3507 第7章 建筑声环境

第七章第七章建筑声环境建筑声环境清华大学清华大学建筑学院建筑学院建筑技术科学系建筑技术科学系20082008年年2本章内容本章内容建筑声环境的基本知识建筑声环境的基本知识人体对声环境的反应原理与噪声评价人体对声环境的反应原理与噪声评价声音传播与衰减的原理声音传播与衰减的原理材料与结构的声学性能材料与结构的声学性能噪声的控制与治理方法噪声的控制与治理方法3声环境控制的意义声环境控制的意义创造良好的满足要求的声环境创造良好的满足要求的声环境保证居住者的健康保证居住者的健康提高劳动生产率提高劳动生产率保证工艺过程要求保证工艺过程要求录音棚、演播室录音棚、演播室高保真音乐厅高保真音乐厅第一节第一节建筑声环境的基本知识建筑声环境的基本知识声波的基本物理性质声波的基本物理性质声音的计量声音的计量1.1.声音是什么？声音是什么？在弹性媒质中传播的机在弹性媒质中传播的机械波械波声源：振动的固体、液声源：振动的固体、液体、气体体、气体特性：波长特性：波长、频率、频率ff、、声速声速cc波长波长强调两点：强调两点：••声压是空气压强的变化量而声压是空气压强的变化量而不是空气压强本身不是空气压强本身••声音传播过程是一个状态传声音传播过程是一个状态传播过程，而不是空气质点的播过程，而不是空气质点的输运过程输运过程fc《《礼记礼记··乐记乐记》》：：…………感于物感于物而动，故形于声而动，故形于声…………6声音的传播速度声音的传播速度声速与媒质的弹性、密度和温度有关声速与媒质的弹性、密度和温度有关空气中的声速：理想气体中空气中的声速：理想气体中kk绝热指数，绝热指数，RR气体常数，气体常数，TT绝对温度。绝对温度。空气中声速是温度的单值函数。在建筑环境空气中声速是温度的单值函数。在建筑环境领域中变化范围很小，近似：领域中变化范围很小，近似：340340m/sm/s固液体中的声速固液体中的声速钢钢50005000m/sm/s松木松木33203320m/sm/s水水14501450m/sm/s软木软木500500m/sm/skRTc77--1.11.1声波的基本物理性质声波的基本物理性质7声音的频带声音的频带人耳可以听见范围为人耳可以听见范围为20‾20000Hz20‾20000Hz人耳听不见的范围人耳听不见的范围20Hz20Hz以下：次声以下：次声20000Hz20000Hz以上：超声以上：超声高频声高频声低频声低频声中频声中频声31.25Hz频率77--1.11.1声波的基本物理性质声波的基本物理性质8声音的频带声音的频带简谐音（纯音）简谐音（纯音）声压变化为只有一个频率的余弦函数的声音声压变化为只有一个频率的余弦函数的声音只需要频率只需要频率ff和声压幅值和声压幅值PPmm就可以描述就可以描述复音复音周期性信号，含有基频和谐频，谐频是基频的整周期性信号，含有基频和谐频，谐频是基频的整倍数倍数其频谱图可以表示为在基频其频谱图可以表示为在基频ff00和和22ff00、、33ff00、、…………nfnf00处的一系列高矮不等的竖直线处的一系列高矮不等的竖直线————线状谱线状谱((离离散谱散谱))普通声响频谱一般为连续频谱普通声响频谱一般为连续频谱77--1.11.1声波的基本物理性质声波的基本物理性质9乐声的线状谱乐声的线状谱音调的高低取决于基频，而音色取决于谐频音调的高低取决于基频，而音色取决于谐频分量的构成分量的构成77--1.11.1声波的基本物理性质声波的基本物理性质基频基频谐频谐频880,1320,1760,2200,880,1320,1760,2200,2640,3080,35202640,3080,3520…………10普通声响频谱一般为连续频谱普通声响频谱一般为连续频谱77--1.11.1声波的基本物理性质声波的基本物理性质11声音的频带声音的频带频程频程把声频范围划分成几个频段，称作频程把声频范围划分成几个频段，称作频程或频带或频带倍频程倍频程两个频率之比为两个频率之比为2:12:1的频程。