声学手册 第7版 声学设计与建筑声学实用指南

目录



1　声学基础　1

1.1　简谐运动和正弦波　2

1.2　介质中的声音　3

1.2.1　质点运动　3

1.2.2　声音的传播　4

1.2.3　声音的速度　6

1.3　波长和频率　6

1.4　复合波　8

1.4.1　谐波　8

1.4.2　相位　9

1.4.3　泛音　10

1.5　倍频程　11

1.6　频谱　13

1.7　知识点　15

2　声压级和分贝　16

2.1　比值与差值　16

2.2　对数　17

2.3　分贝　18

2.4　参考声压级　19

2.5　对数与指数公式的比较　20

2.6　声功率　21

2.7　分贝的使用　23

2.7.1　例1：声压级　23

2.7.2　例2：音箱的声压级　23

2.7.3　例3：话筒电压　24

2.7.4　例4：线性放大器输出电压　24

2.7.5　例5：通用功放的电压增益　24

2.7.6　例6：音乐厅的计算　24

2.7.7　例7：分贝的叠加　25

2.8　声压级的测量　26

2.9　正弦波的测量　27

2.10　电子、机械和声学类比　28

2.11　知识点　28

3　自由声场的声音　29

3.1　自由声场　29

3.2　声音的辐射　29

3.3　自由声场中的声强　30

3.4　自由声场中的声压　31

3.5　密闭空间中的声场　32

3.6　半球面声场及传播　33

3.7　知识点　34

4　声音的感知　35

4.1　耳朵的灵敏度　35

4.2　耳朵解剖学　36

4.2.1　外耳-耳廓　36

4.2.2　听觉方向感的一个实验　37

4.2.3　外耳-外耳道　37

4.2.4　中耳　38

4.2.5　内耳　39

4.2.6　静纤毛　40

4.3　响度与频率　41

4.3.1　响度控制　42

4.3.2　可听区域　43

4.4　响度与声压级　44

4.5　响度和带宽　45

4.6　脉冲的响度　47

4.7　可觉察的响度变化　48

4.8　音高与频率　48

4.9　音高实验　49

4.10　音色与频谱　49

4.11　声源的定位　49

4.12　双耳定位　52

4.13　第 一波阵面定律　52

4.13.1　法朗森效应　52

4.13.2　优先（哈斯）效应　53

4.14　反射声的感知　54

4.15　鸡尾酒会效应　56

4.16　听觉的非线性　56

4.17　主客观评价　57

4.18　职业性及娱乐性耳聋　57

4.19　知识点　59

5　信号、语言、音乐和噪声　60

5.1　声谱　60

5.2　语言　62

5.2.1　语言的声道模型　64

5.2.2　浊音的形成　64

5.2.3　辅音的形成　64

5.2.4　语言的频率响应　65

5.2.5　语言的指向性　65

5.3　音乐　66

5.3.1　弦乐器　66

5.3.2　木管乐器　67

5.3.3　非谐波泛音　68

5.4　音乐和语言的动态范围　68

5.5　语言和音乐的功率　69

5.6　语言和音乐的频率范围　70

5.7　语言和音乐的可听范围　70

5.8　噪声　73

5.9　噪声测量　73

5.9.1　随机噪声　73

5.9.2　白噪声和粉红噪声　75

5.10　信号失真　76

5.11　共振　79

5.12　音频滤波器　81

5.13　知识点　83

6　反射　84

6.1　镜面反射　84

6.2　反射表面的双倍声压　86

6.3　凸面的反射　86

6.4　凹面的反射　87

6.5　抛物面的反射　88

6.6　回音壁　88

6.7　驻波　89

6.8　墙角反射体　89

6.9　平均自由程　90

6.10　声音反射的感知　90

6.10.1　单个反射作用　91

6.10.2　空间感、声像及回声的感知　91

6.10.3　入射角、信号种类及可闻反射声频谱的作用　93

6.11　知识点　94

7　衍射　95

7.1　波阵面的传播和衍射　95

7.2　波长和衍射　95

7.3　障碍物的声音衍射　96

7.4　孔的声音衍射　99

7.5　缝隙的声音衍射　99

7.6　波带板的衍射　100

7.7　人的头部衍射　101

7.8　音箱箱体边沿的衍射　102

7.9　各种物体的衍射　103

7.10　知识点　103

8　折射　104

8.1　折射的性质　104

8.2　声音在固体中的折射　105

8.3　空气中的声音折射　106

8.4　封闭空间中的声音折射　108

8.5　声音在海中的折射　108

8.6　知识点　109

9　扩散　111

9.1　完美的扩散场　111

9.2　房间中的扩散评价　111

9.3　衰减的拍频　113

9.4　指数衰减　113

9.5　混响时间的空间均匀性　114

9.6　几何不规则　116

9.7　吸声体的分布　117

9.8　凹形表面　117

9.9　凸状表面：多圆柱扩散体　117

9.10　平面扩散体　119

9.11　知识点　119

10　梳状滤波效应　120

10.1　梳状滤波器　120

