声学基本知识

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一、声音的基本性质

声音来源于振动的物体。辐射声音的振动物体称为“声源”。声

源要在弹性介质中发声并向外传播。声波是纵波。

(1)人耳所能听到的声波的频率范围为20~20000Hz，称为可听声。

低于20Hz的声音称为次声;高于20000Hz的声

音称为超声。次声与超声不能使人产生声音的感觉。

(2)室温下空气中的声速为340m/s.声速c，波长和频率f有如下

关系：

频率为100～10000Hz的声音的波长为3.4～0.034m.

这个波长范围与建筑物室内构件的尺度相当，在室内声学中，对

这一频段的声波尤为重视。

-f2.每一频带以其中心频率fc标度，.建筑声学设计和测量中常用

的有倍频带和1/3倍频带;在倍频带分析中，上限频率是下限频率的两

倍，即fl=2f2;在1/3倍频带分析中，在可听声范围内，倍频带及1/3

倍频带的划分及其中心频率如表3—l所示。表中第一行为1/3倍频带

中心频率，第二行为倍频带中心频率。

(4)波阵面与声线

声波从声源出发，在同一介质中按一定方向传播，声波在同一时

刻所到达的各点的包络面称为波阵面。声线表示声

波的传播方向和途径。在各向同性的介质中，声线是直线且与波

阵面垂直。依据波阵面形状的不同，将声波划分为：

1)平面波——波阵面为平面，由面声源发出;

2)柱面波——波阵面为同轴柱面，由线声源发出;

3)球面波——波阵面为球面，由点声源发出。

一个声源是否可以被看成是点声源，取决于声源的尺度与所讨论

声波波长的相对尺度。当声源的尺度比它所辐射的声波波长小得多时，

可看成是点声源。所以往往一个尺度较大的声源在低频时可按点声源

考虑，而在中高频则不可以。

(5)声绕射

声患得患失什么意思 波在传播过程中，遇到小孔或障板时，不再沿直线传播，而是

在小孔处产生新的波形或绕到障板背后而改变原来的传播方向，在障

板背后继续传播。这种现象称为绕射，或衍射。

(6)声反射

声波在传播过程中，当介质的特性阻抗发生变化时，会发生反射。

从几何声学角度，可更直观地解释为，声波在传播过程中遇到尺寸比

声波波长大得多的障板时，声波将被反射。根据界面的粗糙程度，声

波在界面上的反射可分为镜像反射和扩散反射。

1)镜像反射

镜像反射声线的方向可由虚声源法确定。如果用声线表

示声波的传播方向，则反射声线可以认为是从虚声源发出的。

镜像反射遵循斯奈尔声波反射定律，即入射声线、反射声线和反

射面的法线在同一平面内，入射声线和反射声线分居法线的两侧，反

射角等于入射角。

2)扩散反射

当界面比较粗糙，其凸出部分不小于入射声波波长的

1/7时，人射到界面上的声波会发生扩散反射。这时，声波

被分解成许多较小的反射声波，传播的立体角扩大。

(7)反射系数、透射系数、吸声系数

声波入射到构件时，入射声能中的一部分声能被反射，一部分透

过构件，还有一部分由于构件的振动或声音在其中传播时介质的摩擦

或热传导而被损耗，称为材料的声吸收。

根据被反射、透过和吸收的声能占总入射声能的比例，分别定义

了自学舞蹈 材料的反射系数、透射系数和吸声系数，如下：反射系数：

透射系数：

吸声系数：

式中E0，E，E——分别为人射声能、被界面反射的

声能和透射的声能。

小的材料称为隔声材料，>0.2的材料称为吸声材料。在进行室

内音质设计与噪声控制时，必须了解各种材料的隔声与吸声特性，从

而合理地选用材料。

二、声音的计量

声波是能量传播的一种形式，仅从频率、波长、声速等方面描述

是不够的。在声环境评价和设计中，需要一些物理量来对声音进行计

算和测量。

1.声功率

声功率是声源在单位时间内向外辐射的声能，记为W，单位是瓦

(W)或微瓦(W，lpW=10-6W)。

2.声压

介质中有无声波传播时压强的改变量，称为声压，用符号户表示，

单位是帕(Pa)。

3.声强

单位时间内，垂直于声波传播方向的单位面积所通过的声能，称

为声强，用符号I表示，单位是瓦/平方米(W/㎡)。

4.声能密度

声能密度指单位体积内声能的强度，用符号表示，单位是

(ws)/m3，或J/m3。

5.声音计量物理量之间的关系

(1)声功率与声强——平方反比定律

在无反射的自由场中，由点声源发出的球面波声场中某点的声强

与该点到声源的距离的平方成反比，称为平方反比定律：

式中I——声场中某点的声强，W/㎡;

W——声源的声功率，W;

r——声源到受声点的距离，m.

对于平面波，声场中的声强不变。

(2)声压与声强

在自由场中，声压与声强有如下关系：

式中P——有效声压，Pa;

0——空气密度，kg/m3;

c——空气中的声速，m/s;

0c——空气介质的特性阻抗，20oC时等于

415(Ns)/m3.

(3)声能密度与声强

声能密度与声强有如下关系

式中——声场中的声能密度，J/m3;

I——声场中的声强，W/㎡;

0——空气密度，k8/m3;

c——空气中的声速，m/s.

