声学手册

1声学基础1
1.1正弦波2
1.2介质中的声音3
1.2.1质点运动3
1.2.2声音的传播4
1.2.3声音的速度5
1.3波长和频率6
1.4复合波8
1.4.1谐波8
1.4.2相位9
1.4.3泛音11
1.5倍频程12
1.6频谱14
1.7电子、机械和声学类比17
2声压级和分贝18
2.1比值与差值18
数字的表达19
2.2对数20
2.3分贝20
2.4参考声压级21
2.5对数与指数公式的比较23
2.6声功率24
2.7分贝的使用26
2.7.1例1：声压级26
2.7.2例2：扬声器的声压级26
2.7.3例3：话筒特性27
2.7.4例4：线性放大器27
2.7.5例5：通用放大器27
2.7.6例6：音乐厅27
2.7.7例7：分贝叠加28
2.8声压级的测量29
2.9正弦波的测量30
3自由声场的声音32
3.1自由声场32
3.2声音的辐射32
3.3自由声场中的声强33
3.4自由声场中的声压34
例：自由声场中声音辐射35
3.5密闭空间中的声场35
半球面声场及传播37
4声音感知38
4.1耳朵的灵敏度38
4.2耳朵解剖学39
4.2.1外耳40
4.2.2指向性因素：一个实验40
4.2.3外耳道40
4.2.4中耳41
4.2.5内耳43
4.2.6静纤毛44
4.3响度与频率44
4.3.1响度控制46
4.3.2可听区域46
4.4响度与声压级47
4.5响度和带宽49
4.6脉冲的响度51
4.7可察觉的响度变化52
4.8音高与频率52
4.8.1音高实验53
4.8.2消失的基频54
4.9音色与频谱54
4.10声源的定位54
4.11双耳定位56
4.12第一波阵面定律57
4.12.1法朗森效应57
4.12.2优先效应58
4.13反射声的感知59
4.14鸡尾酒会效应61
4.15听觉的非线性61
4.16主观与客观62
4.17职业性及娱乐性耳聋62
4.18总结64
5信号、语言、音乐和噪声65
5.1声谱65
5.2语言66
5.2.1语言的声道模型69
5.2.2浊音的构造69
5.2.3辅音的构造70
5.2.4语言的频率响应70
5.2.5语音的指向性71
5.3音乐72
5.3.1弦乐器72
5.3.2木管乐器72
5.3.3非谐波泛音73
5.4音乐和语言的动态范围73
5.5语言和音乐的功率75
5.6语言和音乐的频率范围76
5.7语言和音乐的可听范围76
5.8噪声76
5.8.1噪声测量79
5.8.2随机噪声79
5.8.3白噪声和粉红噪声80
5.9信号失真82
5.10共振86
5.11音频滤波器87
6反射90
6.1镜面反射90
6.2反射表面的双倍声压92
6.3凸面的反射92
6.4凹面的反射93
6.5抛物面的反射94
6.6驻波95
6.7墙角反射体95
6.8平均自由程96
6.9声音反射的感知97
6.9.1单个反射作用97
6.9.2空间感、声像以及回声的感知99
6.9.3入射角、信号种类以及可闻反射声频谱的作用100
7衍射101
7.1波阵面的传播和衍射101
7.2波长和衍射101
7.3障碍物的声音衍射102
7.4孔的声音衍射105
7.5缝隙的声音衍射105
7.6波带板的衍射106
7.7人的头部衍射107
7.8扬声器箱体边沿的衍射108
7.9各种物体的衍射108
8折射110
8.1折射的性质110
8.2声音在固体中的折射111
8.3空气中的声音折射112
8.4封闭空间中的声音折射115
8.5声音在海中的折射115
9扩散117
9.1完美的扩散场117
9.2房间中的扩散评价117
9.3衰减的拍频119
9.4指数衰减119
9.5混响时间的空间均匀性121
9.6几何不规则123
9.7吸声体的分布123
9.8凹形表面124
9.9凸状表面：多圆柱扩散体124
9.10平面扩散体125
10梳状滤波效应126
10.1梳状滤波器126
10.2声音叠加126
10.3单音信号和梳状滤波作用127
10.3.1音乐和语言信号的梳状滤波作用129
10.3.2直达声和反射声的梳状滤波作用129
10.4梳状滤波器和临界带宽133
10.5多通道重放当中的梳状滤波作用135
10.6反射声和空间感135
10.7话筒摆放当中的梳状滤波作用135
10.8在实践中的梳状滤波作用：6个例子135
10.9梳状滤波响应的评价139
11混响142
11.1房间声音的增长142
11.2房间内的声音衰减144
11.3理想的声音增长和衰减144
11.4混响时间的计算145
11.4.1赛宾公式146
