一建筑聲學基本知識

1、2022年3月23日建筑聲學建筑聲學1 1o一、產(chǎn)生和傳播的條件一、產(chǎn)生和傳播的條件n聲音是如何產(chǎn)生的？ 結論：聲音是由物體振動產(chǎn)生的。聲音是如何傳播的？人耳聽覺的產(chǎn)生n聲源：由于振動正在發(fā)聲的物體 宋代學者言：“聲者，形氣相軋而成也”形振動的物體； 氣空氣媒介；相軋相互作用。n聲音產(chǎn)生和傳播的條件：（）聲源 （）傳播的媒介:介質的彈性碰撞第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 2022年3月23日建筑聲學建筑聲學2 2o二、波陣面、聲源的方向性、聲線二、波陣面、聲源的方向性、聲線聲線：自聲源發(fā)

2、出代表能量傳播方向的曲線，聲的波動限制不計第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 2022年3月23日建筑聲學建筑聲學3 3n 1 1、波陣面波陣面：聲波從聲源發(fā)出，在某一介質內(nèi)按同一方向傳播，在某一時間到達空間各點所包絡的面稱為波陣面。o球面波：點聲源發(fā)出的波，波陣面為同心球面的波，聲線與波陣面垂直。如人、樂器發(fā)出的聲波。o平面波：波陣面為與傳播方向垂直的平行 平面，如多個線聲源或多個點聲源疊排。o柱面波：波陣面為同軸柱面，如單個線 聲源發(fā)出的聲波。n 2 2、聲源的方向性：、聲源的方向性：第

3、十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播2022年3月23日建筑聲學建筑聲學4 4n 三、聲速三、聲速、波長波長、頻率頻率 聲速聲速C：聲波在某一介質中傳播的速度。 單位：m/s c 是指聲源振動狀態(tài)傳播的速度，與介質特性有關 聲波在空氣中聲速： 在0oC時， C鋼=5000m/s, C水=1450m/s 在15oC時，C空氣=340m/s 波長波長 ：在傳播途徑上，兩相鄰同相位質點距離。 聲波完成一次振動所走的距離。單位：m27314 .331c第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播202

4、2年3月23日建筑聲學建筑聲學5 5 頻率頻率f:f:質點在1秒鐘的時間內(nèi)完成振動的次數(shù)。 單位：Hz 人耳可聽頻率范圍為20Hz20KHz（聽覺范圍 ） 20KHz為超聲其中，人耳感覺最重要的部分約在100Hz4000Hz,相應的波長約3.4m8.5cm 。o 參數(shù)間存在如下關系：c=f* 或 =c/f第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播2022年3月23日建筑聲學建筑聲學6 6o 聲波是能量的一種傳播形式。人們常談到聲音的大小或強弱，或一個聲音比另一個聲音響或不響，這就提出了聲音強弱的計量。o 一、一、 聲功率、聲強、聲壓聲功率、聲強

5、、聲壓n1、聲功率W ：單位時間內(nèi)物體向外輻射的能量W。（瓦W或微瓦W ）聲源聲功率包括全部可聽頻率范圍聲功率是聲源本身的一種重要屬性。相關聲源的聲功率： 人正常講話：50W 100萬人同時講話50W,相當于一個燈泡。訓練有素的歌手：500010000 W。汽車喇叭: 0.1 W, 噴氣飛機: 10KW。應用：應用：在廳堂設計中如何充分利用有限的聲功率是很重要的問題。第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第二節(jié)聲音的計量第二節(jié)聲音的計量2022年3月23日建筑聲學建筑聲學7 7n2、聲強：單位時間內(nèi)通過與聲波傳播方向垂直的單位面積波陣面上的聲能的多少。 符號：I 單位：w/m 2 可

6、聽聲強范圍10 -12 w/m 21 w/m 2 對于點聲源有： -距離平方反比定律距離平方反比定律n3、聲壓：指在某一瞬時壓強相對于無聲波時的壓強變化。符號P 單位N/m 2(牛頓/米2 ) 或Pa(帕斯卡）范圍210 -5N/m 220 N/m2n4、聲強與聲壓的關系：)/(422mwrWI第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第二節(jié)聲音的計量第二節(jié)聲音的計量cpI0/22022年3月23日建筑聲學建筑聲學8 8o 二、聲壓級、聲功率級、分貝及其疊加二、聲壓級、聲功率級、分貝及其疊加n “級級”（level)level)的概念？的概念？o “級級”：聲學中被研究的聲學量與其同類基

