声学手册 第7版 声学设计与建筑声学实用指南

本书对声学领域进行深度解析，为读者提供了全面而深刻的知识体系，适用于不同背景和需求的读者。 首先，书中详细介绍了声学的基础理论，包括声波的特性、反射、扩散、混响等，使读者能够深入了解声音是如何传播的。其次，在室内声学方面，本书提供了实用的指导，介绍了吸声、扩散、隔声、噪声控制等方面的内容，给予读者优化声学环境的建议，以达到理想的声学效果。最后，书中还探讨了现实生活中的声学应用场景，如家庭影院、家庭工作室、录音棚、控制室、会议室等，这样的实际案例使读者能够将理论知识与实际应用相结合，在实践中评估和改善各种声学环境。 本书适合建筑声学设计师、音频工程师、音频行业的专业制作人员，以及录音、声学等专业的学生阅读。本书不仅帮助学生夯实声学基础理论，也为从业人员提供了实用的工具和技术，使他们能够更好地理解、设计和优化声学环境。

F. 奥尔顿·埃弗里斯特（F. Alton Everest）是声学领域优秀的顾问，他是美国声学学会会员，电气电子工程师学会终身会员，美国电影电视技术工程师协会终身会员。他是穆迪科学研究所（Moody Institute of Science）科学电影生产部门的联合创办者兼主管，同时也是美国加州大学海底声学研究部的主管。 肯·C. 波尔曼（Ken C.Pohlmann）是一位音频教育家、顾问及作家。他是美国佛罗里达州珊瑚山墙区（Coral Gables）迈阿密大学音乐工程技术项目的负责人，也是其理学硕士学位课程的创办者及名誉教授。他是音频工程协会会员，也是许多音频公司及汽车制造商的顾问，同时又是专利侵权诉讼方面的专业人士。他是《数字音频技术》( 麦格劳 - 希尔出版社 ) 的作者，他与埃弗里斯特合写了本书。

目录 1　声学基础　1 1.1　简谐运动和正弦波　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　6 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　10 1.5　倍频程　11 1.6　频谱　13 1.7　知识点　15 2　声压级和分贝　16 2.1　比值与差值　16 2.2　对数　17 2.3　分贝　18 2.4　参考声压级　19 2.5　对数与指数公式的比较　20 2.6　声功率　21 2.7　分贝的使用　23 2.7.1　例1：声压级　23 2.7.2　例2：音箱的声压级　23 2.7.3　例3：话筒电压　24 2.7.4　例4：线性放大器输出电压　24 2.7.5　例5：通用功放的电压增益　24 2.7.6　例6：音乐厅的计算　24 2.7.7　例7：分贝的叠加　25 2.8　声压级的测量　26 2.9　正弦波的测量　27 2.10　电子、机械和声学类比　28 2.11　知识点　28 3　自由声场的声音　29 3.1　自由声场　29 3.2　声音的辐射　29 3.3　自由声场中的声强　30 3.4　自由声场中的声压　31 3.5　密闭空间中的声场　32 3.6　半球面声场及传播　33 3.7　知识点　34 4　声音的感知　35 4.1　耳朵的灵敏度　35 4.2　耳朵解剖学　36 4.2.1　外耳-耳廓　36 4.2.2　听觉方向感的一个实验　37 4.2.3　外耳-外耳道　37 4.2.4　中耳　38 4.2.5　内耳　39 4.2.6　静纤毛　40 4.3　响度与频率　41 4.3.1　响度控制　42 4.3.2　可听区域　43 4.4　响度与声压级　44 4.5　响度和带宽　45 4.6　脉冲的响度　47 4.7　可觉察的响度变化　48 4.8　音高与频率　48 4.9　音高实验　49 4.10　音色与频谱　49 4.11　声源的定位　49 4.12　双耳定位　52 4.13　第 一波阵面定律　52 4.13.1　法朗森效应　52 4.13.2　优先（哈斯）效应　53 4.14　反射声的感知　54 4.15　鸡尾酒会效应　56 4.16　听觉的非线性　56 4.17　主客观评价　57 4.18　职业性及娱乐性耳聋　57 4.19　知识点　59 5　信号、语言、音乐和噪声　60 5.1　声谱　60 5.2　语言　62 5.2.1　语言的声道模型　64 5.2.2　