声学基础 (5,6节) 录音手册-第一章

传播的时间特性

在室内声场下传播的时间特性分三部分；
直达声                       近似反射声                       混响声
1.直达声
当声源发声后，声源的辐射波未经任何反射直接传播到某以位置的声波叫做直达声。这时声能密度，也即声强，大致与距离平方成反比，由于听众的眼睛基本上处在声源到他耳朵的联线上，因此可以说，凡是看得见声源的听众也能听到发自该声源的直接声，反之也是。有的音乐厅楼厅的某些座位，听众靠在座位上就看不见舞台的声源，这样就不能听到直接声，越靠近舞台，直接声越大，越远离舞台，直接声越小。
特点：时间最短，“路程”（距离）短
声音最清晰，最接近原始声
作用：直达声句定声源的方向
哈斯效应：在室内所有声能的总和，可能要弊直达声大许多倍，但我们可以判断出声源的方位，这符合哈斯效应的优先效应。一个声场有两个声源（这两个声源发出的声音是同一音频信号），当这两个声音传入人耳的时间差在50毫秒以内时，人耳不能明显辨别出两个声源的方位，人耳的听觉感觉是；那一个声源的声音首先传入人耳，那么人的听觉感觉就是全部的声音都来自于这个方位。
2.早期反射声
一般直达声过后，经一次，二次等早次的反射就到达听音区的反射声为早期反射声，也称近似反射声。
作用：加强直达声
展宽声源
决定声场大小
3.混响声
除了早期以外的所有反射声的总和就是混响声。也就是在50毫秒以外的反射声。
特点：是声音停止后依然持续的，密度越来越大的，声能越来越小的回声组合。
我们图示说明一下；
4.混响时间
在室内音质设计中，常用混响时间作为控制混响过程长短的定量指标。混响时间是当室内声场达到稳态，声源停止发声后，声压下降或衰减60dB(分贝）所用的时间。记作T60或RT，单位是“s”秒
上世纪末到本世纪初，赛宾（W.C.Sabine）首先建立其混响时间与房间容积和室内总吸声量的定量关系，既：
T60=0.161V/Sā
式中           V  =房间容积 m3
S  =室内总面积 m2
ā=室内平均吸声系数
赛宾公式具有非常重要的意义。但是，在实际使用中，如果总吸声量超过一定的范围，则计算结果与实际情况的误差较大。据研究，赛宾公式适用于室内平均吸声系数 ?＜0.2 的情况。
在赛宾公式的基础上，又有人进行了大量的研究，作出了某些修正，其中包括在工程界普遍应用的伊林（Eyring）公式：
T60=0.161V/-SIn（ 1 - ā）
式中各符号的意义同上。
上式仅考虑了室内表面的吸声。但实际上，当房间较大时，空气对频率较高的声音（2kHz以上）也有较大的吸收。这种吸收主要取决于空气的相对湿度和温度的影响。当计算中需要考虑空气吸声时，上面的伊林公式可修正为：
T60=0.161V/-SIn（  1 - ā）+ 4mV
式中     4m为空气衰减系数。
上式是在赛宾公式的基础上加以修正而得出的。特别是当室内吸声量较大时（?＞0.2），计算结果更加接近于实际值。
需要注意的是，语言要求混响时间较短，音乐要求较长，均匀的混响增加音乐的融合度，丰满度，并增加其响度，以及音乐的圆润度，立体感，但过多会影响其清晰度，室内混响的长短与房间表面的硬度，房间大小和房间结构有关，并且还与频率有着密切的关系。
声场
混响时间
声场
混响时间
一般居室
0.6s
音乐厅
1s-2s
小播音室
0.4s
音乐录音棚（吸声分轨录音棚）
0.6s
轻音乐录音棚
0.8s
音乐录音棚（自然混响同期录音棚）
1.4s-1.6s
声音大小的度量

声压由于声波作用而产生的压强叫“声压”。声波在传播过程中，空气中任一点附近质点由于声波作用，时而疏松，时而紧密，因而压强也相应地忽强、忽弱变化。当空气中有声波传播时该点的压强与没有声音到达时的压强之差叫做该点的声压。声压的单位是帕斯卡，简称帕，记做“P”。人耳能听到的最低限为0.0002μbar(1Pa=10μbar),这个低限称做人耳的“可听阈”，人耳能听到的最高限为200μbar，这一限度为“痛阈”（人正常说话声压为0.2-0.3μbar）.压的大小和传声介质中质点在声波作用下振动速度、介质的密度以及声波的传播速度有关。如用ρ表示空气密度，μ表示声速，v是空气质点的振动速度，则声压P为
P=pμv
树叶被微风吹动的响声声压约为0.01帕；在房中大声说话的声压约为0.1帕。
声功率[/b]声源在单位时间内，向外辐射的声能量叫做声功率。记做“W” 单位是W（瓦）
人低声说话为0.001 w
喷气飞机    10000Μw
[/b]
声强声波传播的能流密度。即在单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的声音能量。由于声音的强弱与声源的振幅有关。若声源的振幅大，单位时间内传出去的能量就大，因而声波也就较强。声源在某点发出的声波，向外传播，在距波源r处的声强为
式中E是声源每秒钟发出的能量，声强I的单位是瓦/米2。声强与声音传播的距离有关，跟响度有关，但响度随声强的增加并不呈线性关系，两者是有区别的。声强是客观存在事实，它是声音强弱的物理量，不受人耳功能的影响。但响度却与人的感觉有关，当声波引起耳膜振动时又因人而异，对同一声强的声波反映不同，耳感灵敏者觉得响度大，而耳感差的就觉得响度小。对不同频率的声波，耳感亦不相同。凡能引起正常听觉的声波，对声强有一定范围的要求，对于每个给定的频率，要引起听觉，其声强也有两个极值。若根据正常听觉的实验结果，以频率为横坐标，以声强为纵坐标，将各种频率的声强上下限坐标连起来，低于下限的声强，不能引起听觉。凡超过上限的声强，使人耳有痛感。故上限曲线叫痛觉阈，下限曲线叫可闻阈，两曲线间的区域即为听觉范围。因此凡能引起人的听觉的声波，除对频率要求在20～20000赫兹外，还要求声强范围在10-12瓦/米2～1瓦/米2。由此可见声强变化范围是很大的。
声强级声强的量度。声场中某一点的声强是指在单位时间内，声波通过垂直于声波传播方向单位面积的声能量。声强I与标准声强I0之比的对数称作声强I的“声强级”，用L表示，即
单位为贝尔，用Bel表示，这个单位在实用上太大，故常用贝尔的1/10，即分贝（用dB表示）作为单位，所以声强级的表示式为
I0为声强的参考标准，国际上选定I0=10-12W/m2，即可闻阈的声强值。对于1000Hz的声音，人耳能听到的下限声压是2×10-4μbar.
使人感到疼痛的上限声压为2×102μbar（相应的声强为1W/m2  ）最轻声就是0。通常在谈话时的声强级为60～70dB。
人耳刚能听到的那一点
0B
两人对话
74dB
高级播音室安静时大概是
14dB
歌厅
120dB
普通办公室
54dB
大喷气飞机
154dB