建筑物理 +聲學部分+《第1章：建筑聲學基礎(chǔ)知識》

1、第第三三篇篇 建筑建筑聲學聲學 建筑建筑聲聲學基本知識學基本知識 吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu) 建筑構(gòu)件隔聲建筑構(gòu)件隔聲 環(huán)境噪聲控制環(huán)境噪聲控制 室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計第第 1 1 章章 建筑聲學基礎(chǔ)知識建筑聲學基礎(chǔ)知識1.1 聲音的基本性質(zhì) 物體的振動產(chǎn)生聲音，聲音的傳播需要介質(zhì)。 這種振動會引起空氣分子在平衡位置做來回振動，振動能量以波的形式向前傳播，且分子的振動方向和聲波的傳播方向平行，所以聲音是縱波。 聲波必須經(jīng)過一定的介質(zhì)才能向外傳播。這種介質(zhì)既可以是氣體，也可以是液體和固體。 1.1.1 聲音的產(chǎn)生與傳播1.1.2 頻率、周期、波長和速度 聲波通過介質(zhì)傳播時，質(zhì)點在平衡

2、位置附近來回振動。 周期：質(zhì)點完成一次全振動所經(jīng)歷的時間稱為周期，用T表示。 頻率：質(zhì)點在1s內(nèi)完成全振動的次數(shù)即為頻率，用f表示，單位（Hz）。 波長:相鄰的兩個同位相質(zhì)點的距離。波長是一個周期的時間所傳播的距離。 頻率是周期的倒數(shù)。介質(zhì)振動的頻率即為聲源的頻率。頻率和音調(diào)相關(guān)。Tf1人耳能接收到的頻率范圍是20-20000Hz，高于20000Hz的為超聲波；低于20Hz的是次聲波。一般建筑聲學中考慮的頻率范圍是100-4000Hz,聲速：聲音傳播的速度。用C表示。聲速與介質(zhì)有關(guān)。在空氣中聲速與溫度的關(guān)系為：27314 .331tc15的室溫下聲速為340m/s波長、頻率、周期和聲速之間的關(guān)

3、系如下：cTfc1.1.3 聲音的繞射和反射1.波振面與聲線波振面：波在傳播的過程中，任意時刻波動到達的各點的包絡(luò)面稱為波振面。根據(jù)波振面的形狀可以將波分為平面波和球面波。聲線：用來表示聲音傳播的方向和路徑。 聲線和波振面相互垂直。2.聲波的繞射（衍射） 當聲波在傳播過程中遇到小的障板時，并不像幾何光學光線那樣直線傳播，而是能繞到障板的背后繼續(xù)傳播，改變原來的傳播方向，這種現(xiàn)象稱為繞射。3.聲波的反射 當聲波在傳播過程中遇到大尺寸的障板時，會發(fā)生反射。（類似與光的反射。遵守反射定律，且有鏡面反射和擴散反射。）1.1.4 聲音的透射、反射和吸收當聲波入射到建筑構(gòu)件(如墻、天花)時，聲能的一部分被

4、反射，一部分透過構(gòu)件，還有一部分被構(gòu)件吸收。根據(jù)能量守恒定律，若入射總聲能為E0，反射的聲能為E，構(gòu)件吸收的聲能為E，透過構(gòu)件的聲能為E，則互相間有如下的關(guān)系:0E十E十EE 反射系數(shù)：0EE透射系數(shù)：0EE吸收系數(shù)：0EEE透射聲能和被吸收聲能一樣是室內(nèi)減少的聲能。原因1.1.6 聲音的指向性倍頻帶中：上限頻率f2是下限頻率f1的2倍，即f2=f1。在簡易測量中使用這種倍頻帶頻譜。1/3倍頻帶中：上限頻率f2是下限頻率f1的1.26倍。即132f2=f在較詳細的測量中使用1/3倍頻帶頻譜。1.1.5 聲音的頻譜、音樂聲和噪音聲源的指向性是指聲源向各個方向輻射聲功率的相對分布。頻率越高指向性越

