建筑物理复习资料声学部分框架整理

第三部分声学■有关的声学基本知识（1）声音的产生、传播与基本物理性能；（2）声音的计量；（3）人耳的听觉特性；（4）室内声学原理■材料与结构的声学特性(1)吸声材料与吸声结构；(2)建筑隔声；(3)声扩散处理。■声环境设计中的噪声控制■音质设计（观演建筑）第一章声音的物理特性和人对声音的感受■有关的声学基本知识声音的产生、传播与基本物理性能▲声速：340m/sp304频率、波长和声速之间的关系：ג=c/f波长=声速/频率▲人耳听觉范围：20Hz~20kHz▲倍频带▲声波传播过程中的特点反射、衍射（绕射）、散射、干涉、声吸收、声透射声音的计量▲常用术语声功率（W，单位w）：声源在单位时间内向外辐射的声音能量。声强(I，单位w/m2，10-12～1)：单位面积波阵面上通过的声功率。声压(p，单位N/m2，2×10-5～20)：声能密度cpI02▲声压级、声强级、声功率级——级、分贝①声压变化范围大，实际计量不方便②声压的变化与人耳的听觉特性不一致★级——取一个物理量的两个数值之比的对数★人耳对声音变化的反应——对数关系▲声级的叠加叠加计算表达式简便估算法▲声音在户外的传播■点声源与平方反比率在距离为r1处的声压级为Lp1，在距离r2=nr1处的声压级为Lp2，则有Lp2=Lp1-20lg（r2/r1）=Lp1-20lgn与声源的距离增加1倍，声压级降低6dB■线声源与反比率——距离较近，与声源的距离增加1倍，声压级降低3dB；距离较远，与声源的距离增加1倍，声压级降低6dB■面声源人耳的听觉特性▲听觉范围■最高和最低的可听频率极限:20~20000Hz■最小和最大的可听声压级极限■最小声压级可辨阈：一般1.0dB，实验室环境0.3dB；噪声控制＞10dB有意义。▲听觉特性■人耳的频率响应与等响曲线几个概念▲响度、响度级：响度：人耳对声音强弱的主观感受，除与声压大小有关外，还与声音频率有关，响度单位为宋（sone）响度级：响度的强弱采用10为底的对数计量时，称为响度级，单位为方（phone）。▲声级计、A声级声级计：模拟等响曲线设计的能反映对声音强弱主观感觉的测量仪器。A声级——倒置的40方等响曲线将复合声源不同频率的声级，按40方等响曲线特性进行计权叠加，所得声级即为A声级，单位dBA。■时差效应（50ms=0.05秒）或哈斯（德国人，50年代）效应■掩蔽效应■听觉定位（双耳听闻效应）——声定位人耳不能对垂直面上的声源定位。→扩声系统室内声学原理■建筑声学的发展历史19世纪开始，20世纪初由塞宾创立■混响时间▲混响时间计算公式应用与测量的几点说明混响时间：声源停止发声后，声级衰减60dB所需的时间。1.应用的前提条件：完整的空间，扩散声场2.观众厅与舞台为耦合空间3.观众席、后墙为强吸声4.吸声材料的吸声系数实验室测量值与实际的差异5.测量■室内声场分布1.室内声场声压级的计算2.室内声场计算目的：音质设计、吸声降噪3.室外声场声压级的计算（1）点声源；（2）线声源；（3）面声源■室内音质设计中常见问题1.房间的共振和共振频率驻波（教材p268）、平行墙面间的共振、矩形房间的共振2.回声、声聚焦等3.措施（小于1000m3房间）防止简并现象的根本原则是：使共振频率分布尽可能均匀。（1）选择合适的房间尺寸、比例和形状:如2∶3∶5；1∶1.25∶1.6（2）将房间的墙或天花做成不规则形状；（3）将吸声材料不规则地分布在房间的界面上;（4）扩散处理。