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声音测量的基础-19“混响理论和混响时间的测量”之5-平均自由路径和Eyring公式的推导-

上一次,我们得出 (1) 方程作为室内声能密度的总和,包括高达n次反射,即直接声音和反射声音的能量密度高达n次,以及 (2) 方程所示的平均自由我谈到了引导路线的地方。

  • 声音测量的基础知识-第19部分“混响理论和混响时间的测量”之5-平均自由程和Eyring方程的推导-_No.1

α―:内装面的平均吸音率V:室容积 (m 3)
p:平均自由通路W:音源的输出

(1)根据公式,求稳态能量密度为E 0 =PW/cVa,与Sabine的理论式E 0 =PW/cSa相等,因此平均自由路p为;

  • 声音测量的基础知识-第19部分“混响理论与混响时间的测量”之5-平均自由程和Eyring方程的推导-_No.2

来删除它。同样,平均游程是声音在每个反射中传播的距离,由房间体积和总表面积决定,而与房间形状无关。

这一次,我们将完成剩余的过程并导出Eyring混响表达式。

首先,确定边界表面每秒反射t的次数。由于声音在t秒内传播c t [m],并且每个反射传播声音的距离是平均自由路径p,因此c t除以平均自由路径p以获得c t/p,并且根据公式 (2) 可以表示为c t/p=cS/4Vt。

在声源在稳定状态下停止后t秒 (即n=cSt/4V反射) 后的能量密度E是稳定状态下的能量密度E 0减去前面计算的E n (n次反射声音的总能量密度+直接声音的能量密度) 。

由于E n是如上述公式 (1) 所示的E n =E 0 1- (1-α) n,因此可以通过下面的公式 (3) 获得n次反射后的E。

  • 声音测量的基础知识-第19部分“混响理论和混响时间的测量”之5-平均自由程和Eyring方程的推导-_No.3

这是一个衰减表达式,以反射次数n表示。

  • 图1 Eyring的衰减过程
    图1 Eyring的衰减过程

图1显示了公式 (3) 中的衰减公式。

现在,将反射次数n的衰减表达式返回到时间t的表达式。在 (3) 式中代入n=cSt/4V,求E/E 0 =10-6的t=T,则该T为混响时间。

  • 声音测量的基础知识-第19部分“混响理论与混响时间的测量”之5-平均自由径和Eyring方程的推导-_No.4

这是Eyring的混响公式。常量K与Sabine相同 (在20°C时为0.161) 。

到目前为止,我们仅考虑边界表面上的吸音作为室内吸音元素。然而,声音在空气中传播的能量被空气中的分子吸收,尤其是水分子 (分子吸收) 。如果大厅和大型会议室等房间的体积变大,这种空气吸收的影响不容忽视。为了考虑这一点,Knudsen对Eyring的混响公式进行了校正。

  • 声音测量的基础知识-第19部分“混响理论与混响时间的测量”之5-平均自由程和Eyring方程的推导-_No.5

这称为Knudsen-Eyring的混响公式,对于大厅等混响设计,我们通常使用该公式计算混响时间。m是空气衰减率,因频率、温度和湿度而异,但在设计中假设标准温度为20°C,温度为60%。

1000Hz:0.001、2000Hz:0.002、4000Hz:0.006

(摘自2010年10月21日发行的电子邮件杂志)