聲學手冊(第7版)：聲學設計與建築聲學實用指南（簡體書）

本書對聲學領域進行深度解析，為讀者提供了全面而深刻的知識體系，適用於不同背景和需求的讀者。

首先，書中詳細介紹了聲學的基礎理論，包括聲波的特性、反射、擴散、混響等，使讀者能夠深入了解聲音是如何傳播的。其次，在室內聲學方面，本書提供了實用的指導，介紹了吸聲、擴散、隔聲、噪聲控制等方面的內容，給予讀者優化聲學環境的建議，以達到理想的聲學效果。最後，書中還探討了現實生活中的聲學應用場景，如家庭影院、家庭工作室、錄音棚、控制室、會議室等，這樣的實際案例使讀者能夠將理論知識與實際應用相結合，在實踐中評估和改善各種聲學環境。

本書適合建築聲學設計師、音頻工程師、音頻行業的專業製作人員，以及錄音、聲學等專業的學生閱讀。本書不僅幫助學生夯實聲學基礎理論，也為從業人員提供了實用的工具和技術，使他們能夠更好地理解、設計和優化聲學環境。

F. 奧爾頓·埃弗裡斯特（F. Alton Everest）是聲學領域優秀的顧問，他是美國聲學學會會員，電氣電子工程師學會終身會員，美國電影電視技術工程師協會終身會員。他是穆迪科學研究所（Moody Institute of Science）科學電影生產部門的聯合創辦者兼主管，同時也是美國加州大學海底聲學研究部的主管。 肯·C. 波爾曼（Ken C.Pohlmann）是一位音頻教育家、顧問及作家。他是美國佛羅裡達州珊瑚山墻區（Coral Gables）邁阿密大學音樂工程技術項目的負責人，也是其理學碩士學位課程的創辦者及名譽教授。他是音頻工程協會會員，也是許多音頻公司及汽車製造商的顧問，同時又是專利侵權訴訟方面的專業人士。他是《數字音頻技術》( 麥格勞 - 希爾出版社 ) 的作者，他與埃弗裡斯特合寫了本書。

