建筑物理 +聲學(xué)部分+《第1章：建筑聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)》

1、第第三三篇篇 建筑建筑聲學(xué)聲學(xué) 建筑建筑聲聲學(xué)基本知識(shí)學(xué)基本知識(shí) 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(jì)室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)第第 1 1 章章 建筑聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)建筑聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1 聲音的基本性質(zhì) 物體的振動(dòng)產(chǎn)生聲音，聲音的傳播需要介質(zhì)。 這種振動(dòng)會(huì)引起空氣分子在平衡位置做來回振動(dòng)，振動(dòng)能量以波的形式向前傳播，且分子的振動(dòng)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(shí)，質(zhì)點(diǎn)在平衡

2、位置附近來回振動(dòng)。 周期：質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間稱為周期，用T表示。 頻率：質(zhì)點(diǎn)在1s內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)即為頻率，用f表示，單位（Hz）。 波長:相鄰的兩個(gè)同位相質(zhì)點(diǎn)的距離。波長是一個(gè)周期的時(shí)間所傳播的距離。 頻率是周期的倒數(shù)。介質(zhì)振動(dòng)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(xué)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(shí)刻波動(dòng)到達(dá)的各點(diǎn)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(dāng)聲波在傳播過程中遇到小的障板時(shí)，并不像幾何光學(xué)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?cè)瓉淼膫鞑シ较?，這種現(xiàn)象稱為繞射。3.聲波的反射 當(dāng)聲波在傳播過程中遇到大尺寸的障板時(shí)，會(huì)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(kuò)散反射。）1.1.4 聲音的透射、反射和吸收當(dāng)聲波入射到建筑構(gòu)件(如墻、天花)時(shí)，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(cè)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(xì)的測(cè)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(gè)方向輻射聲功率的相對(duì)分布。頻率越高指向性越

5、強(qiáng)。1.2 聲音的計(jì)量1.2.1 聲功率、聲強(qiáng)和聲壓聲源在輻射聲波時(shí)對(duì)外作功。聲功率是指聲源在單位時(shí)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(qiáng)（ ）I聲強(qiáng):在單位面積波振面上通過的聲功率。記為I，單位是w。SWI 對(duì)于球面波，聲強(qiáng)與點(diǎn)聲源的聲功率成正比，而與到聲源的距離平方成反比。 對(duì)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(shí)，聲能沒有聚集或離散，即與距離無關(guān)，所以聲強(qiáng)不變。24 rWI3.聲壓（P）聲壓：空氣中由于聲波作用而產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)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(diǎn)的聲壓都是隨時(shí)間而不

6、斷變化的，每一瞬間的聲壓稱瞬時(shí)聲壓瞬時(shí)聲壓，某段時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)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(qiáng)有著密切的關(guān)系。在自由聲場中，某處的聲強(qiáng)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(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲壓級(jí)人耳剛能聽見的下限聲強(qiáng)為10-12wm2，相應(yīng)的聲壓為210-5Nm2；使人感到疼痛的上限聲強(qiáng)為1wm 2，相應(yīng)的聲壓為20Nm2。所以用聲強(qiáng)和聲壓計(jì)量聲音很難。1.聲功率級(jí)（ ）聲功率級(jí)是聲功率與基準(zhǔn)功率之比的對(duì)數(shù)的10倍。記為WL)(dB0lg10WWLWWL2.聲強(qiáng)級(jí)（ ）聲強(qiáng)級(jí)是聲強(qiáng)與基準(zhǔn)聲

7、強(qiáng)之比的對(duì)數(shù)的10倍。記為ILIL0lg10IILI)(dB3.聲壓級(jí)（ ）聲壓級(jí)是聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比的對(duì)數(shù)的20倍。記為pLpL0lg20ppLp)(dBpa12101.2.3 聲級(jí)的疊加當(dāng)幾個(gè)聲音同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，總聲強(qiáng)是各個(gè)聲強(qiáng)的代數(shù)和。)/(2mWnIIII21聲強(qiáng)級(jí)、聲壓疊加時(shí)，按照“級(jí)”的加法規(guī)律，采用對(duì)數(shù)運(yùn)算法則。)/(2mN22221nPPPP總聲壓是各個(gè)聲壓平方和的平方根。nppppnLplg10lg20lg2000n個(gè)聲壓均為P的聲音，疊加后的聲壓級(jí)是1.3 人耳的聽覺特性和聲音評(píng)價(jià)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(duì)于可聽頻率的上限，不同人之間可有相當(dāng)

