建筑物理聲學(xué)復(fù)習(xí)

1、第10章 建筑聲學(xué)基本知識1. 聲音的基本性質(zhì)聲波的繞射當(dāng)聲波在傳播途徑中遇到障板時，不再是直線傳播，而是繞到障板的背后改變原來的傳播方向，在它的背后繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。聲波的反射當(dāng)聲波在傳播過程中遇到一塊尺寸比波長大得多的障板時，聲波將被反射。聲波的散射（衍射）當(dāng)聲波傳播過程中遇到障礙物的起伏尺寸與波長大小接近或更小時，將不會形成定向反射，而是聲能散播在空間中，這種現(xiàn)象稱為散射，或衍射。聲波的折射像光通過棱鏡會彎曲，介質(zhì)條件發(fā)生某些改變時，雖不足以引起反射，但聲速發(fā)生了變化，聲波傳播方向會改變。這種由聲速引起的聲傳播方向改變稱之為折射。白天向下彎曲 夜晚向上彎曲 順風(fēng)向下彎曲 逆風(fēng)向上彎曲聲波的

2、透射與吸收當(dāng)聲波入射到建筑構(gòu)件（如頂棚，墻）時，聲能的一部分被反射，一部分透過構(gòu)件，還有一部分由于構(gòu)件的振動或聲音在其內(nèi)部傳播時介質(zhì)的摩擦或熱傳導(dǎo)而被損耗（吸收）。根據(jù)能量守恒定理：單位時間入射到建筑構(gòu)件上總聲能；構(gòu)件反射的聲能； 構(gòu)件吸收的聲能； 透過構(gòu)件的聲能。透射系數(shù)； 反射系數(shù)； 實際構(gòu)件的吸收只是，但從入射波和反射波所在空間考慮問題，常常定義吸聲系數(shù)為：波的干涉和駐波1.波的干涉：當(dāng)具有相同頻率、相同相位的兩個波源所發(fā)出的波相遇疊加時，在波重疊的區(qū)域內(nèi)某些點處，振動始終彼此加強(qiáng)、而在另一些位置，振動始終互相削弱或抵消的現(xiàn)象。2.駐波：兩列同頻率的波在同一直線上相向傳播時，可形成駐波。

3、2.聲音的計量聲功率指聲源在單位時間內(nèi)向外輻射的聲能。符號。單位：瓦（W）或微瓦（mW）。聲強(qiáng)定義1：是指在單位時間內(nèi)，改點處垂直于聲波傳播方向的單位面積上所通過的聲能。定義2：在聲波傳播過程中單位面積波陣面上通過的聲功率。符號：，單位：W/m2意義：聲強(qiáng)描述了聲能在空間的分布；衡量聲波在傳播過程中聲音強(qiáng)弱的物理量。可聽聲強(qiáng)范圍 10 -12 W/m 21 W/m 21在無反射聲波的自由場中，點聲源發(fā)出的球面波，均勻向四周輻射聲能，因此，距離聲源中心為的球面上的聲強(qiáng)為：2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(qiáng)不變。聲壓1定義：

4、是指介質(zhì)中有聲波傳播時，介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對于無聲波時介質(zhì)靜壓強(qiáng)的改變量，是一個標(biāo)量，用表示。2單位：Pa(帕斯卡)，就是壓強(qiáng)的單位，即Nm2。3任一點的聲壓都是隨時間而不斷變化的，每一瞬間的聲壓稱瞬時聲壓，某段時間內(nèi)瞬時聲壓的均方根值稱為有效聲壓。如未說明，通常所指的聲壓即為有效聲壓。4對于簡諧波，有效聲壓等于瞬時聲壓的最大值除以，即：。5聲壓與聲強(qiáng)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：有效聲壓，Nm2； 空氣密度Kgm3；空氣中的聲速，ms； 空氣的介質(zhì)特性阻抗。聲能密度1定義：聲強(qiáng)為的平面波，在單位面積上每秒傳播的距離為，則在這一空間聲能密度為：