理論與實踐交織，詳解聲學設計，打造理想聲場。

聲學專業人士聯袂，深入淺出，構建系統知識體系。

精選實用案例，直觀展示聲學設計策略與技巧。

融合科技前沿，指導音頻工程師攻克聲學難題。

詳述隔聲裝置設計，有效阻隔噪聲，營造寧靜空間。

深入探討低頻陷阱與吸聲擴散，精細調控音質細節。

結合人體聽覺特性，科學評測聲學環境，精準調控。

專業解析各類噪聲，提供降噪策略。

目錄



1　聲學基礎　1

1.1　簡諧運動和正弦波　2

1.2　介質中的聲音　3

1.2.1　質點運動　3

1.2.2　聲音的傳播　4

1.2.3　聲音的速度　6

1.3　波長和頻率　6

1.4　復合波　8

1.4.1　諧波　8

1.4.2　相位　9

1.4.3　泛音　10

1.5　倍頻程　11

1.6　頻譜　13

1.7　知識點　15

2　聲壓級和分貝　16

2.1　比值與差值　16

2.2　對數　17

2.3　分貝　18

2.4　參考聲壓級　19

2.5　對數與指數公式的比較　20

2.6　聲功率　21

2.7　分貝的使用　23

2.7.1　例1：聲壓級　23

2.7.2　例2：音箱的聲壓級　23

2.7.3　例3：話筒電壓　24

2.7.4　例4：線性放大器輸出電壓　24

2.7.5　例5：通用功放的電壓增益　24

2.7.6　例6：音樂廳的計算　24

2.7.7　例7：分貝的疊加　25

2.8　聲壓級的測量　26

2.9　正弦波的測量　27

2.10　電子、機械和聲學類比　28

2.11　知識點　28

3　自由聲場的聲音　29

3.1　自由聲場　29

3.2　聲音的輻射　29

3.3　自由聲場中的聲強　30

3.4　自由聲場中的聲壓　31

3.5　密閉空間中的聲場　32

3.6　半球面聲場及傳播　33

3.7　知識點　34

4　聲音的感知　35

4.1　耳朵的靈敏度　35

4.2　耳朵解剖學　36

4.2.1　外耳-耳廓　36

4.2.2　聽覺方向感的一個實驗　37

4.2.3　外耳-外耳道　37

4.2.4　中耳　38

4.2.5　內耳　39

4.2.6　靜纖毛　40

4.3　響度與頻率　41

4.3.1　響度控制　42

4.3.2　可聽區域　43

4.4　響度與聲壓級　44

4.5　響度和帶寬　45

4.6　脈衝的響度　47

4.7　可覺察的響度變化　48

4.8　音高與頻率　48

4.9　音高實驗　49

4.10　音色與頻譜　49

4.11　聲源的定位　49

4.12　雙耳定位　52

4.13　第 一波陣面定律　52

4.13.1　法朗森效應　52

4.13.2　優先（哈斯）效應　53

4.14　反射聲的感知　54

4.15　雞尾酒會效應　56

4.16　聽覺的非線性　56

4.17　主客觀評價　57

4.18　職業性及娛樂性耳聾　57

4.19　知識點　59

5　信號、語言、音樂和噪聲　60

5.1　聲譜　60

5.2　語言　62

5.2.1　語言的聲道模型　64

5.2.2　濁音的形成　64

5.2.3　輔音的形成　64

5.2.4　語言的頻率響應　65

5.2.5　語言的指向性　65

5.3　音樂　66

5.3.1　弦樂器　66

5.3.2　木管樂器　67

5.3.3　非諧波泛音　68

5.4　音樂和語言的動態範圍　68

5.5　語言和音樂的功率　69

5.6　語言和音樂的頻率範圍　70

5.7　語言和音樂的可聽範圍　70

5.8　噪聲　73

5.9　噪聲測量　73

5.9.1　隨機噪聲　73

5.9.2　白噪聲和粉紅噪聲　75

5.10　信號失真　76

5.11　共振　79

5.12　音頻濾波器　81

5.13　知識點　83

6　反射　84

6.1　鏡面反射　84

6.2　反射表面的雙倍聲壓　86

6.3　凸面的反射　86

6.4　凹面的反射　87

6.5　拋物面的反射　88

6.6　回音壁　88

6.7　駐波　89

6.8　墻角反射體　89

6.9　平均自由程　90

6.10　聲音反射的感知　90

6.10.1　單個反射作用　91

6.10.2　空間感、聲像及回聲的感知　91

6.10.3　入射角、信號種類及可聞反射聲頻譜的作用　93

6.11　知識點　94

7　衍射　95

7.1　波陣面的傳播和衍射　95

7.2　波長和衍射　95

7.3　障礙物的聲音衍射　96

7.4　孔的聲音衍射　99

7.5　縫隙的聲音衍射　99

7.6　波帶板的衍射　100

7.7　人的頭部衍射　101

7.8　音箱箱體邊沿的衍射　102

7.9　各種物體的衍射　103

7.10　知識點　103

8　折射　104

8.1　折射的性質　104

8.2　聲音在固體中的折射　105

8.3　空氣中的聲音折射　106

8.4　封閉空間中的聲音折射　108

8.5　聲音在海中的折射　108

8.6　知識點　109

9　擴散　111

9.1　完美的擴散場　111

9.2　房間中的擴散評價　111

9.3　衰減的拍頻　113

9.4　指數衰減　113

9.5　混響時間的空間均勻性　114