10.2　声音叠加　120

10.3　单音信号和梳状滤波效应　121

10.3.1　音乐和语言信号的梳状滤波效应　123

10.3.2　直达声和反射声的梳状滤波效应　124

10.4　梳状滤波器和临界带宽　126

10.5　多通道重放当中的梳状滤波效应　128

10.6　梳状滤波效应的控制　128

10.7　反射声和空间感　129

10.8　话筒摆放当中的梳状滤波效应　129

10.9　在实践中的梳状滤波效应：6个例子　129

10.10　梳状滤波效应的评价　133

10.11　知识点　135

11　混响　136

11.1　房间内声音的增长　136

11.2　房间内声音的衰减　138

11.3　理想的声音增长和衰减　138

11.4　混响时间的计算　139

11.4.1　赛宾公式　140

11.4.2　艾林-诺里斯公式　141

11.4.3　空气吸声　142

11.5　混响时间的测量　142

11.5.1　冲击声源　142

11.5.2　稳态声源　143

11.5.3　测量设备　143

11.5.4　测量步骤　144

11.6　混响和简正模式　144

11.6.1　衰减曲线分析　146

11.6.2　模式衰减的变化　147

11.6.3　频率作用　148

11.7　混响特征　149

11.8　衰减率及混响声场　150

11.9　声学耦合空间　150

11.10　电声学的空间耦合　151

11.11　消除衰减波动　151

11.12　混响对语言的影响　152

11.13　混响对音乐的影响　153

11.14　*佳混响时间　153

11.14.1　低频混响时间的提升　156

11.14.2　初始时延间隙　157

11.14.3　听音室的混响时间　157

11.15　人工混响　158

11.16　混响时间的计算实例　159

11.16.1　例1：未做声学处理的房间　159

11.16.2　例2：声学处理之后的房间　160

11.17　知识点　162

12　吸声　164

12.1　声音能量的损耗　164

12.2　吸声系数　165

12.2.1　混响室法　166

12.2.2　阻抗管法　167

12.2.3　猝发声法　169

12.3　吸声材料的安装　170

12.4　中、高频的多孔吸声　171

12.5　玻璃纤维低密度材料　172

12.6　玻璃纤维高密度板　173

12.7　玻璃纤维吸音板　174

12.8　吸声体厚度的作用　175

12.9　吸声体后面空腔的作用　175

12.10　吸声材料密度的作用　176

12.11　开孔泡沫　177

12.12　窗帘作为吸声体　178

12.13　地毯作为吸声体　180

12.13.1　地毯类型对吸声的影响　181

12.13.2　地毯衬底对吸声的影响　182

12.13.3　地毯的吸声系数　182

12.14　人的吸声作用　183

12.15　空气中的吸声　184

12.16　板（膜）吸声体　184

12.17　多圆柱吸声体　188

12.18　低频陷阱：通过共振吸收低频　191

12.19　赫姆霍兹（容积）共鸣器　192

12.20　穿孔板吸声体　195

12.21　窄槽型吸声体　199

12.22　材料的摆放　199

12.23　赫姆霍兹共鸣器的混响时间　199

12.24　增加混响时间　200

12.25　吸声模块设计　202

12.26　知识点　204

13　共振模式　205

13.1　早期实验和实例　205

13.2　管中的共振　205

13.3　室内的反射　207

13.4　两面墙之间的共振　209

13.5　频率范围　210

13.6　房间模式等式　212

13.6.1　房间模式的计算案例　213

13.6.2　验证实验　214

13.7　模式衰减　217

13.8　模式带宽　219

13.9　模式的压力曲线　222

13.10　模式密度　224

13.11　模式间隔和音色失真　225

13.12　*佳的房间形状　227

13.13　房间表面的倾斜　231

13.14　控制有问题的模式　233

13.15　简化的轴向模式分析　234

13.16　知识点　236

14　施罗德扩散体　238

14.1　实验　238

14.2　反射相位栅扩散体　239

14.3　二次余数扩散体　240

14.4　原根扩散体　242

14.5　反射相位栅扩散体的性能　243

14.6　反射相位栅扩散体的应用　245

14.6.1　颤动回声　247

14.6.2　分形学的应用　248

14.6.3　三维扩散　251

14.6.4　扩散混凝土砖　251

14.6.5　扩散效率的测量　252

14.7　格栅和传统方法的比较　254

14.8　知识点　255

15　可调节的声学环境　256

15.1　打褶悬挂的窗帘　256

15.2　便携式吸声板　257

15.3　铰链式吸声板　259

15.4　有百叶的吸声板　260

15.5　吸声/扩散板　261

15.6　可变的共振装置　261