浊音的形成　64 5.2.3　辅音的形成　64 5.2.4　语言的频率响应　65 5.2.5　语言的指向性　65 5.3　音乐　66 5.3.1　弦乐器　66 5.3.2　木管乐器　67 5.3.3　非谐波泛音　68 5.4　音乐和语言的动态范围　68 5.5　语言和音乐的功率　69 5.6　语言和音乐的频率范围　70 5.7　语言和音乐的可听范围　70 5.8　噪声　73 5.9　噪声测量　73 5.9.1　随机噪声　73 5.9.2　白噪声和粉红噪声　75 5.10　信号失真　76 5.11　共振　79 5.12　音频滤波器　81 5.13　知识点　83 6　反射　84 6.1　镜面反射　84 6.2　反射表面的双倍声压　86 6.3　凸面的反射　86 6.4　凹面的反射　87 6.5　抛物面的反射　88 6.6　回音壁　88 6.7　驻波　89 6.8　墙角反射体　89 6.9　平均自由程　90 6.10　声音反射的感知　90 6.10.1　单个反射作用　91 6.10.2　空间感、声像及回声的感知　91 6.10.3　入射角、信号种类及可闻反射声频谱的作用　93 6.11　知识点　94 7　衍射　95 7.1　波阵面的传播和衍射　95 7.2　波长和衍射　95 7.3　障碍物的声音衍射　96 7.4　孔的声音衍射　99 7.5　缝隙的声音衍射　99 7.6　波带板的衍射　100 7.7　人的头部衍射　101 7.8　音箱箱体边沿的衍射　102 7.9　各种物体的衍射　103 7.10　知识点　103 8　折射　104 8.1　折射的性质　104 8.2　声音在固体中的折射　105 8.3　空气中的声音折射　106 8.4　封闭空间中的声音折射　108 8.5　声音在海中的折射　108 8.6　知识点　109 9　扩散　111 9.1　完美的扩散场　111 9.2　房间中的扩散评价　111 9.3　衰减的拍频　113 9.4　指数衰减　113 9.5　混响时间的空间均匀性　114 9.6　几何不规则　116 9.7　吸声体的分布　117 9.8　凹形表面　117 9.9　凸状表面：多圆柱扩散体　117 9.10　平面扩散体　119 9.11　知识点　119 10　梳状滤波效应　120 10.1　梳状滤波器　120 10.2　声音叠加　120 10.3　单音信号和梳状滤波效应　121 10.3.1　音乐和语言信号的梳状滤波效应　123 10.3.2　直达声和反射声的梳状滤波效应　124 10.4　梳状滤波器和临界带宽　126 10.5　多通道重放当中的梳状滤波效应　128 10.6　梳状滤波效应的控制　128 10.7　反射声和空间感　129 10.8　话筒摆放当中的梳状滤波效应　129 10.9　在实践中的梳状滤波效应：6个例子　129 10.10　梳状滤波效应的评价　133 10.11　知识点　135 11　混响　136 11.1　房间内声音的增长　136 11.2　房间内声音的衰减　138 11.3　理想的声音增长和衰减　138 11.4　混响时间的计算　139 11.4.1　赛宾公式　140 11.4.2　艾林-诺里斯公式　141 11.4.3　空气吸声　142 11.5　混响时间的测量　142 11.5.1　冲击声源　142 11.5.2　稳态声源　143 11.5.3　测量设备　143 11.5.4　测量步骤　144 11.6　混响和简正模式　144 11.6.1　衰减曲线分析　146 11.6.2　模式衰减的变化　147 11.6.3　频率作用　148 11.7　混响特征　149 11.8　衰减率及混响声场　150 11.9　声学耦合空间　150 11.10　电声学的空间耦合　151 11.11　消除衰减波动　151 11.12　混响对语言的影响　152 11.13　混响对音乐的影响　153 11.14　最佳混响时间　153 11.14.1　低频混响时间的提升　156 11.14.2　初始时延间隙　157 11.14.3　听音室的混响时间　157 11.15　人工混响　158 11.16　混响时间的计算实例　159 11.16.1　例1：未做声学处理的房间　159 11.16.2　例2：声学处理之后的房间　160 11.17　知识点　