5、 （W.s/m3或 J/m3）2聲能密度只能描述單位體積內(nèi)聲能的強(qiáng)度，與聲波的傳播方向無關(guān)，應(yīng)用于反射聲來自各個方向的室內(nèi)聲場時，最為方便。3. 聲壓級、聲強(qiáng)級、聲功率及其疊加聲壓級以10倍為一級劃分，從聞閾到痛閾可化為100106七個等級。(20倍之) （dB）某點聲壓，N/m2； 參考聲壓，取2×10-5 N/m2為參考值。聲強(qiáng)級 以10-12 W/m2為參考值。（10倍之） （dB）聲功率級將聲功率以“級”表示，便是聲功率級，單位也是分貝。參考聲功率，10-12 W。注意：要特別指出的是聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級和聲強(qiáng)、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

6、值的意義，其數(shù)值大小與所規(guī)定的基準(zhǔn)值有關(guān)。聲級的疊加當(dāng)幾個不同的聲源同時作用與某一點時，若不考慮干涉效應(yīng)，該點的總聲能密度是各個聲能密度的代數(shù)和。 （W/m2）它們的總聲壓（有效聲壓）為各聲壓的均方根值，即： （N/m2）聲壓疊加時，不能進(jìn)行簡單的算術(shù)相加，而要求按照對數(shù)運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行。響度，響度級如果某一聲音與已選定的1000Hz的純音聽起來同樣響，這個1000Hz純音的聲壓級值就定義為待測聲音的“響度級”。響度級的單位為方（Phon）。聲音的頻譜聲音往往包含多個頻率，所有頻率的集合成為頻譜。種類：線狀譜：若干純音組成（樂音）。連續(xù)譜：由所有頻率的聲音組成。如機(jī)器設(shè)備發(fā)出的噪聲，一般不能用離散

7、的簡諧分量表示頻程：通常頻帶劃分方式通常不是在線性標(biāo)度的頻率軸上等距離劃分頻帶，而是以各頻帶的頻程數(shù)n來劃分。 即 上界頻率； 下界頻率。聲源的指向性1當(dāng)聲源的尺度比波長小的多時，可以看做物方向性的“點聲源”，在距離聲源中心等距離處的聲壓級相等。2當(dāng)聲源的尺度與波長相差不多或更大時，它就不是點聲源，可看成由許多點聲源組成，疊加后各方向的輻射就不一樣，因而具有指向性，在距離聲源中心等距離的不同方向的空間位置處的聲壓級不相等。3聲源尺寸比波長大的越多，指向性就越強(qiáng)。4.人耳聽覺特性最高和最低的可聽頻率極限：2020000Hz最小與最大的可聽聲壓級極限：0-120dB。聲壓級在120dB左右，人就會

8、感到不舒服；130dB耳朵內(nèi)將由癢癢的感覺；140dB耳朵疼痛；繼續(xù)升高將造成而出血，損壞聽覺機(jī)構(gòu)。最小可辨域（差域）：在頻率為50-10000Hz之間的任何純音，在聲壓級超過可聽域50dB時，人耳大約可以分辨出1dB聲壓級變化。在理想的隔音室中，用耳機(jī)提供聲音時，中頻范圍內(nèi)，人耳能覺察到0.3dB的聲壓級變化。哈斯效應(yīng)哈斯效應(yīng)反應(yīng)了人耳聽覺特性的兩個方面: 1.聽覺暫留，2.聲像定位。聲覺暫留: 人對聲音的感覺在聲音消失后會暫留一小段時間。聲像定位：判斷聲源位置主要是根據(jù)“第一次到達(dá)”的聲音。哈斯效應(yīng)：直達(dá)聲到達(dá)后50ms以內(nèi)到達(dá)的反射聲會加強(qiáng)直達(dá)聲。直達(dá)聲到達(dá)后50ms后到達(dá)的“強(qiáng)”反射聲

