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你不得不知的声学基础知识

发布时间:2017/5/18 文章来源:admin 阅览次数:660

一、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。
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。
二、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
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、周期和声速有如下关系:c=fλ 或 c=λ/T
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。
三、声波的吸收与透射
当声波从一种介质传递到另一种介质时,声能的一部分被反射;一部分透过物体继续传播,称为透射;另一部分由于物体的振动或声音在物体内部传播时介质的磨擦或热传导而被损耗,称为材料的吸收。
四、室内声场
在室内,声波在封闭空间中的传播及其特性比在露天场合要复杂得多。这时,声波将受到封闭空间各个界面,如顶棚、地面、墙壁等的反射、吸收与透射。室内声场因而存在着许多与自由声场不同的声学问题。研究室内声场,对室内音质设计和噪声控制具有重要的意义。
室内声场的特点:(1)声波在各个界面引起一系列的反射,吸收与透射;(2)与自由声场有不同的音质;(3)由于房间的共振可能引起某些频率的声音被加强或减弱;(4)声能的空间分布发生了变化。
五、混响与回声
混响是室内的声学现象。声音由声源发出后,在空气中传播,传播过程中在房间的界面上产生反射、吸收、扩散、透射、干涉和衍射等波动作用,形成复杂的室内声场,使人产生混响感。声源停止发声后,室内声场会持续一段时间。
混响是室内声反射和声扩散共同作用的结果。同样是源于反射,但由于人耳的听闻特性,混响和回声有明显的不同。
声源的直达声和近次反射声相继到达人耳,延迟时间小于30ms时,一般人耳不能区分出来,仅能觉察到音色和响度的变化,人们感觉到混响。但当两个相继到达的声音时差超过50ms时(相当于直达声与反射声之间的声程差大于17m),人耳能分辩出来自不同方向的两个独立的声音,这时有可能出现回声。回声的感觉会妨碍音乐和语言的清晰度(可懂度),要避免。
六、临界距离(Critical Distance)
临界距离就是在声源轴线方向上,直达声与混响声声能相等处的距离。临界距离在全频带内是不同的。回声越强的房间临界距离越近,吸音越强的房间,临界距离越远。(临界距离在全频带内是不同的)。
好的声学设计,临界距离要离声源尽可能远,结果在全频带内混响最小最平坦。直达声从扬声器系统开始递补减,是距离的函数(平方反比定律),但混响恒定地散布房间(新的声音不断从扬声器发出,混响不断建立,直到新的声音与被吸收的声音相等,因此混响保持恒定。) 两曲线的交点就是临界距离。
最佳听音区一定位于临界距离内,因为临界距离是以直达声为主,清晰度和声像定位最好。
寻找临界距离的最简单方法为:用音响系统播放压缩的流行音乐,开始用一个音箱(左或右),在房间里来回地走,很容易就能找到临界距离。用另一个音箱重复一遍,再同时用两个音箱重复一遍。与声学测量相比较,你会对人耳的精确性感到惊讶。
• 混响越强的房间临界距离越近。
• 吸声越强的房间临界距离越远。
• 近声场或直达声场在临界距离内。
• 远声场或反射声场(混响)在临界距离外。
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