建筑環(huán)境學(xué)聲環(huán)境

建筑環(huán)境學(xué)聲環(huán)境第一頁，共四十六頁，2022年，8月28日一、聲音的性質(zhì)和基本物理量聲源和聲波頻率、波長和聲速聲音的計量聲源的方向性、時間性和頻率特性聲音的傳播規(guī)律二、吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)多孔吸聲材料薄板和薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu)空腔共振吸聲材料空間吸聲體主要內(nèi)容§7-1第二頁，共四十六頁，2022年，8月28日§7-1聲音的度量與聲環(huán)境的描述※7.1.1聲音的性質(zhì)與基本物理量（一）聲源和聲波1、聲源：定義：正在發(fā)出聲音的發(fā)聲體稱為聲源。2、聲波：縱波：如果質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向相平行，則稱為～。在空氣中傳播的聲波就屬于縱波。第三頁，共四十六頁，2022年，8月28日聲速：聲波的傳播速度，稱聲速c，單位為m/s。提示：是振動傳播的速度，它的大小與振源的特性無關(guān)，而與介質(zhì)的彈性、密度及溫度有關(guān)。當(dāng)溫度為0℃時，聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度為：松木：3320m/s軟木：500m/s鋼：5000m/s水：1450m/s在空氣中，聲速與溫度的關(guān)系如下：C(θ)=331.45+0.61θ式中：θ—空氣溫度，℃聲速、波長、頻率有如下關(guān)系：c=fλ或c=λ/T二、頻率、波長和聲速第四頁，共四十六頁，2022年，8月28日2、聲強:在無反射的自由聲場中，點聲源發(fā)出的球面波，均勻地向四周輻射聲能定義：在單位時間內(nèi)，在垂直于聲波傳播方向的單位面積上所通過的聲能。記為I，單位為W/㎡聲強是衡量聲音強弱的物理量。I=W/SW/㎡式中：S—聲能所通過的面積，㎡距聲源中心為r的球面上的聲強為I=W/S=W/(4πr2)W/㎡1、聲功率：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)或微瓦（μW）（三）聲音的計量第五頁，共四十六頁，2022年，8月28日對于球面波，聲強與點光源的聲功率成正比，而與到聲源的距離的平方成反比。對于平面波，聲線互相平行，聲強不變，與距離無關(guān)。上述兩種情況都是假設(shè)聲音在無損耗、無衰減的介質(zhì)中的傳播，實際上，聲能在一般介質(zhì)中傳播時，聲能總是有損耗的。I=W/S=W/(4πr2)W/㎡第六頁，共四十六頁，2022年，8月28日I=p2ρc0W/㎡任何一點的聲壓都是隨時間而變的，每一瞬間的聲壓稱為瞬時聲壓，某段時間內(nèi)瞬時聲壓的平均值稱為有效聲壓。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。4、聲壓和聲強的關(guān)系3、聲壓：

定義：是指某瞬時，介質(zhì)中的壓強(P)相對于無聲波時壓強(P0)的改變量。所以，聲壓的單位就是壓強的單位為Pa.

第七頁，共四十六頁，2022年，8月28日2）聲壓級表示為Lp=20lgdB

式中：p0—基準(zhǔn)聲壓，p0=2×10-5N/㎡，人耳對頻率為1000Hz的聲音的可聽下限pp01）聲強級表示為LI=10lgdBII0式中：I0—基準(zhǔn)聲強，I0=10-12W/㎡；即人耳對頻率為1000Hz的聲音的可聽下限5、分貝標(biāo)度和聲級第八頁，共四十六頁，2022年，8月28日3）聲功率級表示為：LW=10lgdB

式中：W0—基準(zhǔn)聲功率，W0=1×10-12N/㎡聲功率級僅表示聲源發(fā)聲能力的大小，點聲源在自由聲場中，聲功率級與聲壓級的關(guān)系為：

