建筑声学提纲

建筑声学建筑学院马蕙课程体系：第一章：声音的性质和计量声音的基本性质声音的计量声音的频谱与声源的指向性声音的传播声音与媒质边界的作用性态驻波和房间共振混响时间人的主观听觉特性课程体系：第二章：吸声材料和隔声材料（结构）吸声材料和吸声减噪隔声技术建筑隔振与消声课程体系：第三章：环境中的噪声控制环境噪声源及噪声评价量环境噪声允许标准环境噪声控制原则城市噪声控制第四章：室内音质设计音质主观评价和客观指标音质设计的方法与步骤几种典型建筑的设计方法课程体系：参考资料《建筑声环境》车世光、王炳麟、秦佑国编著《建筑声学设计手册》中国建筑科学研究院建筑物理研究所编著《音乐厅和歌剧院》白瑞纳克编著《建筑中的噪声控制》曹孝振、曹勤、姚子安编著第一章噪声的性质和计量第一节：声音的基本性质一、声音的产生与传播：声音来源于振动的物体，振动的物体就称为声源。（风吹树叶、交响乐演奏）声音的传播是振动形式（或能量）在弹性介质中的传播。描述声音传播的几个概念：1.声场：即声音存在的空间。2.波阵面：声波从声源出发，在同一个介质中按一定方向传播，在某一时刻，波动所达到的各点包络面。（例如：平面波、球面波）3.声线：表示声音传播方向的有向线。第一节声音的基本性质二、频率、波长和声速频率：声源在一秒钟内振动的次数称为频率，记做f，单位是Hz。f=1/TT为周期波长：声波在传播途径上，两相邻同相位质点之间的距离成为波长，记作λ，单位m。声速：声波在弹性介质中的传播速度，记作c，单位是m/s。声速不是质点振动的速度，而是振动状态的传播速度。声速的大小与声源振动的特性无关，与介质的弹性、密度以及温度有关。第一节声音的基本性质当温度为0oC时，声波在不同介质中的速度为：松木3320m/s软木500m/s钢5000m/s水1450m/s空气331m/s（标准大气压）第一节声音的基本性质第一节声音的基本性质频率、波长与声速的关系：三、声音的频带人耳可听范围20—20000Hz，敏感范围100—4000Hz倍频带和1/3倍频带第一节声音的基本性质第一章：声音的基本性质第二节：声音的计量1.声功率、声强和声压声功率：是指声源在单位时间内向外辐射的声能，记做W，单位是瓦（W）或微瓦（μW）。注意：①注意所指的频率范围；②不要与其他功率相混淆。第二节：声音的计量2.声强：衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。声场中某一点的声强即在单位时间内垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能，记做I，单位是W/m2。球面波：平面波：声强无衰减（理论上）。自由声场第二节：声音的计量3.声压：某瞬时时介质中的压强相对于无声波时压强的改变量，单位为牛顿/米2（N/m2）或帕（Pa）。0PPp声压和声强的关系在自由声场中，某处声强和声压的关系：p—有效声压，N/m2ρ0—空气密度，kg/m3c—空气中的声速，m/sρ0c—介质的特性阻抗，在20oC时，其值为415N∙s/m2（瑞利）人耳的可听范围在正常人耳听觉范围里，声强和声压的变化范围很大，对于1000Hz的声音：声强：10-12w/m2—1W声压：2×10-5N/m2—20N/m2第二节：声音的计量二、声级的概念及其叠加1.声压级：其中：Lp—声压级，单位dBp—某点的声压，N/m2p0—参考声压，2×10-5N/m2第二节：声音的计量2.声强级：其中：LI—声强级，单位dBI—某点的声强，W/m2I0—参考声强，10-12W/m2第二节：声音的计量3.声功率级：其中：LW—声功率级，dBW—某声源的声功率，WW0—参考声功率，10-12W第二节：声音的计量4.声级叠加：当几个不同的声源同时作用于某一点时，总声强：总声压：总声压级：第三节：声音的频谱与声源的指向性在实际生活中我们很少遇到单频声，一般都是许多频率的声音复合而成，因此我们常常采用频谱分析方法来研究声音的频率合成。