[建筑声学] 第2讲 室内声学原理
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• 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。
一、室内声音的增长、稳态和衰减
【 统 计 声 学 】
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
• 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，单位是秒（s）。
0.2
• 当声音频率 f ≥1000Hz 时，必须考虑空 气吸收对混响时间的影响。 • 一般地，4m与湿度、温度有关，通常按 相对湿度60%，室内温度20℃计。
4mV－空气吸收量。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（二）伊林（Eyring）公式
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
• 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，单位是秒（s）。 • 混响时间，是第一个，也是最重要的音质评价 物理指标。混响时间直接影响厅堂音质的丰满 度和清晰度。
A S
S 1 1 S 2 2 Sn n S 1 S 2 Sn • 赛宾公式适用于 0.2
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（一）赛宾（Sabine）公式 • 赛宾公式有以下的假设条件： • 首先，室内的声音是充分扩散的，即室内任 一点的声音强度一样，而且在任何方向上的 强度也一样； • 其次，室内声音按同样的比例被室内各表面 吸收，即吸收是均匀。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（三）混响时间计算的不确定性 为了确保厅堂内混响时间达到设计值，除 了作必要的计算以外，必须在施工过程中(即 将竣工前)进行混响时间的测定和试听，并对 计算值进行修正，使两者的差别减至最小。 在工程完工使用后，也还需作某些调试测 定工作，在不大量改动原装修的情况下，作最 后的调整，使之完全达到设计要求。 在音乐厅、录音和播音建筑以及声学实验 室建筑中，通常要进行两次这类声学测定，以 此弥补计算引起的差错（包括发现其他声学缺 陷）。实践证明，这样做是十分必要而有效的。
【 统 计 声 学 】
• 直达声：由声源直接到接收点而不受界面影响 的声音，其声强基本上按照距离平方反比而衰 减；
W I 2 4 r
W
r
【 统 计 声 学 】
• 直达声：由声源直接到接收点而不受界面影响 的声音，其声强基本上按照距离平方反比而衰 减； • 早期反射声：指在直达声之后相对延迟时间为 50ms内到达的反射声。这种短延时的反射声 难以与直达声分开，对直达声起到加强作用； • 混响声：在前次反射后陆续到达的、经过多次 反射的声音的统称。混响声的长短与强度将影 响厅堂音质，如清晰度和丰满度等。
【 室 内 声 压 级 的 计 算 】
• 对语言声和音乐声可以选择不同的声压级标准。 • 对于语言声，要求声压级应至少达到50~55dB, 信噪比（即语言声压级与背景噪声声压级之差） 要达到10dB以上。如果厅堂大部分座位处的声 压级达不到此要求时，就要考虑用扩声系统来 弥补声压级的不足或提高信噪比。当语言声压 级达到65~75dB时，响度感觉更为良好。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（一）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V成正比，与房间总吸声量A成反比， 并提出了混响时间经验计算公式——赛宾公式。
0.161 V T 60 A
• 其中：A－室内表面吸声量，
建 筑 声 学
第二讲 室内声学原理
声波在室外空旷地带的传播规律
【 前 言 】
• 点声源在自由声场中声压级随测点距声源距离 的变化为：
Lp LW 20lg r 11
• 若在距声源 r1 处的声压级为 L1 时，则在距声源 r2 处的声压级为 L2 可用下式计算：
L2 L1 20lg(r2 r1 )
，m 2
• 其中， Lw－声源的声功率级，dB S R R －房间常数， 1 Q －声源的指向性因数
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（一）赛宾（Sabine）公式
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（二）伊林（Eyring）公式