9.6　幾何不規則　116

9.7　吸聲體的分布　117

9.8　凹形表面　117

9.9　凸狀表面：多圓柱擴散體　117

9.10　平面擴散體　119

9.11　知識點　119

10　梳狀濾波效應　120

10.1　梳狀濾波器　120

10.2　聲音疊加　120

10.3　單音信號和梳狀濾波效應　121

10.3.1　音樂和語言信號的梳狀濾波效應　123

10.3.2　直達聲和反射聲的梳狀濾波效應　124

10.4　梳狀濾波器和臨界帶寬　126

10.5　多通道重放當中的梳狀濾波效應　128

10.6　梳狀濾波效應的控制　128

10.7　反射聲和空間感　129

10.8　話筒擺放當中的梳狀濾波效應　129

10.9　在實踐中的梳狀濾波效應：6個例子　129

10.10　梳狀濾波效應的評價　133

10.11　知識點　135

11　混響　136

11.1　房間內聲音的增長　136

11.2　房間內聲音的衰減　138

11.3　理想的聲音增長和衰減　138

11.4　混響時間的計算　139

11.4.1　賽賓公式　140

11.4.2　艾林-諾裡斯公式　141

11.4.3　空氣吸聲　142

11.5　混響時間的測量　142

11.5.1　衝擊聲源　142

11.5.2　穩態聲源　143

11.5.3　測量設備　143

11.5.4　測量步驟　144

11.6　混響和簡正模式　144

11.6.1　衰減曲線分析　146

11.6.2　模式衰減的變化　147

11.6.3　頻率作用　148

11.7　混響特徵　149

11.8　衰減率及混響聲場　150

11.9　聲學耦合空間　150

11.10　電聲學的空間耦合　151

11.11　消除衰減波動　151

11.12　混響對語言的影響　152

11.13　混響對音樂的影響　153

11.14　最佳混響時間　153

11.14.1　低頻混響時間的提升　156

11.14.2　初始時延間隙　157

11.14.3　聽音室的混響時間　157

11.15　人工混響　158

11.16　混響時間的計算實例　159

11.16.1　例1：未做聲學處理的房間　159

11.16.2　例2：聲學處理之後的房間　160

11.17　知識點　162

12　吸聲　164

12.1　聲音能量的損耗　164

12.2　吸聲系數　165

12.2.1　混響室法　166

12.2.2　阻抗管法　167

12.2.3　猝發聲法　169

12.3　吸聲材料的安裝　170

12.4　中、高頻的多孔吸聲　171

12.5　玻璃纖維低密度材料　172

12.6　玻璃纖維高密度板　173

12.7　玻璃纖維吸音板　174

12.8　吸聲體厚度的作用　175

12.9　吸聲體後面空腔的作用　175

12.10　吸聲材料密度的作用　176

12.11　開孔泡沫　177

12.12　窗簾作為吸聲體　178

12.13　地毯作為吸聲體　180

12.13.1　地毯類型對吸聲的影響　181

12.13.2　地毯襯底對吸聲的影響　182

12.13.3　地毯的吸聲系數　182

12.14　人的吸聲作用　183

12.15　空氣中的吸聲　184

12.16　板（膜）吸聲體　184

12.17　多圓柱吸聲體　188

12.18　低頻陷阱：通過共振吸收低頻　191

12.19　赫姆霍茲（容積）共鳴器　192

12.20　穿孔板吸聲體　195

12.21　窄槽型吸聲體　199

12.22　材料的擺放　199

12.23　赫姆霍茲共鳴器的混響時間　199

12.24　增加混響時間　200

12.25　吸聲模塊設計　202

12.26　知識點　204

13　共振模式　205

13.1　早期實驗和實例　205

13.2　管中的共振　205

13.3　室內的反射　207

13.4　兩面墻之間的共振　209

13.5　頻率範圍　210

13.6　房間模式等式　212

13.6.1　房間模式的計算案例　213

13.6.2　驗證實驗　214

13.7　模式衰減　217

13.8　模式帶寬　219

13.9　模式的壓力曲線　222

13.10　模式密度　224

13.11　模式間隔和音色失真　225

13.12　最佳的房間形狀　227

13.13　房間表面的傾斜　231

13.14　控制有問題的模式　233

13.15　簡化的軸向模式分析　234

13.16　知識點　236

14　施羅德擴散體　238

14.1　實驗　238

14.2　反射相位柵擴散體　239

14.3　二次余數擴散體　240

14.4　原根擴散體　242

14.5　反射相位柵擴散體的性能　243

14.6　反射相位柵擴散體的應用　245

14.6.1　顫動回聲　247

14.6.2　分形學的應用　248

14.6.3　三維擴散　251

14.6.4　擴散混凝土磚　251

14.6.5　擴散效率的測量　252

14.7　格柵和傳統方法的比較　254

14.8　知識點　255

15　可調節的聲學環境　256

15.1　打褶懸掛的窗簾　256

