《建筑物理》复习资料

《建筑物理》复习资料第一章建筑声学基本知识1、了解声音的基本性质，明确声功率、声强、声压、声功率级、声强级、声压级、频程和频谱等有关建筑声学物理概念及计算方法。声功率：声源在单位时间内向外辐射的声能，符号：W，单位：瓦（W），微瓦（μW）声强：在单位时间内，垂直于声波传播方向的单位面积所通过的声能。符号：I，单位：（W/m2），声强与声功率的计算：I=w/s声压：某瞬时，介质中的压强相对于无声波时压强的改变量。符号：p,单位：N/m2,Pa（帕），μb（微巴）。1N/m2=1Pa=10μb声压级：一个声音的声压与基准声压之比的常用对数乘以20。Ｌp=20lg(p/p0)(dB)（在0~120分贝之间）式中p０——参考声压（基准声压），p０＝２´１０－５Ｎ／m2，使人耳感到疼痛的上限声压为２０Ｎ／m2声强级：一个声音的声强与基准声强之比的常用对数乘以10。ＬI=10lg(I/I0)(dB)（在0~120分贝之间）式中I0——参考声强（基准声强），I0＝１０－１２W/m2，使人耳感到疼痛的上限声压为１W/m2。声功率级：一个声音的声功率与基准声功率之比的常用对数乘以10。ＬW=10lgW/WO(dB)（在0~120分贝之间）式中Ｗ０——参考声功率（基准声功率），Ｗ０＝１０－１２W声音的叠加：P270-271公式频谱表示某声音频率组成及各频率音量的大小倍频程（倍频带）：f2/f1=2n,n=1，中心频率：125，250，500，1000，2000，，4000…Hz。1/3倍频程（1/3倍频带）：f2/f1=2n,n=1/32.掌握声音在户外的传播的规律和计算（一）点声源随距离的衰减在自由声场中，声功率为W的点声源，在与声源距离为r处的声压级Lp和距离r的关系式：Lp=Lw–11–20lgr（dB）从上式可以看出，观测点与声源的距离增加一倍，声压级降低6dB，（二）线声源随距离的衰减线声源，如公路上的车辆，声波以圆柱状向外传播，当线声源单位长度的声功率为W，在与声源距离为r处的声强为声压级为：Lp=Lw–8–10lgr（dB）因此，观测点与声源的距离每增加一倍，声压级降低3dB。（三）面声源随距离的衰减如果观测点与声源的距离比较近，声能没有衰减，在距声源较远的观测点有3~6dB的衰减。3.理解声音的三要素；掌握声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射等概念；理解驻波和房间共振现象以及克服此现象的措施。（一）声反射声波在传播过程中，遇到一块其尺度比波长大得多的障板时，声波将被反射。对于平面，反射声波呈球状分布，曲率中心就是声源的“像”。凹面使声波聚集，凸面使声波发散。（二）声折射声波在传播过程中，遇到介质密度变化时还会发生折射。声波在空气中传播时，白天由于近地面的气温较高，声速较大，声速随地面高度的增加而减少导致传播方向向上弯曲；夜晚相反。（三）声衍射声音在传播的过程中，如果遇到比波长大的障壁或构件时，声音绕到障板的背后改变原来的传播方向，在它的背后继续传播的现象叫声衍射。同样尺寸的反射板对低频声的衍射作用较大，反射作用较少。（四）声扩散声波在传播过程中，如果遇到凸的表面，其突出的部分如果不小于入射声波波长的1/7时，会发生声扩散。（五）声吸收声波入射到建筑构件时，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中传播时介质摩擦、热传导而被损耗，我们通常说它被材料吸收。吸声系数是指被吸收的声能（即没有被表面反射的部分）与入射声能之比。材料的吸声量：材料表面的面积（平方米）乘以材料的吸声系数。单位为平方米（m2）六）声透射材料的透声能力以透射系数τ表示，材料的透声能力愈强（τ值大），材料的隔声能力愈差。工程中用隔声量表示建筑构件的隔声性能。七）驻波当两列相同的波在同一直线上相向传播时，叠加后产生的波。房间共振现象房间受到声源激发时，将按照它本身所具有的共振频率而振动的现象叫做房间共振现象。