0.161V T 60 S ln(1 ) 4mV
• 其中：4m－空气吸收系数；
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
• 星海音乐厅的声学设计自1990年3月与广东省 文化厅和华南理工大学签约承接任务至1998 年6月13日启用，历经八年之久，在这期间进 行了三次模型试验，四次现场测定，以及大 量的声学构件实验室测定和计算工作。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（二）伊林（Eyring）公式
教材第390页
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（三）混响时间计算的不确定性 1、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 2、计算用材料吸声系数与实际情况有误差。 一般误差在10%~15%
界面部分反射，声能在声音停止 后，经过多次反射吸收，能量逐 渐下降。
界面全吸收，声能在声音停止后， 完全没有任何反射吸收，在接触 界面后，声能立即消失。
1
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（一）赛宾（Sabine）公式
S 1 1 S 2 2 Sn n S 1 S 2 Sn
二、几何声学作图方法
【 几 何 声 学 】
直达声
一次反射声
二次反射声
无规多次反射
二、几何声学作图方法
【 几 何 声 学 】
二、几何声学作图方法
【 几 何 声 学 】
• 利用几何作图的方法可以将各界面对声音的反 射情况进行分析，通常只着重研究前一、二次 反射声，并控制其分布情况，以改善室内音质。
【 室 内 声 压 级 的 计 算 】
• 对语言声和音乐声可以选择不同的声压级标准。 • 对于音乐演出，如交响音乐，由于演出时动态 范围大（指最高声压级与最低声压级之间的变 化范围），往往超过40dB，所以给如何评价 听音乐演出时的响度感带来困难。一种办法是 通过测量乐队齐奏强音标志乐段的平均声压级 La来评价，希望La达到90dB左右，响度感觉就 比较满意，且空间感也出得来。
【 前 言 】
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。
第一部分：
【几 何 声 学】
一、几何声学的确立条件
【 几 何 声 学 】
• 几何声学就是用声线的观点研究声波在封闭空 间中传播的科学。 • 声线是假想的垂直于波阵面的直线，主要用 于几何声学中对声传播的跟踪。
【 统 计 声 学 】
• 直达声、早期反射声、混响声
【 统 计 声 学 】
• 到达某一接收点的直达声和各个反射声，在时间上 有先后（直达声、早期反射声、混响声）； • 在传播过程中，由于碰到界面，部分声能被吸收而 由强变弱（声音的增长、稳态和衰变） 。
一、室内声音的增长、稳态和衰减
【 统 计 声 学 】
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（二）伊林（Eyring）公式 • 计算混响时间时，一般取125、250、500、10 00、2000、4000六个倍频程中心频率。对于 录音室和播音室有时还应追加 63Hz和8000Hz 的混响时间。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
第二部分：
【统 计 声 学】
【 统 计 声 学 】
• 当一声源在室内发声时，声波由声源到室内各 接收点形成了复杂的声场。 • 对于室内声音的形成，除了考虑其空间分布外， 还需考虑： • 到达某一接收点的直达声和各个反射声，在 时间上有先后（直达声、早期反射声、混响 声）； • 此外，在传播过程中，由于碰到界面，部分 声能被吸收而由强变弱（声音的增长、稳态 和衰变） 。
【 室 内 声 压 级 的 计 算 】
• 当一点声源在室内发声时，在室内声场充分扩散的 条件下，已知声源的声功率 W，则可利用以下的 稳态声压级公式计算离开声源不同距离 r 处的声压 级 Lp，即
Q 4 Lp Lw 10 lg( ) 2 4 r R Q 4 10 lg W 10 lg( ) 120 (dB ) 2 4 r R
【 统 计 声 学 】
（三）计算混响时间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。
第三部分：
【室内声压级的计算】
【 室 内 声 压 级 的 计 算 】
• 与音质响度感密切相关的物理指标是声压级。
• 通过声压级的计算，可以估计室内能否达到满 意的响度，并能估计声场分布是否均匀。如果 采用电声系统，还可以预计扬声器所需的功率。