一般用倍频的频程。一般用倍频程划分频带，中心频率分别为：程划分频带，中心频率分别为：31.3(31.25)31.3(31.25)、、63(62.5)63(62.5)、、125125、、250250、、500500、、10001000、、20002000、、40004000、、8000Hz8000Hz。。77--1.11.1声波的基本物理性质声波的基本物理性质12声音的计量声音的计量声功率声功率WW：声源在单位时间内对外辐射的声：声源在单位时间内对外辐射的声能，即在全部可听范围所辐射的功率，单位能，即在全部可听范围所辐射的功率，单位WW。也可特指在某个有限频率范围所辐射的。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。功率，亦称频带声功率。声强声强II：单位时间内通过垂直于传播方向上：单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的平均声功率，单位面积的平均声功率，W/mW/m22。。声压声压pp：声波的压强与媒质的静压之差，：声波的压强与媒质的静压之差，PaPacpI2媒质的密度媒质的密度77--1.21.2声音的计量声音的计量13听觉范围听觉范围————量级差非常大量级差非常大可闻阈可闻阈((听阈听阈))————人耳刚能感受的声音人耳刚能感受的声音pp00=2=2××1010--55PaPaII00=1=1××1010--1212W/mW/m22疼痛阈疼痛阈————闻之闻之人耳则人耳则痛痛，，pp=200Pa=200Pa，，II=100W/m=100W/m2277--1.21.2声音的计量声音的计量烦恼阈烦恼阈————闻之烦恼不安闻之烦恼不安pp00=20=20PaPa，，II00=1W/m=1W/m2214声音的度量声音的度量分贝标度和声级分贝标度和声级LL，单位，单位dBdB设立的必要性设立的必要性数据范围太大，如数据范围太大，如22××1010－－55Pa‾20PaPa‾20Pa人的听觉响应与声强、声压呈对数关系人的听觉响应与声强、声压呈对数关系声强级声强级声压级声压级声功率级声功率级0lg10IILI0lg20ppLp0lg10WWLw可闻阈值可闻阈值11××1010--1212WW77--1.21.2声音的计量声音的计量15声源的扩散和叠加特性声源的扩散和叠加特性点声源的声功率和声点声源的声功率和声强：声音球面扩散强：声音球面扩散声强可以直接叠加，声强可以直接叠加，故有故有::总声压是各声压的均总声压是各声压的均方根方根::iII2ipp24rWIrrWW77--1.21.2声音的计量声音的计量球面波球面波平面波平面波••利用声压→声强、声功率：利用声压→声强、声功率：••在自由声场中测声压在自由声场中测声压••距声源的距离距声源的距离16声源声级叠加：非线性！声源声级叠加：非线性！两个声源叠加两个声源叠加((II、、PP、、WW声级同理声级同理))：：nn个相同声源个相同声源LL11叠加：叠加：两个相同声源叠加，声两个相同声源叠加，声级增加了级增加了10lg2=3dB10lg2=3dB)101lg(1010121LLLLnLLlg101L=3dBL=3dB77--1.21.2声音的计量声音的计量17两个不同声源叠加，差别超过两个不同声源叠加，差别超过10‾15dB10‾15dB，，可以忽略。可以忽略。