厅堂中总声压级的修正计算

厅堂中总声压级的修正计算 一2 厅堂中总声压级的修正计算 蒋国荣王季卿 (同济大学声学研究所上海2OO092) 1997年8月12日收到 弋Ui\ 摘要完全扩散声场中的总声压级计算公式是假设摁响声能在厅堂中的分布各处 相等.与接收点的 位置无关.实舅发现该公式的计算值馆高,特剐当接收点在临界离以外时.本文提 出了一个总声压 级计算的修正公式,它与实测及计算机模拟的值符合较好. 关键词室内声学,声场修正计算,大厅 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 商圾 Arevisedpredictionofthetotalsoundpressurelevel inallanditorium JiangGuorongWangJiqing (InstituteofAcoustics,&University,Shanghai2??2J AbstractTheclassicalexpressionforthetotalsoundleve]distributioninanaudito- riumover?estimatesthereverberantenergy,whichisassumedtobeaconstanttoa11 receivingpointsbeyondthecriticaldistanceintheauditorittmItWaSfoundthatthe predictedvalueshavewldedivergencecomparedwiththefieldmeasurements,especially whenthereceiversDxefarawayfromthesoundsource.Arevisedexpressionispresented inthispaperandthepredictedvaluesq~iteagreewiththemeasuredandthecomputer simulatedresultsaswel1. KeywordsRoomacoustics,Soundfieldrevisedprediction,Auditoriumdesign 1引言 厅堂中的响度评价,在很大程度上取决于 各处所接收到的总声压级.或者说听到的声压 级.Beranek(1990)[J认为音乐厅音质评价中 有五个重要指标(当然还有其它指标).响度 是其中之一.并提出它的权重占15%.他在 较早着作【0】中把此总声级又分为直达声和混 响声两部分来考虑,两者对响度所起的作用为 5:3,即直达声和混响声的权重分别占9.4%和 应甩声学 5.6%.安藤四一_3_则提出最佳音质由四个客 观量所决定,其中,项是昕到的声压级.本文 作者之一曾提出:在厅堂中早期反射声的能 量比总声压级更适合于响度评价,因为观众在 厅堂中所听到的音乐或语言是非稳态的,可以 看成,个个连续的脉冲,其中早期反射声对响 度的作用较大.但对于早期反射声的能量积分 范围及后期反射声对响度的作用等细节还有待 于主观听音的研究.本文则针对稳态声条件下 厅堂中总声压级的计算问题作一探讨. . 25. 在封闭空间中要得到各接收点声缎的变 化,需对波动方程求解,这对于少数体型及边界 条件简单的房间(如平行六面体)是可能的.而 实际厅堂的体型,吸声材料布置,扩散程度等 具体声学条件相当复杂,要通过渡动方程得到 总声压级的分布是不现实的.对此通常有两种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 :一是计算机模拟,通过建立厅堂的三维 模型及大量的运算,得出设定接收点上的声压 级及其它参量.随着模拟方法的不断改进,虽 然可以得到较为精确的结果,但其结果的规律 性不明确,更主要的是该方法不够简单直观, 且需运用专业的计算机模拟软件进行.另一种 方法是在统计声学的基础上通过简单的数学公 式来描述总声压级在厅堂中的分布.虽然该方 法的运用需满足一定的假设条件,只对特定的 声场适用,对于实际厅堂只具有统计意义,但 困其简单直观,故常可在厅堂 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及初步设计 阶段用来估算总声压级的分布.Barron[5j在 反射声能量模型的建立中假设,到达接收点的 后期反射声级随到达时间以线性衰减,从而分 别导出早期,后期反射声能量随接收点到声源 之间距离的关系.这一假设要求厅堂由吸收材 料的分布比较均匀,同时吸收系数相对较小. 对于完全扩散声场中声压级的分布有大家熟悉 的公式: =+10l0(羔云)(阳)(1) 式中:声级;:声源声功率级;R= So~/(1一a):房间常数;r:声源到接收点距 离;Q:声源指向性因子. 该公式所要求的声场为完全扩散,这在实 际厅堂中是不可能满足的.R.NMilele{在理 论上证明了厅堂中声场要达到完全扩散,除了 各界面的吸声是均匀外,还要求声源到达各界 面的直达声能量也必须相等.故实际厅堂中的 声场条件与公式(1)的要求相差较大,这就是 公式(1)的计算值与实测结果有较大差别的原 因.我们在实际厅堂谫I量中发现:总声压级随 接收点到声源的距离r增加而衰减(图1)而 26 按公式(1)当接收点在混响半径以外时各处ff}J 声压级相等.MBarron[5J通过对英圈17个 音乐厅和多功能厅的测试发现,总声压级随接 收点到声源距离的衰减率在一0.4dB/10m到一 2.0dB/10m之间,故公式(11对于厅堂中的总 声压级计算值比实测值明显偏高. 