聲學手冊（第7版）

目錄

1　聲學基礎　1
1.1　簡諧運動和正弦波　2
1.2　介質中的聲音　3
1.2.1　質點運動　3
1.2.2　聲音的傳播　4
1.2.3　聲音的速度　6
1.3　波長和頻率　6
1.4　復合波　8
1.4.1　諧波　8
1.4.2　相位　9
1.4.3　泛音　10
1.5　倍頻程　11
1.6　頻譜　13
1.7　知識點　15
2　聲壓級和分貝　16
2.1　比值與差值　16
2.2　對數　17
2.3　分貝　18
2.4　參考聲壓級　19
2.5　對數與指數公式的比較　20
2.6　聲功率　21
2.7　分貝的使用　23
2.7.1　例1：聲壓級　23
2.7.2　例2：音箱的聲壓級　23
2.7.3　例3：話筒電壓　24
2.7.4　例4：線性放大器輸出電壓　24
2.7.5　例5：通用功放的電壓增益　24
2.7.6　例6：音樂廳的計算　24
2.7.7　例7：分貝的疊加　25
2.8　聲壓級的測量　26
2.9　正弦波的測量　27
2.10　電子、機械和聲學類比　28
2.11　知識點　28
3　自由聲場的聲音　29
3.1　自由聲場　29
3.2　聲音的輻射　29
3.3　自由聲場中的聲強　30
3.4　自由聲場中的聲壓　31
3.5　密閉空間中的聲場　32
3.6　半球面聲場及傳播　33
3.7　知識點　34
4　聲音的感知　35
4.1　耳朵的靈敏度　35
4.2　耳朵解剖學　36
4.2.1　外耳-耳廓　36
4.2.2　聽覺方向感的一個實驗　37
4.2.3　外耳-外耳道　37
4.2.4　中耳　38
4.2.5　內耳　39
4.2.6　靜纖毛　40
4.3　響度與頻率　41
4.3.1　響度控制　42
4.3.2　可聽區(qū)域　43
4.4　響度與聲壓級　44
4.5　響度和帶寬　45
4.6　脈沖的響度　47
4.7　可覺察的響度變化　48
4.8　音高與頻率　48
4.9　音高實驗　49
4.10　音色與頻譜　49
4.11　聲源的定位　49
4.12　雙耳定位　52
4.13　第 一波陣面定律　52
4.13.1　法朗森效應　52
4.13.2　優(yōu)先（哈斯）效應　53
4.14　反射聲的感知　54
4.15　雞尾酒會效應　56
4.16　聽覺的非線性　56
4.17　主客觀評價　57
4.18　職業(yè)性及娛樂性耳聾　57
4.19　知識點　59
5　信號、語言、音樂和噪聲　60
5.1　聲譜　60
5.2　語言　62
5.2.1　語言的聲道模型　64
5.2.2　濁音的形成　64
5.2.3　輔音的形成　64
5.2.4　語言的頻率響應　65
5.2.5　語言的指向性　65
5.3　音樂　66
5.3.1　弦樂器　66
5.3.2　木管樂器　67
5.3.3　非諧波泛音　68
5.4　音樂和語言的動態(tài)范圍　68
5.5　語言和音樂的功率　69
5.6　語言和音樂的頻率范圍　70
5.7　語言和音樂的可聽范圍　70
5.8　噪聲　73
5.9　噪聲測量　73
5.9.1　隨機噪聲　73
5.9.2　白噪聲和粉紅噪聲　75
5.10　信號失真　76
5.11　共振　79
5.12　音頻濾波器　81
5.13　知識點　83
6　反射　84
6.1　鏡面反射　84
6.2　反射表面的雙倍聲壓　86
6.3　凸面的反射　86
6.4　凹面的反射　87
6.5　拋物面的反射　88
6.6　回音壁　88
6.7　駐波　89
6.8　墻角反射體　89
6.9　平均自由程　90
6.10　聲音反射的感知　90
6.10.1　單個反射作用　91
6.10.2　空間感、聲像及回聲的感知　91
6.10.3　入射角、信號種類及可聞反射聲頻譜的作用　93
6.11　知識點　94
7　衍射　95
7.1　波陣面的傳播和衍射　95
7.2　波長和衍射　95
7.3　障礙物的聲音衍射　96
7.4　孔的聲音衍射　99
7.5　縫隙的聲音衍射　99