8、大的差異，而且和聲音的聲壓級(jí)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(zhǔn)聲壓，即210-5 Pa(聲壓級(jí)為0dB)，當(dāng)一個(gè)人最小可聽極限提高時(shí)，可認(rèn)為這聽覺靈敏度降低了。 1.3.2 響度級(jí) 人耳對(duì)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(jí)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(jí)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(dá)雙耳有一定的時(shí)間差、強(qiáng)度差和相位差，人們可以據(jù)此來判斷聲源的方向和遠(yuǎn)近，進(jìn)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(shí)差效應(yīng)和回聲聲音對(duì)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(huì)暫留一段時(shí)間，這種現(xiàn)象叫時(shí)差效應(yīng)。如果兩個(gè)聲音時(shí)間間隔小于50ms，人耳覺察不到聲音是斷續(xù)的，但當(dāng)兩個(gè)聲音時(shí)間間隔大于50ms時(shí)，人耳就判別時(shí)候兩個(gè)獨(dú)立的聲音。室內(nèi)，人耳首先聽到的是直達(dá)聲，然后是反射聲，一般認(rèn)為，直達(dá)聲之后50ms以內(nèi)到達(dá)的反射聲加強(qiáng)了直達(dá)聲的感覺，50ms以后到達(dá)的反射聲會(huì)形成回聲，干擾直達(dá)聲的清晰度。人耳對(duì)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(duì)一個(gè)聲音的聽覺靈敏度因?yàn)榱硪粋€(gè)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(diǎn)：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(jí)高，掩蔽量大。 1.4 聲音在室內(nèi)的傳播與幾何聲學(xué)1.4.1 自由聲場中聲音的傳播與聲壓級(jí)的計(jì)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(diǎn)的聲壓級(jí)，dB Lw 聲源的聲功率級(jí)，dB r 測(cè)點(diǎn)與聲源的距離，m自由聲場中距離為r m處的聲壓級(jí)為：8lg20r

11、LLWp 半自由空間條件下，距離為r m處的聲壓級(jí)為：1.4.2 室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算1.直達(dá)聲：是指聲源直接到達(dá)接收點(diǎn)的聲音。 1.直達(dá)聲、早期反射聲及混響聲。 2.早期反射聲：一般指直達(dá)聲到達(dá)以后，相對(duì)延遲時(shí)間為50ms內(nèi)到達(dá)的反射聲。（對(duì)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(dá)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(jí) n 聲場達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)室內(nèi)聲場分布： 假定聲源是無指向性的，距接收點(diǎn)的距離為r，則室內(nèi)某點(diǎn)的聲壓級(jí)：)44lg(102RrQLLWp)(dB式中：LW 聲源的聲功率級(jí)，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(jí)的計(jì)算公式，室內(nèi)的聲壓級(jí)由兩部分構(gòu)成：第一部分是直達(dá)聲；第二部分是混響聲。在直達(dá)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(dāng)噪聲源和接收點(diǎn)的距離小于rc時(shí)，接受點(diǎn)主要受直達(dá)聲的影響，這是室內(nèi)進(jìn)行吸聲處理對(duì)接受點(diǎn)的聲能降低沒有明顯效果。當(dāng)接收點(diǎn)距聲源距離超過混響半徑rc時(shí)，室內(nèi)吸聲量才會(huì)有明顯效果。這就是吸聲降噪。 3.室內(nèi)聲場的特點(diǎn)和幾何聲學(xué) 室內(nèi)聲場的主要特點(diǎn)有： 聲波在

13、各個(gè)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(qiáng)或減弱； 聲能的空間分布發(fā)生了變化。1.5 混響時(shí)間混響時(shí)間是指：聲源在室內(nèi)持續(xù)發(fā)聲時(shí)，當(dāng)聲場達(dá)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(jí)衰減60dB所經(jīng)歷的時(shí)間，記作T60，或RT。 1.賽賓公式賽賓發(fā)現(xiàn)混混響時(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)：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(shí)，入射聲波和反射聲波形成駐波。當(dāng)兩平行墻面間的距離L為半波長的整數(shù)倍時(shí)，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(duì)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(píng)價(jià) 1.7.1 音