LP=LW+10lg（1/4πr2）聲壓級與聲強級之間可以相互轉(zhuǎn)換：WW01ρc0p02I0LI=LP+10lg（）p02I0=(2×10-5)2/10-12=400≈400ρ0cLI≈LP第九頁，共四十六頁，2022年，8月28日注意：聲強級、聲壓級、聲功率級和聲強、聲壓、聲功率是不同的概念。以分貝為單位的各種“級”只有相對比值的意義。當(dāng)幾個不同聲源同時作用時，它們在某處形成的總聲強是各個聲強的代數(shù)和，即I=I1+I2+……+In，而它們的總聲壓級為各聲壓級的均方根值，即p=√p12+p22+……+pn2注意：聲壓級、聲強級疊加時，不能簡單地進(jìn)行算術(shù)相加，而要按對數(shù)運算規(guī)律進(jìn)行。第十頁，共四十六頁，2022年，8月28日（四）聲源的方向性、時間性和頻率特性結(jié)論：指向性與頻率（波長）有關(guān)，頻率越高，指向性越強。聲源在不同方向輻射聲音的特點，稱指向性。人耳聽到的聲音頻率范圍：20～20000Hz低于20Hz的聲波稱次聲；高于20000Hz的稱為超聲。次聲和超聲不能使人耳產(chǎn)生聲覺。低頻聲：<300Hz中頻聲：300～1000Hz高頻聲：>1000Hz第十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日聲波在傳播中遇到尺寸比其波長大得多的界面時,聲波將被反射；若聲源發(fā)出的是球面波,經(jīng)反射后仍是球面波。反射定律：入射線、反射線、反射面的法線在同一平面內(nèi)；入射線和反射線分別在法線的兩側(cè)；入射角等于反射角；（五）聲音的傳播規(guī)律

1、聲波遇到障礙物時的傳播

（1）反射與吸收：第十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日r=E0Er=2c2－

1c1

2c2＋1c12當(dāng)聲波從空氣入射到水面時,由于水的c比空氣的c大400倍左右。因此，反射系數(shù)r≈1，即接近于全反射。大多數(shù)情況下，界面總會吸收一部分聲能。吸聲系數(shù)：α=（E0－E）/E0=1－r反射與吸收：

反射系數(shù)：反射聲能Er與入射聲能E0之比,稱為聲能反射系數(shù)r。

如果交界面兩側(cè)都是半無限大的媒質(zhì)，聲波從第一個媒質(zhì)垂直入射到第二個媒質(zhì)表面時，可求出反射系數(shù)r為：第十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日(2)透射與隔聲:聲透射：當(dāng)聲波入射到某一圍護(hù)結(jié)構(gòu)時，使結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生振動，從而向另一面輻射聲波的現(xiàn)象稱聲透射。透射系數(shù)：即透射聲能Eτ與入射聲能E0之比，用τ表示；τ=Eτ/E0圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲性能的優(yōu)劣通常用隔聲量R來表示，定義為聲音傳過圍護(hù)結(jié)構(gòu)前后的聲壓級之差，它與透射系數(shù)的關(guān)系為：R=10lg(1/τ)通常,把τ值小的材料稱為隔聲材料;通常,把r值小的材料稱為吸聲材料;第十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日(3)繞射:聲波通過小孔的現(xiàn)象：

若孔的尺寸與波長相比為很小(d<<λ)

，小孔處的質(zhì)點可近似地看作一個集中的新波源，它的子波的包跡面就可以近似地看作以小孔為球心的球面。當(dāng)孔的尺寸比波長大得多時(d>>λ)