• 即：随着声源距离的增加，声能发生衰减。当 测点距声源距离加倍时，其声压级则衰减6dB。 （平方反比定律）
声波在室内封闭空间的传播
【 前 言 】
在建筑声学中，很多情况涉及到声波在一 个封闭空间内（如剧院观众厅、播音室等）传 播的问题。这时，声波传播将受到封闭空间的 各个界面（墙壁、顶棚、地面等）的约束，形 成一个比在自由空间(如露天)要复杂得多的 “声场”。 这种声场具有一些特有的声学现象：在室 内，当声源停止发声后，声音不会像在室外那 样立即消失，而要持续一段时间；又如，如在 距声源同样远处要比露天响一些。这些现象对 听音有很大影响。因此，为了做好声学设计， 应对声音在室内传播的规律及室内声场的特点 有所了解。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【统 计 声 学 】
0
0 1
（一）赛宾（Sabine）公式
S 1 1 S 2 2 Sn n S 1 S 2 Sn
混响室 普通厅堂 房间等 消声室 界面全反射，声能在声音停止后， 无限时间存在。
一、几何声学的确立条件
【 几 何 声 学 】
• 几何声学就是用声线的观点研究声波在封闭空 间中传播的科学。 • 声线是假想的垂直于波阵面的直线，主要用 于几何声学中对声传播的跟踪。 • 几何声学假设条件为： • 声音在同一介质内按直线方向前进；两条声 线相交后，各自仍按原来方向前进。 • 当遇到尺度超过波长较多的界面时，声能被 部分吸收，其余将会反射，并遵循反射定律。 • 忽略传播过程中声音的波动性(即可能产生 绕射、干涉等)，仅考虑声音的频率和功率。
声波在室内封闭空间的传播
【 前 言 】
对于声波在室内的传播状况，可以用波动 声学（或物理声学）的理论进行严格的分析， 但这将涉及一些复杂的数学推导。 我们这一讲《室内声学原理》，主要介绍 一些目前在工程实际中采用的根据几何声学和 统计声学近似理论得出的分析方法和计算公式。 对于一些只能用波动声学说明的现象也作简单 介绍。
一、几何声学的确立条件
【 几 何 声 学 】
• 几何声学虽不能解释所有的声学现象，但至少 在中、高频范围内，尤其当房间尺度较大时， 比较近似地反映了客观实际，可以清楚地让人 们知道室内各界面反射声音的情况，具有简便、 直观的特点，在室内声学中被广为采用。 • 几何声学一般适用于当声波（125Hz～4000Hz） 传播的距离和界面尺度远大于波长的场合。在 应用时，必须认真考虑对低频声波的作用。
一、室内声音的增长、稳态和衰减
【 统 计 声 学 】
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
• 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，单位是秒（s）。
0.2
• 当声音频率 f ≥1000Hz 时，必须考虑空 气吸收对混响时间的影响。 • 一般地，4m与湿度、温度有关，通常按 相对湿度60%，室内温度20℃计。
4mV－空气吸收量。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（二）伊林（Eyring）公式
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
• 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，单位是秒（s）。 • 混响时间，是第一个，也是最重要的音质评价 物理指标。混响时间直接影响厅堂音质的丰满 度和清晰度。
A S
S 1 1 S 2 2 Sn n S 1 S 2 Sn • 赛宾公式适用于 0.2
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（一）赛宾（Sabine）公式 • 赛宾公式有以下的假设条件： • 首先，室内的声音是充分扩散的，即室内任 一点的声音强度一样，而且在任何方向上的 强度也一样； • 其次，室内声音按同样的比例被室内各表面 吸收，即吸收是均匀。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（三）混响时间计算的不确定性 为了确保厅堂内混响时间达到设计值，除 了作必要的计算以外，必须在施工过程中(即 将竣工前)进行混响时间的测定和试听，并对 计算值进行修正，使两者的差别减至最小。 在工程完工使用后，也还需作某些调试测 定工作，在不大量改动原装修的情况下，作最 后的调整，使之完全达到设计要求。 在音乐厅、录音和播音建筑以及声学实验 室建筑中，通常要进行两次这类声学测定，以 此弥补计算引起的差错（包括发现其他声学缺 陷）。实践证明，这样做是十分必要而有效的。
【 统 计 声 学 】