15.2　便攜式吸聲板　257

15.3　鉸鏈式吸聲板　259

15.4　有百葉的吸聲板　260

15.5　吸聲/擴散板　261

15.6　可變的共振裝置　261

15.7　旋轉單元　263

15.8　低頻吸聲模塊　264

15.9　知識點　266

16　隔聲及選址　268

16.1　通過隔離物的傳播　268

16.2　噪聲控制的方法　269

16.3　空氣噪聲　270

16.4　質量和頻率的作用　271

16.5　多孔材料　273

16.6　聲音傳輸的等級　274

16.7　結構噪聲　276

16.8　噪聲和房間共振　277

16.9　位置選擇　277

16.10　噪聲調查　278

16.11　環境噪聲的評估　281

16.12　建議的做法　283

16.13　噪聲測量與施工　284

16.14　建築平面圖中的注意事項　287

16.14.1　框架結構內的設計　287

16.14.2　鋼筋混凝土結構內的設計　287

16.15　知識點　287

17　隔聲裝置：墻壁、地板和天花板　289

17.1　墻壁作為有效的噪聲屏障　289

17.2　質量定律和墻體設計　292

17.3　墻體設計中的質量間隔　294

17.4　墻體設計總結　298

17.5　現有墻體的改善　300

17.6　側翼聲音（Flanking Sound）　301

17.7　石膏板墻體作為隔音屏障　303

17.8　砌體墻作為隔音屏障　304

17.9　薄弱環節　306

17.10　墻體STC等級的總結　306

17.11　浮動地板　308

17.11.1　浮動的墻體與天花板　310

17.11.2　彈性吊架　310

17.12　地板/天花板結構　311

17.13　地板/天花板結構和它們的IIC（衝擊噪聲隔離等級）性能　313

17.14　框架建築中的地板/天花板　314

17.14.1　混凝土層的地板衰減　315

17.14.2　膠合板腹板與實木托梁　317

17.15　知識點　318

18　隔聲裝置：門和窗　320

18.1　單層玻璃的窗戶　320

18.2　雙層玻璃的窗戶　321

18.3　玻璃中的聲學孔：質量-空氣-質量的共振　323

18.4　玻璃中的聲學孔：疊加共振　325

18.5　玻璃中的聲學孔：空腔內的駐波　326

18.6　玻璃板的質量和間距　328

18.7　不同的玻璃面板　328

18.8　夾層玻璃　329

18.9　塑料面板　329

18.10　傾斜玻璃　329

18.11　第三層玻璃板　329

18.12　腔體內吸聲　330

18.13　隔熱玻璃　330

18.14　雙層窗優化案例　330

18.15　觀察窗的構造　331

18.16　成品觀察窗　333

18.17　隔聲門　334

18.18　聲閘　337

18.19　復合隔聲體　338

18.20　知識點　339

19　通風系統中的噪聲控制　340

19.1　噪聲標準的選擇　340

19.2　風扇噪聲　344

19.3　機械噪聲和振動　345

19.4　空氣速度　347

19.5　自然衰減　348

19.6　風道的內襯　349

19.7　靜壓箱消聲器　351

19.8　專用噪聲衰減器　352

19.9　抗性消聲器　352

19.10　共振型的消聲器　354

19.11　風管的位置　354

19.12　美國供暖、制冷與空調工程師學會　355

19.13　主動噪聲控制　355

19.14　知識點　356

20　聽音室聲學和家庭影院　358

20.1　重放條件　358

20.2　聲音重放房間的規劃　360

20.3　聲音重放房間的聲學處理　360

20.4　小房間聲學特點　361

20.4.1　房間的尺寸和比例　361

20.4.2　混響時間　361

20.5　對於低頻的考慮　362

20.5.1　模式異常　365

20.5.2　模式共振的控制　365

20.5.3　聽音室的低頻陷阱　365

20.6　對於中、高頻的考慮　366

20.6.1　反射點的識別和處理　369

20.6.2　側向反射聲以及空間感的控制　369

20.7　音箱的擺位　370

20.8　聽音室的平面圖　372

20.9　家庭影院的平面圖　374

20.9.1　早期反射聲的控制　375

20.9.2　其他聲學處理細節　377

20.10　知識點　379

21　家庭工作室的聲學　380

21.1　家庭房間聲學：模式　380

21.2　家庭房間聲學：混響　381

21.3　家庭房間聲學：噪聲控制　381

21.4　家庭工作室的預算　382

21.5　家庭工作室的聲學處理　382

21.6　家庭工作室的規劃　384

21.7　家庭工作室中的錄音　386

21.8　車庫工作室　387

21.9　知識點　389

22　小型錄音棚聲學　390

22.1　對環境噪聲的要求　390

22.2　小型錄音棚的聲學特徵　391

22.2.1　直達聲和非直達聲　391

22.2.2　房間聲學處理的作用　392

22.3　房間模式及房間容積　393

22.4　混響時間　395