当某些振动方式的共振频率相同时，即出现了共振频率重叠的现象，叫做简并现象。措施：（1）选择合适的房间尺寸、比例，房间的三个尺度不相等或不成整数倍（2）用不规则表面做声以及适当布置扩散吸声材料。（3）将房间做成不规则的形状。4.理解混响时间的概念及其对室内音质的影响，掌握混响时间的计算方法。混响时间：当室内声场达到稳态，声源停止发声后，声音衰减60dB所经历的时间叫混响时间，符号：T60，单位：s混响时间与音质的丰满度和清晰度有关。一般而言，混响时间长则丰满度增加，而清晰度下降。（一）赛宾（Sabine）混响时间计算公式(α0.2)式中V——房间容积，m3；A——室内总吸声量，A=S•α；m2S——室内总表面积，m2；α——室内平均吸声系数。α1S1+α2S2+···+αnSnα=———————————S1+S2+···+Sn式中α1，α2···αn——不同材料的吸声系数；S1，S2···Sn——室内不同材料的表面积，m2。赛宾（Sabine）混响时间计算公式只适用于室内平均吸声系数较小（α0.2）的房间的混响时间计算，否则计算误差较大。（二）©伊林（Eyring）混响时间计算公式（用于工程计算）0.161VT60=———————————(s)–S•ln（1–α）+4mV式中V——房间容积，m3；A——室内总吸声量，A=S•α；m2S——室内总表面积，m2；α——室内平均吸声系数。式中4m——空气吸收系数：空气中的水蒸汽、灰尘的分子对波长较小，一般指1000Hz以上的高频声音的吸收作用，查附录（参见教材P394）波长小于1000Hz时，此项为0(4m=0)。5.掌握室内声压级计算Q4Lp=10lgW+10lg（——+——）+120（dB）4πr2R或写为Q4Lp=Lw+10lg（——+——)（dB）(Lw=10lgW+120)4πr2R式中W——声源的声功率，W；r——测点和声源间的距离，m；S•αR——房间常数，R=——（m2）1-αα值趋近1时，Lp=Lw–11–20lgr（与自由声场相同）α——室内平均吸声系数；S——室内总表面积，m2；Q——声源的指向性因数，6.了解人对声音的感受，理解响度级、A声级的概念；了解噪声对人的影响。人对声音的感受音调的高低：由频率决定音量的大小：由声压级或声强级决定音色的好坏：由频谱决定（一）时差效应：人耳的听觉暂留为50ms，如果直达声和反射声的时间差大于50ms，即声程差大于17m（0.05s×340m/s),可能听到回声。（二）响度级：如果某一声音与已定的1000Hz的纯音听起来一样响，这个1000Hz纯音的声压级就定义为待测声音的响度级，单位是方（Phon）。等响曲线（1）当声音的声压级较小时，人对高频声敏感。（2）当声音的声压级较大时人对高、低频声响度感觉比较一致。（三）、掩蔽作用人的听觉器官能够分辨同时存在的几个声音，但是若某一个声音增大，别的声音就难以听清甚至是听不到。低频声能够有效的掩蔽高频声，但高频声对低频声掩蔽作用不大。A声级：在声级计中参考40方等响曲线，对500赫兹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。第二章吸声材料和隔声材料（构造）一、掌握多孔吸声材料、空腔共振吸声结构、薄膜、薄板吸声结构的吸声基理、吸声特性、吸声特性曲线及其影响因素，了解吸声材料的选用方法。掌握混响室法测量吸声系数的计算方法。（一）、多孔吸声材料1、吸声基理：多孔吸声材料具有大量内外联通的微小间隙和连续气泡，因而具有通气性，这是多孔吸声材料最基本的构造特征。当声波入射到多孔吸声材料表面时，声波能顺着微孔进入材料内部，引起孔隙中的空气振动。由于存在摩擦和空气的粘滞阻力，使一部分声能转变成热能；此外，气体压缩放热、膨胀吸热，因此孔隙中的空气与孔壁、纤维之间进行热交换，也使声能被吸收。2、吸声特性：多孔吸声材料的吸声系数随声波的频率的提高而增加。即对中高频的声音有较大的吸声系数，当背后有空气层时还能吸收低频声。3、吸声特性曲线4、影响因素1.