《声学手册(第七版)》前言-目录

《声学手册(第七版)》

引言

手里拿着的——无论是实体书还是电子书,都是《声学手册》的第七版。F. Alton Everest先生是这本书的原作者。在1981年,他设计了一本结合理论与实践的声学书籍的方案。许多工程书籍在文本中穿插示例和问题,以向读者介绍实际应用。他在这个模式的基础上进行了改进,提出了基本理论和大量实用信息相结合的方式,并附在章节后。这些(带实例的)章节在书中占据了相当大的比例,完全致力于实际示例。对于那些构建具有相似特征的房间的人来说,这些章节尤为重要。

Everest先生明白,这是教授入门声学、任何从事建筑项目的人提供实际指导的完美方式。因此,他创造了一本我们了解和信任的宝贵工具,一本已成为经典的书籍。Everest先生于2005年去世,享年95岁,声学工程界沉痛哀悼。

当McGraw-Hill请我准备《声学手册》的第五、第六和第七版时,我感到非常荣幸。我从第一版开始就使用过这本手册,并且对它作为教材和参考手册的价值屡试不鲜。熟悉我的另一本书《数字音频原理》的读者可能会惊讶地发现,我对数字技术的热情与我对声学的热情不相上下。在迈阿密大学——我在音乐工程技术项目中担任导师的30年里,除了数字音频课程,我还教授了建筑声学课程。在那段时间里,我还咨询了许多声学项目,从录音棚到听音室设计,从教堂声学到社区噪声污染。与该领域的许多从业者一样,对我来说,了解声学特性的基本原理,能够向客户阐明这些原理,并了解当今声学问题的实际应用和解决方案,这一点很重要。这种基本平衡是Everest先生对这本书最初构想的指导原则,我一直在努力寻求同样的平衡。此外,通过Everest先生的四个版本和我的三个版本,这本书稳步改进,达到了高度精炼。

有时,在声学领域的新手中,会出现一个问题:“为什么学习声学很重要?”原因之一是,您将参与并有望为一项崇高的科学事业做出贡献。自古以来,一些世界上最伟大的科学家和工程师研究了声学及其优雅的复杂性。希腊哲学家——包括毕达哥拉斯、亚里士多德和欧几里得开始探索音乐和听觉的本质。伟大的罗马工程师和建筑师维特鲁威斯仔细分析了他的建筑项目中的回声和混响。多年来,包括托勒密、伽利略、梅尔森、柯克、牛顿、拉普拉斯、欧拉、达朗贝尔、伯努利、拉格朗日、泊松、法拉第、赫尔姆霍兹、欧姆、多普勒和萨宾在内的权威人物都做出了贡献。总的来说,无数的男性和女性致力于将声学科学发展到高度复杂的程度。

但是,在当今的信息化世界中,声学是否仍然重要?想想看:我们依靠我们的眼睛和耳朵。我们睡觉时闭上眼睛;我们在黑暗中看不见;有人可以偷偷从背后靠近我们。然而,从出生到死亡,无论清醒还是睡觉,无论在光明还是黑暗中,我们的耳朵始终对我们周围的世界敏感。无论我们听到使我们愉悦的声音还是警示我们危险的声音,无论是自然的声音还是技术的声音,声学的特性以及建筑空间对这些声音的影响都编织在我们生活的每一刻。声学重要吗?我认为是的。而且我相信Everest先生也会同意。

Ken C. Pohlmann

目录

引言

1 声学基础

简谐运动和正弦波

介质中的声音

粒子运动

声音的传播

声速

波长和频率

复合波形

谐波

相位

分部

八度音

频谱

要点

2 声音级和分贝

比率与差异

数值表示

对数

分贝

参考级别

对比对数和指数形式

声功率

使用分贝

测量声压级

正弦波测量

电、机械和声学模拟

要点

3 自由场中的声音

自由场

声散射

自由场中的声强

自由场中的声压

自由场声散射

封闭空间中的声场

半球形场和传播

要点

4 声音的感知

耳朵的敏感性

耳朵的解剖

外耳—耳廓

定向线索的演示

外耳—听觉道

中耳

内耳

毛细胞

响度与频率

响度控制

听觉范围

响度与声压级

响度与带宽

冲击声的响度

响度变化的可听性

音高与频率

音高实验

缺失的基频

音色与频谱

声源定位

双耳定位

第一波前的定律

弗兰森效应

预听效应(哈斯效应)