7、準值之比的常用對數(shù)叫“級”。實際應用中，表示聲音強弱的單位并不采用聲壓或聲功率的絕對值，而采用相對單位級（類似于風級、地震級）。單位分貝(dB):是貝爾的十分之一n 為什么要采用為什么要采用“級級”的計量方法？的計量方法？o 1）聲壓對人耳感覺的變化非常大， 1000Hz的聲音，聽覺下限Po=210-5N/m2,上限P=20N/m2,相差106倍。o 2）人耳對聲音強弱的變化的感受并不與聲壓成正比，而與聲壓的對數(shù)成正比，兩個同樣的聲源放在一起，感覺并不是響一倍。第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第二節(jié)聲音的計量第二節(jié)聲音的計量2022年3月23日建筑聲學建筑聲學9 9n1、聲壓級

8、、聲壓級(sound pressure level) ： Lp取參考聲壓為Po=210-5N/m2為基準聲壓，任一聲壓P的Lp為： 聽覺下限：p=210-5N/m2 0dB 能量提高100倍的P=210-3N/m2 40dB聽覺上限： P=20N/m2 120dBn2、聲功率級、聲功率級(sound power level) : Lw 取Wo為10-12W， 任一聲功率W的聲功率級Lwn3、聲強級、聲強級(sound intensity level) LI )(log20010pdBPPL 第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第二節(jié)聲音的計量第二節(jié)聲音的計量)(log10010wd

9、BWWL )(I Ilog10010IdBL 2022年3月23日建筑聲學建筑聲學1010n 聲壓級的疊加聲壓級的疊加 10dB+10dB=? 0dB+0dB=? 0dB+10dB=? 答案分別是：13dB、3dB、10dB. 聲壓是各聲源貢獻的聲壓平方和的開根號。即：22221.nPPPP第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第二節(jié)聲音的計量第二節(jié)聲音的計量)(log2010dBPoPLp 220220222012212110.1010lg20.lg2020 LpnLpLpnPoPPPPoPLp2022年3月23日建筑聲學建筑聲學1111o 思考：n1）兩個相同聲壓級的聲音加起來聲

10、壓級是多少？多個相同聲壓級的聲音加起來聲壓級是多少？n2）兩個或多個不同的聲壓級的聲音加起來聲壓級是多少？（見例題）n3）70、81、81、84、87、90dB六個聲音加起來聲壓級是多少？o 例題1 兩輛汽車聲壓級分別77dB和80dB，求總聲壓級o 例題2 車間總聲壓級92dB，停止運轉一臺設備，背景噪聲為88dB，求該設備運轉時的噪聲級。第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第二節(jié)聲音的計量第二節(jié)聲音的計量2022年3月23日建筑聲學建筑聲學1212第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 2022年3月23日建筑聲學建筑聲學1313第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基

11、本知識 2022年3月23日建筑聲學建筑聲學1414第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第三節(jié)頻譜第三節(jié)頻譜 、頻率、音樂和噪聲、頻率、音樂和噪聲一、現(xiàn)代信號處理技術證明：理論上任何振動的波形都可以分解為若干單頻簡諧振動的合成。 分立譜：如弦振動產(chǎn)生的聲音。 連續(xù)譜：談話、機器的噪聲頻率和頻譜 頻譜表示某種聲音 頻率成分及其聲壓級組成情況的圖形， 傅立葉理論及，大多的自然聲。 頻譜通常根據(jù)需要分成若干個頻帶，帶寬（Band)可寬可 窄。最常用的有倍頻帶和1/3倍頻帶。n倍頻程：f2=2f1通常將可聞頻率范圍內(nèi)2020Hz分為十個倍頻帶，其中心頻率按2倍增長，共十一個，為：16 31

12、.5 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K 16Kn1/3倍頻程： f2=21/3f1將倍頻程再分成三個更窄的頻帶，使頻率劃分更加細化，其中心頻率按倍頻的1/3增長，為：12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 .2022年3月23日建筑聲學建筑聲學1515第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 2022年3月23日建筑聲學建筑聲學1616二、音樂和噪聲： 音樂：由基因和諧音組成，其音符頻率組成有著明確的規(guī)律。 噪聲：聲音的組成沒有任何規(guī)律第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 2022年3月23日建筑聲學建筑聲學17

