建筑物理 室內(nèi)聲環(huán)境

建筑物理室內(nèi)聲環(huán)境第一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日意義：地位：與其他學科的關系：學習方法：闡述基本的物理概念、設計原理；復雜的公式推導從略。緒論第二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日一、意義：1、聲音的利用：在音樂廳、歌劇院、體育館、會議廳、報告廳、審判廳、天象館、演播室、錄音棚等等室內(nèi)空間是如何利用好聲音問題。2、噪聲的控制：在住宅鄰里之間、工廠機器噪聲、街道公路的交通噪聲、市場吵鬧聲等等均屬于如何控制噪聲的問題。第三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日二、地位：建筑聲學作為建筑功能的重要方面，它隨建筑類別在工程設計中占有不同的地位和作用：在音樂廳、歌劇院、體育館、會議廳、報告廳、審判廳、天象館、演播室、錄音棚等等這類建筑中，音質(zhì)的優(yōu)劣直接關系到它是否能夠使用的問題。因此建筑聲學在此類工程設計中占主導地位。在其他方面也占有一定的位置。第四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日與其他學科的關系：聲學的領域很廣，它幾乎涉及到人類生活的各個方面，如圖所示。而建筑聲學則是聲學的一個分支，是一個邊緣科學。同時與聲學密切相關，還有與生理、心理、音樂、語言、電子、機械、自動控制、計算機等學科有著密切的關系。聲學的領域很廣，它幾乎涉及到人類生活第五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日學習方法：闡述基本的物理概念、設計原理；復雜的公式推導從略。第六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第一章聲學基本知識第七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)聲音的產(chǎn)生與傳播第八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日一、振動與聲波二、波陣面、波長、聲速、能量、能量密度、能流密度三、聲波的繞射和反射第九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日一、振動與聲波1、振動（1）周期運動：物體的運動每隔一段時間重復進行，

—稱周期運動。（2）周期：每重復一次運動所需要的時間，

—稱為周期（T）。例如：地球的公轉、自轉，潮汐的漲落，鐘擺的擺動等。（3）振動：振動是一種周期運動。（4）機械振動：物體在一定位置附近做往復運動，

—稱機械振動。第十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日（5）簡諧振動：是最簡單的一種振動。滿足諧振動方程：d2x/dt2+ω2x=0的振動；

——稱之為簡諧振動。該方程的解：x=ACOS（ωt+φ）其中：

A：振幅

ω：圓頻率；（2π/T）。

f：頻率；（f=1/T）。

Φ：初位相。

x：位移（彈簧振子）角位移（單擺運動）電量（LC振蕩電路）等第十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日（6）振動能量（彈簧振子）動能：Ek=mv2/2=mω2A2SIN2

（ωt+φ）/2勢能：Ep=kx2/2=kA2COS2

（ωt+φ）/2總能量：E=Ek+Ep

=mω2A2/2=kA2/2第十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日2、波動（1）波動：振動的傳播過程稱為波動，簡稱為：波。例如：機械波，聲波，地震波，電磁波（無線電波、光波、X射線、γ射線等），物質(zhì)波（德布羅意波）（2）波產(chǎn)生的條件：波源，介質(zhì)（對電磁波不需要媒質(zhì)）（3）橫波與縱波橫波：波在傳播過程中，如質(zhì)點的振動方向與傳播方向垂直，則稱為橫波?？v波：波在傳播過程中，如質(zhì)點的振動方向與傳播方向平行，則稱為縱波。第十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日3）橫波與縱波橫波：波在傳播過程中，如質(zhì)點的振動方向與傳播方向垂直，則稱為橫波。第十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日縱波：波在傳播過程中，如質(zhì)點的振動方向與傳播方向平行，則稱為縱波。第十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日（4）聲波*聲音：來源于物體的振動。例如：人的講話是有聲帶振動引起的，揚聲器發(fā)聲是有揚聲器膜片（子盆）的振動。*聲源：正在發(fā)出聲音的發(fā)聲體。*聲波：是一種機械波。*聲波的傳播介質(zhì)：氣體、液體、固體。*通常所說的聲波：指在空氣中傳播的并能引起人耳聽覺的可聞縱機械波。*能引起人耳聽覺的聲波頻率：20-20000Hz（赫茲）第十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日（5）超聲波與次聲波*次聲波：低于20Hz的縱機械波。*超聲波：高于20000Hz的縱機械波（6）波動方程：