若以频率为横坐标，以反映相应频率成分强弱的量（如声压、声强或声压级等）为纵坐标，可以作出某一声音的声谱图。第三节：声音的频谱与声源的指向性在实际测量中常使用倍频带或1/3倍频带：f3=2f2f2=2f1f1f2f3频率声压级第三节：声音的频谱与声源的指向性f1f2f3频率声压级Pfc“频谱”意识…在建筑声学设计和噪声控制中，必须知道所研究声源的频谱特性，即声源是由那些频率成分组成的，哪部分最突出。突出的频率成分即是我们要加以设计和处理的。声源在自由场中辐射声音时，声音强度分布情况的一个重要特性为指向性。点声源无指向性声源尺寸比波长大得越多指向性越强中高频声音指向性强第三节：声音的频谱与声源的指向性第四节：声音的传播一、声音在户外的传播1.点声源随距离的衰减点声源的自由声场：dB距离增加1倍，声压级降低6dB点声源的半自由声场dB距离增加1倍，声压级降低6dB第四节：声音的传播2.线声源随距离的衰减无限长线声源dB距离增加1倍，声压级降低3dB有限长线声源在有限长线声源情况下，观测点所接受的声音能量只与该点至有关声源两端点视线间的夹角成正比，而与距离成反比。如果距离较近，则距离每增加1倍，声压级降低3dB；如果距离较远，则距离增加1倍，声压级降低6dB。第四节：声音的传播衰减3dB衰减6dBd/π第四节：声音的传播二、声音在室内的传播当一已知声功率为LW的声源在室内连续发声，声场达到稳定状态时，距离声源为r处的稳态声压级由直达声与混响声两部分组成。Lp—室内与声源距离为r处的声压级（dB）Lw—声源的声功率级（dB）r—接受点与声源的距离（m）Q—声源的指向性因数，它与声源的方向性和位置有关，通常把无方向性声源放在房间中心时，Q=1；声源位于某一墙面中心时，Q=2；声源在两个界面交线中心时，Q=4；声源在三个界面交角处，Q=8。R—房间常数，决定于室内总表面积S（m2）与平均吸声系数￣，其算式为：α一、声波的绕射与反射绕射（衍射）：当声音通过障板的孔洞时（或障板尺寸dλ），能绕到障板的背后改变原来的传播方向，在障板的背后继续传播，这种现象就是绕射。波长越长，绕射的现象越明显（门缝、窗缝和路边防噪声屏障）第五节声音和媒质边界的作用性态反射：当声波在传播过程中遇到尺寸比波长大得多的障板时（dλ），声波将被反射，在障板后面形成声影区。反射定律：1.三线同面；2.两线两侧；3.两角相等。几种反射面：1.平面对声波的反射；2.凸面对声波的反射；3.凹面对声波的反射；二、声扩散声波在传播过程中如果遇到一些凸形的界面就会被分解成许多小的比较弱的反射声波，这种现象称为扩散。扩散体的尺寸：横向跨度a=2λ/π纵向跨度b=0.15a第五节声音和媒质边界的作用性态三、声波的透射与吸收当声波入射到建筑构件（如墙、天花板）时，声能的一部分被反射，一部分透过构件，还有一部分由于构件的振动或声音在其内部传播时介质的摩擦或热传导而被耗损，通常称为材料的吸收。第五节声音和媒质边界的作用性态E0ErEtEa根据能量守恒定律：E0=Er+Ea+Et投射系数τ：反射系数r：吸声系数a：第五节声音和媒质边界的作用性态四、声折射声波在传播过程中，遇到不同介质的分解面时，除了反射外，还会发生折射，从而改变声波的传播方向。即使在空气中传播，随着离地面高度不同而存在的气温变化，也会改变声波的传播方向。古代露天剧场的阶梯提高符合声学规律第六节驻波和房间共振混响时间一、驻波和房间共振驻波：驻定的声压变化按照波动声学的理论：直达声是一种行波，反射声在满足驻波条件时就可以存在下来，不满足驻波条件时则很快消失了。房间是复杂的共振系统，在声波的作用下会产生驻波或称为简正振动、简正波。举行的围蔽空间，其简正频率的计算式为：其中：fnx,ny,nz——简正频率（Hz）；Lx、Ly、Lz——分别为房间的3个边长（m）nx、ny、nz——分别为任意正整数；c——空气中的声速（m/s）要避免“简并”现象的发生…什么是“简并”现象？多种振动形式对应一个频率称为简正波的合并，简称“简并”。