反射声的感知

鸡尾酒会效应

听觉非线性

主观与客观评估

职业性和娱乐性听力损失

关键要点

5 信号、语音、音乐和噪声

声谱图

语音

语音的声道塑造

有声音的声音形成

无声音的声音形成

语音的频率响应

语音的方向性

音乐

弦乐器

吹管乐器

非谐波倍频音

语音和音乐的动态范围

语音和音乐的功率

语音和音乐的频率范围

语音和音乐的听觉区域

噪声

噪声测量

随机噪声

白噪声和粉红噪声

信号畸变

谐波畸变

共振

音频滤波器

关键要点

6 反射

镜面反射

扑翼回声

反射处的压力加倍

凸面反射

凹面反射

抛物面反射

耳语回廊

驻波

角反射体

平均自由程

声音反射的感知

单次反射的效果

广阔感、音像和回声的感知

入射角度、信号类型和频谱对反射可听性的影响

关键要点

7 衍射

衍射和波前传播

衍射和波长

障碍物的衍射

孔径的衍射

狭缝的衍射

区域板的衍射

围绕人类头部的衍射

扬声器箱体边缘的衍射

各种物体的衍射

关键要点

8 折射

折射的性质

固体的折射

大气中的折射

封闭空间中的折射

海洋中的折射

关键要点

9 扩散

完全扩散声场

评估房间中的扩散

稳态测量

衰减拍

指数衰减

混响时间的空间均匀性

几何不规则

局部吸声

凹面

凸面:多圆柱体扩散器

平面表面

要点

10 组合滤波器效应

组合滤波器

声音叠加

音调信号和组合滤波器

音乐和语音信号的组合滤波

直接声和反射声的组合滤波

组合滤波器和临界带

多声道播放中的组合滤波器

控制组合滤波

反射和宽敞感

麦克风布置中的组合滤波器

实践中的组合滤波器效应:六个例子

估算组合滤波器响应

要点

11 混响

房间中声音的增长

房间中声音的衰减

理想化的声音增长和衰减

计算混响时间

萨宾公式

艾林-诺里斯公式

空气吸收

测量混响时间

脉冲源

稳态源

测量设备

测量过程

混响和正常模式

衰减曲线分析

模式衰减变化

频率效应

混响特性

位置变化的混响时间

衰减率和混响场

声学耦合空间

电声耦合空间

消除衰减波动

混响对语音的影响

混响对音乐的影响

最佳混响时间

混响时间的低音增加

初始时间延迟间隔

听音室混响时间

人工混响

混响时间计算的示例

要点

12 吸声

声能的耗散

吸声系数

混响室法

阻抗管法

脉冲法

吸声材料的安装

多孔吸声材料的中/高频吸声

低密度玻璃纤维材料

高密度玻璃纤维板材

玻璃纤维吸声瓦

吸声材料厚度的影响

吸声材料后的气隙效应

吸声材料密度的影响

开孔泡沫材料

帘子作为吸声材料

地毯作为吸声材料

地毯类型对吸声效果的影响

地毯下垫对吸声效果的影响

地毯吸声系数

人体的声吸收

空气中的声吸收

面板(膜片)吸声器

多圆柱吸声器

多圆柱吸声器的构造

低频吸声的腔体陷阱

亥姆霍兹(体积)共振器

穿孔板吸声器

竖条吸声器

材料的摆放

亥姆霍兹共振器的混响时间

利用吸声材料减少房间模式

增加混响时间

吸声模块设计

要点

13 模态共振

早期实验和示例

管内共振

室内反射

两面共振

频率区域

房间模式方程

模式计算——一个例子

实验验证

模式衰减

模式带宽

模式压力图

模式密度

模式间距和音色缺陷

音色缺陷的可听性

最佳房间比例

Bonello准则

倾斜房间表面

非矩形房间

控制问题模式

简化轴向模式分析

要点

14 Schroeder扩散器

实验研究

反射相位光栅扩散器

二次剩余扩散器

原根扩散器

衍射光栅扩散器的性能

反射相位光栅扩散器的应用

回音

分形的应用

三维扩散

扩散混凝土块

测量扩散效率

光栅与传统方法的比较

要点

15 可调式声学

窗帘

便携式吸声板

铰接式吸声板

百叶板式吸声板

吸声/漫反射可调式板

可变共振装置

旋转元件

模块化低频吸声装置

要点

16 隔声和场地选择

隔离障碍物传播

噪声控制方法

空气传播噪声

传输损失

质量和频率的影响

巧合效应

质量分离

多孔材料

声传输级别

结构噪声

膜片振动传导的噪声

噪声和房间共振

场地选择

