冀南地區(qū)水滴聲臺階聲景觀實驗模擬研究.pdf

1、水滴聲臺階是一種偶然形成的具有特殊的聲學現(xiàn)象的臺階。在貼近臺階踏步處發(fā)出的腳步聲或者拍手聲等聲音在臺階上傳播一定距離后會變成聽起來像水滴滴在水桶中的聲音。這種聲學景觀的出現(xiàn)豐富了當?shù)鼐包c的趣味和文化內(nèi)涵，大量游客慕名而來。水滴聲臺階營造的奇特聲景觀從聽覺感官極大豐富了游客的游覽體驗。水滴聲臺階十分罕見，目前學者對這種奇特聲學現(xiàn)象的研究較少，人們對其科學內(nèi)涵不夠了解，民間甚至將其奇特的聲學現(xiàn)象與神話傳說聯(lián)系起來。對水滴聲臺階的聲場特征和影

2、響因素進行科學的研究，將有利于理解這種聲學現(xiàn)象，并為科學保護和開發(fā)設計這種聲學臺階提供依據(jù)。
　　本文首先對天子冢和天元山的臺階進行現(xiàn)場調(diào)研和幾何測繪，對冀南地區(qū)現(xiàn)存的兩處不同類型的水滴聲臺階進行初步研究。為科學研究兩處臺階的聲場現(xiàn)象，針對其聲場特征設計聲學測試方案并進行實地測試。測試將聲源布置在臺階幾何中心，在聲源的縱向、斜向和橫向上布置等間距的測點，測試聲音在臺階上傳播過程中的頻譜變化和瞬時聲壓級隨時間變化。然后為了進一步分析

3、相關因素對臺階聲場的影響，本文基于聲學模擬軟件建立天子冢臺階和天元山臺階的計算機模型，對其聲場特征進行模擬。對比模擬結(jié)果和現(xiàn)場測試結(jié)果驗證計算機模擬的精確性。最后采用控制變量法分別對臺階踏步尺寸、護欄、坡度等影響因素進行計算機模擬，分析各因素對臺階聲學效果的影響。最后根據(jù)實地調(diào)研、聲學測試、計算機模擬結(jié)果提出對這種水滴聲臺階聲景觀的保護和設計建議。
　　研究結(jié)果表明，聲源聲音沿天子冢和天元山臺階傳播過程中，聲音頻譜的變化主要發(fā)生在

4、貼近臺階踏步處，并且當聲源位于臺階中心時，在沿臺階踏步縱向上“水滴聲”聲學現(xiàn)象最明顯。天子冢和天元山臺階的踏步對臺階上聲音的頻譜產(chǎn)生了篩選作用，使聲源聲音的頻譜逐漸變成了以某個頻段為主導的頻譜，讓人耳聽起來像是水滴聲滴在水桶中的聲音。天子冢和天元山的臺階上主導頻率分別為500Hz和400Hz。計算機模擬表明坡度對“水滴聲”頻譜的主導頻率大小影響較小。踏步橫截面最大尺寸D值對“水滴聲”頻譜的主導頻率的大小影響較大。室外開敞的聲環(huán)境為水滴聲