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声传播方向的改变

发表时间:2019-05-03【

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声波通过反射、折射、衍射和扩散四种现象改变传播方向。当介质在声波传播过程中发生变化时,这些现象就会发生。它遵循与光学相同的物理原理。光与声的区别在于频率范围。可见光的频率范围为16280亿赫兹。声音的频率范围是202000hz。

反射

当声波进入人类密度有显著变化的介质时,一些能量被反射。图1.4表明,声波能量反射遵循光学原理。简而言之,它就像镜子中光线的反射。人的火角等于反射角。声波也是与反射角度相等的入射角。典型的反射面是光滑坚硬的表面。图1.4声波反射在室内声学中,通常由声波反射引起的一些声学问题是回声和房间共振。听觉器官在听觉过程中的局限性导致回声。当两个声音的到达时间小于60毫秒时,我们听到由这两个声音合成的声音。当时差超过60毫秒时,我们听到两种不同的声音。当这两个声音来自同一来源时,特别是当到达时间差超过100ms时,它们的作用(我们称之为回声)会导致语言理解上的困难。这种延迟是由于人们首先从源头听到直接的声音,然后从反射表面听到反射。在空气中的声音传播速度大约是304m/s(1000英尺/s),100ms(或0。1)延迟以距离约30表示。4米(100英尺)。因此,当来自声源的直接声音和来自反射表面的反射声音的路径超过30。当4米(100英尺)时,会产生回声。当高的平行壁互相靠近时,它们会产生快速而连续的中频回波,称为颤音回波,声音像鸟儿或蝙蝠在飞翔。回声通常是由清晰和可分辨的不连续反射的听觉造成的,但是在房间的所有表面产生的无数反射声音的组合称为混响。混合可以提高内部的声音水平,也可以降低语言清晰度,但对于某些类型的音乐,需要混响。第二章(理论)和第四章(设计)将对混响及其控制进行更多的讨论。图1.5房间共振将发生在某些特殊频率的房间里,在这些房间里,两个静波的反射墙是平行形成的。在这种情况下,两壁之间的距离是特定半波长的整数倍。因为它们的表面反射声音,所以房间两壁之间的镜子反射形成固定的压力图案。这种现象称为一维(或轴向)驻波,是最简单的房间共振。此外,更复杂的驻波也可以在二维或三维空间中形成。我们分别称为切线和斜立波。房间平行反射面之间的轴向驻波模式如图1.5所示。设计中的驻波问题是它们在房间里产生不均匀的声音分布。也就是说,在某些地方,声学压力水平很高(因为驻波增加了这些地方的压力),而在其他地方,声学压力水平较低(因为驻波削弱了这些地方的声学压力水平)。

折射

正如光线透过镜子弯曲,当介质条件发生某些变化时,不足以造成反射,但声音的速度改变,声波传播的方向改变。除了声音速度根据材料或介质的变化外,同一截止时间内的温度变化也会造成声音速度的变化。这种由声速引起的声波传播的变化称为折射。室外温度的变化会产生声音折射。因为声音在温暖的空气中传播得更快,声波弯曲到较凉爽的一面。这可以用两个极端的例子来说明。在一个典型的夏日午后,大气层的温度随着持续上升而降低。在这种情况下,靠近地面的声源产生的声波向上弯曲,远离地面上的听者(见图1.6)。在距离声源超过60m(200英尺)后,大气温度的影响变得明显。因此,当距离大于60m(200英尺)时,声源可以看到但不能听到。在夜晚或清晨,大气的温度梯度是相反的。在此期间,接近地面的温度比高空气还要冷。在这种情况下,声波向地面弯曲(见图1.7)。如果地面是反射面,声波沿着传播方向跳跃,传播的距离比你想象的要远。在这种情况下,在平静的湖里,对着水说话,湖对面的人可以听得很清楚。声波也会随风产生类似的弯曲。当风传播时,它可以传播得比预期的更远。当风传播时,它产生一个阴影区(如图1.6所示)。

衍射

声学衍射的距离限制了开放式办公隔板或室外隔音屏障的声音衰减效果。声波沿着墙的边缘弯曲,穿过这些墙。声音衍射影响到噪声降低的效果,与用于隔离的材料无关。图1.8显示了这个距离的影响,它在声源和听者之间被阻挡,形成了像光一样的声影区域。

漫射

当凸面或凹凸面反射声波时,反射声音的传输比限定在固定的方向更均匀。这种想象被称为声音(见图1.9)。像漫射光一样,粗糙的球面比光滑的球面更容易产生漫反射。虽然人们不希望不连续反射造成的回声,但室内的声音能量可能不希望被消除。例如,漫反射在礼堂或音乐厅是很有用的。它可以将声音传播到整个礼堂,并确保所有听众听到相同的音质。至少从声学的角度来看,弥漫辐射可以将光中声音的不良表现降到最低。