噪声调查

环境噪声评估

测量和测试标准

推荐实践

噪声测量和施工

平面图考虑因素

在框架结构中设计

在混凝土结构中设计

要点

17 隔声:墙壁、地板和天花板

墙壁作为有效隔音屏障

多孔吸声材料的作用

质量定律和墙壁设计

墙壁设计中的质量分离

墙壁设计总结

改善现有墙壁

绕射声

石膏板墙作为隔音屏障

砖墙作为隔音屏障

弱连接

墙壁声隔指数总结

悬浮地板

悬浮墙壁和天花板

弹性吊挂

地板/天花板结构

脚步声噪音案例研究

楼板/天花板及其冲击绝缘性能

框架建筑中的楼板/天花板

混凝土层的楼板衰减

胶合板腹板与实木腹板

要点

18 隔音:窗户和门

单层玻璃窗

双层玻璃窗

玻璃中的声孔:质-气-质共振

玻璃中的声孔:巧合共振

玻璃中的声孔:腔体中的驻波

玻璃的质量和间距

不同类型的玻璃

夹层玻璃

塑料窗格

倾斜玻璃

第三层玻璃

腔体吸声材料

隔热玻璃

优化双层玻璃窗的示例

观察窗的构造

专利观察窗

隔音门

声锁

复合隔音结构

要点

19 通风系统的噪音控制

噪音标准的选择

风扇噪音

设备噪音和振动

风速

自然衰减

风管衬里

风腔消声器

专利减振器

反射消声器

调谐消声器

风管位置

ASHRAE

主动噪音控制

要点

20 听音室和家庭影院的声学

播放标准

规划播放室

播放室的声学处理

小房间声学的特点

房间尺寸和比例

混响时间

低频考虑

模态异常

控制模态共振

用于播放室的低音陷阱

中/高频考虑

识别和处理反射点

侧面反射和控制空间感

扬声器布置

听音室平面图

家庭影院平面图

控制早期反射

其他处理细节

要点

21 家庭录音棚的声学

家庭声学:模态

家庭声学:混响

家庭声学:噪音控制

家庭录音棚预算

家庭录音棚处理

家庭录音棚规划

在家庭录音棚中录音

车库录音棚

要点

22 小型录音棚的声学

环境噪声要求

小型录音棚的声学特性

直接声和间接声

房间处理的作用

模态和房间体积

不同房间尺寸的模态分析

混响时间

小房间中的混响

最佳混响时间

扩散

噪音

小型录音棚设计示例

吸声设计目标

建议的房间处理

要点

23 大型录音棚的声学

大型录音棚的设计准则

平面图

墙体剖面

D-D剖面

E-E剖面

F-F和G-G剖面

录音棚处理

鼓亭

演唱亭

声音锁走廊

混响时间

要点

24 控制室的声学

初始延迟间隔

活动端-阻尼端

镜面反射与扩散

控制室中的低频共鸣

实际中的初始延迟间隔

扬声器布置、反射路径和近场监听

无反射区控制室

控制室的频率范围

控制室的外壳和内壳

控制室的设计准则

设计示例1:矩形墙控制室

设计示例2:斜墙双壳控制室

设计示例3:斜墙单壳控制室

要点

25 隔音间的声学

应用

设计准则

隔离要求

小房间问题

设计示例1:传统隔音间

轴向模态

混响时间

设计示例2:带圆柱陷阱的隔音间

声学测量

混响时间

设计示例3:带扩散器的隔音间

混响时间

评估和比较

活动端-阻尼端隔音间

要点

26 音频视听后期制作室的声学

设计准则

设计示例1:小型后期制作室

房间共振的评估

建议的处理方法

设计示例2:大型后期制作室

房间共振的评估

监听扬声器和早期声音

后期声音

建议的处理方法

工作台

混音工程师工作站

视频显示和照明

要点

27 电话会议室的声学

设计准则

房间的形状和大小

平面图

天花板平面图

立面图

混响时间

要点

28 大型音乐厅的声学

设计准则

混响和回声控制

空气吸收

针对演讲的音乐厅设计

容积

音乐厅几何形状

吸声处理

天花板、墙壁和地板

语音可懂度

语音频率和持续时间

基于主观的测量

分析性测量

音乐厅音响设计

混响

清晰度

明亮度

增益

座位容量

容积

扩散

广阔感

表观声源宽度

初始时延间隔

低音比和温暖感

音乐厅建筑设计

包厢

天花板和墙壁

斜坡地面

虚拟声源分析

音乐厅设计流程

案例研究

附录

要点

A TDS和MLS分析概述

B 室内声音模拟

C 选定吸声系数

参考文献

术语表

索引