第二章建筑吸声扩散反射建筑隔声材料与结构的声学特性——吸声、隔声、扩散吸声材料与吸声结构■吸声处理的目的或应用范围◆控制混响时间◆吸声降噪◆消除音质缺陷（回声、声聚焦等）◆扩散（“打补丁”）■基本概念◆吸声系数及吸声材料（吸声系数大于0.2）◆吸声系数频率特性(1)混响室法吸声系数(2)驻波管法◆平均吸声系数:同种材料不同频带的平均不同材料相同频带的平均（如计算混响时间，参见教材p449）◆降噪系数NRC——按吸声材料的降噪系数对其声性能进行分级■吸声材料的基本类型及吸声性能讨论◆吸声材料的基本类型：三类P335多孔吸声材料——中高频吸声较大，低频吸声较小共振吸声结构——穿孔板/薄膜/薄板特殊吸声结构(吸声尖劈、空间吸声体）建筑隔声；■空气声与固体声声波在建筑中的传播方式——空气传声，固体传声■隔声效果评价及有关概念◆隔声量及隔声频率特性(墙体、门窗)◆平均隔声量(墙体、门窗)◆计权隔声量(墙体、门窗)◆规范化撞击声压级(楼板)◆规范化计权撞击声压级(楼板)■墙体、门窗、楼板的隔声◆门窗隔声●声闸●玻璃安装●组合隔声●等透射设计声扩散处理■扩散的概念、作用扩散的概念◆室内声场中各点处声压相等；◆室内声场中各点处声压来自各个方向。扩散处理的作用◆使声场均匀，衰变过程顺滑；◆避免出现回声、聚焦等缺陷；◆增加房间的活跃程度，提高语言或音乐的质量等。■扩散的应用范围与设计室内声扩散的设计◆不规则体型◆几何扩散体的设计◆分散布置吸声材料◆特殊扩散体①最长序列MLS扩散体②二次剩余（平方余数）QRD扩散体★扩散影响因素：声波波长，扩散体尺寸、形状等第三章声环境规划与噪声控制噪声控制■噪声危害与面临的形势■噪声评价指标◆A声级◆噪声评价数（曲线）◆语言干扰级◆统计百分数声级（累积分布声级）◆交通噪声指数◆等效(连续)A声级◆昼夜等效声级■噪声控制标准■噪声控制方法◆城市规划◆建筑总平面布置与单体设计◆吸声降噪◆建筑隔声处理◆其它：绿化降噪、声屏障等◆隔振与消声住宅小区防噪设计必须遵循的准则●住宅楼群中的小学体操场、幼儿园的游戏场的位置选择，应避免对住宅产生噪声干扰；●小区内的菜市场，副食品和百货商店，应离住宅有足够的距离，或通过住宅楼的平面布局加以隔离；●小区内的锅炉房、水泵房、停车场无论是与住宅毗邻或设在住宅楼内，都应作隔声、减振处理；●小区内各种服务设施，无论是单独建造或配置在住宅的首层，都应根据噪声状况作隔声处理，如塑钢窗加工点；●当住宅沿城市干道布置时，应首先选择建筑群的布局形式，然后在住宅平面布局中作防噪声设计。卧室或起居室不应设在临街的一侧。当设计确有困难时，每户至少应有一间卧室背向吵闹的干道；●住宅小区在划地时应尽量避免毗邻铁路线。第四章室内音质设计■观演建筑的类型及对音质的基本要求■音质评价指标主观参量及术语◆量的因素：指混响感、力度，响度、丰满度；◆质的因素：指对声源音色的保持和美化。如温暖感、平衡感、明亮、华丽等；◆空间因素：听众对声音的空间感觉，如方向、距离，环绕感、亲切感等；◆此外，比较好的清晰度（明晰度），全场有比较均匀的效果、无音质缺陷。客观指标◆声压级Lp、相对强感G：与响度、声场均匀度等对应◆混响时间T60、EDT：与丰满度、混响感等对应◆混响时间的频率特性（BR）：多与质的因素对应，如温暖感◆反射声的时间与空间分布时间分布：与亲切感、清晰度、响度等对应。例如，tI:初始延迟时间间隙20ms之内(Barron)空间分布：与环绕感等对应（LF=10lgE侧/E总）◆清晰度、明晰度：C80、D50◆扩散度d■体型设计◆体型设计基本原则●充分利用直达声，保证室内足够的响度；●使室内具有与使用目的相适应的混响时间；●争取和控制早期反射声；●消除室内声学缺陷（扩散）。◆体型设计方法●几何（声线）作图原理及应用（几何作图法）●计算机辅助作图设计（Odeon、EASE等）●缩尺模型◆体型设计要点●容积（规模）的确定●平面设计考虑音质设计要求、座位数量与排列、视线质量、结构等因素○扇形：大容量观众席可以取得比较好的视线质量，中央区域侧墙反射声较少；○矩形：结构简单，中央区域的侧墙反射声比扇形有所提高；○倒扇形：中央区域可以有最好的侧墙反射声，但总座位数受后部收缩影响；★圆形：存在声音爬墙、声音聚焦等缺陷●剖面设计视线升起设计视线升高差C值，即后排观众视线经过前一排观众头顶时视线升起的高度差。C值，通常取120mm。