声学

01 基本知识

声音三要素(感觉量)

  1. 声音的强弱(响度、响度级)
  2. 音调的高低(频率)
  3. 音色的好坏

人耳特点

  • 人耳听觉对高频敏感,对低频不敏感。等响曲线:与1000Hz纯音听起来同样响。参考40方等响曲线定义dB(A)。
  • 0dB – 120dB。听阈到痛阈声压跨度大,痛阈为听阈的106倍,所以采用lg。
  • 哈斯效应:0.05s×340m/s=17m。

声压级的比较、叠加、减噪、衰减

  • 20×lg(P/P0) 声压级比较,声压增加一倍,差6dB,20×lg2。
  • 10×lg(P/P0) 2个相同叠加,增加3dB;4个相同叠加,增加6dB。
  • 减噪一半,降低3dB。
  • 自由声场,距离增加一倍,声音的衰减:6dB(点),4dB(有限长线),3dB(无限长线)、0(面)。
  • 隔声:质量定律20×lg·fm+k(f、m增加一倍,隔声量6dB)

共振与隔振

  • f/f0=1,共振,震动被放大。
  • f/f0=√2,传递系数为1,无衰减传递。
  • f/f0≥√2,传递系数小于1,隔振。
  • f0为基座固有频率,隔振基座的阻尼效应对中高频(f)尤为突出。
  • 金属隔振器容易疲劳失效。
频率比-传递系数曲线
频率比-传递系数曲线

吻合效应

  • 因声波入射角度造成的声波作用与隔墙中弯曲波传播速度相吻合而使隔声量降低的现象。

02 吸声

  • 50-1000Hz为中频。
  • 吸声系数=1-反射=吸收+透射。
  • 一般吸声降噪,效果6-10dB,小于一般隔音效果。
  • 吸声处理只能减弱反射声。只有当人们离噪声源较远,人们接受的反射声较直达声强烈,采用吸声措施才有明显效果。

吸声原理

  1. 多孔吸声材料:内大量微小的连通的孔隙, 声能由于阻力发生摩擦转化为热能。 高频的声音摩擦频率高,吸收效果好。罩面孔洞率>20%,薄膜厚度<0.05mm,才不会影响多孔吸声材料本身的特性。
  2. 薄板、薄膜吸声:薄板、薄膜剧烈共振而大量吸收声能。 低频容易使薄板共振,吸收效果好。

注意下面两种材料不是多孔吸声材料:

  • 仅仅表面有孔洞的
  • 内部具有大量孔洞但不连通的

03 隔声设计标准、噪声评价、隔音

  • 城市主要噪声源是交通噪音。
  • 减噪应该从根源控制。
  • 室内降噪只能降低混响声,不能降低直达声。
  • 噪声评价及控制标准:
    • 空气声使用计权隔声量:吸收了多少dB。分户墙≥45dB,活动隔断≥35dB。
    • 撞击声使用计权标准化声压级差:标准撞击还剩下多少dB。 住宅楼板≤75dB。
    • 粉红噪声修正、交通噪音修正。
    • 夜间补偿(10dB)。
  • 生产车间噪声极限:85dB。
  • 城市居民、文教区白昼≤55dB。
  • 住宅室内允许噪声,比区域环境小10dB。

04 厅堂音质设计

  • 音质客观评价标准
    • 响度级dB(A)。
    • 混响时间。
    • 反射声时间与空间分布。
  • 音质主观评价
    • 合适的响度
    • 较高的清晰度和明晰度
    • 足够的丰满度

 音质设计步骤

  1. 容积的确定:保证响度与混响时间。每座容积指标,m³/座。
  2. 体型的设计:
    • 直射声。
    • 前次反射声。
    • 避免声学缺陷(反射板设置)。
  3. 混响时间设计:
    • 混响时间T60,衰减60dB所经历的时间,与V、S、α、f相关。
    • 2000Hz以上要考虑空气吸声。
    • 用缩小模型,要用对应比例放大的高频音测试,v=f·λ
  4. 电声(扩声)设计


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