11.4.2艾林—诺里斯公式147
11.4.3空气吸声148
11.5混响时间的测量148
11.5.1冲击声源149
11.5.2稳态声源149
11.5.3测量设备150
11.5.4测量步骤150
11.6混响和简正模式151
11.6.1衰减曲线分析153
11.6.2模式衰减的变化153
11.6.3频率作用154
11.7混响特征155
11.8衰减率以及混响声场157
11.9声学耦合空间157
11.10电声学的空间耦合158
11.11消除衰减波动158
11.12混响对语言的影响159
11.13混响时间对音乐的影响160
11.14很好混响时间160
11.14.1低频混响时间的提升163
11.14.2初始时延间隙164
11.14.3听音室的混响时间164
11.15人工混响165
11.16混响时间的计算167
11.16.1例1：未做声学处理的房间167
11.16.2例2：声学处理之后的房间168
12吸声170
12.1声音能量的损耗170
12.2吸声系数171
12.2.1混响室法173
12.2.2阻抗管法173
12.2.3猝发声法175
12.3吸声材料的安装176
12.4中、高频的多孔吸声177
12.5玻璃纤维隔音材料178
12.5.1玻璃纤维：板180
12.5.2玻璃纤维：吸声砖180
12.6吸声体厚度的作用181
12.7吸声体后面空腔的作用182
12.8吸声材料密度的作用183
12.9开孔泡沫183
12.10窗帘作为吸声体184
12.11地毯作为吸声体188
12.11.1地毯类型对吸声的影响188
12.11.2地毯衬底对吸声的影响188
12.11.3地毯的吸声系数189
12.12人的吸声作用189
12.13空气中的吸声191
12.14板（膜）吸声体192
12.15多圆柱吸声体197
12.16低频陷阱：通过共振吸收低频199
12.17赫姆霍兹（容积）共鸣器200
12.18穿孔板吸声体203
12.19条状吸声体208
12.20材料的摆放208
12.21赫姆霍兹共鸣器的混响时间209
12.22增加混响时间212
12.23模块212
13共振模式214
13.1早期实验和实例214
13.2管中的共振215
13.3室内的反射217
13.4两面墙之间的共振218
13.5频率范围220
13.6房间模式等式221
13.6.1房间模式的计算案例222
13.6.2验证实验225
13.7模式衰减227
13.8模式带宽229
13.9模式的压力曲线232
13.10模式密度235
13.11模式间隔和音色失真236
13.12很好的房间形状237
13.13房间表面的展开242
13.14控制有问题的模式244
13.15简化的轴向模式分析245
13.16总结247
14施罗德扩散体248
14.1实验248
14.2反射相位栅扩散体249
14.3二次余数扩散体250
14.4原根扩散体252
14.5反射相位栅扩散体的性能253
14.6反射相位栅扩散体的应用256
14.6.1颤动回声258
14.6.2分形学的应用260
14.6.3三维扩散261
14.6.4扩散混凝土砖263
14.6.5扩散效率的测量265
14.7格栅和传统方法的比较265
15可调节的声学环境267
15.1打褶悬挂的窗帘267
15.2可调节吸声板268
15.3铰链式吸声板270
15.4有百叶的吸声板270
15.5吸声／扩散调节板271
15.6可变的共振装置272
15.7旋转单元273
15.8便携式单元275
16噪声控制278
16.1噪声控制的方法278
16.2空气噪声280
16.3质量和频率的作用281
质量体的间隔283
16.4组合区域的隔声量283
16.5多孔材料284
16.6声音传输的等级284
16.7墙体结构的比较286
16.8隔声窗290
16.9隔声门291
16.10结构噪声293
16.11浮动地板294
16.11.1浮动墙和天花板296
16.11.2噪声和房间共振297
16.12噪声标准和参数297
17通风系统中的噪声控制299
17.1噪声标准的选择299
17.2风扇噪声303
17.3机械噪声和振动304
17.4空气速度307
17.5自然衰减308
17.6风道的内衬309
17.7静压箱消声器311
17.8密闭的衰减器312
17.9抗性消声器313
17.10调节后的消声器314
17.11管道位置315
17.12美国采暖、制冷与空调工程师学会316
17.13有源噪声控制316
17.14一些建议316