增加的声级数声源声级差77--1.21.2声音的计量声音的计量18声源的指向性声源的指向性在距声源中心等距离的不在距声源中心等距离的不同方向的空间位置处的声同方向的空间位置处的声压级不相等压级不相等指向性指数指向性指数DIDI————在离声源在离声源相同距离相同距离rr处，某个方向的处，某个方向的实际声压级实际声压级LLpp((rr,,θθ,,φφ))与参与参考声压级考声压级LLp0p0((rr))之差之差指向性因数指向性因数QQ————实际声实际声强强II((rr,,θθ,,φφ))与参考声强与参考声强II00((rr))的比值。的比值。QQ与指向性指数与指向性指数DIDI的关系：的关系：DI=10DI=10lglgQQrrrr参考声压参考声压LLp0p0((rr))参考声强参考声强II00((rr))无方向性的点声源形成的声压场无方向性的点声源形成的声压场77--1.31.3声源的指向性声源的指向性19HzmHzmS0为声源面积，f为频率，I～IV是声源的4种位置77--1.31.3声源的指向性声源的指向性指向性因数指向性因数QQ声源尺寸比波长声源尺寸比波长大得越多，指向大得越多，指向性就越强性就越强指向性与边界对指向性与边界对声波自由扩散的声波自由扩散的阻碍有关阻碍有关处于喇叭状角处于喇叭状角落，指向性最强落，指向性最强第二节第二节人体对声环境的反应人体对声环境的反应原理与噪声评价原理与噪声评价1.1.人的主观听觉特性人的主观听觉特性2.2.噪声的评价噪声的评价3.3.噪声的标准噪声的标准21人的主观听觉特性人的主观听觉特性什么是噪声？什么是噪声？人们不愿意听到的任何声音人们不愿意听到的任何声音空气声：经空气和空气声：经空气和围护结构传播围护结构传播固体声：振动噪声固体声：振动噪声77--22人体对声环境的反应原理与噪声评价人体对声环境的反应原理与噪声评价22听觉机构听觉机构77--22人体对声环境的反应原理与噪声评价人体对声环境的反应原理与噪声评价自由场最小可听阈自由场最小可听阈烦恼阈烦恼阈疼痛阈疼痛阈23人人耳耳的的听听觉觉特特征征特征：对高频声比对低频声敏感特征：对高频声比对低频声敏感响度级：用响度级：用1000Hz1000Hz纯音的声压级代表其纯音的声压级代表其等响曲线的响度级，单位等响曲线的响度级，单位PhonPhon等响曲线等响曲线听阈痛阈77--2.22.2听觉特性听觉特性24声级计：声级计：AA、、BB、、CC、、DD计权网络计权网络声级计为模拟人耳听觉而进行滤波，分别模拟人耳对声级计为模拟人耳听觉而进行滤波，分别模拟人耳对4040方、方、7070方和方和100100方纯音的反应而得到方纯音的反应而得到AA、、BB、、CC三种计权方式。三种计权方式。DD计权用计权用于测量航空噪声。于测量航空噪声。对不同的频率有不同的衰减。对不同的频率有不同的衰减。1000Hz1000Hz的衰减均为是的衰减均为是00。。77--2.22.2听觉特性听觉特性25掩蔽效应掩蔽效应一种声音存在提高了一种声音存在提高了另一种声音的可闻阈另一种声音的可闻阈频率相近则掩蔽作用频率相近则掩蔽作用显著显著对高频掩蔽作用比对对高频掩蔽作用比对低频掩蔽作用大低频掩蔽作用大有利有弊有利有弊弊：听不清要听的弊：听不清要听的内容，降低工作效内容，降低工作效率率利：避免一些噪声利：避免一些噪声的干扰，提高工作的干扰，提高工作效率效率掩蔽音的声压级被掩蔽音的声压级dB77--2.22.2听觉特性听觉特性26掩蔽效应掩蔽效应适合的掩蔽背景声的特点适合的掩蔽背景声的特点无表达含义无表达含义响度不大响度不大连续连续无方位感无方位感掩蔽背景声掩蔽背景声低响度低响度的空调通风系统噪声往往是很好的掩的空调通风系统噪声往往是很好的掩蔽背景声蔽背景声轻微的音乐声轻微的音乐声隐约的语言声隐约的语言声77--2.22.2听觉特性听觉特性27打电话声打电话声打电话声打电话声干扰大干扰大干扰不大干扰不大谈话声谈话声电话铃声电话铃声空调声空调声周围同事工周围同事工作的声音作的声音办公设备声办公设备声统计率统计率(%)(%)打电话声打电话声打电话声打电话声干扰大干扰大干扰不大干扰不大谈话