9、會產(chǎn)生“回聲”。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。頻率相近的純音掩蔽效果顯著；掩蔽音的聲壓級越高，掩蔽量越大，掩蔽的頻率范圍越寬；低頻音對高頻音掩蔽作用大，高頻音對低頻音掩蔽作用小；雙耳聽聞效應(yīng)（聽覺定位）人耳的一個重要特性就是能夠判斷聲源的方向和遠(yuǎn)近。雙耳定位能力有助于人們在存在背景噪聲的情況下傾聽所注意的聲音。由于人耳位于頭部兩側(cè)，約距20cm，聲音到達(dá)雙耳有微小的時間差，強(qiáng)度差和相位差，使人能辨別聲音的方向，確定聲源的位置。頻率>1400Hz強(qiáng)度差起主要作用。頻率<1400Hz時，時間差起主要作用。人耳對水平方向方位的辨別能力強(qiáng)于垂直方向。第

10、11章 室內(nèi)聲學(xué)原理1.室內(nèi)聲場室內(nèi)聲場的特征距聲源有一定距離的接收點上，聲能密度比在自由聲場中要大，常不隨距離的平方衰減。聲源在停止發(fā)聲以后，在一定的時間里，聲場中還存在來自各個界面的遲到的反射聲，產(chǎn)生所謂“混響現(xiàn)象”。此外，由于房間的共振，引起室內(nèi)聲音某些頻率的加強(qiáng)或減弱，由于室的形狀和內(nèi)裝修材料的布置，形成回聲，顫動回聲及其他各種特異現(xiàn)象，產(chǎn)生一系列復(fù)雜問題。幾何聲學(xué)：忽略聲音的波動性質(zhì)，以幾何學(xué)方法分析聲音能量的傳播、反射、擴(kuò)散的叫“幾何聲學(xué)”。“波動聲學(xué)”（物理聲學(xué)）：著眼于聲音波動性的分析方法。優(yōu)點：波動聲學(xué)的方法只能解決體型簡單、頻率較低的較為單純的室內(nèi)聲場情況的分析。而幾何聲學(xué)

11、則可以分析界面形狀和性質(zhì)復(fù)雜多變的室內(nèi)聲場空間。擴(kuò)散聲場的假定假定聲源在連續(xù)發(fā)生時聲場時完全擴(kuò)散的。所謂擴(kuò)散，包含兩層含義：聲能密度在室內(nèi)分布均勻，即在室內(nèi)任一點上，其聲能密度都相等。在室內(nèi)任一點上，來在各個方向的聲能強(qiáng)度都相同?；谏鲜黾俣?，室內(nèi)內(nèi)表面上不論吸聲材料位于何處，效果都不會改變；同樣，聲源與接收點無論在室內(nèi)什么位置，室內(nèi)各點的聲能密度也不會改變。因此，在擴(kuò)散聲場中，在室內(nèi)任一表面的單位面積上，每秒鐘入射的聲能為： （W/m2）室內(nèi)聲音的增長、穩(wěn)態(tài)和衰減室內(nèi)聲場聲能變化方程： 1.增長公式： 2.穩(wěn)態(tài)公式：. 3.衰減公式：2. 混響和混響時間計算公式聲源在停止發(fā)聲以后，在一定的時

12、間里，聲場中還存在來自各個界面的遲到的反射聲，產(chǎn)生所謂“混響現(xiàn)象”。混響時間：聲能密度衰減60dB所需的時間。其為評價室內(nèi)聲音特性的參數(shù).賽賓的混響時間計算公式適用范圍：室內(nèi)總吸聲量較小、混響時間較長情況。依林的混響時間計算公式依林理論認(rèn)為：反射聲能不像賽賓公式所假定的那樣連續(xù)衰減。而是聲波與界面每碰撞一次就衰減一次，衰減曲線呈臺階形。即考慮界面吸收不是連續(xù)的，反射聲能密度呈階梯形衰變。分析：室內(nèi)表面平均吸聲系數(shù)較?。ǎr，賽賓公式和依琳公式可以得到相近結(jié)果。 室內(nèi)表面平均吸聲系數(shù)較大（）時，只能用依琳公式較為準(zhǔn)確計算室內(nèi)混響時間。依林-努特生公式對頻率較高的聲音，在傳播過程中，空氣的吸收作用