，孔處各點可看作新的波源，但不形成一個中心，它們的子波的包跡面比較復(fù)雜。

第十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日2、聲音的衰減（1）傳播衰減：點光源的衰減所謂點光源就是聲源的尺寸相對于聲波的波長或傳播距離而言較小時,則聲源可近似視為理想點聲源或球面聲源,它向媒質(zhì)輻射球面聲波。衰減規(guī)律：當(dāng)聲源以穩(wěn)定的功率W輻射時，傳播距離加倍，聲壓級或聲強級要衰減6dB。線聲源的衰減：所謂線聲源就是指聲源的尺寸相對于聲波的波長或傳播距離而言，當(dāng)其高度和寬度可以忽略，但長度不能忽略時，則聲源可近似視為線聲源或柱面波。如：火車噪聲等。第十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日衰減規(guī)律：在自由聲場中，對于一個無限長的線聲源，若離開線聲源的距離加倍，聲壓級衰減3dB。(2)吸收衰減1）空氣吸收:空氣的吸收性能可用空氣的衰減常數(shù)m表示,其值主要取決于空氣的相對濕度,其次是溫度?？諝獾奈暳繛椋悍块g的容積×相應(yīng)的吸聲系數(shù)（4m）2）綠色植被的吸收：3）氣流和大氣溫度梯度的吸收第十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日7.1.2吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)（一）多孔吸聲材料1、特點:無數(shù)相互聯(lián)系的微孔。2、多孔吸聲材料引起聲波衰減的機(jī)理當(dāng)聲波入射到多孔材料表面時，聲波能順著微孔進(jìn)入材料內(nèi)部，引起孔隙中的空氣振動。由于摩擦和空氣的粘滯阻力，使一部分聲能變?yōu)闊崮?；氣體壓縮放熱、膨脹吸熱，孔隙中的空氣與孔壁、纖維之間進(jìn)行熱交換，也使聲能被吸收。第十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日影響多孔材料吸聲系數(shù)的因素主要有：材料中的空氣流阻;空氣粘性越大、多孔材料越厚、越密實，流阻越大，說明透氣性越小，故，流阻不能過大；但，流阻過小，也不能克服摩擦力、粘滯阻力，從而使聲能轉(zhuǎn)化為熱能的效率過低。孔隙率;指材料中連通的孔隙體積和材料總體積比。一般在70%以上，多數(shù)達(dá)到90%材料的厚度;增加多孔吸聲材料的厚度可提高其吸聲系數(shù)，尤其是對吸聲系數(shù)低的中、低頻提高的比較顯著。材料背后的條件;背后留有空氣層時，既可提高吸聲系數(shù)，又可節(jié)省吸聲材料。第十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日吸聲系數(shù)隨著頻率的提高而增大，對于通常實用的厚度（5cm左右），中高頻有較大的吸聲系數(shù)。如圖：

隨著厚度的增加，中、低頻范圍的吸聲系數(shù)顯著增大；高頻總是具有較大的吸聲系數(shù)。比較2、3曲線，厚度一定，增大容重，也可以提高中低頻的吸聲系數(shù)。但容重不能過大，否則，流阻過大，則會降低吸聲系數(shù)。通常，多孔材料應(yīng)以松而厚為宜。第二十頁，共四十六頁，2022年，8月28日（二）薄板和薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu)將不透氣、有彈性的板狀或膜狀材料（如膠合板、硬質(zhì)纖維板、石膏板、石棉水泥板、皮革、人造革、帆布等）周邊固定在框架上，板后留有一定厚度的空氣層，就成了薄板和薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu)。1、薄膜吸聲結(jié)構(gòu)：共振頻率通常在200～1000Hz范圍內(nèi)，最大吸聲系數(shù)為0.3～0.4,一般,把他作為中頻范圍的吸聲材料。2、薄板吸聲結(jié)構(gòu)：共振頻率通常在80～300Hz范圍內(nèi)，最大吸聲系數(shù)為0.2～0.5,一般,把他作為低頻范圍的吸聲材料。第二十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日(三)空腔共振吸聲結(jié)構(gòu)如：各種穿孔板、狹逢板背后設(shè)置空氣層形成吸聲結(jié)構(gòu)，均屬于空腔共振吸聲結(jié)構(gòu)。（如：可用穿孔的石棉水泥板、石膏板、膠合板等）該結(jié)構(gòu)優(yōu)點：既能滿足吸聲要求，材料本身又具有一定強度?？涨还舱衿骺勺鳛閱蝹€吸聲體、穿孔板共振器或狹縫共振器使用。1、單個空腔共振器的有效吸聲吸聲范圍為100～400Hz，屬于中低頻吸聲結(jié)構(gòu)。如，吸聲砌塊；適用：體育館、游泳池、工業(yè)廠房、機(jī)械設(shè)備等場所。第二十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日2、簾幕如，窗簾離墻面或玻璃有一定距離，如同多孔材料背后設(shè)置了空氣層，對中、高頻仍有一定的吸聲作用。3、人和家具如，室內(nèi)桌、椅、柜、棉被等具有一定吸聲能力。有的是多孔材料，有的是薄板吸聲材料等。（四）其他吸聲結(jié)構(gòu)一般來說，把吸聲體懸掛在聲能流密度大的位置（如靠近聲源處、反射有聚焦的地方），具有好的吸聲效果。1、空間吸聲體：適用場合：工業(yè)廠房的噪聲控制，體育館等第二十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日一、人耳的聽覺特征二、噪聲的評價和標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容§7-2第二十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日§7-2人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理（一）響度和響度級7.2.1人耳的聽覺特征如果某一聲音與已選定的1000Hz的純音聽起來一樣響,這個1000Hz純音的聲壓級值就定義為待測聲音的“響度級”,單位是方(phon).對一系列的純音都用標(biāo)準(zhǔn)音來作上述比較,可得到純音等響曲線.第二十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日(二)掩蔽效應(yīng)定義：由于某個聲音的存在,而使人耳對其他聲音的感覺能力降低,這種現(xiàn)象稱“掩蔽”，