18听音室声学317
18.1重放条件317
18.2小房间的声学特征318
18.2.1房间的尺寸和比例319
18.2.2混响时间319
18.3对于低频的考虑320
18.3.1模式异常323
18.3.2模式共振的控制323
18.3.3听音室的低频陷阱323
18.4对于中、高频的考虑325
18.4.1反射点的识别和处理327
18.4.2侧向反射声以及空间感的控制328
18.5扬声器的摆位329
19小录音棚声学331
19.1对环境噪声的要求331
19.2录音棚的声学特征332
19.2.1直达声和非直达声332
19.2.2声学处理的作用333
19.3房间模式及房间容积334
19.4混响时间336
19.4.1小空间的混响时间336
19.4.2很好混响时间336
19.5扩散337
19.6噪声337
19.7录音棚的设计案例338
19.7.1吸声的设计目标338
19.7.2声学装修的建议339
20控制室声学342
20.1初始时延间隙342
20.2活跃端—寂静端344
20.3镜面反射与扩散345
20.4控制室中的低频共振346
20.5在实际中的初始时延间隙347
20.6扬声器的摆放及反射路径348
20.7控制室中的无反射区域（RFZ）349
20.8控制室的频率范围351
20.9控制室的外壳和内壳351
21音／视频房间的声学352
21.1设计因素352
21.2声学处理352
21.3音／视频房间的例子353
21.3.1房间共振的评价353
21.3.2房间共振的控制353
21.3.3吸声计算353
21.3.4声学处理的建议355
21.3.5专业的声学处理355
21.4语音室356
21.4.1寂静与活跃的声学环境357
21.4.2早期反射声357
21.5LEDE语音室359
22大空间的声学特性360
22.1基本的设计原则360
22.2混响及回声的控制361
22.3语言厅堂的设计363
22.3.1容积363
22.3.2厅堂形状364
22.3.3吸声处理365
22.3.4天花板、墙及地板365
22.4语言清晰度365
22.4.1语言频率和持续时间366
22.4.2主观测量366
22.4.3测量分析367
22.5音乐厅声学设计368
22.5.1混响368
22.5.2清晰度369
22.5.3明亮感369
22.5.4增益369
22.5.5座位数370
22.5.6容积370
22.5.7空间感370
22.5.8视在声源宽度（ASW）370
22.5.9初始时延间隙（ITDG）371
22.5.10低音比和温暖感（BR）371
22.6音乐厅的结构设计371
22.6.1包厢371
22.6.2天花板及墙372
22.6.3倾斜的地面373
22.7虚拟声像分析373
22.8厅堂的设计流程374
23声学失真378
23.1声学失真和声音感知378
23.2声学失真的来源378
23.2.1房间模式的耦合378
23.2.2扬声器边界干涉响应379
23.2.3梳状滤波380
23.2.4扩散384
23.2.5扩散测量384
23.3设计方法385
24室内声学测量软件387
24.1声学测量387
24.2基本分析工具388
24.3时间延时谱技术388
24.4优选长度序列技术（MLS）390
24.5AcoustiSoftETF程序391
24.5.1频率响应的测量394
24.5.2共振的测量397
24.5.3分数倍频程的测量399
24.5.4能量—时间曲线的测量401
24.5.5混响时间404
25房间优化程序406
25.1模式响应406
25.2扬声器边界干涉响应408
25.3优化409
25.4工作原理410
25.4.1房间响应的预测410
25.4.2优化步骤415
25.4.3价值参数415
25.5优化程序418
25.6计算结果419
25.6.1立体声对419
25.6.2每个喇叭含有两个低音单元的立体声对420
25.6.3有着偶极子环绕音箱的5.1声道家庭影院422
25.6.4有着卫星音箱的5.1声道家庭影院424
25.6.5次低音扬声器426
25.7总结428
26房间的可听化429
26.1声学模型的历史429
26.2可听化处理432
26.2.1扩散系数432
26.2.2听音者的特性描述432
26.2.3音响测深图的处理434
26.2.4房间模型的数据436
26.2.5房间模型的绘图439
26.2.6双耳重放441
26.3总结442
参考文献443
附录材料的吸声系数463
术语表466