7.6　波帶板的衍射　100
7.7　人的頭部衍射　101
7.8　音箱箱體邊沿的衍射　102
7.9　各種物體的衍射　103
7.10　知識點　103
8　折射　104
8.1　折射的性質　104
8.2　聲音在固體中的折射　105
8.3　空氣中的聲音折射　106
8.4　封閉空間中的聲音折射　108
8.5　聲音在海中的折射　108
8.6　知識點　109
9　擴散　111
9.1　完美的擴散場　111
9.2　房間中的擴散評價　111
9.3　衰減的拍頻　113
9.4　指數衰減　113
9.5　混響時間的空間均勻性　114
9.6　幾何不規(guī)則　116
9.7　吸聲體的分布　117
9.8　凹形表面　117
9.9　凸狀表面：多圓柱擴散體　117
9.10　平面擴散體　119
9.11　知識點　119
10　梳狀濾波效應　120
10.1　梳狀濾波器　120
10.2　聲音疊加　120
10.3　單音信號和梳狀濾波效應　121
10.3.1　音樂和語言信號的梳狀濾波效應　123
10.3.2　直達聲和反射聲的梳狀濾波效應　124
10.4　梳狀濾波器和臨界帶寬　126
10.5　多通道重放當中的梳狀濾波效應　128
10.6　梳狀濾波效應的控制　128
10.7　反射聲和空間感　129
10.8　話筒擺放當中的梳狀濾波效應　129
10.9　在實踐中的梳狀濾波效應：6個例子　129
10.10　梳狀濾波效應的評價　133
10.11　知識點　135
11　混響　136
11.1　房間內聲音的增長　136
11.2　房間內聲音的衰減　138
11.3　理想的聲音增長和衰減　138
11.4　混響時間的計算　139
11.4.1　賽賓公式　140
11.4.2　艾林-諾里斯公式　141
11.4.3　空氣吸聲　142
11.5　混響時間的測量　142
11.5.1　沖擊聲源　142
11.5.2　穩(wěn)態(tài)聲源　143
11.5.3　測量設備　143
11.5.4　測量步驟　144
11.6　混響和簡正模式　144
11.6.1　衰減曲線分析　146
11.6.2　模式衰減的變化　147
11.6.3　頻率作用　148
11.7　混響特征　149
11.8　衰減率及混響聲場　150
11.9　聲學耦合空間　150
11.10　電聲學的空間耦合　151
11.11　消除衰減波動　151
11.12　混響對語言的影響　152
11.13　混響對音樂的影響　153
11.14　最佳混響時間　153
11.14.1　低頻混響時間的提升　156
11.14.2　初始時延間隙　157
11.14.3　聽音室的混響時間　157
11.15　人工混響　158
11.16　混響時間的計算實例　159
11.16.1　例1：未做聲學處理的房間　159
11.16.2　例2：聲學處理之后的房間　160
11.17　知識點　162
12　吸聲　164
12.1　聲音能量的損耗　164
12.2　吸聲系數　165
12.2.1　混響室法　166
12.2.2　阻抗管法　167
12.2.3　猝發(fā)聲法　169
12.3　吸聲材料的安裝　170
12.4　中、高頻的多孔吸聲　171
12.5　玻璃纖維低密度材料　172
12.6　玻璃纖維高密度板　173
12.7　玻璃纖維吸音板　174
12.8　吸聲體厚度的作用　175
12.9　吸聲體后面空腔的作用　175
12.10　吸聲材料密度的作用　176
12.11　開孔泡沫　177
12.12　窗簾作為吸聲體　178
12.13　地毯作為吸聲體　180
12.13.1　地毯類型對吸聲的影響　181
12.13.2　地毯襯底對吸聲的影響　182
12.13.3　地毯的吸聲系數　182
12.14　人的吸聲作用　183
12.15　空氣中的吸聲　184
12.16　板（膜）吸聲體　184
12.17　多圓柱吸聲體　188
12.18　低頻陷阱：通過共振吸收低頻　191
