更新时间：2022-07-08 13:03
室内声学（room acoustics）是研究室内声音的传播和听闻效果的学科，是建筑声学的重要组成部分。其目的是为室内音质设计提供理论依据和方法。 声音在室内的传播与房间的形状、 尺寸、构造和吸声材料布置有关；听闻效果则反映人们的主观感受，对不同用途的房间有不同的评价标准。
当声源向空间辐射声波时，该声波存在的区域称为声场。如果声波传播时不受阻碍和干扰，这样的声场称为自由声场。在室内，声源辐射的声波传播到界面上时，部分声能被吸收，部分被反射。通常要经过多次反射后，声能密度才减弱到可以被忽略的程度。当声源连续稳定地辐射声波时，空间各点的声能是来自各方向声波叠加的结果。其中未经反射、直接由声源传播到某点的声波称为直达声；一次和多次反射声波的叠加称为混响声。
室内声场由直达声和混响声合成，直达声的声能密度按反平方规律衰减，而混响声的声能密度可近似地认为各处相等。混响声能的大小，除与声源的辐射功率有关外，还与空间大小和各界面的平均吸声系数有关。
在不同条件下，可分别用几何声学方法、统计声学方法和波动声学方法来研究室内声音的传播。
几何声学方法是指在研究自由声场的扩散性时，忽略声的波动特性，采用声线来描述声音传播途径的方法。当室内声音传播到一个尺寸比声波长度大得多的界面时，可用几何声学方法研究声音的传播规律。
这种而用声线概念研究声传播途径是根据反射定律：声线的反射角等于入射角，且反射声线和入射声线与法线在同一平面上。
应用
可以利用声线的几何作图法来分析直达声和近次反射声的分布情况，避免直达声和第一次反射声之间有较大的延迟时间差，避免反射声的聚焦出现在听众席附近。通过靠近声源的反射面的布置，补充短延迟的反射声，以避免声源前面的声强随距离增加而出现过大幅度的下降等。
统计声学方法是指从能量的观点出发，忽略声的波动特性，用统计学手段来描述声场平均状态的方法。
这种用能量概念研究声场状态是根据反平方规律：对一个波阵面为球形的点声源来说，声场强度与离声源中心距离的平方成反比。
一个连续发声的声源在室内开始发声时，稳定声场并不立刻建立，是随时间逐步增长而达到稳定状态。声源停止发声后，声场也不会立刻消失，而有一随时间逐渐衰减的过程（图1）。
用统计声学方法研究声能密度的平均增长过程和衰减过程可知，声源开始发声时，声能密度增长过程可用下式描述：式中D(t)为声能密度(焦/米3);W为声源功率(瓦)；c为声速（米/秒）；A为室内表面总吸声量（米2）；V为房间体积（米3）；t为声源发声后经历的时间（秒）。当时间t比大得多时,可简化为：此时声场达到稳定状态，声能密度达到极大值，它的大小仅与室内表面的总吸声量和声源功率有关。
声源停止发声后声能密度的衰减过程可以用下式描述：
此式表明，室内总吸声量越大，衰减就越快；房间体积越大，衰减越慢。声源停止发声后，声音还会在室内延续的现象称为混响，其衰减过程为混响过程。度量混响过程的量为混响时间T60（秒），定义为初始声压级下降60分贝所需的时间，其关系式为：
式中V为房间体积（米3）；S为总表面积（米2）；峞为平均吸声系数；m为空气的衰减系数。此外，混响理论的创始人W.C.赛宾也曾提出混响时间的计算公式：，被称为赛宾公式，仅适用于室内平均吸声系数小于0.2的场合。
波动声学方法是指用波动理论研究室内驻波共振影响的方法。当室内界面的几何尺寸与声波波长可比时，声的波动特性就不能忽略，成为突出的研究重点。
根据波动声学原理，当一对平行墙面间的距离l等于声波半波长 λ/2的整数倍n时在这尺度方向上会产生驻波，即声波传播的压缩和稀疏“图案”在空间有着固定的位置，或者说室内空气振动出现共振。当人沿着驻波方向从一端走向另一端时，会感到声强有忽高忽低的变化，高低相差最多可达20分贝左右。这些能产生驻波的频率称为简正振动频率或称简正频率。其结果使声场极不均匀，而且会使声源中符合上述情况的若干频率成分得到过分增强，也比别的频率衰减得更慢些，因此就会造成严重失真。
对于一个长、宽和高分别为 lx、ly和lz的平行六面体房间，其简正频率fr（赫）可由下式计算：
式中nx、ny和nz为正整数或零，分别代表某种振动方式，
这些简正频率又可分为三类：①轴向简正频率；②切向简正频率;③斜向简正频率。从0到fr的频率范围内可能出现的简正振动数N：式中V=lxlylz为室内容积；S=2(lxly+lylz+lzlx)为室内总面积；L=4(lx+ly+lz)为室内总边长。
应用
在容积小的房间内，低频范围的共振频率较少，频率的分布不均匀。如果lx、ly、lz的比例选择适当，不使共振频率简并，则分布可有所改善；一般采用1∶21/3∶41/3的调和级数的比例。图2所示为某些频率范围，峰顶括号内的数字即公式中的nx、ny、nz，因振动方式简并而堆积在一起,造成室内的频率响应范围起伏很大。对于大房间和高频范围，由于简正频率较多，共振峰相互交叠，其效果可按统计声学方法来处理。
声音的强弱、音调的高低和音色的好坏是声音的基本特征。因此，在音质设计中应根据房间的具体使用要求，做到充分地利用直达声，合理地分布近次反射声，正确地控制混响声。
界面上吸声材料的频率响应曲线不可能是直线，在选择和布置吸声材料时要充分考虑这一情况，否则会造成频率失真。由于人耳只能分辨出时间间隔大于50毫秒的两个声音，因此在50毫秒内的近次反射声具有加强直达声的效果，这对于改善声场的扩散性，提高信噪比都有利。同时应尽量避免颤动回声和声聚焦的现象（见音质缺陷）。音色的丰满度亲切感直接与混响时间相关，混响时间过短，会感到干涩；而混响时间过长，又影响声音的层次。
时至今日，声学的应用范围越来越广，在军事、医学、建筑等方面有举足轻重的地位，尤其是建筑声学更是建筑设计师们一直在研究的重点科目。众所周知，大剧院是世界公认的工程技术难度最高的建筑，声学系统的建设更是核心难点，因此声音效果也成为了评判一家大剧院水准的重要衡量标准。可喜的是近年来国内许多涉足声学设计的企业、单位也逐渐走向成熟，在这些组织中深圳中孚泰文化集团可为国内行业排头兵。中孚泰是全球唯一一家专注于演艺建筑建设的企业，19年专注，中孚泰参与建设了全国60%的高端精品剧院建设，是唯一被有关部门授予“声学装饰科学研究院”的单位。在中孚泰倾心打造的众多大剧院中，以广州大剧院、甘肃大剧院为代表在声音效果上已经超越了悉尼歌剧院，跻身国际一流水准。
名称：室内声学设计原理及其应用
出版地:上海
出版者名称:同济大学出版社
出版日期:1995
分类号:TU112.4
主题
学科名称主题:室内设计 声学设计 研究 声学设计 室内设计 研究