空气流阻：材料两边静压差和空气流动速度之比称为单位面积流阻。2.孔隙率：70%~80%。上两项测量不便，通常测出材料的厚度和表观密度。超细玻璃棉的表观密度为20~25kg/m3，矿棉为120kg/m3。3.厚度：厚度增加，中低频吸收增加。4.背后条件：后边留空气层与填充同样材料效果近似。5.吸收频率：一般用5cm厚，吸收中高频。材料吸声系数可以用驻波管法测声波垂直入射时的吸声系数。用混响室法测无规则入射时的吸声系数。空腔共振吸声结构1、吸声基理（p292）：当孔的深度和孔径比声波波长小得多时，孔颈中空气柱的弹性变形很小，可以作为质量块处理，类似于一个活塞。空腔中的空气起着空气弹簧的作用。于是形成了类似于在弹簧下悬挂了一个重物的简单振动系统，当外界入射波的频率等于系统的固有频率时，孔颈中的空气柱就由于共振产生剧烈振动，在振动过程中，由于克服摩擦阻力而消耗声能。2、吸声特性：共振频率处吸声系数最大，板后放多孔吸声材料时，能加大声音吸收的频率范围，板后有大空腔（如吊顶）能增加低频吸收。3、吸声特性曲线薄膜、薄板吸声结构1、吸声基理：薄膜、薄板与在它们背后的空气层构成共振系统，当投射到薄膜、薄板上的声波频率和这一系统的共振频率一致时，薄膜、薄板就发生共振，由于内部摩擦而吸收声音。2、吸声特性：薄膜：这种系统的共振频率通常是200~1000Hz，最大的吸收系数0.3~0.4，可用作为主要是对中频范围的吸声材料。薄板：这种系统的共振频率通常是80~300Hz，其吸收系数约为0.2~0.5，可用作为低频声音的吸声材料。薄板后的空气层里填放多孔吸声材料时，会使吸收系数的峰值有所增加。3、吸声特性曲线（二）、吸声材料的选用方法（了解）除了考虑建筑声学设计要求外，还应考虑材料的装饰性，材料的强度、防火、防潮、反光、清洁的维护、造价等。（三）、掌握混响室法测量吸声系数的计算方法试材未放入混响室时：赛宾（Sabine）混响时间试材放入混响室时：混响时间试材吸声系数α1：联立（1）、（2）求吸声系数α1：二、掌握“质量定律”、“吻合效应”的概念。质量定律：墙体受到声波激发所引起的振动与其惯性即质量有关,墙体的单位面积重量愈大,透射的声能愈少,隔声量愈大;对于同一墙体而言,随着声音的频率增加,墙体的隔声量也随之加大。吻合效应：声波接触墙板后，墙板除了垂直方向的受迫振动以外，还有沿着板面方向的受迫弯曲振动。在某个特定频率以上，受迫弯曲振动将和板固有的自由弯曲振动发吻合，这时板就非常顺从地跟随入射声弯曲，造成声能大量地透射到另一侧去，形成隔声量的低谷，这种现象被称作吻合效应，这个与材料有关的特定截止频率被称为吻合频率fc。三、理解双层均质密实墙的隔声原理；掌握提高双层均质密实墙、轻质墙、门和窗隔声效果的具体措施。（一）双层均质密实墙的隔声原理（理解）：双层墙能提高隔声量的主要原因是空气间层的作用，可以把空气间层看作是与两层墙板相联的“弹簧”。由于空气间层的弹性变形具有减振作用，传递给第二层墙体的振动大为减弱，从而提高了墙体总的隔声量。（二）提高双层均质密实墙、轻质墙、门和窗隔声效果的具体措施：1、双层均质密实墙：通常采用的空气层厚度至少为5cm，其最佳厚度可选为8~12cm。为了避免发生波的吻合效应和相应的固有共振，以便防止隔声能力在某一频带内下降，就需要考虑两个墙体厚度不同或重量不同的双层墙，为了消除这种共振，可在空气层中悬挂或铺放玻璃棉毡之类的多孔材料。2、轻质墙：（1）、将多层密实材料用多孔弹性材料（如玻璃棉或泡沫塑料等）分隔，做成夹层结构，则其隔声量比材料重量相同的单层墙可以提高很多。（2）、当多层密实材料的多层资料的各层质量相似相等时，在质量定律控制的范围内可以得到较理想的隔声量。（3）当将空气间层的厚度增加到7.5cm以上时，在大多数的频带内可以增加隔声量8~10dB。（4）、用松软的吸声材料填充空气间层，一般可以提高轻墙的隔声量2~8dB。3、门：（1）采用隔声门（2）为了达到较高的隔声量，可以用设置“声闸”的方法窗：（1）采用较厚的玻璃；（2）双层玻