科普丨耳朵的親密接觸：聲場與聲音的萬縷關係

一個怎樣的聲場才適合自己最切實的聽覺需求？

聲場到底是怎樣影響聲音表達的呢？

在聽力學的應用中，不管是聽力檢測還是助聽評估，都需要在一個特定的環境中進行，才能獲得比較準確的結果，這就需要我們在測聽室中建立相對應的聲場環境。也就是說，要得到優質的聲音體驗，一個優秀的聲場設計必不可少。 簡單來說，媒質中有聲波存在的區域就是聲場。聲場可以有多種分類（自由場或擴散場），而現實中純粹的自由場或擴散場是不存在的，多是不同性質的聲場的組合。這就要給大家科普：近場與遠場、 自由場與消音室、混響場與混響室。

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近場與遠場

當聲源在自由空間輻射時，聲源附近的聲壓和質點速度不同相的區域，稱為近場。聲源最大尺寸的一倍距離或聲源發出的聲音一個波長以內的區域，均涵蓋在近場內。在近場中，由於聲源不同部分輻射的聲波到達接受點時其振幅和相位都不相同，因此聲波的干涉會比較複雜，導致在聲源附近出現了許多分布很密集的聲壓極大值和極小值。另外，在近場中聲音循環傳播，聲壓與距離二者之間沒有特定的關係。

當距離大於2倍聲源的尺寸或大於兩個波長時的位置，稱為遠場。越遠離聲源，聲源可近似看作點聲源，波陣面可近似看作平面波，此時距離與聲壓之間有特定的關係。

明確近場與遠場的概念十分重要。在實際測量中，近場會出現聲壓幅值起伏的特徵（聲波干涉嚴重），所以通常測試在遠場進行。遠場測試的結果與實際的效果相同。在測量聲源的聲壓級時，通常的做法是測量跟聲源表面1米處的聲壓級，而1米波長對應的聲音頻率為340Hz，也就是說測量1米處的聲壓級，對於大多數關鍵的頻率成份來說，已處於遠場中。

由於聲音是一個場量，除了聲學測量必須在遠場進行之外，某些聲學測量必須在特定的聲學環境中進行，例如自由場與混響場。因此，接下來科普一下常見的自由場與消音室，混響場與混響室。

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自由場與消音室

自由場是指聲源在均勻、各向同性媒介中傳播時，不計邊界影響的聲場，此時聲場中只有直達場而沒有反射聲。實際上，只能做到反射聲儘可能小，和直達聲相比可以忽略不計。例如，聲源懸浮於室外足夠高的空間上，聲源輻射的聲波可以無阻礙地向四面八方傳播，那麼，此時這樣的聲場就可認為是自由場。但實際上，聲源是不可能懸浮於空中的，只能位於有限高度上，而地面認為是一個半徑無限大的反射面，那麼，把這樣的聲場稱為半自由場，如聲源位於室外空曠場所。在自由場的遠場中，距離每增加一倍，聲壓級降低6dB，如下圖所示。

當測量靠近地面進行時，還需考慮聲源與接收器之間的地面影響。例如：聲波沿地面傳播時的聲衰減與地面的性質及其覆蓋物有關，厚草地對聲波的衰減約為20dB/100m。因此，聲壓測量時，測量位置都要求有一定的高度。常規的高度是1.2米（人坐立時耳朵高度）或1.5米（人站立時耳朵高度）。

因此，為了模擬自由場的聲學環境，人們建立了全消聲室。為了使室內建立自由聲場，房間六個表面都應該鋪設吸聲係數特別大的材料，比較常用的是尖劈和複合材料，要求在使用的頻率範圍內的吸聲係數大於0.99。全消音室地面上也需要鋪設吸聲材料，因此，在地面的吸聲材料之上應該裝設水平的鋼蠅網，以便放置試件並能在房間內起動。

在全消音室，聲音傳播如同在自由場中，幾乎無反射。但通常高頻聲音比低頻更有效，這是因為消音室可用的最低頻率取決於房間體積和尖劈長度，如安裝1-2米尖劈的大房間有效的低頻可達100Hz。對於要求嚴格避免反射干擾的測量，必須在全消音室內進行，如測量聲功率、測量聲源的指向性等。通常，全消音室在學術研究性質的單位偏好使用，因為可排除地板反射造成的影響，對待測聲源可做較為精確的計算與預測。

與半自由場相對應的消音室是半消音室，即地面作為反射面，不鋪設吸聲材料，而其他五個面鋪設吸聲材料。通常用於模擬現實的情況，如汽車行駛在路面，那麼路面就是一個大的反射面，如下圖所示為帶轉轂的半消音室。在工程行業，如機械、汽車，電子等行業通常使用半消音室。在半消音室常見的測量有聲功率、TPA和通過雜訊等。

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混響場與混響室

在講敘混響場之前，先讓我們明白一下擴散場的概念。直達聲與混響聲相等的距離稱為擴散距離，也稱為混響半徑。距離大於擴散距離的聲場稱為擴散場，通常聲音在室內傳播時才具有這種特性。擴散場內，空間各點的聲強強度幾乎相等，從每個方向到達某一點聲能流的概率相同，並且各個方向到達的聲波相位是無規則的。如果想避免直達聲的影響，那麼測量的傳聲器與聲源的距離應該大於擴散場距離。

混響場有兩種含義：一種是指擴散場；另一種是指聲源在室內穩定地輻射聲波時，室內聲場中離聲源某個距離外混響聲比較均勻的區域。具有擴散場的實驗室就是混響室，它的吸聲很小，混響時間很長，室內聲波經過多次反射形成聲能分布均勻的房間。在混響場中，不同位置的聲壓級幾乎是恆定的。

混響室由堅硬的牆、天花板和地板構成，這些表面具有強反射性，並且牆面不平行，常採用不規則形狀房間或邊長成調和級數比的矩形房間，如圖所示。混響室的混響時間的上限在高頻取決於空氣的聲吸收，在低頻取決於壁面的聲吸收。通常，在混響室內低頻段時，對寬頻雜訊的頻響表現出來一些峰值為房間的聲模態；在高頻段，各個模態開始疊加，聲模態反而不明顯了。為了保證房間在低頻更均衡，經常使用低頻吸聲單元和旋轉的擴散器，如下圖中天花板上弔掛的裝置。

在混響室可以測量聲功率、材料的吸聲係數、聲音的傳遞損失等。一間混響室作為聲源室，一間消音室作為接收室，即可用來測量牆壁、門窗或汽車前圍板等結構的隔聲特性。

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本次課程內容包含了建築聲學測量原理、BK Dirac廳堂測量軟體、建模軟體Sketchup與聲學模擬軟體的結合、聲學設計實地參觀、INSUL 建築結構隔聲性能預測軟體、ZORBA建築材料吸聲性能預測軟體、參數化設計、CATT、CARA聲學等設計軟體介紹、新型聲學材料的介紹及應用，同時還有實驗室參觀（混響室、隔聲室、音質模型實驗室、雜訊設備實驗室、靜音室）與現場實驗等，課程完畢經考試合格後將頒發具有重要價值的培訓課程認證證書。

|培訓地點

北京 清華大學 甲所

|培訓時間

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|培訓費用

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|報名方式（以下方式皆可）

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