : 17.2 ; 28.7 ; 33.4 ; 34.4 ; 43 ; 44.8 ; 46.3 ; 51.6 ; 51.7 赫兹

(2)染色现象：如只有个别的频率分量能激发出简正波，会使室内的声音在这些个

别频率分量上突出地加强和拖尾，导致一种在听觉上的染色现象。容积小的闭室低

频就是如此。

(3)房间应有的起码容积Vmin≥4λ3max

λmax声音频谱中最低频率分量所对应的声波波长(米)

对一个矩形闭室,其长、宽、高比例最好取无理数，切忌整数倍避免发生过多的简并现象。扬声器箱内尺寸亦如此。最好按黄金分割1.618 : 1 : 0.618

3.混响时间(reverberation time)

混响时间定义：声源停止后，声压级减少60dB所需的时间。对小型录播室：0.5秒；礼堂、影院：１秒；剧院、音乐厅：1.5秒。

在一闭空间内，当某一频率或频带的声音在声源已被停止后，在此闭空间内声压级减少60dB所需要的时间Ｔ60，叫混响时间。

房间愈大，房间内吸声量愈小，混响时间愈长，反之就愈短。

４．赛宾公式：赛宾是建筑声学创始人，他在本世纪初设计了波士顿音乐厅，至今仍是一座建筑声学经典作品。

赛宾公式：T60≈KV

A=

0.161V

a •S

(K为与温度有关的常量，常温下K≈0.161(秒/米),V

为闭室容积,S为表面总面积,A-室内的总吸声量A＝a S，a为平均吸声系数,)当考虑到空气对声波的衰减率m

修正公式(1932年努特森提示):T60≈

0.161V

-Sln(1－

a

)+4mV式中m为空气对声波的衰减

率（1/米）ln=loge

当声音频率小于1KＺm≈0

5.扩散声场和混响衰减特性：（diffuse field）

（1）扩散声场理想条件：

①空间各点声能密度均匀;②从各个方向到达某一点的声能流的几率相同;③由各方向到某点的声波的相位是无规的.

(2)混响声场有二种含义:

① 相同于扩散声场;

② 声源在一定大小的空间中稳定地辐射声波时,空间内声场由直达声和混响声选加组成。邻

近声源处以直达声为主，远离声源处则混响声占优势。直达声级与混响声级相等的点到声源的平均距离称混响半径；大于混响半径以外的声场有时就称作混响声场。混响声场可以在混响室中近似达到。

③ 各种混响衰减特性：

∑(对数座标) ∑(对数座标) ∑(对数座标) 声能密度

声源停止发声声源停止发声声源停止发声

甲良好的混响衰特性乙折线式不良混响衰减特性丙停顿式不良混响衰减特性当房间的扩散处理不好时,有可能出现混响衰减的不连续性,引起听觉有类似回声的感觉. 6．混响时间与人的听音效果

过长混响时间使人感到声音发生“混浊”不清的感觉，使语言听音清晰度降低，甚至根本听不清；混响时间太短就有“沉寂“的感觉，声音听起来很不自然。例如一般小型播音室及录音室，最佳混响时间在0.5秒或更短一些。主要供演讲用的礼堂或电影院在1秒左右，主要供演奏音乐用小剧院和音乐厅在1.5秒左右。

7．消声室和混响室

消声室：T60≈0

混响室：T60≈∞

§4-3室内吸声处理与常用吸声材料和结构

吸声材料(或吸声结构)按频率特性分类

x 吸声系数 a a a a

f 频率

甲全频带吸声中高频吸声高频吸声中频吸声低频吸声

1.多孔材料：吸声材料存在许多形状复杂的孔洞,统称多孔材料,其吸声机理是孔中空气质

点在声波作用下振动产生粘滞性磨擦,纤维材料发生形变产生的内摩擦等因素而消耗了声能的能量.

多孔材料吸声系数随其厚度的变化示意图背后空气层厚度对多孔吸声材料吸声系数的

影响(多孔材料厚25MM)

2.穿孔板结构:

在金属板、薄木板、水泥板、石膏板上

穿以一定密度的圆孔，并在其后设置一定

厚度的空气层和适当的多孔吸声材料，就

构成了穿孔板吸声结构。

在声波入射时，孔中的空气质点将在

该声学系统的谐振频率附近的频率上激烈

地振动起来，（即谐振起来），这时空气质

点与孔壁以及其后的多孔吸声材料发生剧

烈的磨擦，因而表现出较大的吸声系数和；

背后空气层不太厚时穿孔板的谐振式吸声特性

其吸声频率特性表现出明显的谐振特点：

a

f 背后的吸声材料增加时穿孔结构 背后空气层很厚时，穿孔板结构 谐振频率减低吸声系数增加 呈现宽频带吸收特性

“微孔”（厚度小于1mm,孔径小于1mm,穿孔率为（1-3）%）穿孔板结构的吸声系数较大，而且吸声频带较宽，很受建筑业欢迎。

3.共振板结构

用胶合板，木纤板等具有一定弹性

的薄板大面积的钉在龙骨上以便使板

后留有一个空气腔，这样板材与空气层

便组成一个共振吸声结构。当声波传来

时，将激起该系统发生振动，从而消耗

一部分声波的能量达到吸声的目的。

估称公式：f0≈600

ML

(赫)f0为共振板结构共振频率