建筑声环境

5－1建筑声环境1.掌握声学各物理参数基本概念和内在联系，并能描述声环境知识要点：4.掌握常用的噪声控制方法及设计原理2.了解人与听觉环境的关联，掌握不同光环境评价及方法3.掌握空调系统的噪声源形式、传播途径及一般的控制方式5－2声环境控制的意义创造良好的满足要求的声环境保证居住者的健康提高劳动生产率保证工艺过程要求录音棚、演播室高保真音乐厅第5章建筑声环境5－3声音的度量声音的传播特性建筑声环境声音的基本特性声环境基本概念及特性第5章建筑声环境知识框架室内声学特性环境噪声控制的基本方法人的听觉特性及其对环境噪声的反应环境噪声控制人耳的听觉特征室内环境噪声特征噪声的危害环境噪声评价噪声控制的主要途径吸声减噪房间的隔声降噪隔振与减振降噪通风空调系统的噪声控制消声降噪室内音质设计基础5－45.1声音的基本概念及特性5.1.1声音的基本特性新建筑物理FIG3.1-1大气压声压声波从物理方面：声音是一种机械波，是机械震动在弹性介质中传播——客观声音从心理方面：上述物理波动现象而引起的听觉感觉——主观声音声波在空气中对空气质点的膨胀压缩形成了空气的压力波动，压力的起伏变化依次作用人的耳膜，形成了声音的感觉。压力波的传递，与空气流动方向无关。扬声器膜辐射的声波1。声波的概念5－51、声波声源是怎样产生声音的呢？振动的音叉，它的叉股向一侧振动时，压缩临近的空气，使这部分空气变密；叉股向相反方向振动时，这部分空气又变疏。这种疏密相间的状态靠空气的相互作用由声源向外传播，形成声波，传入人耳，使鼓膜振动，就引起声音的感觉。其实，人耳只能听到20Hz～20000Hz的振动，低于20Hz或高于20000Hz的振动就不能引起人类听觉器官的感觉。次声10-4～20HZ可听声20～2×104超声2×104～5×108特超声5×108～10125.1声音的基本概念及特性5.1.1声音的基本特性3.声波的频率范围声音的产生2.声波的声速、频率和波长的关系为：fc声音是在空气或其它介质中传播的一种机械波。介质的性质不同。声波在其中传播的波速也会不同。声音在空气中的传播速度一般取340m／s，在水里的传播速度约是空气里的4倍半，在金属中更快。干涉、衍射和反射波的性质：5.1声音的基本概念及特性5.1.1声音的基本特性5－8建筑环境中的气体：常温常压下：一般取c=340m/s0℃时为332m／s，20℃时为344m／s，30℃时为349m／s。fc空气中的声速/与传播媒介温度：固、液体中的声速（竟远大于空气中的声速）钢：5000m/s松木：3320m/s水：1450m/s软木：500m/s5.1声音的基本概念及特性5.1.1声音的基本特性3。声波的速度特性一般声音在固体中传播最快，其次是在液体中，在空气中传播最慢。5－95.1.1声音的基本特性4。声音的频谱基频为440Hz的小提琴频谱图单线谱图FIG7-2几种噪声频谱普通声频谱一般为连续频谱，无单线谱图特征。音乐为非连续频谱，只含有基频和谐频，而谐频是基频的整倍数。连续谱图单线谱与连续谱5－10（1）空气密度变化大小——音量(响度)声音的大小→声压,声强同样声源：音量↑→传播距离↑（2）声波每秒振动的次数——音调(频率)声音的高低→频率频率↑→音调↑（3）频率的混合状态——声音是由各种频率的声音混合而成，不同混合状态感觉不同——音色(音质)。声音的组合→频谱5.1声音的基本概念及特性5.1.1声音的基本特性5.声音的三要素:声功率W/W：声源在单位时间内向外辐射的声音能量，即在全部可听范围所辐射的功率，也可特指在某个有限频率范围所辐射的功率，亦称频带声功率。声源声场声压P/Pa：空气质点因声波作用产生振动时超过大气压力值，声波的压强与媒质的静压之差。常指有效声压（瞬时声压的均方根）简谐声波：声强I/W/m2：声波传播方向上单位面积波面上通过的平均声功率。三参数关系：点声源-球状波面：线声源-柱状波面：线声源-柱状波面：5.1声音的基本概念及特性5.1.2声音的度量1.