5、強。1.2 聲音的計量1.2.1 聲功率、聲強和聲壓聲源在輻射聲波時對外作功。聲功率是指聲源在單位時間內(nèi)向外輻射的聲能。記為W，單位為瓦(w)。 聲功率是聲源本身的一種特性。1.聲功率（W）2.聲強（ ）I聲強:在單位面積波振面上通過的聲功率。記為I，單位是w。SWI 對于球面波，聲強與點聲源的聲功率成正比，而與到聲源的距離平方成反比。 對于平面波，聲線互相平行，同一束聲能通過與聲源距離不同的表面時，聲能沒有聚集或離散，即與距離無關(guān)，所以聲強不變。24 rWI3.聲壓（P）聲壓：空氣中由于聲波作用而產(chǎn)生振動時所引起的大氣壓力起伏稱為聲壓。用p表示。單位：N，或Pa。 任一點的聲壓都是隨時間而不

6、斷變化的，每一瞬間的聲壓稱瞬時聲壓瞬時聲壓，某段時間內(nèi)瞬時聲壓的均方根值稱為有效聲壓有效聲壓。 如未說明，通常所指的聲壓即為有效聲壓。n 聲壓與聲強有著密切的關(guān)系。在自由聲場中，某處的聲強與該處聲壓的平方成正比而與介質(zhì)密度與聲速的乘積成反比。cpI02)/(2mW1.2.2 聲功率級、聲強級和聲壓級人耳剛能聽見的下限聲強為10-12wm2，相應(yīng)的聲壓為210-5Nm2；使人感到疼痛的上限聲強為1wm 2，相應(yīng)的聲壓為20Nm2。所以用聲強和聲壓計量聲音很難。1.聲功率級（ ）聲功率級是聲功率與基準功率之比的對數(shù)的10倍。記為WL)(dB0lg10WWLWWL2.聲強級（ ）聲強級是聲強與基準聲

7、強之比的對數(shù)的10倍。記為ILIL0lg10IILI)(dB3.聲壓級（ ）聲壓級是聲壓與基準聲壓之比的對數(shù)的20倍。記為pLpL0lg20ppLp)(dBpa12101.2.3 聲級的疊加當幾個聲音同時出現(xiàn)時，總聲強是各個聲強的代數(shù)和。)/(2mWnIIII21聲強級、聲壓疊加時，按照“級”的加法規(guī)律，采用對數(shù)運算法則。)/(2mN22221nPPPP總聲壓是各個聲壓平方和的平方根。nppppnLplg10lg20lg2000n個聲壓均為P的聲音，疊加后的聲壓級是1.3 人耳的聽覺特性和聲音評價1.3.1 可聽的頻率和聲壓范圍一、最高和最低可聽頻率極限 對于可聽頻率的上限，不同人之間可有相當

8、大的差異，而且和聲音的聲壓級也有關(guān)系。 一般青年人可聽到20000Hz左右的聲音，而中年人只能聽到1200016000Hz的聲音?？陕狀l率的下限，通常是20Hz。二、最大和最小的可聽聲壓極限 人耳可接受的聲音的聲壓變化范圍是很大的。一般正常青年人最小可聽基準聲壓，即210-5 Pa(聲壓級為0dB)，當一個人最小可聽極限提高時，可認為這聽覺靈敏度降低了。 1.3.2 響度級 人耳對響度的感覺取決于許多因素，其中最主要的是頻率和頻譜。相同聲壓級的聲音如果頻率不同，人耳聽起來是不一樣的，反之，不同頻率的聲音如要聽起來一樣響，它們的聲壓級可能不同。1.3.4 雙耳聽聞與聲像定位（雙耳效應(yīng)）聲像定位（

9、雙耳效應(yīng)）：聲源發(fā)出的聲波到達雙耳有一定的時間差、強度差和相位差，人們可以據(jù)此來判斷聲源的方向和遠近，進行聲像定位。 人耳辨別水平方向聲源位置的能量要比垂直方向好。 1.3.5 時差效應(yīng)和回聲聲音對人聽覺器官器官的作用效果不隨著聲音的消失而立即消失，而會暫留一段時間，這種現(xiàn)象叫時差效應(yīng)。如果兩個聲音時間間隔小于50ms，人耳覺察不到聲音是斷續(xù)的，但當兩個聲音時間間隔大于50ms時，人耳就判別時候兩個獨立的聲音。室內(nèi)，人耳首先聽到的是直達聲，然后是反射聲，一般認為，直達聲之后50ms以內(nèi)到達的反射聲加強了直達聲的感覺，50ms以后到達的反射聲會形成回聲，干擾直達聲的清晰度。人耳對回聲感覺的規(guī)律又