2厅堂中总声压级的修正公式 我们从统计声学的基础出发,提出厅堂 中各接收点上的反射声能量模型,从而导出非 完全扩散声场中总声压级的修正计算公式 由声像法的原理可知:接收点上的总反射声能 密度日为各虚声像在该点的能量密度之和. = 耋笋exp(m(2) 式由?为声源声功率;c为声速a是各墙 面的平均吸声系数;为第i个声像的阶数即 反射次数;为第个声像到接收点的距离, m为空气吸收系数.假设厅堂中声源的各次声 像形成连续的声像空间;对于任一接收点,在 半径为范围内的声像数N=47rr/sv,其 中为厅堂的容积,则dN=(47rr/v)d~, 对整个声像空间积分; = c ?C--mrdr(2a) 式中d为平均自由程.2分别为积分的上 下限,对于总声压级2=?,则 F=exp(1n(1,n)=':p【"【,) /d,m)rj(3) 把平均自由程d:4S代入(3)式 如=4W 4roVe-Scln(1-(~)(1一口)R=1一口). 一 expt—mr1);(3a) 17卷6期(199s) 84 B2 言8D 78 出 丑76 74 72 25B1114172D 接收点到声罪距离【m) 图1实测总声压级值与非完全扩散场修正公式(5),完全扩散场公式(1)的比较 实剽值?;完生扩散场公式(1)…;非完生扩散场修正公式(5)一 在声像空闯的积分过程中,对于确定的接收点算值最大差别在500ttz时达5dB左 右.在某些 来说并不是所有的声像都是有效的因为虚声测点上修正公式的计算值与实测值 相差较大, 像到接收点的距离一定比到声源的距离r大,尤其在100OHz时. 室竺二则3与计算机模拟值的比较只有那些分布于球体外的虚声像才是有效的, …一………一 所以其积分下限r1应取接收点到声源的距离 r,如果忽略空气吸收,则(3a)式简化为: ER=4W scinf1 再加上直达声的能量密度,得到如下总声压级 的计算公式: LP+10logl0l赤 +I n(1 ,/(?(5)一 占一n1… 公式(5)与公式(1)相比,在混响声能部分增加 了随接收点到声源距离的衰减因子r/d.如果 不考虑该衰减因子即设r/d=i,且取m(1一n) 则 的一阶近似a,同时不考虑声源的指向性,由上式(5)得到完全扩散场公式(1). 图1所示是在一 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 厅中测得的总声压级 分布,声源为无指向性的球面声源.该报告厅 的容积为2100m,5o0Hz和1OOOHz(1/3倍频 程)的空场混晌时间分别为0.64s和0.8s.由 图1可以看出,修正公式的计算值与实测值符 舍得相对较好,总声压级随声源到接收点的距 离有明显衰减.公式(1)与修正公式(5)的计 应用声学 为进一步比较修正公式与完全扩散场公 式的差别,我们选取了一简单体型的厅堂进 行计算机模拟,该厅堂(图2)的容积为 6270r?3表面积为2249ra2,设各表面吸声系 数均匀分布,混响时间为3.15s到0.88s, 相应的吸声系数为015到0.45.10 个接收点均匀分布在厅堂纵轴线的一侧.图 3为不同混晌时间下所对应的计算结果. 图2模拟厅堂,容积V=6270m{ 表面楞=2240m.;蓖:接收点;百声源. 从图3的比较中也可以看出,因修正公式 中带有随距离衰减因子,故与计算机模拟结果 比较接近,修正公式与完全扩散场公式的差别 随混响时间的减小而增加,即混响越短,声场 扩散程度越差.而在混响较长的空间中反射声 接收点到声飘距离【m 图3总声压级与接收点到声源距离的关系 实测值?;完全扩散场公式(1)…1非完全扩敞场修正公式(5卜 (a】:d;0.15混响时间RT=3.15s;fb)0.26混响时间RT=L90s (c】:a:036混响时间RT=I.31s;fd)0.46混响时刻RT=0.88s 能随声源到接收点距离的衰减率较小,这点从 修正公式中可以看出.同时发现,在大部分接 收点,修正公式的值仍较模拟值偏大,但比完 全扩散场公式有了明显的改进 4总结 本文在统计声学的基础上提出实际厅堂中 总声压级计算的一种修正公式,该公式是在一 定的假设条件下得出的.该假设条件并不要求 声场是完全扩散的,所与实际厅堂中的声场 条件较为接近,即用修正公式计算厅堂中的总 声压级分布比完全扩散场公式更台适.同时假 设条件要求声源的各阶虚像在空间上的分布是 均匀的,且满足统计上的要求,这对于高阶声 像是容易满足的,但对于低阶的声像因其数量 较少,且受到厅堂复杂体型及接收点位置的影 响较大,故会产生误差.另一方面,公式中的各 阶声像的能量衰减是均匀的(由平均吸声系数 决定),这要求厅堂中吸声材料的分布是均匀 的,这也是误差产生的一个原因最后需指出 的是,修正公式是建立在声像的统计分布基础 上的,故描述的只是大量接收点上总声压级分 布的平均规律.对于一些特定位置的接收点, 如那些靠近反射面的接收点,则与实测值之间 的误差较大 参考文献 lBeranekLLAppliedAcoustics.1990,3l(3): 2BeranekLLMusic,AcousticsandArchitecture.Wi— ley.NewYork,1962,438442 3Ando.戴根华译音乐厅声学.北京:科学出版社.1990 76 4王季卿.声学,199520(4):308-314 5BarmnM,LeeLJAcoust.Soc.Am,1988. 840】:618629. 6MilesRN.JSouudandVibration,1984.02(2): 293_226 1了卷6期f1998)