声学手册：声学设计与建筑声学实用指南（第5版）

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　最佳混响时间　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　最佳的房间形状　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　最佳混响时间　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
21．5　LEDE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　最大长度序列技术（MLS）　390
24．5　AcoustiSoft ETF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