15.7　旋转单元　263

15.8　低频吸声模块　264

15.9　知识点　266

16　隔声及选址　268

16.1　通过隔离物的传播　268

16.2　噪声控制的方法　269

16.3　空气噪声　270

16.4　质量和频率的作用　271

16.5　多孔材料　273

16.6　声音传输的等级　274

16.7　结构噪声　276

16.8　噪声和房间共振　277

16.9　位置选择　277

16.10　噪声调查　278

16.11　环境噪声的评估　281

16.12　建议的做法　283

16.13　噪声测量与施工　284

16.14　建筑平面图中的注意事项　287

16.14.1　框架结构内的设计　287

16.14.2　钢筋混凝土结构内的设计　287

16.15　知识点　287

17　隔声装置：墙壁、地板和天花板　289

17.1　墙壁作为有效的噪声屏障　289

17.2　质量定律和墙体设计　292

17.3　墙体设计中的质量间隔　294

17.4　墙体设计总结　298

17.5　现有墙体的改善　300

17.6　侧翼声音（Flanking Sound）　301

17.7　石膏板墙体作为隔音屏障　303

17.8　砌体墙作为隔音屏障　304

17.9　薄弱环节　306

17.10　墙体STC等级的总结　306

17.11　浮动地板　308

17.11.1　浮动的墙体与天花板　310

17.11.2　弹性吊架　310

17.12　地板/天花板结构　311

17.13　地板/天花板结构和它们的IIC（冲击噪声隔离等级）性能　313

17.14　框架建筑中的地板/天花板　314

17.14.1　混凝土层的地板衰减　315

17.14.2　胶合板腹板与实木托梁　317

17.15　知识点　318

18　隔声装置：门和窗　320

18.1　单层玻璃的窗户　320

18.2　双层玻璃的窗户　321

18.3　玻璃中的声学孔：质量-空气-质量的共振　323

18.4　玻璃中的声学孔：叠加共振　325

18.5　玻璃中的声学孔：空腔内的驻波　326

18.6　玻璃板的质量和间距　328

18.7　不同的玻璃面板　328

18.8　夹层玻璃　329

18.9　塑料面板　329

18.10　倾斜玻璃　329

18.11　第三层玻璃板　329

18.12　腔体内吸声　330

18.13　隔热玻璃　330

18.14　双层窗优化案例　330

18.15　观察窗的构造　331

18.16　成品观察窗　333

18.17　隔声门　334

18.18　声闸　337

18.19　复合隔声体　338

18.20　知识点　339

19　通风系统中的噪声控制　340

19.1　噪声标准的选择　340

19.2　风扇噪声　344

19.3　机械噪声和振动　345

19.4　空气速度　347

19.5　自然衰减　348

19.6　风道的内衬　349

19.7　静压箱消声器　351

19.8　专用噪声衰减器　352

19.9　抗性消声器　352

19.10　共振型的消声器　354

19.11　风管的位置　354

19.12　美国供暖、制冷与空调工程师学会　355

19.13　主动噪声控制　355

19.14　知识点　356

20　听音室声学和家庭影院　358

20.1　重放条件　358

20.2　声音重放房间的规划　360

20.3　声音重放房间的声学处理　360

20.4　小房间声学特点　361

20.4.1　房间的尺寸和比例　361

20.4.2　混响时间　361

20.5　对于低频的考虑　362

20.5.1　模式异常　365

20.5.2　模式共振的控制　365

20.5.3　听音室的低频陷阱　365

20.6　对于中、高频的考虑　366

20.6.1　反射点的识别和处理　369

20.6.2　侧向反射声以及空间感的控制　369

20.7　音箱的摆位　370

20.8　听音室的平面图　372

20.9　家庭影院的平面图　374

20.9.1　早期反射声的控制　375

20.9.2　其他声学处理细节　377

20.10　知识点　379

21　家庭工作室的声学　380

21.1　家庭房间声学：模式　380

21.2　家庭房间声学：混响　381

21.3　家庭房间声学：噪声控制　381

21.4　家庭工作室的预算　382

21.5　家庭工作室的声学处理　382

21.6　家庭工作室的规划　384

21.7　家庭工作室中的录音　386

21.8　车库工作室　387

21.9　知识点　389

22　小型录音棚声学　390

22.1　对环境噪声的要求　390

22.2　小型录音棚的声学特征　391

22.2.1　直达声和非直达声　391

22.2.2　房间声学处理的作用　392

22.3　房间模式及房间容积　393

22.4　混响时间　395

22.4.1　小空间的混响时间　395

22.4.2　*佳混响时间　395

22.5　扩散　396