d2y/dx2-（1/c2

）

d2y/dt2=0y=ACOS（ω（t-x/c））第十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日二、波陣面、波長、聲速、能量、能量密度、能流密度1、波陣面：聲波從聲源出發(fā)，在同一介質(zhì)中按照一定方向傳播，在某一時刻，波動所達到的各點的包絡面；稱為波振面。（在波的傳播過程中，波陣面上每一個開始振動的點，都可以看成一產(chǎn)生次級子波的新波源，Δt時間后，新波陣面的位置就是這些次級子波的包絡面——惠更斯原理。）第十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日2、波長：在傳播過程中，兩相鄰同相位質(zhì)點間的距離。記作：λ，單位：米3、聲速：聲波在彈性介質(zhì)中的傳播速度。記作：C，單位：米/秒第二十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日4、頻率：聲波的頻率與質(zhì)點的振動頻率相同。記作：f，單位：赫茲（Hz）（單位時間內(nèi)質(zhì)點完成的振動次數(shù)）5、波長、頻率及聲速的關系：C=f*λ6、能量：聲波是一種機械波，質(zhì)點振動產(chǎn)生動能，質(zhì)點間的變形產(chǎn)生勢能。（1）動能、勢能：

dEk=dEp==ρdvω2A2SIN2

（ω（t–x/c））/2ρ：媒質(zhì)密度；

ρdv：質(zhì)量元第二十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日（2）、總機械能

dE=dEk+dEp=ρdvω2A2SIN2

（ω（t–x/c））

ρ：媒質(zhì)密度；

ρdv：質(zhì)量元第二十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日（3）能量密度：介質(zhì)單位體積內(nèi)的波的能量。

W=dE/dv=ρω2A2SIN2

（ω（t–x/c））（4）能流密度：單位時間內(nèi)通過垂直于波傳播方向單位面積上的平均能量。

I=

W*C

=ρω2A2C/2第二十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日三、聲波的反射、衍射（繞射）、干涉1、反射第二十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第二十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日2、衍射（繞射）第二十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第二十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第二十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日3、干涉4、駐波第二十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日四、聲波的吸收和透射根據(jù)能量守恒定律：

E=Eγ+Eα+Eτγ=Eγ/Eα=Eα/Eτ=Eτ/Eγ+α+τ=1第三十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)聲音的計量與人耳聽聞特性第三十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日一聲功率、聲強、聲壓1、聲功率定義：聲功率指聲源在單位時間內(nèi)輻射的聲能；記作：W

單位：瓦（W），微瓦（uW）討論：a、頻帶聲功率：一般情況下指：20Hz—20kHz。

b、聲功率是聲源輻射的聲能量，與電功率不同。

c、聲功率是聲源本身的特性，與環(huán)境無關。第三十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日例如：對話：20uW

稍高聲講話：50uW30萬人同時講話：15W

女高音：1000-7200uW

鋼琴：2mW

汽車：0.1W

氣錘：1W

噴氣飛機：10kW

第三十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日2、聲強定義：在單位時間內(nèi)，通過垂直于聲波傳播方向單位面積上的聲能；記作：I

單位：瓦/平方米（W/m2）

I=W/S（W/m2）第三十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日討論：a、對于球面波：I=W/4πR2

與R平方成反比。

b、對于平面波：聲波即沒有聚焦，也沒有發(fā)散，所以I不變。

c、聲強的測量是非常困難的，特別是指定方向的聲強是難以直接測量的。因此常常采用測量聲壓后通過計算求得聲強、聲功率。

第三十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日3、聲壓定義：某瞬時，介質(zhì)中的壓強相對于無聲波時壓強的改變量；記作：P