13、不能忽略，而空氣的吸收與空氣的溫度和濕度有很大的關(guān)系。其中，4m空氣吸收系數(shù)。3. 室內(nèi)聲壓級計算與混響半徑室內(nèi)聲壓級計算當(dāng)室內(nèi)一點聲源發(fā)聲，且假定聲場充分?jǐn)U散時，則利用以下穩(wěn)態(tài)聲壓級公式計算離開聲源不同距離處的聲壓級，即： （dB）或者： （dB）聲源的聲功率級，dB； 聲源的聲功率，W；離開聲源的距離，m； 聲源指向性因數(shù)；房間常數(shù)；（聲源指向性因數(shù)）與聲源的方向性和位置有關(guān)（如右圖）：混響半徑室內(nèi)聲能密度由兩部分構(gòu)成：第一部分為直達(dá)聲，相當(dāng)于表述部分；第二部分為擴(kuò)散聲，或稱混響聲（包括第一次及以后的反射聲），即表述部分。當(dāng)直達(dá)聲項與混響聲項相等時，接收點距離聲源的距離稱之為“混響半徑”，

14、或稱“臨界半徑”。 或： 房間常數(shù)越大，則室內(nèi)吸聲量越大，混響半徑就越長；R越小，則正好相反，混響半徑就越短。 對于聽著而言，要提高清晰度，就要求直達(dá)聲較強(qiáng)，因此常采用指向性因數(shù)較大（10左右，有時更大）的電聲揚(yáng)聲器。4. 房間共振和共振頻率矩形房間的共振簡并：在某些振動方式的共振頻率相同時，就會出現(xiàn)共振頻率重疊現(xiàn)象，或稱之為共振頻率的“簡并”。在出現(xiàn)“簡并”的共振頻率范圍內(nèi)，將使那些與共振頻率相當(dāng)?shù)穆曇舯淮蟠蠹訌?qiáng)，導(dǎo)致室內(nèi)原有的聲音產(chǎn)生失真（亦稱為頻率畸變），表現(xiàn)為低頻產(chǎn)生嗡聲，或產(chǎn)生“聲染色”避免“簡并”現(xiàn)象的發(fā)生措施：盡量使房間的長、寬、高不出現(xiàn)簡單的比例關(guān)系；（如上圖）兩個相對的表面盡

15、量不要完全平行；在廳內(nèi)部可以采取不規(guī)則的擴(kuò)散表面；可采用不對稱的空間體型。第12章 材料和結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性1.吸聲吸聲系數(shù):材料的吸聲系數(shù)是指被吸收的聲能（或沒有被表面反射的部分）與入射聲能之比。它是用來表征材料和結(jié)構(gòu)吸聲能力的基本參量。以表示為：入射到材料和結(jié)構(gòu)表面的總聲能，J； 被材料反射回去的聲能，J。吸聲量用來表征某個具體吸聲構(gòu)件的實際吸聲效果，它和構(gòu)件的尺寸大小有關(guān)。對于建筑空間的圍蔽結(jié)構(gòu)，吸聲量： 單位：m2圍蔽結(jié)構(gòu)的面積，m2。如果一個房間有面墻（包括頂棚和地面），各自面積分別為，各自的吸聲系數(shù)分別為，則此房間的總吸聲量為：可以得到房間的平均吸聲系數(shù)：吸聲材料及結(jié)構(gòu)多孔吸聲材料共振