12.19　赫姆霍茲（容積）共鳴器　192
12.20　穿孔板吸聲體　195
12.21　窄槽型吸聲體　199
12.22　材料的擺放　199
12.23　赫姆霍茲共鳴器的混響時間　199
12.24　增加混響時間　200
12.25　吸聲模塊設計　202
12.26　知識點　204
13　共振模式　205
13.1　早期實驗和實例　205
13.2　管中的共振　205
13.3　室內的反射　207
13.4　兩面墻之間的共振　209
13.5　頻率范圍　210
13.6　房間模式等式　212
13.6.1　房間模式的計算案例　213
13.6.2　驗證實驗　214
13.7　模式衰減　217
13.8　模式帶寬　219
13.9　模式的壓力曲線　222
13.10　模式密度　224
13.11　模式間隔和音色失真　225
13.12　最佳的房間形狀　227
13.13　房間表面的傾斜　231
13.14　控制有問題的模式　233
13.15　簡化的軸向模式分析　234
13.16　知識點　236
14　施羅德擴散體　238
14.1　實驗　238
14.2　反射相位柵擴散體　239
14.3　二次余數擴散體　240
14.4　原根擴散體　242
14.5　反射相位柵擴散體的性能　243
14.6　反射相位柵擴散體的應用　245
14.6.1　顫動回聲　247
14.6.2　分形學的應用　248
14.6.3　三維擴散　251
14.6.4　擴散混凝土磚　251
14.6.5　擴散效率的測量　252
14.7　格柵和傳統方法的比較　254
14.8　知識點　255
15　可調節(jié)的聲學環(huán)境　256
15.1　打褶懸掛的窗簾　256
15.2　便攜式吸聲板　257
15.3　鉸鏈式吸聲板　259
15.4　有百葉的吸聲板　260
15.5　吸聲/擴散板　261
15.6　可變的共振裝置　261
15.7　旋轉單元　263
15.8　低頻吸聲模塊　264
15.9　知識點　266
16　隔聲及選址　268
16.1　通過隔離物的傳播　268
16.2　噪聲控制的方法　269
16.3　空氣噪聲　270
16.4　質量和頻率的作用　271
16.5　多孔材料　273
16.6　聲音傳輸的等級　274
16.7　結構噪聲　276
16.8　噪聲和房間共振　277
16.9　位置選擇　277
16.10　噪聲調查　278
16.11　環(huán)境噪聲的評估　281
16.12　建議的做法　283
16.13　噪聲測量與施工　284
16.14　建筑平面圖中的注意事項　287
16.14.1　框架結構內的設計　287
16.14.2　鋼筋混凝土結構內的設計　287
16.15　知識點　287
17　隔聲裝置：墻壁、地板和天花板　289
17.1　墻壁作為有效的噪聲屏障　289
17.2　質量定律和墻體設計　292
17.3　墻體設計中的質量間隔　294
17.4　墻體設計總結　298
17.5　現有墻體的改善　300
17.6　側翼聲音（Flanking Sound）　301
17.7　石膏板墻體作為隔音屏障　303
17.8　砌體墻作為隔音屏障　304
17.9　薄弱環(huán)節(jié)　306
17.10　墻體STC等級的總結　306
17.11　浮動地板　308
17.11.1　浮動的墻體與天花板　310
17.11.2　彈性吊架　310
17.12　地板/天花板結構　311
17.13　地板/天花板結構和它們的IIC（沖擊噪聲隔離等級）性能　313
17.14　框架建筑中的地板/天花板　314
17.14.1　混凝土層的地板衰減　315
17.14.2　膠合板腹板與實木托梁　317
17.15　知識點　318
18　隔聲裝置：門和窗　320
18.1　單層玻璃的窗戶　320
18.2　雙層玻璃的窗戶　321
18.3　玻璃中的聲學孔：質量-空氣-質量的共振　323