單位：牛頓/平方米或微巴（ub）討論：a、瞬時性。

b、有效聲壓：指某一段時間內(nèi)瞬時聲壓的平均值。（通常我們所說的聲壓就是指有效聲壓）

c、聲壓與聲強的關系：I=P2/ρ*c第三十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日說明：1、可聞閾：20Hz—20kHz2、對于1000Hz的純音，人耳剛剛能聽到的下限聲強：

I=10-12W/m2

下限聲壓：P=2*10-5N/m2使人產(chǎn)生疼痛感的上限聲強：

I=1W/m2

上限聲壓：P=20N/m23、人耳對聲音的感覺與聲強、聲壓的關系為非線性，而與它們的對數(shù)近似成正比。第三十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日二、聲強級、聲壓級、聲功率級1、聲強級定義：聲音的強度I與其基準聲強I0之比的常用對數(shù)值。LI=Lg（I/I0）其中：I0=10-12（w/m2）單位：貝爾（BL）或分貝（dB），（1BL=10dB）第三十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日2、聲壓級定義：聲場中某一點的聲壓P與其基準聲壓P0

的比值的常用對數(shù)的20倍。

LP=20Lg（P/P0

）dB

其中：P0=2*10-5

（N/m2）3、聲功率級：

LW=10Lg（W/W0

）其中：W0=10-12

（w）第三十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日討論：a、“級”，只具有相對比值的意義。無量綱，其大小與選取的基準有關。

b、當N個不同聲源同時作用時：⑴、聲場中的總聲強：

I=I1+I2+I3+……+In

當I1=I2=I3=……=In

時，I=nI1

LI=10Lg（I1/I0）+10Lg（n）⑵、總聲壓：

P=√（P12+P22+……+Pn2）當P1=P2=P3=……=Pn

時，P=P1√nLP=10Lg（P1/P0）+10Lg（n）第四十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日（3）可以證明：兩個聲壓級LP1和LP2之和

LP=LP1+10Lg（1+10-（LP1-LP2）/10）dB

（LP1≥LP2）第四十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日三、響度級聲功率、聲強、聲壓

——表示聲音物理特性。聲功率級、聲強級、聲壓級

——對物理特性的度量。它們均為客觀的物理量與主觀感覺無任何關系。實驗表明：1、強度相等，而頻率不同的兩個純音（一個高，一個低）聽起來并不一樣響。2、兩個頻率和聲壓級都不同的純音，有時聽起來卻可能會一樣響。因此，人耳感覺與客觀物理量之間的關系并不是簡單的線性關系。第四十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日1、響度級：定義：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：方（phon）。對于一系列純音都用標準音進行比較，可獲得純音等響曲線。該曲線是根據(jù)大量健康人的試驗而獲得的，并于1959年由國際標準化組織（ISO）確定。第四十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日注：1、同一條曲線上各點具有相同的響度級。2、人耳的敏感區(qū)2000-5000Hz，對低頻不敏感。3、對復合音不能直接應用等響曲線，其響度需計算求得。第四十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日2、A、B、C、D計權第四十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日

A計權：是參照40方等響曲線，對500Hz以下的聲音有較大衰減，以模擬人耳對低頻不敏感的特性。

C計權：具有接近線性的較平坦的特性，在整個可聽范圍內(nèi)幾乎不衰減，以模擬人耳對85方以上純音的響應，因此它可以代表總聲壓級。

B計權：介于兩者之間，對低頻有一定的衰減，模擬人耳對70方純音的響應。第四十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日四、聲源的指向性：1、當聲源的尺寸＜＜波長時：此時聲源可視為點聲源。2、當聲源的尺寸≥≈波長時：此時聲源不能視為點聲源。第四十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第四十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日五、頻譜：鼓風機噪聲譜、小提琴譜、單簧管及幾種常用噪聲譜、1/3和倍頻譜。在工程上不可能一個一個頻率的進行測量，而是一個頻帶一個頻帶的進行，因此常常采用倍頻程或1/3倍頻程。即：n=Log2（f2/f1）第四十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第五十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第五十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日在工程上不可能一個一個頻率的進行測量，而是一個頻帶一個頻帶的進行，因此常常采用倍頻程或1/3倍頻程。即：n=Log2（f2/f1）當n=1時：