162 12　吸声　164 12.1　声音能量的损耗　164 12.2　吸声系数　165 12.2.1　混响室法　166 12.2.2　阻抗管法　167 12.2.3　猝发声法　169 12.3　吸声材料的安装　170 12.4　中、高频的多孔吸声　171 12.5　玻璃纤维低密度材料　172 12.6　玻璃纤维高密度板　173 12.7　玻璃纤维吸音板　174 12.8　吸声体厚度的作用　175 12.9　吸声体后面空腔的作用　175 12.10　吸声材料密度的作用　176 12.11　开孔泡沫　177 12.12　窗帘作为吸声体　178 12.13　地毯作为吸声体　180 12.13.1　地毯类型对吸声的影响　181 12.13.2　地毯衬底对吸声的影响　182 12.13.3　地毯的吸声系数　182 12.14　人的吸声作用　183 12.15　空气中的吸声　184 12.16　板（膜）吸声体　184 12.17　多圆柱吸声体　188 12.18　低频陷阱：通过共振吸收低频　191 12.19　赫姆霍兹（容积）共鸣器　192 12.20　穿孔板吸声体　195 12.21　窄槽型吸声体　199 12.22　材料的摆放　199 12.23　赫姆霍兹共鸣器的混响时间　199 12.24　增加混响时间　200 12.25　吸声模块设计　202 12.26　知识点　204 13　共振模式　205 13.1　早期实验和实例　205 13.2　管中的共振　205 13.3　室内的反射　207 13.4　两面墙之间的共振　209 13.5　频率范围　210 13.6　房间模式等式　212 13.6.1　房间模式的计算案例　213 13.6.2　验证实验　214 13.7　模式衰减　217 13.8　模式带宽　219 13.9　模式的压力曲线　222 13.10　模式密度　224 13.11　模式间隔和音色失真　225 13.12　最佳的房间形状　227 13.13　房间表面的倾斜　231 13.14　控制有问题的模式　233 13.15　简化的轴向模式分析　234 13.16　知识点　236 14　施罗德扩散体　238 14.1　实验　238 14.2　反射相位栅扩散体　239 14.3　二次余数扩散体　240 14.4　原根扩散体　242 14.5　反射相位栅扩散体的性能　243 14.6　反射相位栅扩散体的应用　245 14.6.1　颤动回声　247 14.6.2　分形学的应用　248 14.6.3　三维扩散　251 14.6.4　扩凝土砖　251 14.6.5　扩散效率的测量　252 14.7　格栅和传统方法的比较　254 14.8　知识点　255 15　可调节的声学环境　256 15.1　打褶悬挂的窗帘　256 15.2　便携式吸声板　257 15.3　铰链式吸声板　259 15.4　有百叶的吸声板　260 15.5　吸声/扩散板　261 15.6　可变的共振装置　261 15.7　旋转单元　263 15.8　低频吸声模块　264 15.9　知识点　266 16　隔声及选址　268 16.1　通过隔离物的传播　268 16.2　噪声控制的方法　269 16.3　空气噪声　270 16.4　质量和频率的作用　271 16.5　多孔材料　273 16.6　声音传输的等级　274 16.7　结构噪声　276 16.8　噪声和房间共振　277 16.9　位置选择　277 16.10　噪声调查　278 16.11　环境噪声的评估　281 16.12　建议的做法　283 16.13　噪声测量与施工　284 16.14　建筑平面图中的注意事项　287 16.14.1　框架结构内的设计　287 16.14.2　钢筋混凝土结构内的设计　287 16.15　知识点　287 17　隔声装置：墙壁、地板和天花板　289 17.1　墙壁作为有效的噪声屏障　289 17.2　质量定律和墙体设计　292 17.3　墙体设计中的质量间隔　294 17.4　墙体设计总结　298 17.5　现有墙体的改善　300 17.6　侧翼声音（Flanking Sound）　301 17.7　石膏板墙体作为隔音屏障　303 17.8　砌体墙作为隔音屏障　304 17.9　薄弱环节　306 17.10　