要点之一：地面升起，即自然声为主的厅堂地面要起坡(可以不考虑视线C值)直达声的衰减；前排观众的遮拦；声音经过观众头部的掠入射产生的衰减。要点之二：顶棚的形状与高度（顶棚反射）要点之三：弧型顶棚的处理弧形顶棚的几种处理方法：吸声、扩散、浮云板、透声要点之四：顶棚的横剖面处理顶棚的横剖面做成凸曲面产生早期侧向反射声—环绕感要点之五：台口处理●后墙的处理●侧墙的处理①扇形平面侧墙改为锯齿形，提高中央区域侧墙早期反射声▲一般根据厅堂用途进行扩散、吸声处理；▲侧向早期反射声则有——侧墙倾斜、悬挂侧向反射板●眺台的设计▲眺台开口高度H与深度D比：音乐厅H/D≥1；影剧院H/D≥0.5；俯角不超过20度（剧场）▲要点之二：采用3层眺台、眺台下面平顶向后倾斜等措施改善音质▲要点之三：扩散处理●舞台与乐罩舞台设计○舞台一般设置升降乐池和音乐罩，多为品字形○乐队面积：一般1.2m2/乐师，11×17（m），可采用阶梯布置，高度为首排1m左右；○侧墙、后墙的处理○顶部：扩散处理○地面一般为搁空木地板○管风琴：高5~7m、宽8~16m、深3~5m▲乐罩设计——交响乐乐队配置乐罩侧墙、后墙进行适当扩散处理乐罩顶部设置反射板，高度6~8m左右在打击乐处设吸声处理●扩散处理厅堂容积确定、体型设计和混响设计的一般方法厅堂容积确定：1）保证足够的响度；2）保证合适的混响时间（每座容积率V/n）厅堂的体型设计：1）充分利用直达声。缩短直达声传播距离，限制纵向长度，听众席多时用挑台；适应声源指向性，听众席不超出声源正前方104°角范围；避免直达声能被室内部件遮挡或被听众吸收，提高声源位置或使地面有一定得坡度。2）争取和控制前次反射声（直达声后50s内到达的的反射声，加强声源）。调节反射面的几何倾角；减少顶棚高度和两侧墙面间的距离，缩短反射声的延迟时间。在顶棚或墙面上交错布置吸声材料和反射面；组合建筑艺术处理；扩散体的尺寸要合适a≥217/3）采用适当的扩散处理，使声场更均匀f，b/a≥0.15（f入射声频率，a扩散体宽度m，b扩散体凸出高度m）。4）消除可能出现的声学缺陷。消除房间共振，合理选择房间尺寸、比例和形状，做吸声处理，防止因共振频率分部不均匀而出现“简并”现象；消除回声，在可能产生回声的部位布置吸声材料，也可改变反射方向或作扩散处理；消除声聚焦，令凹面的曲率半径接近厅堂高度的一半或两倍，使反射焦点落在听众席以外，也可进行吸声、扩散处理；消除声影区，控制挑台的开口比，D/H≤1（音乐），D/H≤2（语言）D-挑台深度，H-挑台下开口高度。厅堂混响设计：1）确定适合厅堂使用要求和容积的混响时间及其频率特性。2）混响时间的有关计算（V、S、、A）。3）室内装修材料的选择与布置。4）调整与修改■室内音质设计各论自然声报告厅音质设计(300座以内)■语言的声学特点◆语言的频谱◆语言声级动态范围：一般话语平均声级为1m处66dB，变化范围48~78dB；提高嗓门平均声级为1m处72dB。◆语言清晰度及影响因素语言声级的大小与衰减背景噪声的大小声源的位置与指向性声场分布均匀，无回声、声聚焦▲语言清晰度与语言声级音节清晰度在80%以上，很满意；在65%以下，难懂；在75%左右，集中注意力。背景噪声20dB，60dB语言声级，音节清晰度在80%以上背景噪声40dB，60dB语言声级，音节清晰度降低至45%；背景噪声40dB，保持音节清晰度在80%以上，则语言声级须增至70dB以上；■设计要求和标准◆足够的响度（直达声、早期反射声）：60~70方(声源正前方1m处的平均声压级以66dB计)；◆声场均匀度：±3dB；◆混响时间的选择；◆噪声控制：满足噪声评价数N30~40；计权A声级35~45dB；◆无音质缺陷：回声、颤动回声、声聚焦等；■设计要点◆容积规模与扩声◆平面形状的确定◆剖面形状的确定◆侧墙◆后墙处理◆混响时间的选择与计算◆噪声控制◆音质缺陷（回声、声聚焦等）扩声系统■扩声系统的作用、基本组成与要求■扬声器的性能指标◆频率响应：输入的电信号能够转变成声信号的频率范围◆额定功率：