10、叫哈斯效應(yīng)。1.3.6 掩蔽效應(yīng)人耳對一個聲音的聽覺靈敏度因為另一個聲音的存在而降低的現(xiàn)象，稱為掩蔽效應(yīng)。存在干擾的聲音叫做掩蔽聲?？陕犅勊岣叩姆重悢?shù)叫掩蔽量。 掩蔽量特點：1）低頻聲的掩蔽范圍大。 2）高頻聲掩蔽范圍小。 3）頻率相近，掩蔽量大。 4）掩蔽聲壓級高，掩蔽量大。 1.4 聲音在室內(nèi)的傳播與幾何聲學1.4.1 自由聲場中聲音的傳播與聲壓級的計算 自由聲場：是指沒有邊界的、媒質(zhì)均勻且各向同性的聲場。聲波以球面波的形式輻射。 11lg20rLLWp式中：LP 空間某點的聲壓級，dB Lw 聲源的聲功率級，dB r 測點與聲源的距離，m自由聲場中距離為r m處的聲壓級為：8lg20r

11、LLWp 半自由空間條件下，距離為r m處的聲壓級為：1.4.2 室內(nèi)聲壓級的計算1.直達聲：是指聲源直接到達接收點的聲音。 1.直達聲、早期反射聲及混響聲。 2.早期反射聲：一般指直達聲到達以后，相對延遲時間為50ms內(nèi)到達的反射聲。（對于音樂聲可放寬至80ms）。3.混響聲：在早期反射聲之后陸續(xù)到達的，經(jīng)過多次反射后的聲音統(tǒng)稱為混響聲。 2.室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級 n 聲場達到穩(wěn)態(tài)時室內(nèi)聲場分布： 假定聲源是無指向性的，距接收點的距離為r，則室內(nèi)某點的聲壓級：)44lg(102RrQLLWp)(dB式中：LW 聲源的聲功率級，dB R 房間常數(shù)： 1SRn212211SSSSSSnn聲源在房間中央

12、，Q=1；在一墻或地面上，Q=2；在兩面墻的交界處，Q=4；在三面墻的交界處，Q=8。 根據(jù)室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級的計算公式，室內(nèi)的聲壓級由兩部分構(gòu)成：第一部分是直達聲；第二部分是混響聲。在直達聲與混響聲的作用相等處，距聲源的距離稱作“混響半徑”，或稱“臨界半徑”。用rc表示?；祉懓霃教幱校?3.混響半徑RrQc442RQRQrc14. 016所以: 當噪聲源和接收點的距離小于rc時，接受點主要受直達聲的影響，這是室內(nèi)進行吸聲處理對接受點的聲能降低沒有明顯效果。當接收點距聲源距離超過混響半徑rc時，室內(nèi)吸聲量才會有明顯效果。這就是吸聲降噪。 3.室內(nèi)聲場的特點和幾何聲學 室內(nèi)聲場的主要特點有： 聲波在

13、各個界面上引起一系列的反射、吸收和透射； 與自由聲場相比有 不同的音質(zhì)； 由于房間的共振可能引起某些頻率的聲音倍加強或減弱； 聲能的空間分布發(fā)生了變化。1.5 混響時間混響時間是指：聲源在室內(nèi)持續(xù)發(fā)聲時，當聲場達到穩(wěn)定 后，聲源即停止發(fā)聲，聲音開始衰減，自此刻起聲壓級衰減60dB所經(jīng)歷的時間，記作T60，或RT。 1.賽賓公式賽賓發(fā)現(xiàn)混混響時間與房間容積和室內(nèi)吸聲量的函數(shù)。即：SVAKVT161.060)( S式中：T60 混響時間，S； K 系數(shù)，一般取0.161； V 房間容積，m3： A 室內(nèi)總吸聲量，m2 2.尹林公式尹林在賽賓的基礎(chǔ)上進行了修正，在工程上應(yīng)用最普遍的尹林公式：若考慮空氣的吸聲（取決于空氣的濕度和溫度的影響）時：mVSVT4)1ln(161. 0)(s4m 空氣的吸收系數(shù)。表（1-4）)1ln(161. 06060SVDT)(s1.6 駐波和房間共振駐波是兩列同頻率、同振幅的聲波相向傳播疊加而成的。建筑中由于反射面的存在，聲波垂直入射時，入射聲波和反射聲波形成駐波。當兩平行墻面間的距離L為半波長的整數(shù)倍時，聲波在兩墻面中來回反射使波腹不斷增大，即產(chǎn)生共振。2nL 對于確定的兩平行墻面，總有一系列頻率的聲波產(chǎn)生共振，其共振頻率為：Lncf21.7 音質(zhì)評價 1.7.1 音