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第二讲室内声学2.1声波在室外空旷地带的传播规律随与声源距离的增加，声能发生衰减。对于点声源，有：距离增加一倍，声压级减少6dB。对于存在地面反射的情况，有：著名的古罗马埃皮达罗斯露天剧场17000座（TheateratEpidauros300B.C.）为了使观众尽可能地靠近舞台，将观众席布置成升起很大的半圆形，听闻效果很不错。另外，演员使用面具来夸张面部表情，并增加了向观众席的声辐射。表演区的上方及两侧建了倾斜的墙面，对反射声音，提高语言清晰度有很大的好处。2.1声波在室外空旷地带的传播规律声音在室外传播时的折射•光通过棱镜会弯曲，同样，声速发生变化时，传播方向会改变,称之为折射。•温度的改变会产生声音折射。温暖的空气中声速较快，声波向温度低的一面弯曲。•晴朗夏日的午后，大气温度随着高度的增加而降低。这时，声波向上弯曲，造成声波传播得较近。•夜里或清晨，大气温度梯度相反，地面气温比空中冷，声波向地面弯曲。声波会跳跃式传播，传得比正常情况远。在冬季结冰的湖面，对着湖面说话，湖对面的人能听得很清楚。•声波也会随风产生类似的弯曲，顺风传播时，可以传的比期望的远，逆风传播时，会产生阴影区。沙阿清真寺（雪兰莪州，马来西亚）沙阿是马来西亚首都吉隆坡外的城镇，为马来西亚雪兰莪州的首府。沙阿清真寺是城镇的祈祷中心，上覆穹顶，距地面76m。清真寺四角建四个137m高的邦克楼。沙阿清真寺扩声系统希望能够召集距清真寺达5km半径上的祈祷者。每一个尖塔都在91米高度上设置大功率扬声器系统。然而，扩声系统设计忽略了大气温度变化引起的声音折射。这个地区的温度模式是温度随高度增加而减小，导致声波向高空弯曲，其结果导致召集教众的可听范围距清真寺只有3km。后来在3km以外的地区加装了分布式扬声器系统，并配置了电声延迟器。2.1室内声场声音从声源发出后,与室外情况很不同。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。以上现象源于：封闭空间内各个界面使声波被反射或散射。2.3几何声学与波动声学在室内声学中，可以用几何声学、统计声学和波动声学的理论加以分析。几何声学波动声学声音在房间内的反射LongreverberationwithacousticproblemsReducedreverberationwithBasotectComputersimulation增加空间吸声体后，4-5秒混响时间声场演示ComputersimulationBasotect波动声学：缩尺比例模型测试（准确度较高）几何声学：计算机音质模拟（准确度比模型低）•混响衰减曲线。•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。•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。2.4混响时间ReverberationTime(RT)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。公式适用于：V房间体积A室内总吸声量反射界面的平均吸声系数混响室界面全反射，声能在声音停止后，无限时间存在。普通厅堂房间等界面部分反射，声能在声音停止后，经过多次反射吸收，能量逐渐下降。消声室界面全吸收，声能在声音停止后，完全没有任何反射，在接触界面后，声能立即消失。伊林—努特生公式4m:空气吸收系数，空气吸收=4mV当频率取=2KHz时，一般地，4m与湿度温度有关，通常取相对湿度60%,温度20oC时，4m为2KHz——0.0094KHz——0.022计算RT时，一般取125、250、500、1K、2K、4K六个倍频程中心频率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•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清华大学标志之一：大礼堂清华百年校庆的改造方案设想最早将建筑声学引入中国的是清华大学物理系创始人叶企孙先生。1920年3月，由美国建筑师亨利•墨菲（HenryKillamMurphy，1877—1954年）设计的清华大礼堂落成，建筑形式融合了古希腊和古罗马的建筑风格，座席1400个，是当时中国大学中最大的礼堂兼讲堂。圆形的天穹和光滑的石材墙，使室内听音较为困难。1、室内声压级=直达声+混响声。2、距离声源越远，直达声强度越小。3、在多次反射的理想情况下，室内混响声处处相等。4、室内声学设计利用近次反射声提高所覆盖区域的室内声压级。室内声压级1、在混响半径以内，直达声大于混响声。2、在混响半径以外，直达声小于混响声。3、房间表面平均吸声系数越大，混响半径越长。混响半径2.5室内声压级计算及混响半径室内稳态声压级的计算公式：公式前提：1）点声源2）连续发声3）声场分布均匀混响半径：混响声能密度=直达声能密度=混响半径指向性因数：QQ=1,2,4,8在房间内存在共振现象：2.6房间的共振与共振频率简并现象：当不同共振方式的共振频率相同时，出现共振频率的重叠，称为“简并”。简并出现时，共振频率的声音被大大加强，形成频率特性的失真，低频会产生翁声，或产生“声染色”（coloration)防止简并现象的根本原则是：使共振频率分布尽可能均匀。具体措施有：1）选择合适的房间尺寸、比例和形状；2）将房间的墙或天花做成不规则形状；3）将吸声材料不规则地分布在房间的界面上。山西运城普救寺莺莺塔莺莺塔蛙鸣现象原理“蛙鸣现象”，即正对塔拍手或说话可听到多次重叠的声音，象似蛙鸣，原因是多层挑檐形成的声反射。2.7反射声与回声、颤动回声北京天坛回音壁北京天坛回音壁、三音石和圆丘的特别建筑形式形成了特殊的声音反射现象。回音壁直径65米，可使微弱的声音沿壁传播一二百米，在皇穹宇的台阶前三音石可以听到几次回声。