13、17o聲波在室外空曠地帶的傳播規(guī)律隨與聲源距離的增加，聲能發(fā)生衰減。對于點聲源，有： Lp=LW-20lgr-11 對于無限長線聲源，單位長度內(nèi):I=W2r Lp=LW-10lgr-8 對于有限長線聲源：距離近，同無限長線聲源規(guī)律相同 距離遠，同點聲源規(guī)律相同 對于面聲源，距離很遠，聲壓級衰減36dB第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第四節(jié)聲音在戶外的傳播第四節(jié)聲音在戶外的傳播2022年3月23日建筑聲學建筑聲學1818o 一、一、 反射和衍射、擴散透射折射和吸收反射和衍射、擴散透射折射和吸收 一、聲波的反射當聲波遇到一塊尺寸比波長大得多的障礙時，聲波將被反射。類似于光在鏡子上的

14、反射。反射的能量與反射面有關反射的規(guī)則： 1）入射線、反射線法線在同一側。 2）入射線和反射線分別在法線兩側。 3）入射角等于反射角。i= 第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第五節(jié)反射和衍射、擴散透射折射和吸收第五節(jié)反射和衍射、擴散透射折射和吸收2022年3月23日建筑聲學建筑聲學1919 二 、聲波的衍射：當聲波在傳播的過程中遇到障壁或者建筑部件（如墻角、梁、柱）等，這些構件尺度比波長大，在背后出現(xiàn)“聲影區(qū)”，也會出現(xiàn)聲音繞過障壁邊緣進入“聲影”繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，稱之為“衍射”現(xiàn)象。第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 2022年3月23日建筑聲學建筑聲學2020 三、

15、聲波的透射與吸收o聲波具有能量，簡稱聲能。o當聲波碰到室內(nèi)某一界面后（如天花、墻），一部分聲能被反射，一部分被吸收（主要是轉化成熱能），一部分穿透到另一空間。第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 透射系數(shù)：反射系數(shù)：吸聲系數(shù)：EoEiEEEEoEoErcpI02應用：應用：不同材料，不同的構造對聲音具有不同的性能。在隔聲中希望用透射系數(shù)小的材料防止噪聲。在音質設計中需要選擇吸聲材料，控制室內(nèi)聲場。2022年3月23日建筑聲學建筑聲學2121 四、聲波的折射與擴散 聲波的折射 聲波的擴散第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 27314 .331c2022年3月23日建筑聲學建

16、筑聲學2222o 1、聲音的頻譜與聲源的指向性nA、 聲音的頻譜 頻譜表示某種聲音 頻率成分及其聲壓級組成情況的圖形， 傅立葉理論及現(xiàn)代信號處理技術證明：理論上任何振動的波形都可以分解為若干單頻簡諧振動的合成。 分立譜：如弦振動產(chǎn)生的聲音。 連續(xù)譜：談話、機器的噪聲，大多的自然聲。 頻譜通常根據(jù)需要分成若干個頻帶，帶寬（Band)可寬可 窄。最常用的有倍頻帶和1/3倍頻帶。n倍頻程：f2=2f1通常將可聞頻率范圍內(nèi)2020Hz分為十個倍頻帶，其中心頻率按2倍增長，共十一個，為：16 31.5 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K 16Kn1/3倍頻程： f2=21/3f1將倍頻

17、程再分成三個更窄的頻帶，使頻率劃分更加細化，其中心頻率按倍頻的1/3增長，為：12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 .第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第三節(jié)人的聽覺感覺第三節(jié)人的聽覺感覺2022年3月23日建筑聲學建筑聲學2323第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第三節(jié)人的主觀聽覺感覺第三節(jié)人的主觀聽覺感覺 在進行聲 音 計 量和 頻 譜 表示 時 ， 往往 使 用 中心 頻 率 作為 頻 帶 的代 表 ， 聲壓 級 值 使用 整 個 頻帶 聲 壓 級的 疊 加。2022年3月23日建筑聲學建筑聲學24242022年