简并现象造成的声学缺陷？频率失真设计声学用房要注意：尽量使房间的长、宽、高不出现简单的比例关系；两个相对的表面尽量不要完全平行；在厅内部可以采取不规则的扩散表面；可采用不对称的空间体型。二、混响和混响时间混响：是封闭空间的一种声学现象，是指在室内声源停止发声后听到的声音延续。用混响时间来度量。混响时间：当室内声场达到稳态后，声源停止发声，声音衰减60dB所需要的时间，记作T60或Rt，单位是s。赛宾公式：其中：T60——混响时间（s）；V——房间容积（m3）；Sa——房间的总吸声量（m2）。适用于平均吸声系数小于0.2的情况伊林公式：空间很大应当考虑空气对高频率声音（1000Hz以上）的吸收第七节人的主观听觉特性1.听觉的绝对域限：声音要达到一定的声级才能够被听到，这种最小的可听声级称为听觉的绝对域限。人耳能感觉到的最小声压级，其振幅只有一个氢分子那么大，能耐受的最大声压级可达120dB。人的听阈有个别差异，因此听阈只能是一个统计数。按照检测方法和条件的不同，听阈分为最小可听声压（MAP）和最小可听声场（MAF）。听阈无显著的民族差异。2.听觉的差别域限（DL）：是表征听觉差别感受的量。差别域限可以是绝对值，也可以是相对值。例如：一个声音的强度为100dB，强度增减5dB即可被察觉出来。这里5dB（ΔI）是绝对差，5/100（ΔI/I）是相对差。第七节人的主观听觉特性3.人耳的频率响应：人耳听到的纯音的频率范围是20Hz-20KHz（中年人只能听到12kHz-16KHz）。声音频率的差别域值Δf是频率和强度两者的函数。随频率的升高而变大；Δf在1000Hz以上变化特别显著，随声级的升高而变小。最小的Δf出现在低频和较高声级的条件下。第七节人的主观听觉特性什么是响度？4.响度和等响曲线：声强超过听阈后，随着声强的逐渐增加，主观上产生由弱到强的程度不同的响度感觉。声强是声音的客观的物理量，而响度则是主观的心理量。响度曲线的建立。1000Hz40dB的纯音为标准。声级计的不同计权A计权网络参考40方的等响线，对500Hz以下的声音有较大的衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性。C计权网络对整个可听范围几乎没有衰减，是模拟人耳对85方以上的纯音的响应。C计权网络的读数可以代表总声压级。5.人耳对声长的解析：人耳对时间的分辨可短到2ms，且和声音的强度和频率无关。时间差别阈限∆T随声长的减短而变小。第七节人的主观听觉特性6.听觉掩蔽：对一个声音的感受性会因另一个声音的存在而发生改变。一个纯音引起的掩蔽决定于它的强度和频率：低频声能有效地掩蔽高频声，但高频声对低频声的掩蔽作用不大；最大的掩蔽出现在掩蔽声频率附近；掩蔽量随掩蔽声的增强而加大。第七节人的主观听觉特性掩蔽也可以发生在两者非同时作用的条件下。被掩蔽声在后的称为前掩蔽（与听觉疲劳有些相似）。非同时掩蔽的特点：1.两者时间越接近，掩蔽阈值提高越大；2.两者时间相距很短时，后掩蔽比前掩蔽作用大；3.单耳的掩蔽作用比双耳作用显著；4.掩蔽声强度增加，并不产生掩蔽量的增加。听觉掩蔽也可以是非同时的…7.双耳听觉：听觉系统的外周有两个接收器——双耳。双耳的作用首先表现在纯音信号的阈值比单耳阈值约低3dB。不论是对强度的辨别还是对频率的辨别，双耳的分辨力都高于单耳。两耳在日常生活中接收声信号，无论时长、强度或者频谱，都是互不相同的，但是我们听到的却是一个单一的声象。这叫做双耳融合。第七节人的主观听觉特性8.水平面的定位和空间分辨：水平面上的声源定位主要是用双耳间的时间差和强度差。听者正前方的声源（0o方位角）在两耳产生的波形几乎是一样的。偏离中线的声源在时间上先达到一耳，到达近耳的声强大于远耳。两耳间的时间差和强度差与声源的位置和频率有关。噪声的定向优于纯音。第七节人的主观听觉特性9.时差效应与回声感觉：哈斯效应：声音对人听觉器官的作用并不随着声音的消失而立即消失。二是会暂留一段时间。如果到达人耳的两个声音的时间间隔小于