22.6　噪声　396

22.7　小型录音棚的设计案例　396

22.7.1　吸声的设计目标　397

22.7.2　声学装修的建议　398

22.8　知识点　400

23　大型录音棚的声学　401

23.1　大型录音棚的设计标准　402

23.2　建筑平面图　402

23.3　墙的部分　403

23.3.1　D-D部分　403

23.3.2　E-E部分　405

23.3.3　F-F部分和G-G部分　405

23.4　录音室的声学处理　405

23.5　鼓房　407

23.6　声乐室　409

23.7　声闸　410

23.8　混响时间　410

23.9　知识点　412

24　控制室的声学　413

24.1　初始时间间隙　413

24.2　活跃端-寂静端　415

24.3　镜面反射与扩散　416

24.4　控制室中的低频共振　417

24.5　在实际中的初始时间间隙　418

24.6　音箱的摆放、反射路径和近场监听　419

24.7　控制室中的无反射区域（RFZ）　421

24.8　控制室的频率范围　422

24.9　控制室的外壳和内壳　422

24.10　控制室的设计原则　423

24.11　设计案例1：矩形墙面控制室的设计　424

24.12　设计案例2：有着展开墙面的双层控制室　425

24.13　设计案例3：有着展开墙面的单层控制室　426

24.14　知识点　428

25　隔音室的声学　429

25.1　一些应用　429

25.2　设计原则　430

25.3　隔声的需求　430

25.4　小房间问题　431

25.5　设计案例1：传统的隔音室　432

25.5.1　轴向模式　433

25.5.2　混响时间　434

25.6　设计案例2：带有圆柱形声学陷阱的隔音室　436

25.6.1　声学测量　438

25.6.2　混响时间　440

25.7　设计案例3：带有扩散体的隔音室　441

25.8　评价与比较　444

25.9　活跃端-寂静端（LEDE）隔音室　445

25.10　知识点　445

26　视听后期制作室的声学　447

26.1　设计原则　447

26.2　设计案例1：小型后期制作室　448

26.2.1　房间共振评估　448

26.2.2　推荐的处理方法　449

26.3　设计案例2：大型后期制作室　451

26.3.1　房间共振评价　451

26.3.2　监听音箱和早期声　452

26.3.3　后期声　454

26.3.4　声学处理的建议　456

26.3.5　工作台　457

26.3.6　混音师的工作区　457

26.3.7　视频显示及照明　459

26.4　知识点　459

27　电话会议室的声学　460

27.1　设计原则　460

27.2　房间的形状和尺寸　460

27.3　地板平面图　462

27.4　天花平面图　462

27.5　立面视图　463

27.6　混响时间　464

27.7　知识点　466

28　大空间的声学特性　467

28.1　设计准则　467

28.2　混响及回声的控制　468

28.3　空气吸声　470

28.4　语言厅堂的设计　470

28.4.1　容积　470

28.4.2　厅堂形状　471

28.4.3　吸声处理　472

28.4.4　天花板、墙面及地板　472

28.5　语言清晰度　473

28.5.1　语言频率和持续时间　473

28.5.2　基于主观的测量　473

28.5.3　测量分析　474

28.6　音乐厅声学设计　475

28.6.1　混响　475

28.6.2　清晰度　476

28.6.3　明亮感　476

28.6.4　增益　476

28.6.5　座位数　477

28.6.6　容积　477

28.6.7　扩散　477

28.6.8　空间感　478

28.6.9　视在声源宽度（ASW）　478

28.6.10　初始时间间隙（ITDG）　478

28.6.11　低音比和温暖感（BR）　478

28.7　音乐厅的建筑设计　479

28.7.1　楼座　479

28.7.2　天花板及墙面　479

28.7.3　倾斜的地面　480

28.8　虚拟声像分析　481

28.9　厅堂的设计流程　482

28.10　案例研究　482

28.11　后记　485

28.12　知识点　485

附录A　TDS和MLS分析概述　487

A.1　基本测量工具　487

A.2　时间-延时谱技术　488

A.3　*大长度序列技术　489

A.4　总结　490

附录B　房间的可听化　491

B.1　声学模型的历史　491

B.2　可听化处理　494

B.2.1　扩散系数　495

B.2.2　听音者的特性描述　495

B.2.3　音响测深图（echogram）的处理　495

B.2.4　房间模型的数据　498

B.2.5　房间模型的绘图　499

B.2.6　双耳重放　501

B.3　总结　501

附录C　部分材料的吸声系数　502

参考文献　504

术语表　504