分贝

声学最难的术语是分贝(符号db)。要理解分贝的概念,必须了解三个基本点:1,分贝定义为基数为10的对数关系。10的对数是1(因为10是10的1倍),100的对数是2,1000的对数是3。类似地,1的对数为0。对数的数学规则与我们熟悉的其他系统不同。通过对数转换,双能量叠加增加3db。例如,如果其他条件不变,两个60db音源的叠加是63db,而不是120db。通过类比,四个60db声源的叠加为66db。2、分贝定义的比例关系是一个数值单位,如声功率、声压和声强。这个单位必须指定febe的意思,而使用指定的“级别”作为限定符是修改目的的方法(例如声压级是带有压力的参考单位)。另一种指定分贝值的方法是提出一个固定的参数值(例如,db参数值"2×10-5n/m2"是声学压级的基音压力,而且参数值为2×10-5n每平方米),许多手册都提到“db”,但没有指定参考值。这样的符号没有意义。在这里我们列出一些公认的分贝名称:声压级spl,lp,db基音压力为2×10-5n/m2或0.0002μbar声功率级lw,db基音功率1×10-12w声强级li,db基音强度为1×10-12w/m2 3,必须表示分贝的测量位置。声压随声源之间的距离而变化。与同时的压级一样,任何与声压级相关的分贝符号也必须标明距离声源的位置。使问题稍微复杂的是,功率是表达声源特性的值,与声源的位置无关。因此,声功率级别与位置无关。然而,大多数分贝符号指的是声压水平。声强等级与位置有关,一般不指定。分贝是以以发明电话而闻名的梅格奥菲.贾亚莉山达•格莱米•贝尔命名的。因为贝尔的单位太粗糙,无法充分描述我们对声音的感觉,所以前面加上了“点”这个词来表示十分之一。1贝耳为10分贝。在声学领域,分贝的定义是声源功率与基音功率之比乘以10的数值的对数。声功率与声压平方成正比;建筑声学中最常用的测量和参考量是声压水平;即声源在某一点的声压的平方比和基音压力与数值10的平方比。基本声压大约是1000赫兹时的听力阈值。换句话说,一个听力正常的年轻人在这个门槛以上只能听到1000赫兹的声音,而在雨中却听不到。听觉敏感度通常会随着年龄和暴露在高噪音水平下的时间而降低。在这种情况下,个体的听觉阈值会高于基音压力。当声源在某一位置的声压等于听力阈值时,分贝公式中的声压壁纸成为1,1的对数为0。因此,听力阈值设定为0db。任何负压水平都只是一个与声压有关的值,但对我们的耳朵没有任何意义,所以我们听不到。本章前面提到了点和线源。一般来说,如果声波传播路径没有障碍,每次声压水平加倍时,与点声源的距离会减少6db。每次声压水平加倍时,与声源的距离为3db。不管声波遇到什么物质条件和中等条件,这种情况都会发生,声音衰减的原因是在传播过程中,声音能量(不会改变)被延伸到球体(点声源)或圆柱(线声源),在那里,面积会随着距离的增加而不断增加(见图)(第1.10和1.11段)。当声波在户外传播,与声源的距离超过60-100米(相当于200-300ft)时,其他因素和距离加在一起都会影响声波的衰减。这包括大气吸收、折射、风向和地形的影响。这些因素对304m(1000ft)以上±20db的声压水平有影响。

账户权

我们对所有频率的敏感度在听觉范围内是不同的。我们最敏感的范围是在500-4000赫兹之前。声音增强,因为2000-4000hz之间的声波要配合耳道的大小和形状来产生共振。图1.12显示我们的频率灵敏度在500赫兹以下和4000赫兹以上下降。在正常的语言水平,100hz纯声音,听起来一样是20db高。重量声级由国家标准化协会(ansi)确定。它使用一个分贝值来描述覆盖所有听觉频率范围的声音(如人耳所听到的)。这些值被集成到声级计的电子网络中。最常用的重量网络是重量声级,它适应于人耳对70db以下的声压级的频率响应。虽然人耳在大压力下的敏感度正在改变,但职业安全及健康管理部门仍然使用米重水平来限制暴露于高噪音水平。一个标准分贝通常是几个dba。虽然也有b级的音级,但很少使用。b重与人耳听到的70至90分贝的声音反应一致。c-right值在高频和低频范围内的降噪最小,与90db声压水平以上的人耳响应一致。图1.13显示了a、b、c等重量等级的特征,从图中可以看出,人耳对不同频率的敏感度随声压级的增加而有不明显的差异。因为a是最常用的重量级别,所以有必要列出一些声音的级别。表1.2提供了从人的听力阈值到疼痛阈值的声音水平的通常分类。我们讨论了健康人平均听力阈值的最低声压水平。疼痛阈值是大多数人接触到的高音调的压力水平所感受到的疼痛。超过疼痛阈值的声压水平会立即造成永久性听力损伤。140dba以上的声压力水平会造成较大的潜在损伤,预计会造成声损伤。声学损伤是内耳毛细胞核支持结构最终造成实质撕裂,从而造成显著永久性听力损失的过程。听觉的一般规则是,大多数人可以感知2-3dba的声学压力水平的变化,5dba的变化可以被清晰地探测到,而10dba的变化可以感觉加倍或减半,所以在同一个声源和听者的位置,70dba的响度是60dba的两倍,80dba的响度是60dba的四倍。表1.2从机场跑道90米(300ft)110处建筑区到主公路距离80英里的一般声学声学声学压力阈值(dba),满足职业健康和安全机构为典型夜总会规定的8小时接触限值

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