18、3月23日建筑聲學建筑聲學2525第三節(jié)人的主觀聽覺感覺第三節(jié)人的主觀聽覺感覺第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 2022年3月23日建筑聲學建筑聲學2626nB、聲源的指向性o 聲源發(fā)出的聲音在各個方向上分布不均勻，具有指向性。o 聲源尺寸比波長小得多時，可看作點聲源，無指向性。o 聲源尺寸比波長差不多或更大時，聲源不再是點聲源，出現(xiàn)指向性。人們使用喇叭，目的是為了增加指向性。第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第三節(jié)人的主觀聽覺感覺第三節(jié)人的主觀聽覺感覺2022年3月23日建筑聲學建筑聲學2727o 2、人耳的主觀聽覺特性n人耳的結構：外耳、中耳、內(nèi)耳、骨傳導n聽覺

19、范圍：最高最低頻率可聽極限一般地，青少年2020KHz,中年3015KHz,老年10010KHz。n最小最大可聽極限人耳有一定的適應性，常人上限為120dB,經(jīng)常噪聲暴露的人有可能達到135140dB。下限頻率與頻率有關。n最小可辯閾（差閾）一般情況1dB聲壓級的變化能夠察覺：3dB以上有明顯感覺； 頻率變化的察覺：一般是3%，低頻時3Hz。第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第三節(jié)人的主觀聽覺感覺第三節(jié)人的主觀聽覺感覺2022年3月23日建筑聲學建筑聲學2828oA 聽覺定位聽覺定位n人耳判斷聲源的遠近比較差，但確定聲源的方向比較準確。水平方向1030可辯人耳判斷聲源的方位主要靠

20、雙耳定位，對時間差和強度差進行判斷。n人耳的水平方向感要強于豎直方向感。n頻率高于1400Hz強度差起主要作用；低于1400Hz時，時間差起主要作用。這就是人為什么對蚊子的定位比較準而對電話鈴聲的定位比較差的原因。oB、哈斯、哈斯(Hass)效應效應n人耳有聲覺暫留現(xiàn)象，人對聲音的感覺在聲音消失后會暫留一小段時間。n如果到達人耳的兩個聲音的時間間隔小于50ms，那么就不會覺得聲音是斷續(xù)的。n直達聲到達后50ms以內(nèi)到達的反射聲會加強直達聲。直達聲到達后50ms后到達 的“強”反射聲會產(chǎn)生“回聲”哈斯效應。n根據(jù)哈斯效應，延時越長干擾大；聲壓級差小干擾大。頻率接近干擾大；低頻對高頻干擾大。人耳在

21、多聲源發(fā)聲內(nèi)容相同的情況下，判斷聲源位置主要是根據(jù)“第一次到達”的聲音。因此，劇場演出時，多揚聲器的情況下要考慮“聲象定位”的問題。第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第三節(jié)人的主觀聽覺感覺第三節(jié)人的主觀聽覺感覺2022年3月23日建筑聲學建筑聲學2929n C、掩蔽效應、掩蔽效應o 人耳對一個聲音的聽覺靈敏度因另外一個聲音的存在而降低的現(xiàn)象叫掩蔽效應。o 一個聲音高于另一個聲音10dB,掩蔽效應就很小。o 低頻聲對高頻聲的掩蔽作用大。o 何謂掩蔽量?掩蔽閾?n D、響度與等響曲線、響度與等響曲線o 人耳對不同頻率的聲音敏感程度是不一樣的，對于低于1000Hz和高于4000Hz的聲

22、音，靈敏度降低。o 不同頻率，相同聲壓級的聲音，人聽起來的響度感覺不一樣。o 不同頻率,不同聲壓級的聲音,人聽起來的響度感覺有可能一樣。第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第三節(jié)人的主觀聽覺感覺第三節(jié)人的主觀聽覺感覺2022年3月23日建筑聲學建筑聲學3030n 3、 等響曲線等響曲線o 等響曲線等響曲線:以1000Hz連續(xù)純音作基準，測聽起來和它同樣響的其他頻率的純音的各自聲壓級構成一條曲線叫“等響曲線”。o 響度單位是“方”。o 隨著聲壓級的提高，對頻率的相對敏感度也不同聲壓級高，相對變化感覺小；聲壓級低，相對變化感覺大。第十章第十章 建筑聲學基本知識建筑聲學基本知識 第三節(jié)人的主觀聽覺感覺第三節(jié)人的主觀聽覺感覺2022年3月23日建筑聲學建筑聲學3131第十