基本参数2maxpprW联系：0lg20PPLp0lg10IILI0lg10WWLW绝对量/单位闻阈值/刚能听痛阈值/耳疼痛绝对量相对值绝对量相对值声压P/N/m22×10-5020120声强I/W/m210-1201120声功率W/W10-1201120三参数对数转换（相对）值——分贝（dB）声压级声功率级声强级闻阈值可闻阈(听阈)——人耳刚能感受的声音，p0=2×10-5Pa，I0=1×10-12W/m2痛阈——闻之人耳则痛，p=20Pa，I=1W/m25.1声音的基本概念及特性5.1.2声音的度量2。声学量的表示及运算“级”的概念的引出P0——参考基准压，P0＝0.00002Pa。人耳在1KHz时可感知声压级的范围即为0dB（可闻阈）～120dB声压级（痛阈）。1。声音遇到障碍物时的特性5.1声音的基本概念及特性5.1.3声音的传播特性AE障碍物相对波长的尺度由大至小的特点5－141。声音遇到障碍物时的特性声反射5.1声音的基本概念及特性5.1.3声音的传播特性当声音在传播过程中碰到一个比空气密度大得多的物质表面，而且反射面必须大于被反射声波的波长时，就要被反射回来产生回声。5－15声扩散5.1声音的基本概念及特性5.1.3声音的传播特性建筑环境声学FIG4－3厅堂声扩散的处理方法小的凸形面许多弱小反射波扩散均匀特性改善声场均匀性1。声音遇到障碍物时的特性2.时间差、回声与混响声①时间差时间差——先后到达的声音间隔。当时间差小于50ms时，人耳一般难以区分，仅能感觉到音色和响度的变化。人耳可以区别时间差大于50ms，且有足够响度的另一个声音。②回声回声——反射声。当声音在传播过程中碰到一个比空气密度大得多的物质表面，而且反射面必须大于被反射声波的波长时，就要被反射回来产生回声。墙壁反射声B声源S直射声听音者A18m3.4m设一听者的位置在A点，发声位置（声源）在S点，相距为SA＝3.4m声音从墙壁的B点反射到A点，总共经过的距离为SB＋AB＝20＋18＝38m在A点听到的两个声音的路程差为38－3.4＝34.6m因为声速为340m／s，所以时间差为＝0.102s＝102ms34.6340因此，听者可以清晰地听到回声。所以，在露天会场中安装扬声器时，扬声器朝向墙壁等大面积的障碍物之间的距离不能超过20m，否则，在扬声器附近的听众不仅听到扬声器发出的直达声，而且还会听到反射声。由于人耳对于延时在50ms内的反射声难以和直达声分开，故这些反射声会对直射声起到加强作用，特别是大厅内由侧墙反射出的反射声，对声音的空间感和声音宏量感起着重要的作用，所以称在50ms内到达的反射声为有效反射声，这种反射声是有益的。为了充分利用直达声，应首先控制观众厅长度，尽可能缩短观众与声源的距离。一般观众厅长度应在33m以内，并尽量控制偏座，以适应高频声源具有指向性的特点。同时应使观众厅地面有足够的倾斜，使直达声不被遮挡而达到每个席位。5－19——混响是围蔽空间里的声学现象。2。混响与混响时间5.1声音的基本概念及特性5.1.4室内声学特性混响概念混响——声源停止发声后，声场中还存在着来自各界面的迟到的反射声形成的“残留”现象混响声是如何干扰人的听觉？混响声有何听觉感效应？如何应用？混响声——于5Oms以后络绎不绝陆续到达的反射声使得声音在室内的传播产生延续。混响声对后到的直射声会产生掩蔽，即为无效反射声，从而降低了音节的清晰度，它恶化了语言的听闻条件，但它在听觉上可造成一种“余音不绝”的感觉，从而使得音乐更加浑厚悦耳，即增加了“丰满度”。③混响声混响时间过长，前面音节的余音将掩盖后面的音节，使不能听清楚，如混响时间过短，即意味着室内吸声量极大，也会因声音强度降低而听不清楚，因此，对不同的剧种，有不同的混响时间要求。5－21声能密度E(t)，J/m2室内吸声量越大，衰减越快房间容积越大，衰减越慢2。