22.4.1　小空間的混響時間　395

22.4.2　最佳混響時間　395

22.5　擴散　396

22.6　噪聲　396

22.7　小型錄音棚的設計案例　396

22.7.1　吸聲的設計目標　397

22.7.2　聲學裝修的建議　398

22.8　知識點　400

23　大型錄音棚的聲學　401

23.1　大型錄音棚的設計標準　402

23.2　建築平面圖　402

23.3　墻的部分　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　錄音室的聲學處理　405

23.5　鼓房　407

23.6　聲樂室　409

23.7　聲閘　410

23.8　混響時間　410

23.9　知識點　412

24　控制室的聲學　413

24.1　初始時間間隙　413

24.2　活躍端-寂靜端　415

24.3　鏡面反射與擴散　416

24.4　控制室中的低頻共振　417

24.5　在實際中的初始時間間隙　418

24.6　音箱的擺放、反射路徑和近場監聽　419

24.7　控制室中的無反射區域（RFZ）　421

24.8　控制室的頻率範圍　422

24.9　控制室的外殼和內殼　422

24.10　控制室的設計原則　423

24.11　設計案例1：矩形墻面控制室的設計　424

24.12　設計案例2：有著展開墻面的雙層控制室　425

24.13　設計案例3：有著展開墻面的單層控制室　426

24.14　知識點　428

25　隔音室的聲學　429

25.1　一些應用　429

25.2　設計原則　430

25.3　隔聲的需求　430

25.4　小房間問題　431

25.5　設計案例1：傳統的隔音室　432

25.5.1　軸向模式　433

25.5.2　混響時間　434

25.6　設計案例2：帶有圓柱形聲學陷阱的隔音室　436

25.6.1　聲學測量　438

25.6.2　混響時間　440

25.7　設計案例3：帶有擴散體的隔音室　441

25.8　評價與比較　444

25.9　活躍端-寂靜端（LEDE）隔音室　445

25.10　知識點　445

26　視聽後期製作室的聲學　447

26.1　設計原則　447

26.2　設計案例1：小型後期製作室　448

26.2.1　房間共振評估　448

26.2.2　推薦的處理方法　449

26.3　設計案例2：大型後期製作室　451

26.3.1　房間共振評價　451

26.3.2　監聽音箱和早期聲　452

26.3.3　後期聲　454

26.3.4　聲學處理的建議　456

26.3.5　工作臺　457

26.3.6　混音師的工作區　457

26.3.7　視頻顯示及照明　459

26.4　知識點　459

27　電話會議室的聲學　460

27.1　設計原則　460

27.2　房間的形狀和尺寸　460

27.3　地板平面圖　462

27.4　天花平面圖　462

27.5　立面視圖　463

27.6　混響時間　464

27.7　知識點　466

28　大空間的聲學特性　467

28.1　設計準則　467

28.2　混響及回聲的控制　468

28.3　空氣吸聲　470

28.4　語言廳堂的設計　470

28.4.1　容積　470

28.4.2　廳堂形狀　471

28.4.3　吸聲處理　472

28.4.4　天花板、墻面及地板　472

28.5　語言清晰度　473

28.5.1　語言頻率和持續時間　473

28.5.2　基於主觀的測量　473

28.5.3　測量分析　474

28.6　音樂廳聲學設計　475

28.6.1　混響　475

28.6.2　清晰度　476

28.6.3　明亮感　476

28.6.4　增益　476

28.6.5　座位數　477

28.6.6　容積　477

28.6.7　擴散　477

28.6.8　空間感　478

28.6.9　視在聲源寬度（ASW）　478

28.6.10　初始時間間隙（ITDG）　478

28.6.11　低音比和溫暖感（BR）　478

28.7　音樂廳的建築設計　479

28.7.1　樓座　479

28.7.2　天花板及墻面　479

28.7.3　傾斜的地面　480

28.8　虛擬聲像分析　481

28.9　廳堂的設計流程　482

28.10　案例研究　482

28.11　後記　485

28.12　知識點　485

附錄A　TDS和MLS分析概述　487

A.1　基本測量工具　487

A.2　時間-延時譜技術　488

A.3　最大長度序列技術　489

A.4　總結　490

附錄B　房間的可聽化　491

B.1　聲學模型的歷史　491

B.2　可聽化處理　494

B.2.1　擴散系數　495

B.2.2　聽音者的特性描述　495

B.2.3　音響測深圖（echogram）的處理　495

B.2.4　房間模型的數據　498

B.2.5　房間模型的繪圖　499

B.2.6　雙耳重放　501

B.3　總結　501

附錄C　部分材料的吸聲系數　502

參考文獻　504

術語表　504