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《河北工程大学》 2018年
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冀南地区水滴声台阶声景观实验模拟研究

张振伟  
【摘要】:水滴声台阶是一种偶然形成的具有特殊的声学现象的台阶。在贴近台阶踏步处发出的脚步声或者拍手声等声音在台阶上传播一定距离后会变成听起来像水滴滴在水桶中的声音。这种声学景观的出现丰富了当地景点的趣味和文化内涵,大量游客慕名而来。水滴声台阶营造的奇特声景观从听觉感官极大丰富了游客的游览体验。水滴声台阶十分罕见,目前学者对这种奇特声学现象的研究较少,人们对其科学内涵不够了解,民间甚至将其奇特的声学现象与神话传说联系起来。对水滴声台阶的声场特征和影响因素进行科学的研究,将有利于理解这种声学现象,并为科学保护和开发设计这种声学台阶提供依据。本文首先对天子冢和天元山的台阶进行现场调研和几何测绘,对冀南地区现存的两处不同类型的水滴声台阶进行初步研究。为科学研究两处台阶的声场现象,针对其声场特征设计声学测试方案并进行实地测试。测试将声源布置在台阶几何中心,在声源的纵向、斜向和横向上布置等间距的测点,测试声音在台阶上传播过程中的频谱变化和瞬时声压级随时间变化。然后为了进一步分析相关因素对台阶声场的影响,本文基于声学模拟软件建立天子冢台阶和天元山台阶的计算机模型,对其声场特征进行模拟。对比模拟结果和现场测试结果验证计算机模拟的精确性。最后采用控制变量法分别对台阶踏步尺寸、护栏、坡度等影响因素进行计算机模拟,分析各因素对台阶声学效果的影响。最后根据实地调研、声学测试、计算机模拟结果提出对这种水滴声台阶声景观的保护和设计建议。研究结果表明,声源声音沿天子冢和天元山台阶传播过程中,声音频谱的变化主要发生在贴近台阶踏步处,并且当声源位于台阶中心时,在沿台阶踏步纵向上“水滴声”声学现象最明显。天子冢和天元山台阶的踏步对台阶上声音的频谱产生了筛选作用,使声源声音的频谱逐渐变成了以某个频段为主导的频谱,让人耳听起来像是水滴声滴在水桶中的声音。天子冢和天元山的台阶上主导频率分别为500 Hz和400 Hz。计算机模拟表明坡度对“水滴声”频谱的主导频率大小影响较小。踏步横截面最大尺寸D值对“水滴声”频谱的主导频率的大小影响较大。室外开敞的声环境为水滴声的形成提供了条件。能有效反射声音的实体护栏可有效增强台阶上的声学效果。
【学位授予单位】:河北工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TU984.18;TU112

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