墙体STC等级的总结　306 17.11　浮动地板　308 17.11.1　浮动的墙体与天花板　310 17.11.2　弹性吊架　310 17.12　地板/天花板结构　311 17.13　地板/天花板结构和它们的IIC（冲击噪声隔离等级）性能　313 17.14　框架建筑中的地板/天花板　314 17.14.1　混凝土层的地板衰减　315 17.14.2　胶合板腹板与实木托梁　317 17.15　知识点　318 18　隔声装置：门和窗　320 18.1　单层玻璃的窗户　320 18.2　双层玻璃的窗户　321 18.3　玻璃中的声学孔：质量-空气-质量的共振　323 18.4　玻璃中的声学孔：叠加共振　325 18.5　玻璃中的声学孔：空腔内的驻波　326 18.6　玻璃板的质量和间距　328 18.7　不同的玻璃面板　328 18.8　夹层玻璃　329 18.9　塑料面板　329 18.10　倾斜玻璃　329 18.11　第三层玻璃板　329 18.12　腔体内吸声　330 18.13　隔热玻璃　330 18.14　双层窗优化案例　330 18.15　观察窗的构造　331 18.16　成品观察窗　333 18.17　隔声门　334 18.18　声闸　337 18.19　复合隔声体　338 18.20　知识点　339 19　通风系统中的噪声控制　340 19.1　噪声标准的选择　340 19.2　风扇噪声　344 19.3　机械噪声和振动　345 19.4　空气速度　347 19.5　自然衰减　348 19.6　风道的内衬　349 19.7　静压箱消声器　351 19.8　专用噪声衰减器　352 19.9　抗性消声器　352 19.10　共振型的消声器　354 19.11　风管的位置　354 19.12　美国供暖、制冷与空调工程师学会　355 19.13　主动噪声控制　355 19.14　知识点　356 20　听音室声学和家庭影院　358 20.1　重放条件　358 20.2　声音重放房间的规划　360 20.3　声音重放房间的声学处理　360 20.4　小房间声学特点　361 20.4.1　房间的尺寸和比例　361 20.4.2　混响时间　361 20.5　对于低频的考虑　362 20.5.1　模式异常　365 20.5.2　模式共振的控制　365 20.5.3　听音室的低频陷阱　365 20.6　对于中、高频的考虑　366 20.6.1　反射点的识别和处理　369 20.6.2　侧向反射声以及空间感的控制　369 20.7　音箱的摆位　370 20.8　听音室的平面图　372 20.9　家庭影院的平面图　374 20.9.1　早期反射声的控制　375 20.9.2　其他声学处理细节　377 20.10　知识点　379 21　家庭工作室的声学　380 21.1　家庭房间声学：模式　380 21.2　家庭房间声学：混响　381 21.3　家庭房间声学：噪声控制　381 21.4　家庭工作室的预算　382 21.5　家庭工作室的声学处理　382 21.6　家庭工作室的规划　384 21.7　家庭工作室中的录音　386 21.8　车库工作室　387 21.9　知识点　389 22　小型录音棚声学　390 22.1　对环境噪声的要求　390 22.2　小型录音棚的声学特征　391 22.2.1　直达声和非直达声　391 22.2.2　房间声学处理的作用　392 22.3　房间模式及房间容积　393 22.4　混响时间　395 22.4.1　小空间的混响时间　395 22.4.2　最佳混响时间　395 22.5　扩散　396 22.6　噪声　396 22.7　小型录音棚的设计案例　396 22.7.1　吸声的设计目标　397 22.7.2　声学装修的建议　398 22.8　知识点　400 23　大型录音棚的声学　401 23.1　大型录音棚的设计标准　402 23.2　建筑平面图　402 23.3　墙的部分　403 23.3.1　D-D部分　403 23.3.2　E-E部分　405 23.3.3　F-F部分和G-G部分　405 23.4　录音室的声学处理　405 23.5　鼓房　407 23.6　声乐室　409 23.7　声闸　410 23.8　混响时间　410 