• 直达声：由声源直接到接收点而不受界面影响 的声音，其声强基本上按照距离平方反比而衰 减；
W I 2 4 r
W
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【 统 计 声 学 】
• 直达声：由声源直接到接收点而不受界面影响 的声音，其声强基本上按照距离平方反比而衰 减； • 早期反射声：指在直达声之后相对延迟时间为 50ms内到达的反射声。这种短延时的反射声 难以与直达声分开，对直达声起到加强作用； • 混响声：在前次反射后陆续到达的、经过多次 反射的声音的统称。混响声的长短与强度将影 响厅堂音质，如清晰度和丰满度等。
【 室 内 声 压 级 的 计 算 】
• 对语言声和音乐声可以选择不同的声压级标准。 • 对于语言声，要求声压级应至少达到50~55dB, 信噪比（即语言声压级与背景噪声声压级之差） 要达到10dB以上。如果厅堂大部分座位处的声 压级达不到此要求时，就要考虑用扩声系统来 弥补声压级的不足或提高信噪比。当语言声压 级达到65~75dB时，响度感觉更为良好。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（一）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V成正比，与房间总吸声量A成反比， 并提出了混响时间经验计算公式——赛宾公式。
0.161 V T 60 A
• 其中：A－室内表面吸声量，
建 筑 声 学
第二讲 室内声学原理
声波在室外空旷地带的传播规律
【 前 言 】
• 点声源在自由声场中声压级随测点距声源距离 的变化为：
Lp LW 20lg r 11
• 若在距声源 r1 处的声压级为 L1 时，则在距声源 r2 处的声压级为 L2 可用下式计算：
L2 L1 20lg(r2 r1 )
，m 2
• 其中， Lw－声源的声功率级，dB S R R －房间常数， 1 Q －声源的指向性因数
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（一）赛宾（Sabine）公式
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（二）伊林（Eyring）公式
0.161V T 60 S ln(1 ) 4mV
• 其中：4m－空气吸收系数；
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
• 星海音乐厅的声学设计自1990年3月与广东省 文化厅和华南理工大学签约承接任务至1998 年6月13日启用，历经八年之久，在这期间进 行了三次模型试验，四次现场测定，以及大 量的声学构件实验室测定和计算工作。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（二）伊林（Eyring）公式
教材第390页
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（三）混响时间计算的不确定性 1、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 2、计算用材料吸声系数与实际情况有误差。 一般误差在10%~15%
界面部分反射，声能在声音停止 后，经过多次反射吸收，能量逐 渐下降。
界面全吸收，声能在声音停止后， 完全没有任何反射吸收，在接触 界面后，声能立即消失。
1
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（一）赛宾（Sabine）公式
S 1 1 S 2 2 Sn n S 1 S 2 Sn
二、几何声学作图方法
【 几 何 声 学 】
直达声
一次反射声
二次反射声
无规多次反射
二、几何声学作图方法
【 几 何 声 学 】
二、几何声学作图方法
【 几 何 声 学 】
• 利用几何作图的方法可以将各界面对声音的反 射情况进行分析，通常只着重研究前一、二次 反射声，并控制其分布情况，以改善室内音质。
【 室 内 声 压 级 的 计 算 】
• 对语言声和音乐声可以选择不同的声压级标准。 • 对于音乐演出，如交响音乐，由于演出时动态 范围大（指最高声压级与最低声压级之间的变 化范围），往往超过40dB，所以给如何评价 听音乐演出时的响度感带来困难。一种办法是 通过测量乐队齐奏强音标志乐段的平均声压级 La来评价，希望La达到90dB左右，响度感觉就 比较满意，且空间感也出得来。
【 前 言 】
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。
第一部分：
【几 何 声 学】
一、几何声学的确立条件