混响与混响时间5.1声音的基本概念及特性5.1.4室内声学特性影响混响时间的主要因素小者大者平均吸声系数5－22新建筑物理FIG3.1-23声音停止发声后，室内声能立即开始衰减，声音自稳态声压级衰减60dB所需的时间称为混响时间——评价室内混响特性的参数。混响时间T60/s声压级LP/dB声音开始切断电源稳态声级2sR60dB2。混响与混响时间5.1声音的基本概念及特性5.1.4室内声学特性混响时间的定义5－23折射：声波遇到不同介质分界面、不同密度介质时，声波会发生折射，从而改变声波传递的方向。结论：同样的声音，夜间传播的距离比白天要远。1。声音遇到障碍物时的特性声折射5－242。声音的衰减吸收衰减空气吸声量＝4mV绿色植被吸收衰减5.1声音的基本概念及特性5.1.3声音的传播特性固体吸声量为0.02~0.2db/m吸收衰减机理？日本研究资料：40m宽良好的植被可降低10-15dB讨论：声音的折射有否吸收衰减现象？其机理是什么？5－25山田FIG3.3-3.4吸收衰减：◎空气吸收衰减=f（温度，湿度）◎绿色植被吸收=f（林带宽度，高度，配置……）◎气流和大气温度梯度的吸收低温高温声源声源影影白天晚上影声源风上空(密)地面(疎)上空(疎)地面(密)2。声音的衰减5.1声音的基本概念及特性5.1.3声音的传播特性5－261。封闭空间的声特性及方向性5.1声音的基本概念及特性5.1.4室内声学特性封闭空间的声特性直达声反射声声吸收声扩散或散射衍射或绕射声透射声耗散声传递5－275.2人的听觉特征及其对环境噪声的反应5.2.1人耳的听觉特性正常青年人的听觉范围建筑声环境FIG1-11=f（年龄，…）语言音乐=f（噪声暴露时间，…）最小可辨阈：一般：△Lp=1dB(在频率为：50～10000Hz,Lp＞50dB时)1。人耳的听觉范围最低可听声：在1000～5000Hz,5－28响度级大量听力试验人耳声感/响度=f(频率,声压)高频低声压级低频高声压级汽笛叫声风机转动N(sone/宋)10/)40(2NLNLN(phon/方)以1000Hz时各声压级的响度为基准，定义其它Hz时的等响值，其连线即为等响度曲线。声压级/dB频率/Hz等响曲线（响度曲线）等响度曲线痛阈5.2人的听觉特征及其对环境噪声的反应5.2.1人耳的听觉特性2。响度和响度级5－29人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音的存在而降低的现象掩蔽量——因掩蔽效应听阈提高的分贝数→f(两声音声压级差，及其到达人耳的时间和相位，……)？举例说明生活中的掩蔽效应及应用频率相近的纯音掩蔽效果显著；掩蔽音的声压级越高，掩蔽量越大，掩蔽的频率范围越宽；低频音对高频音掩蔽作用大，高频音对低频音掩蔽作用小；有利有弊弊：听不清要听的内容，降低工作效率利：避免一些噪声的干扰，提高工作效率5.2人的听觉特征及其对环境噪声的反应5.2.1人耳的听觉特性听阈——引起最小听觉的声音强度听阈老年人听阈年轻人SoundMask3。掩蔽效应特点：5－30适合的掩蔽背景声的特点无表达含义响度不大连续无方位感掩蔽背景声低响度的空调通风系统噪声往往是很好的掩蔽背景声轻微的音乐声隐约的语言声5.2.1人耳的听觉特性3。掩蔽效应用作掩蔽声的要点5－31打电话声打电话声干扰大干扰不大谈话声电话铃声空调声周围同事工作的声音办公设备声日本办公楼噪声干扰感觉的调查5.2.1人耳的听觉特性3。掩蔽效应常见的办公楼背景声5－32大型敞开式办公室减少相互干扰的“声音香料”。可利用适当的空调系统的背景噪声。5.2.1人耳的听觉特性3。掩蔽效应声音香料：5－33在允许范围内提高室内背景噪声，可减少降低外部传入噪声控制的代价低掩蔽噪声级高掩蔽噪声级705.2人的听觉特征及其对环境噪声的反应5.2.1人耳的听觉特性3。掩蔽效应减少隔声代价5－344。方位感5.2人的听觉特征及其对环境噪声的反应5.2.1人耳的听觉特性方位感/双耳效应=f（时间差，