16、吸聲結(jié)構(gòu): 空腔共振吸聲結(jié)構(gòu), 薄板、薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu)空間吸聲體強(qiáng)吸聲結(jié)構(gòu)2. 隔聲一、空氣聲隔絕單層墻隔聲頻率特性的一般規(guī)律1.質(zhì)量定律：如果把墻看成是無剛度無阻尼的柔順質(zhì)量，且忽略墻的邊界條件，假定墻為無限大。 質(zhì)量定律：墻體受到聲波激發(fā)所引起的振動與其慣性（即質(zhì)量）有關(guān)，墻體的單位面積重量愈大，透射的聲能愈少，這就是通常所說的“質(zhì)量定律”。2.吻合效應(yīng)：若聲波沿墻面行進(jìn)的速度正好等于墻板自由彎曲波的傳播速度，墻板的彎曲振動達(dá)到最大，這時墻板會非?！绊槒摹钡馗S入射聲波彎曲，使入射聲能大量透射到另一側(cè)，這就是“吻合效應(yīng)”。雙層墻的空氣聲隔絕輕型墻的空氣聲隔絕門窗及屋頂?shù)母袈暥?、振動聲隔離轉(zhuǎn)

17、動設(shè)備隔振 撞擊聲隔絕3. 反射反射體擴(kuò)散體第13章 室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計1.音質(zhì)的主觀評價與客觀指標(biāo)主觀評價五個方面1.合適的響度：語言聲6070phon（方）；音樂聲5080方。2.較高的清晰度和明晰度3.足夠的豐滿度豐滿度的含義有：余音悠揚(yáng)（活躍）、音色渾厚（溫暖）、堅實飽滿等（親切）?？傊?，可以定義為聲源在室內(nèi)發(fā)生與在露天發(fā)聲相比較，在音質(zhì)上的提高程度。4.良好空間感（方向感、距離感和圍繞感）指室內(nèi)聲場給聽者提供的一種聲音在室內(nèi)的空間傳播感覺。包括聽者對聲源方向的判斷（方向感），距聲源遠(yuǎn)近的判斷（親切感）和對屬于室內(nèi)聲場的空間感覺（圍繞感）。5.沒有聲缺陷和噪聲干擾聲缺陷：如回聲、聲聚焦、聲影

18、、顫動回聲等客觀指標(biāo)1.聲壓級與混響時間2.反射聲的時間與空間分布2.音質(zhì)設(shè)計大廳容積的確定保證廳內(nèi)有足夠的響度最大允許容積保證廳內(nèi)有適當(dāng)?shù)幕祉憰r間每座容積大廳體形設(shè)計大廳的混響設(shè)計3.室內(nèi)電聲設(shè)計第14章 噪聲控制1.噪聲的評價方法A聲級對于穩(wěn)態(tài)噪聲，可以直接測量來評價等效連續(xù)聲級等效連續(xù)聲級評價方法：就是在一段時間內(nèi)能量平均的方法。適用于聲級隨時間變化的起伏噪聲。但其對偶發(fā)的短時的高聲級噪聲的出現(xiàn)不敏感。晝夜等效聲級累計分布聲級累計分布聲級就是用聲級出現(xiàn)的累積概率來表示這類噪聲大小噪聲沖擊指數(shù)NII考慮到一個區(qū)域或一個城市由于噪聲分布不同，受影響的人口密度不同，用噪聲沖擊指數(shù)NII來評價城市環(huán)境噪聲影響的范圍比較合適。噪聲評價曲線NR和噪聲評價數(shù)N2.噪聲控制噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)噪聲控制的原則和方法城市噪聲控制3.建筑中的吸聲降噪吸聲降噪原理：如果在室內(nèi)頂棚或墻面上布置吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)，可使混響聲減弱，這時，人們主要聽到的是直達(dá)聲，那種被噪聲“包圍”的感覺將明顯減弱。這種利用吸聲原理降低噪聲的方法稱為“吸聲降噪”。吸聲降噪量的計算根據(jù)穩(wěn)態(tài)聲壓計算公式可知，距離聲源m處之聲壓級與直達(dá)聲和混響聲的關(guān)系如下：如進(jìn)行吸聲處理，則處理前后該點的“聲級差”（或稱“降噪量”）為：