23.9　知识点　412 24　控制室的声学　413 24.1　初始时间间隙　413 24.2　活跃端-寂静端　415 24.3　镜面反射与扩散　416 24.4　控制室中的低频共振　417 24.5　在实际中的初始时间间隙　418 24.6　音箱的摆放、反射路径和近场监听　419 24.7　控制室中的无反射区域（RFZ）　421 24.8　控制室的频率范围　422 24.9　控制室的外壳和内壳　422 24.10　控制室的设计原则　423 24.11　设计案例1：矩形墙面控制室的设计　424 24.12　设计案例2：有着展开墙面的双层控制室　425 24.13　设计案例3：有着展开墙面的单层控制室　426 24.14　知识点　428 25　隔音室的声学　429 25.1　一些应用　429 25.2　设计原则　430 25.3　隔声的需求　430 25.4　小房间问题　431 25.5　设计案例1：传统的隔音室　432 25.5.1　轴向模式　433 25.5.2　混响时间　434 25.6　设计案例2：带有圆柱形声学陷阱的隔音室　436 25.6.1　声学测量　438 25.6.2　混响时间　440 25.7　设计案例3：带有扩散体的隔音室　441 25.8　评价与比较　444 25.9　活跃端-寂静端（LEDE）隔音室　445 25.10　知识点　445 26　视听后期制作室的声学　447 26.1　设计原则　447 26.2　设计案例1：小型后期制作室　448 26.2.1　房间共振评估　448 26.2.2　推荐的处理方法　449 26.3　设计案例2：大型后期制作室　451 26.3.1　房间共振评价　451 26.3.2　监听音箱和早期声　452 26.3.3　后期声　454 26.3.4　声学处理的建议　456 26.3.5　工作台　457 26.3.6　混音师的工作区　457 26.3.7　视频显示及照明　459 26.4　知识点　459 27　电话会议室的声学　460 27.1　设计原则　460 27.2　房间的形状和尺寸　460 27.3　地板平面图　462 27.4　天花平面图　462 27.5　立面视图　463 27.6　混响时间　464 27.7　知识点　466 28　大空间的声学特性　467 28.1　设计准则　467 28.2　混响及回声的控制　468 28.3　空气吸声　470 28.4　语言厅堂的设计　470 28.4.1　容积　470 28.4.2　厅堂形状　471 28.4.3　吸声处理　472 28.4.4　天花板、墙面及地板　472 28.5　语言清晰度　473 28.5.1　语言频率和持续时间　473 28.5.2　基于主观的测量　473 28.5.3　测量分析　474 28.6　音乐厅声学设计　475 28.6.1　混响　475 28.6.2　清晰度　476 28.6.3　明亮感　476 28.6.4　增益　476 28.6.5　座位数　477 28.6.6　容积　477 28.6.7　扩散　477 28.6.8　空间感　478 28.6.9　视在声源宽度（ASW）　478 28.6.10　初始时间间隙（ITDG）　478 28.6.11　低音比和温暖感（BR）　478 28.7　音乐厅的建筑设计　479 28.7.1　楼座　479 28.7.2　天花板及墙面　479 28.7.3　倾斜的地面　480 28.8　虚拟声像分析　481 28.9　厅堂的设计流程　482 28.10　案例研究　482 28.11　后记　485 28.12　知识点　485 附录A　TDS和MLS分析概述　487 A.1　基本测量工具　487 A.2　时间-延时谱技术　488 A.3　最大长度序列技术　489 A.4　总结　490 附录B　房间的可听化　491 B.1　声学模型的历史　491 B.2　可听化处理　494 B.2.1　扩散系数　495 B.2.2　听音者的特性描述　495 B.2.3　音响测深图（echogram）的处理　495 B.2.4　房间模型的数据　498 B.2.5　房间模型的绘图　499 B.2.6　双耳重放　501 B.3　总结　501 附录C　部分材料的吸声系数　502 参考文献　504 术语表　504