18.4　玻璃中的聲學孔：疊加共振　325
18.5　玻璃中的聲學孔：空腔內的駐波　326
18.6　玻璃板的質量和間距　328
18.7　不同的玻璃面板　328
18.8　夾層玻璃　329
18.9　塑料面板　329
18.10　傾斜玻璃　329
18.11　第三層玻璃板　329
18.12　腔體內吸聲　330
18.13　隔熱玻璃　330
18.14　雙層窗優(yōu)化案例　330
18.15　觀察窗的構造　331
18.16　成品觀察窗　333
18.17　隔聲門　334
18.18　聲閘　337
18.19　復合隔聲體　338
18.20　知識點　339
19　通風系統中的噪聲控制　340
19.1　噪聲標準的選擇　340
19.2　風扇噪聲　344
19.3　機械噪聲和振動　345
19.4　空氣速度　347
19.5　自然衰減　348
19.6　風道的內襯　349
19.7　靜壓箱消聲器　351
19.8　專用噪聲衰減器　352
19.9　抗性消聲器　352
19.10　共振型的消聲器　354
19.11　風管的位置　354
19.12　美國供暖、制冷與空調工程師學會　355
19.13　主動噪聲控制　355
19.14　知識點　356
20　聽音室聲學和家庭影院　358
20.1　重放條件　358
20.2　聲音重放房間的規(guī)劃　360
20.3　聲音重放房間的聲學處理　360
20.4　小房間聲學特點　361
20.4.1　房間的尺寸和比例　361
20.4.2　混響時間　361
20.5　對于低頻的考慮　362
20.5.1　模式異?！?65
20.5.2　模式共振的控制　365
20.5.3　聽音室的低頻陷阱　365
20.6　對于中、高頻的考慮　366
20.6.1　反射點的識別和處理　369
20.6.2　側向反射聲以及空間感的控制　369
20.7　音箱的擺位　370
20.8　聽音室的平面圖　372
20.9　家庭影院的平面圖　374
20.9.1　早期反射聲的控制　375
20.9.2　其他聲學處理細節(jié)　377
20.10　知識點　379
21　家庭工作室的聲學　380
21.1　家庭房間聲學：模式　380
21.2　家庭房間聲學：混響　381
21.3　家庭房間聲學：噪聲控制　381
21.4　家庭工作室的預算　382
21.5　家庭工作室的聲學處理　382
21.6　家庭工作室的規(guī)劃　384
21.7　家庭工作室中的錄音　386
21.8　車庫工作室　387
21.9　知識點　389
22　小型錄音棚聲學　390
22.1　對環(huán)境噪聲的要求　390
22.2　小型錄音棚的聲學特征　391
22.2.1　直達聲和非直達聲　391
22.2.2　房間聲學處理的作用　392
22.3　房間模式及房間容積　393
22.4　混響時間　395
22.4.1　小空間的混響時間　395
22.4.2　最佳混響時間　395
22.5　擴散　396
22.6　噪聲　396
22.7　小型錄音棚的設計案例　396
22.7.1　吸聲的設計目標　397
22.7.2　聲學裝修的建議　398
22.8　知識點　400
23　大型錄音棚的聲學　401
23.1　大型錄音棚的設計標準　402
23.2　建筑平面圖　402
23.3　墻的部分　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　錄音室的聲學處理　405
23.5　鼓房　407
23.6　聲樂室　409
23.7　聲閘　410
23.8　混響時間　410
23.9　知識點　412
24　控制室的聲學　413
24.1　初始時間間隙　413
24.2　活躍端-寂靜端　415
24.3　鏡面反射與擴散　416
24.4　控制室中的低頻共振　417
24.5　在實際中的初始時間間隙　418
24.6　音箱的擺放、反射路徑和近場監(jiān)聽　419
