声环境设计基本知识2-3
第1章 声环境设计基本知识
1.2 声音的计量
1.3 人的主观听觉特性
1.2 声计量
——声音(声波、声能)的大小或强弱
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一、 声功率、声强、声压
1、声功率W
单位时间内向外辐射能量,单位:W或μW。 ——声源本身一种特性。 人正常讲话 —— 50?W; 400万人同时讲话 ——相当于一只40W灯泡。 厅堂设计——如何充分利用有限声功率 很小
2、声强I
声波传播过程,单位面积波阵面上通过的声功率,
单位:W/m2。
①球面波:遵循距离平方反 比定律
球面波的声强与距离的关系
I = W/4π r2 (W/m2)
②平面波:不随距离而变化
I = W/S( W/m2 )
平面波的声强与距离的关系
3、声压p
空气质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气
压力起伏,单位:N/ m2 或帕斯卡(pa)。
声压和声强的关系——实验研究
I = p2 / ρ 0 c
p —— 有效声压(N/ m2)。声压随时间而变,每 一瞬间的声压称瞬时声压;某段时间内瞬时声压的均平 方根值称有效声压——通常所指声压。 ρ 0 —— 空气密度(kg/ m3),一般为1.225 kg/ m3;
c —— 空气中的声速(m/ s)。
二、级的引入
1)正常人耳能感知的声强和声压范围很大。
2个 原因
1000Hz声音,听觉下限P=2×10-5N/m2,I = 10-12W/m2;
上限P=20N/m2,I=1W/m2。
2)人耳对声音强弱变化的感受并不与声强、声压成正比,
而与声强、声压的对数近似成正比。
相对单位——级—— 表示一个量与同类基准
量之比的对数。
1、声功率级(Lw)
——声功率与基准声功率之比的对数的10倍,单位:
分贝(dB)。基准声功率W0为10-12W。
W Lw ? 10 log10 (dB ) Wo
2、声强级(LI)
——声强与基准声强之比的对数的10倍,单位:分
贝(dB)。基准声强I0为10-12W /m2 。
I LI ? 10 log10 (dB ) Io
3、声压级(Lp)——常用
——声压与基准声压之比的对数的20倍,单位:分
贝(dB)。基准声压P0为2×10-5N/m2 。
P Lp ? 20 log10 (dB ) Po
下限: P = 2×10-5 N/m2 , Lp = 0 dB
上限: P = 20 N/m2 , Lp = 120 dB
“0dB” 不是没有 声音
[思考] 试证明声强级与声压级,关系如何? 利用声强与声压关系、声强级和声压级公式、 常温下 ρ0 c约为400。
三、声压级的叠加
——引入
提出问题:10dB+10dB=? 0dB+0dB=? 0dB+10dB=? 答案分别:13dB,3dB,10dB。
1、计算法
几个声源同时作用,某点声能是各个声源贡献的能量的代数
和。因此其声压是各声源贡献的声压平方和的开根号。
p?
p ? p ??? p
2 1 2 2
2 n
P P ? 10 20 P0
P Lp ? 20 log10 (dB ) Po
2 2
L
总声压级:
P P 1 ?P 2 ? ... ? P n Lp ? 20 lg ? 20 lg Po Po ? ? 20 lg ? ?10 ?
Lp 1 20
2
? ? ? ? ?10 ? ? ? ?
2
Lp 2 20
? ? ? ? ... ? ?10 ? ? ? ?
2
L
pn 20
? ? ? ?
2
np 2 np p Lp ? 20lg ? 20lg ? 20lg ? 10lg n p0 p0 p0
特例:设Lp1= Lp2= Lpn (n个相同声压级相叠加): Lp= Lp1+10lgn 当n=2时,Lp= Lp1+10lg2= Lp1+3 两个相同声压级相叠加,总声压级增加3dB。 例:2个声压级为75dB的声音相叠加,总声压 级为78dB
2、图解法
声压差 0 1
两个声压级叠加,若声压级相差10dB,附加值 可忽略不计。
0 3.0 2.5 0.1 3.0 2.5 0.2 2.9 2.5 0.3 2.9 2.4 0.4 2.8 2.4 0.5 2.8 2.3 0.6 2.7 2.3 0.7 2.7 2.3 0.8 2.6 2.2 0.9 2.6 2.2
2
3 4 5 6 7 8
2.1
1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6
2.1
1.7 1.4 1.2 0.9 0.8 0.6
2.1
1.7 1.4 1.1 0.9 0.8 0.6
2.0
1.7 1.4 1.1 0.9 0.7 0.6
2.0
1.6 1.4 1.1 0.9 0.7 0.6
1.9
1.6 1.3 1.1 0.9 0.7 0.6
1.9
1.6 1.3 1.1 0.9 0.7 0.6
1.9
1.5 1.3 1.0 0.9 0.7 0.6
1.8
1.5 1.2 1.0 0.8 0.7 0.5
1.8
1.5 1.2 1.0 0.8 0.7 0.5
9
10
0.5
0.4
0.5
-
0.5
-
0.5
-
0.5
-
0.5
-
0.5
-
0.4
-
0.4
-
0.4
-
2个声压级为60dB和95dB声音相叠加,总声压级为95dB。
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四、声音的频谱及频程
1、频谱:表示某种声音频率与声压级组成的图形。
声压级
频率
①分离谱:弦振动产生的声音。
②连续谱:谈话、机器的噪声,大多数自然声。
声音的频谱:使用滤波器进行测量。
2、频带(频程)
频谱常根据需要分成若干个频带,最常用:倍频带和1/3
倍频带。
①倍频程:将可闻频率范围内20~20Hz分为十个倍频带, 其中心频率按2倍增长,共十一个:
16 31.5 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k 16k
细,其中心频率按倍频的1/3增长: 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 ...