6.声压级、声强级、声功率级及其叠加

人耳容许声强的上下限值之差别高达l万亿倍，声压相差也达100

万倍。同时，人耳对声音强度感觉的变化也不是与声强和声压的变化

成正比，而是管理员模式 近似地与它们的对数值成正比，为此，引入“级”的概

念，单位是分贝(dU)。

声压级：

式中PO为基准声压，P0=210-5Pa.

声强级：(dB)

式中IO为基准声强，I0=10-12W/㎡.

声功率级：(dB)

式中Wo为基准声功率，Wo=10-12W.

在常温下，通常可以认为，空气中声压级与声强级近似相等。

声压级进行叠加时，不能简单地进行算术相加，而要求按对数规

律进行叠加。当几个声源同时作用于某一点时，在该点所产生的声压

是各声源单独作用时在该点所产生的声

压平方和的方根值。

例如，n个声压相等(均为p)的声音叠加，总声压级为：从上式可

以看出，两个数值相等的声压级叠加时，只比一个声源单独作用时的

声压级增加3dB.例如。两个50dB的声音叠加只是53dB，而不是

100dB.声压级叠加可查表进行计算。当两个声压级差超过15dB时，

较小声音的声压级可略去不计，其总声压级等于较大声音的声压级。

三、声音的频谱与声源的指向性

1.声音的频谱

声音的频谱是用来表示声音各组成频率的声压级分布。以频率(或

频带)为横坐标，声压级为纵坐标的频谱图表示。

具有单一频率的声音，称为纯音，其频谱图为一直线段;

由频率离散的若干个分量复合而成的声音，称为复音，其频谱图

为线状谱;

包含连续频率成分的噪声的频谱为连续谱。对于连续谱的噪声，

若其声压级用频带声压级表示，则得到频带声压级谱。

了解声音的频谱很重要。在噪声控制中，只有了解了噪声的各组

成频率成分及其强度，才能有效地降低噪声。在音质设计中，应避免

声音频谱发生畸变，保证音色不失真。

2.声源的指向性

声源的指向性表示声源辐射声音强度的空间分布。指向性声源在

距声源中心等距离的不同方向的空间位置的声压

级不相等。人和乐器发出的声音都具有指向性。

通常频率越高，声源的指向性越强，当声种瓜得瓜不卖瓜猜成语 源的尺度比波长小得多

时，可近似看作无方向性的“点声源”。此时，在距离声源中心等距

离处，声压级相等。

四、人的主观听觉特性

1.听觉定位

人耳的一个重要特性是能够判断声源的方向与远近。听觉定位是

由双耳听闻得到的。

由声源发出的声波到达双耳时有一定的时间差、强度差和相位差。

人据此可判断声源的方位和远近，进行声像定位。

2.时差效应

如果到达人耳的两个声音的时间间隔(称为“时差”)小于50ms，

就不觉得声音是断续的。一般认为，在直达声到达后约50ms内到达

的反射声(即关于兴趣的名言 声程差为17m)，可以加强直达声;而在50ms后到达的反

射声，不会加强直达声。如果延时较长的反射声的强度比较突出，则

会倍立健 形成回声的感觉。在室内音质设计中，回声是一种声学缺陷，应加

以避免。

人耳对回声感觉的规律，最早是由哈斯(Hass)发现的，故称为哈

斯效应。

3.掩蔽效应

人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音的存在

而降低的现象，称为掩蔽效应。存在的干扰声音称为掩蔽声。

掩蔽效应说明了噪声的存在会干扰有用声信号的通讯。但有时可

以利用掩蔽效应，用不敏感的噪声去掩盖不想听到的声音。

4.纯申诉和再审的区别 音等响曲线

人耳对声音的响应并不是在所有频率上都是一样的。以纯音做实

验，取1000Hz纯音的某个声压级作为参考标准，则听起来和它同样

响的其他频率的纯音的各自声压级就构

成一条等响曲线。依次改变参考用的1000Hz纯音的声压级，就

得到一组参考曲线。该1000Hz的纯音声压级定义为该等响曲线的响

度级，单位是方(Phon。

对于复芋头怎么吃 合音，不能直接使用等响曲线，其响度级需通过

计算求得，或可用声级计测量得到。声级计中设有A、B、C 三个

计权网络，测量的结果分别称为A声级、B声级和C声级，分别记为

dBA、dBB和dBC.其中A计权网络是参考40方等响曲线，对500Hz

以下的声音有较大的衰减，以模拟人耳对低频声音不敏感的特征。A

声级与主观响度密切相关，因此在音频范围内进行测量和计算时，多

采用A声级。

要使人主观感受的声音响度增加一倍(或减为1/2)，则声压级的变

化要中学生字帖 有l0dB。

5.声音三要素

声音的强弱、音调的高低和音色的好坏，称为声音三要素。

声音的强弱可用声压级、声强级及响度级描述。

音调的高低取决于声音的频率，频率越高，音调越高。相同的频

率变化对人耳总是产生相同的音调变化感觉。例如，把频率提高一个

倍频程，从250Hz变到500Hz，或从2000Hz 变到4000Hz，在音乐

中均提高了“八度音”程。复音音调的高低，还与该复音的频谱有关。

音色反映了复音的一种特性，它主要取决于复音的频率成分及其

强度，即由频谱决定。乐音也是一种复音。在乐音中，频率最低的声

音称为基音，可据此来判断音调。频率是基音的整数倍的声音称为泛

音。乐音的音色就是由声源所发出的泛音的数目，泛音的频率和强度

所决定的。不同的乐器

的基音和泛音不同，所以具有不同的音色。乐音的频谱为线状谱。