声学的基本性质和室内声场

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1、声学基础第一章声音的基本性质1.1声音的产生与传播声音是人耳通过听觉神经对空气振动的主观感受。声音产生于物体的振动，例如扬声器的纸盆、拨动的琴弦等等。这些振动的物体称之为声源。声源发声后，必须经过一定的介质才能向外传播。这种介质可以是气体，也可以是液体和固体。在受到声源振动的干扰后，介质的分子也随之发生振动，从而使能量向外传播。但必须指出，介质的分子只是在其未被扰动前的平衡位置附近作来回振动，并没有随声波一起向外移动。介质分子的振动传到人耳时，将引起人耳耳膜的振动，最终通过听觉神经而产生声音的感觉。例如，扬声器的纸盆，当音圈通过交变电流时就会产生振动。这种振动引起邻近空气质点疏密

2、状态的变化，又随即沿着介质依次传向较远的质点，最终到达接收者。可以看出，在声波的传播过程中，空气质点的振动方向与波的传播方向相平行，所以声波是纵波。扬声器纸盒就相当于上图中的活塞在空气中，声音就是振动在空气中的传播，我们称这为声波。声波可以在气体、固体、液体中传播，但不能在真空中传播。1.2声波的频率、波长与速度当声波通过弹性介质传播时，介质质点在其平衡位置附近作来回振动。质点完成一次完全振动所经历的时间称为周期，记为T，单位是秒(s)。质点在1秒内完成完全振动的次数称为频率，记作f，单位为赫兹(Hz)，它是周期的倒数，即：f=1/T介质质点振动的频率即声源振动的频率。频率决定了

3、声音的音调。高频声音是高音调，低频声音是低音调。人耳能够听到的声波的频率范围约在20—20000Hz之间。低于20Hz的声波称为次声波，高于20000Hz的称为超声波。次声波与超声波都不能使人产生听感觉。声波在其传播途径上，相邻两个同相位质点之间的距离称为波长，记为λ，单位是米(m)。或者说，波长是声波在每一次完全振动周期中所传播的距离。声波在弹性介质中传播的速度称为声速，记为v，单位是米/秒(m/s)。声速不是介质质点振动的速度，而是质点振动状态的传播速度。它的大小与质点振动的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温度有关。20度的空气中声速为344米/秒。频率、波长、周期和声速有

4、如下关系：c=fλ或c=λ/T声学测量中常常在某一频率区间取特定值进行测量。这个频率区间称之为频带（Frequencyband）。由上限频率f2和下限频率f1规定宽带。f1、f2间隔可以用频率比或以2为底的对数表示，称为频程。关系式：2=2^nf1当n=1时，称为1/1倍频程(Octave)，即每个频带是上限频率为下限频率两倍的频带宽度，即f2=2f1。当n=1/3时，称为1/3倍频程，即每个频带是上限频率为下限频率1.26倍的频带宽度，即f2=1.26f1。为了某种特殊的需要，更窄的频带有1/10倍频程、1/12倍频程、1/15倍频程、1/30倍频程等等。1/1倍频程对应于音乐

5、上的一个八度。在房屋建筑中，频率为100-10000Hz的声音很重要。它们的波长范围相当于3.4-0．034m。这个波长范围与建筑内部的一些部件尺度相近，故在处理一些建筑声学问题时，对这一波段的声波尤其要引起重视。1.3声功率级、声强级和声压级声功率级：声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能，用W表示，单位为瓦(W)或微瓦(uW)。为了计算方便，通常用一个声功率基准量10-12W作参考量，把声功率与之相比取常用对数，乘以10，称为声功率级，即Lw=10lg(W/Wo)这里Lw为声功率级(dB)，W为声功率，Wo为基准声功率。声强级：单位时间内通过垂直于声传播方向的面积S(m2)

6、的平均声能量称为平均声能量流或平均声能通量。单位面积上的平均声能通量就称为声强，记为I(W/m2)。为了计算方便，通常用一个声强基准量值10-12W/m2作参考量，把声强与之相比取常用对数，乘以20，称为声强级，即Li=10lg(I/Io)这里Li为声强级(dB)，I为声强(W/m2)，Io为基准声强。声压级(SPL)：声波在媒介中传播时，媒介某点由于受声波扰动后压强超过原先静压力的值，取均方根后的值称为声压。人耳在最低闻阀到痛阀之间相差100万倍，为了计量方便，把声压基准值20×10^-6(N/m^2)作参考量，把声压与之相比取常用对数，乘以20，称为声压级，即Lp=20lo(

7、P/Po)这里Lp为声压级(dB)，P为声压(N/m2或Pa)，Po为基准声压。1.4声波的反射、扩散、衍射与干涉1．声波的镜像反射声波在前进过程中，如果遇到尺寸大于波长的界面，则声波将被反射。入射角等于反射角。反射的声能与界面的吸声系数有关。2．声波的扩散反射声波在传播的过程中，如果遇到一些凸形的界面，就会被分解成许多较小的反射声波，并且使传播的立体角扩大，这种现象称之为扩散反射。适当的声波扩散反射，可以促进声音分布均匀，并可防止一些声学缺陷的出现。从上图中可看出，要设计一个好