24.7　控制室中的無反射區(qū)域（RFZ）　421
24.8　控制室的頻率范圍　422
24.9　控制室的外殼和內殼　422
24.10　控制室的設計原則　423
24.11　設計案例1：矩形墻面控制室的設計　424
24.12　設計案例2：有著展開墻面的雙層控制室　425
24.13　設計案例3：有著展開墻面的單層控制室　426
24.14　知識點　428
25　隔音室的聲學　429
25.1　一些應用　429
25.2　設計原則　430
25.3　隔聲的需求　430
25.4　小房間問題　431
25.5　設計案例1：傳統的隔音室　432
25.5.1　軸向模式　433
25.5.2　混響時間　434
25.6　設計案例2：帶有圓柱形聲學陷阱的隔音室　436
25.6.1　聲學測量　438
25.6.2　混響時間　440
25.7　設計案例3：帶有擴散體的隔音室　441
25.8　評價與比較　444
25.9　活躍端-寂靜端（LEDE）隔音室　445
25.10　知識點　445
26　視聽后期制作室的聲學　447
26.1　設計原則　447
26.2　設計案例1：小型后期制作室　448
26.2.1　房間共振評估　448
26.2.2　推薦的處理方法　449
26.3　設計案例2：大型后期制作室　451
26.3.1　房間共振評價　451
26.3.2　監(jiān)聽音箱和早期聲　452
26.3.3　后期聲　454
26.3.4　聲學處理的建議　456
26.3.5　工作臺　457
26.3.6　混音師的工作區(qū)　457
26.3.7　視頻顯示及照明　459
26.4　知識點　459
27　電話會議室的聲學　460
27.1　設計原則　460
27.2　房間的形狀和尺寸　460
27.3　地板平面圖　462
27.4　天花平面圖　462
27.5　立面視圖　463
27.6　混響時間　464
27.7　知識點　466
28　大空間的聲學特性　467
28.1　設計準則　467
28.2　混響及回聲的控制　468
28.3　空氣吸聲　470
28.4　語言廳堂的設計　470
28.4.1　容積　470
28.4.2　廳堂形狀　471
28.4.3　吸聲處理　472
28.4.4　天花板、墻面及地板　472
28.5　語言清晰度　473
28.5.1　語言頻率和持續(xù)時間　473
28.5.2　基于主觀的測量　473
28.5.3　測量分析　474
28.6　音樂廳聲學設計　475
28.6.1　混響　475
28.6.2　清晰度　476
28.6.3　明亮感　476
28.6.4　增益　476
28.6.5　座位數　477
28.6.6　容積　477
28.6.7　擴散　477
28.6.8　空間感　478
28.6.9　視在聲源寬度（ASW）　478
28.6.10　初始時間間隙（ITDG）　478
28.6.11　低音比和溫暖感（BR）　478
28.7　音樂廳的建筑設計　479
28.7.1　樓座　479
28.7.2　天花板及墻面　479
28.7.3　傾斜的地面　480
28.8　虛擬聲像分析　481
28.9　廳堂的設計流程　482
28.10　案例研究　482
28.11　后記　485
28.12　知識點　485
附錄A　TDS和MLS分析概述　487
A.1　基本測量工具　487
A.2　時間-延時譜技術　488
A.3　最大長度序列技術　489
A.4　總結　490
附錄B　房間的可聽化　491
B.1　聲學模型的歷史　491
B.2　可聽化處理　494
B.2.1　擴散系數　495
B.2.2　聽音者的特性描述　495
B.2.3　音響測深圖（echogram）的處理　495
B.2.4　房間模型的數據　498
B.2.5　房間模型的繪圖　499
B.2.6　雙耳重放　501
B.3　總結　501
附錄C　部分材料的吸聲系數　502
參考文獻　504
術語表　504