【 几 何 声 学 】
• 几何声学就是用声线的观点研究声波在封闭空 间中传播的科学。 • 声线是假想的垂直于波阵面的直线，主要用 于几何声学中对声传播的跟踪。
【 统 计 声 学 】
• 直达声、早期反射声、混响声
【 统 计 声 学 】
• 到达某一接收点的直达声和各个反射声，在时间上 有先后（直达声、早期反射声、混响声）； • 在传播过程中，由于碰到界面，部分声能被吸收而 由强变弱（声音的增长、稳态和衰变） 。
一、室内声音的增长、稳态和衰减
【 统 计 声 学 】
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【 统 计 声 学 】
（二）伊林（Eyring）公式 • 计算混响时间时，一般取125、250、500、10 00、2000、4000六个倍频程中心频率。对于 录音室和播音室有时还应追加 63Hz和8000Hz 的混响时间。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
第二部分：
【统 计 声 学】
【 统 计 声 学 】
• 当一声源在室内发声时，声波由声源到室内各 接收点形成了复杂的声场。 • 对于室内声音的形成，除了考虑其空间分布外， 还需考虑： • 到达某一接收点的直达声和各个反射声，在 时间上有先后（直达声、早期反射声、混响 声）； • 此外，在传播过程中，由于碰到界面，部分 声能被吸收而由强变弱（声音的增长、稳态 和衰变） 。
【 室 内 声 压 级 的 计 算 】
• 当一点声源在室内发声时，在室内声场充分扩散的 条件下，已知声源的声功率 W，则可利用以下的 稳态声压级公式计算离开声源不同距离 r 处的声压 级 Lp，即
Q 4 Lp Lw 10 lg( ) 2 4 r R Q 4 10 lg W 10 lg( ) 120 (dB ) 2 4 r R
【 统 计 声 学 】
（三）计算混响时间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。
第三部分：
【室内声压级的计算】
【 室 内 声 压 级 的 计 算 】
• 与音质响度感密切相关的物理指标是声压级。
• 通过声压级的计算，可以估计室内能否达到满 意的响度，并能估计声场分布是否均匀。如果 采用电声系统，还可以预计扬声器所需的功率。
• 即：随着声源距离的增加，声能发生衰减。当 测点距声源距离加倍时，其声压级则衰减6dB。 （平方反比定律）
声波在室内封闭空间的传播
【 前 言 】
在建筑声学中，很多情况涉及到声波在一 个封闭空间内（如剧院观众厅、播音室等）传 播的问题。这时，声波传播将受到封闭空间的 各个界面（墙壁、顶棚、地面等）的约束，形 成一个比在自由空间(如露天)要复杂得多的 “声场”。 这种声场具有一些特有的声学现象：在室 内，当声源停止发声后，声音不会像在室外那 样立即消失，而要持续一段时间；又如，如在 距声源同样远处要比露天响一些。这些现象对 听音有很大影响。因此，为了做好声学设计， 应对声音在室内传播的规律及室内声场的特点 有所了解。
二、混响时间 Reverberation Time （RT）
【统 计 声 学 】
0
0 1
（一）赛宾（Sabine）公式
S 1 1 S 2 2 Sn n S 1 S 2 Sn
混响室 普通厅堂 房间等 消声室 界面全反射，声能在声音停止后， 无限时间存在。
一、几何声学的确立条件
【 几 何 声 学 】
• 几何声学就是用声线的观点研究声波在封闭空 间中传播的科学。 • 声线是假想的垂直于波阵面的直线，主要用 于几何声学中对声传播的跟踪。 • 几何声学假设条件为： • 声音在同一介质内按直线方向前进；两条声 线相交后，各自仍按原来方向前进。 • 当遇到尺度超过波长较多的界面时，声能被 部分吸收，其余将会反射，并遵循反射定律。 • 忽略传播过程中声音的波动性(即可能产生 绕射、干涉等)，仅考虑声音的频率和功率。
声波在室内封闭空间的传播
【 前 言 】
对于声波在室内的传播状况，可以用波动 声学（或物理声学）的理论进行严格的分析， 但这将涉及一些复杂的数学推导。 我们这一讲《室内声学原理》，主要介绍 一些目前在工程实际中采用的根据几何声学和 统计声学近似理论得出的分析方法和计算公式。 对于一些只能用波动声学说明的现象也作简单 介绍。
一、几何声学的确立条件
【 几 何 声 学 】
• 几何声学虽不能解释所有的声学现象，但至少 在中、高频范围内，尤其当房间尺度较大时， 比较近似地反映了客观实际，可以清楚地让人 们知道室内各界面反射声音的情况，具有简便、 直观的特点，在室内声学中被广为采用。 • 几何声学一般适用于当声波（125Hz～4000Hz） 传播的距离和界面尺度远大于波长的场合。在 应用时，必须认真考虑对低频声波的作用。