(三)雙耳聽聞效應(yīng)(方位感)

定義：聲波傳到兩只耳朵有時間差、強度差、相位差，根據(jù)這些差別，使聽者能夠辨別聲音的方向。雙耳辨別方向的能力稱～。第二十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容§7-3一、降低聲源噪聲二、在傳播路徑上降低噪聲第二十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三節(jié)環(huán)境噪聲控制途徑控制途徑有三：聲源、傳播途徑、接收者7.3.1降低聲源噪聲7.3.2在傳播路徑上降低噪聲“鬧靜分開”的原則;改變噪聲傳播的方向或途徑充分利用天然地形的吸聲、降噪作用。采取聲學(xué)措施，包括吸聲、消聲、隔聲、隔振和減振等噪聲控制技術(shù)。第二十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日第二十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日一、房間的吸聲減噪二、消聲器原理三、減振和隔振四、隔聲原理和隔聲措施主要內(nèi)容§7-4第三十頁，共四十六頁，2022年，8月28日

7.4.1房間的吸聲減噪(一)吸聲減噪原理(二)吸聲減噪量的確定⊿Lp=10lg()dB1－α11－α2α2α1式中：

⊿Lp=Lp1－Lp2，即吸聲減噪處理前、后室內(nèi)的聲壓級之差α1、α2—分別為減噪前、后房間的平均吸聲系數(shù)

⊿Lp=10lgdBα2α1當(dāng)α1·α2<<1時，可得到第四節(jié)噪聲控制基本原理和方法第三十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日（三）吸聲減噪法使用原則1、室內(nèi)平均吸聲系數(shù)較小時，吸聲減噪法收效最大。2、吸聲減噪法，僅能減少反射聲，因此，吸聲處理一般只能取得4～12dB的降噪效果。3、在靠近聲源的場所，采用該法將不會得到理想的降噪效果。第三十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日7.4.2消聲器原理消聲器是可使氣流通過,而降低噪聲的裝置。消聲量是評價消聲器性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。對于消聲器的設(shè)計有三方面的基本要求：有較好的消聲頻率特性；空氣阻力損失小；結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、使用壽命長、體積小、造價低；第三十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日（一）消聲量的表示方法1、※插入損失：指在聲源與測點之間插入消聲器前后，在某一固定點所測得的聲壓級之差。

特點：直觀實用、易于測量，是現(xiàn)場測量消聲器效果最常用的方法。它取決于消聲器自身的特性，還與聲源種類、末端負(fù)載等因素有關(guān)。

適用：該方法適合在現(xiàn)場測量中用來評價安裝消聲器前后的綜合消聲效果。第三十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日※2、傳遞損失：指消聲器進(jìn)口端入射聲的聲功率級與消聲器出口端透射聲的聲功率級之差。特點：一般通過測量聲壓級值來計算聲功率級和傳遞損失。它反映了消聲器自身的特性，與聲源種類、末端負(fù)載等因素?zé)o關(guān)。適用：理論化分析計算和在實驗室中檢驗消聲器自身的消聲性能。第三十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日1、※阻性消聲器：原理：利用布置在管內(nèi)壁上的吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲作用，使管道傳播的噪聲迅速隨距離衰減，從而達(dá)到消聲的目的。對中、高頻噪聲的吸聲效果較好。（二）消聲器原理及種類當(dāng)管壁有一定消聲性能時，聲波沿管壁傳播的同時，會伴隨著衰減。

種類：按氣流通道的幾何形狀可分為直管式、片式、折板式、蜂窩式、聲流式、迷宮式、彎頭式等。第三十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日2、※抗性消聲器：原理：不使用吸聲材料，主要利用聲阻抗的不連續(xù)性，來產(chǎn)生傳輸損失。適用于中、低頻噪聲的控制。分為：1）擴(kuò)張室消聲器：借助于管道截面的突然擴(kuò)張，和收縮達(dá)到消聲目的。2）共振消聲器：借助共振腔，利用聲阻抗失配，使沿管道傳播的噪聲在突變處發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，以達(dá)消聲目的。常用的形式有：干涉式、膨脹式、共振式等。第三十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日7.4.3減振和隔振(一)振動對人的影響1、全身振動：指人體直接位于振動物體上時所受到的振動；2