声学 设计
②1/3倍频程:将倍频程再分成三个更窄的频带,划分更 声学 测量
3、频谱分析——噪声控制时,须了解噪声由哪些频
率成分组成,各频率声压级如何,哪些频率突出,从
而首先处理这些成分,以便有效降低噪声。
低频:125Hz;250Hz 中频:500Hz; 高频: 1000Hz; 2000Hz; 4000Hz;
几种噪声的频谱
1.3 人的主观听觉特性
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一、人耳的主观感觉 二、人耳的主观听觉特性
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一、人耳主观感觉 1、等响曲线
1)引入:人耳对不同频率声音敏感程度不一样,低于
1000Hz和高于4000Hz的声音,灵敏度降低。—— 不同 频率,相同声压级,人听起来响度感觉不一样。 2)定义:以1000Hz纯音为基准,测听起来和它同样响的 其他频率的纯音的各自声压级构成一条曲线。
单位:“方”。
单一频 率
40方等响
20 31.5 63 125 250 500 1K 2K 87dB 75dB 58dB 45dB 43dB 42dB 40dB 36dB
4K
8K
32dB
48dB
等响曲线
2、声级
(1)线性声级——L声级
20 31.5 63
30dB 35dB 40dB 45dB 50dB
将各个频带的声级叠加,得到线性声级。 125
250
500
1K 2K
51dB
52dB 52dB
4K
8K 16K 20K L声级
52dB
40dB 38dB 30dB 58.8dB
频率
声压级
30dB 35dB
加权值 加权后
-50.5 -39.4 -20.5 -4.4
(2)A 声级(LA)
1、
定义:使用40方等响曲
20 31.5
63
125 250 500 1K 2K 4K
40dB
45dB 50dB 51dB 52dB 52dB 52dB
-26.2
-16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0
13.8
28.9 41.4 47.8 52 53.2 53
线作为计权网络对频谱进
行加权,之后再进行频带 叠加。 2、特点:对500Hz以下的 声音有较大衰减,以模拟 人耳对低频不敏感的特性。 单位:dB (A)。
8K
16K 20K A声级
40dB
38dB 30dB
-1.1
-6.6 -9.3
38.9
31.4 20.7 58.1dB
A、B、C、D计权网络
A:模拟人耳响应,40方等响曲线作为计权网络。 B:以70方等响曲线作为计权网络,低频衰减比A声级小。 C:以85方等响曲线作为计权网络,整个可听范围内衰减小。 D:参考100方等响曲线,主要用于航空噪声测量。
二、人耳的主观听觉特性
1 、哈斯效应(Hass effect)——时差效应
1)定义:人耳对声音的感觉在声音消失后会暂留一段时 间。如果到达人耳的两个声音时间间隔小于50ms,那 么就不会觉得声音是断续的。
音乐类可 放宽到 80ms
①混响声:直达声到达后50ms以内到达的反射声会加强 直达声。 可与直达 声相比
②回声:直达声到达后50ms后到达的“强”反射声会产
生“回声” 。 ——听起来象两个声音——声缺陷——消除
【例1】:室内距声源8m处的听众接收到一来自后墙
的反射声,其声程为16m。计算此反射声的延时为多少ms,
由此可判断,该反射声是否会形成回声。 解: c=λf T=16/340=0.047s=47ms<50ms 故该反射声不会产生回声。
【例2】 70dB的直达声后,哪组最易出现回声。
①20ms65dB; ②70ms64dB;
③80ms45dB; ④30ms75dB;
2、掩蔽效应(masking effect)
从两方面定义: 1)人耳对一个声音的听觉灵敏度因另外一个声音的存 在而降低的现象。 2)一个声音的存在使另一个声音听阈提高的现象。
意义:敞开办公室——背景噪声(利用噪声)
小节:声计量;人耳主观听觉特性 重点:声压级的概念;时差效应、掩蔽效应。 难点:级的叠加;A声级。