声音传播与衰减的原理在线视频

下面介绍第三节

声音传播与衰减的原理

首先介绍一下声音传播与衰减的原理

大家以前高中和大学的物理课程学习就知道

声音在碰到障碍物的时候

其传播的路径包括反射 散射 衍射 或者说是绕射

这么三种方式

这个图给出了

声波遇到不同尺度的障碍物的时候

产生的反射 绕射与散射的情况

可以看出

当障碍物的尺寸比较大的时候

三种传播情况都存在

而且在这个障碍物的后面 明显的存在声音的阴影区

随着障碍物的尺寸越来越小

反射可能就不存在了

主要是散射和绕射

而当障碍物尺寸小到一定程度

主要是散射存在

大家看看这个图里面的最后一部分 就可以看到

结合这个图大家想一想

高频还是低频的声音

容易出现绕射？

当声波入射到建筑的构件

比如说墙 比如说天花的时候

它的声能的一部分被反射

还有一部分会透过构件

另外一部分由于构件的振动

或者声音在其内部传播的时候

这个介质和声波摩擦或热传导 会导致被损耗

我们通常称之为材料的吸收

透射声能与入射声能之比称为透射系数

称之为τ

反射声能与入射声能之比称为反射系数

记为ρ

这里都给出了它们的计算公式

而吸声系数α=1-ρ 就是减掉了反射系数

通常把τ值小的材料称为“隔声材料”

把ρ值小的称为“吸声材料”

一般情况下2:57

透射部分的能量要小于反射部分的能量

在一个自由的声场里面

点声源辐射的声波

前面说了是以球面波向的方式向外传播的

声强随着接收点与声源距离r的增加而衰减

接收点的声强与点声源的距离平方成反比

距离每增加1倍衰减6dB

我们可以按照下面这个公式来做计算

就是声压级等于声源声压级减掉20lgr，再减掉11

其中r为距离

对于线声源

比如说车流密集 车流量又很稳定的

高速公路的交通噪声

或者是高铁上 节数很多的列车的轮轨噪声

这种线声源衰减的规律就是

接收点的声强与声源的距离成反比

距离每增加1倍衰减3dB

我们都可以按照这个图来做一个计算

分别有点声源和这个线声源

大家可以根据图里面的参数来进行查找

当声波在一个封闭的空间里面传播的时候

由于受到这个封闭空间各个界面的反射与吸收

这时所形成的声场

要比没有反射的自由场复杂得多

在室内的这样一个封闭声场里面

接收点除了接收到

声源辐射过来的“直达声”之外

它还会接收到由于房间的界面多次反射而来的反射声

包括一次反射 二次反射 甚至多次反射的声音

因此其特点是

接收点的声音

比自由声场同等距离的情况下要大

而且不是简单的随着距离的平方衰减

此外还有“混响现象 ”

就是声音在停止发声之以后

声场中还存在着

来自各个界面的迟到的反射声

就像我们古时候说的余音绕梁

就像我们在空空荡荡的礼堂里面说话一样

一般可以假设

不论吸声材料位于何处

其对声场能量的吸收效果都是相同的

与其位置无关

这样我们就可以对不同界面的吸声系数

进行面积加权平均

求得房间界面的平均吸声系数α

下面给展示了一个计算的公式 很简单

那么知道了这个房间界面的平均的吸声系数

室内声级随着时间t衰减量

我们就可以用下面这个公式计算

其中的S代表房间各种吸声材料吸声面的总面积

V是房间的容积

这张图给出了房间吸收能力不同

对声音增长和衰减的影响

可以看出

室内的吸声量越大 它的衰减就越快

房间的容积越大 衰减就越慢

我们通常把室内声场声能密度在声源停止发声

衰减60dB的时间称为混响时间

用这样一个公式来进行计算

从这个公式里面我们可以看出

房间的容积越大 吸声材料的面积和吸声系数越小

混响时间就越大

我们再回来看看这张图

之前讨论指向性因数的时候我们看到过

图中的S0为声源的面积

f 为频率

I～IV是声源的4种不同的位置

这时候如果要计算某点的声压级

那么我们可以用下面这个公式来计算

就是Lp=Lw+10lg(Q/4πr2+4/R)

这里面的Q就是我们前面提到的指向性因数

我们根据与声源接收点的相对关系的不同

从图里面可以查出指向因数Q的数值

这个小r代表的是接收点与声源的距离

大的这个R是什么呢

房间常数

它等于房间总的表面积与平均吸声系数这个α的乘积

最后再除以1减去平均吸声系数的一个差值

当我们对室内环境进行吸声降噪处理的时候

如果房间界面吸声系数R很小的时候

进行吸声处理

增加界面吸声系数R

就可以使Lp减小

达到降低噪声的效果

但是要注意

吸声能力的增加

是不能够改变声源到达接收点的一个直达声的

也就是说这个Q/4πr2 它是不会改变的

不会变小

这点非常关键