建筑聲學(xué)第一章 建筑聲學(xué)基本知識(shí)ppt課件

1、建筑物理( architectural physics) 建筑物理環(huán)境建筑物理建筑聲學(xué)建筑光學(xué)建筑熱工室內(nèi)音質(zhì)環(huán)境噪聲建筑采光建筑照明建筑保溫建筑隔熱建筑防潮建筑節(jié)能建筑物理概述第三篇 建筑聲學(xué) (architectural acoustics )建筑聲環(huán)境概述：1、概念 ：研討與建筑環(huán)境有關(guān)的聲學(xué)問(wèn)題，包括廳堂音質(zhì)和建筑環(huán)境噪聲控制兩部分，目的是發(fā)明符合聽(tīng)聞要求的環(huán)境。2、內(nèi)容： a、聲學(xué)知識(shí)物理學(xué) b、兩個(gè)范疇：室內(nèi)音質(zhì) 建筑物聲學(xué)隔聲、城市噪聲3、開(kāi)展方向：生活程度環(huán)境條件廳堂及民用建筑要求構(gòu)造輕薄-工業(yè)開(kāi)展 設(shè)備添加聲環(huán)境惡化-交通擁堵 建筑聲學(xué)的新挑戰(zhàn) 4、聲學(xué)開(kāi)展簡(jiǎn)史：公元前古希臘

2、、羅馬的露天圓形劇場(chǎng)建筑聲環(huán)境概述建筑聲環(huán)境概述埃比道拉斯劇場(chǎng)： 歌壇 20m，歌壇后部舞臺(tái)高3.5m，進(jìn)深3m，長(zhǎng)26.5m，12根壁柱作背景，扇形看臺(tái)利用自然山坡。建筑聲環(huán)境概述奧朗日劇場(chǎng)：半圓形樂(lè)隊(duì)席，舞臺(tái)上方建筑斜反射頂棚將反射聲投向觀眾中世紀(jì)教堂：混響時(shí)間長(zhǎng)，音質(zhì)豐滿，言語(yǔ)明晰度差18世紀(jì)奧地利維也納的音樂(lè)廳，意大利米蘭歌劇院19世紀(jì)末20世紀(jì)初期美國(guó)聲學(xué)家賽賓Sabine的奉獻(xiàn)：Sabine對(duì)混響時(shí)間的研討1900年發(fā)表1932努特生knudsen)出版1936年莫爾斯標(biāo)志建筑聲學(xué)成為一門(mén)系統(tǒng)的學(xué)科中國(guó)古代劇場(chǎng)演化及設(shè)計(jì)成就公元前一千年殷代：“坎其擊鼓，宛丘之下-利用自然地形觀看歌

3、舞扮演。“余音繞梁三日不絕- 曾經(jīng)留意到混響的問(wèn)題建筑聲環(huán)境概述15世紀(jì)天壇的回音壁-利用回聲知識(shí)建造回音壁、三音石和圜丘。我國(guó)50年代初，中科院電子學(xué)研討所馬大猷教授開(kāi)創(chuàng)立筑聲學(xué)系統(tǒng)；58年人民大會(huì)堂萬(wàn)人大禮堂10000座聲學(xué)設(shè)計(jì)勝利；現(xiàn)代大都市電影院、劇場(chǎng)、音樂(lè)廳、歌廳、演播室。一、產(chǎn)生和傳播的條件聲音是如何產(chǎn)生的？ 結(jié)論：聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的。聲音是如何傳播的？人耳聽(tīng)覺(jué)的產(chǎn)生聲源：由于振動(dòng)正在發(fā)聲的物體 宋代學(xué)者言：“聲者，形氣相軋而成也形振動(dòng)的物體； 氣空氣媒介；相軋相互作用。聲音產(chǎn)生和傳播的條件：聲源 傳播的媒介二、波陣面、波長(zhǎng)、聲速幾何聲學(xué)：聲線的觀念研討在封鎖的空氣中傳播；物理

4、聲學(xué)：用動(dòng)搖的觀念研討聲學(xué)問(wèn)題聲線：自聲源發(fā)出代表能量傳播方向的曲線，聲的動(dòng)搖限制不計(jì)第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播第一章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 1、波陣面：聲波從聲源發(fā)出，在某一介質(zhì)內(nèi)按同一方向傳播，在某一時(shí)間到達(dá)空間各點(diǎn)所包絡(luò)的面稱為波陣面。球面波：點(diǎn)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(lè)器發(fā)出的聲波。平面波：波陣面為與傳播方向垂直的平行平面，如多個(gè)線聲源或多個(gè)點(diǎn)聲源疊排。柱面波：波陣面為同軸柱面，如單個(gè)線聲源發(fā)出的聲波。2、波長(zhǎng)：在傳播途徑上，兩相鄰?fù)辔毁|(zhì)點(diǎn)間隔。單位m(米) 聲波完成一次振動(dòng)所走的間隔。 f：頻率，每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)，單位Hz(赫茲

5、 T:完成一次全振動(dòng)所需的時(shí)間第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播3、聲速C：聲波在某一介質(zhì)中傳播的速度。 單位m/s。 c 是指聲源振動(dòng)形狀傳播的速度，與介質(zhì)特性有關(guān) 聲波在空氣中聲速： 在0oC時(shí)， C鋼=5000m/s, C水=1450m/s 在15oC時(shí)，C空氣=340m/s 參數(shù)間存在如下關(guān)系：c=f* 或 =c/f人耳可聽(tīng)頻率范圍為20Hz20KHz聽(tīng)覺(jué)范圍 20KHz為超聲其中，人耳覺(jué)得最重要的部分約在100Hz4000Hz,相應(yīng)的波長(zhǎng)約3.4m8.5cm 。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播三 、聲波的繞射、反射和散射、透射和吸收1、聲波的繞射：由于媒

6、質(zhì)中的妨礙物或其它不延續(xù)引起的波陣面畸變。聲波在傳播過(guò)程中遇到妨礙或孔洞時(shí)將發(fā)生繞射。繞射的情況與聲波的波長(zhǎng)和妨礙物或孔的尺寸有關(guān)。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播2、聲波的反射當(dāng)聲波遇到一塊尺寸比波長(zhǎng)大得多的妨礙時(shí)，聲波將被反射。類似于光在鏡子上的反射。反射的能量與反射面有關(guān)反射的規(guī)那么： 1入射線、反射線法線在同一側(cè)。 2入射線和反射線分別在法線兩側(cè)。 3入射角等于反射角。i= 第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播3、聲波的散射當(dāng)妨礙物的尺寸與聲波相當(dāng)時(shí)，將不會(huì)構(gòu)成定向反射，而以妨礙物為一子波源，向不同方向發(fā)生不規(guī)那么的反射、折射、繞射第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí)

7、第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播4、聲波的透射與吸收聲波具有能量，簡(jiǎn)稱聲能。當(dāng)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(zhuǎn)化成熱能，一部分穿透到另一空間。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播透射系數(shù)：反射系數(shù)：吸聲系數(shù)：運(yùn)用：不同資料，不同的構(gòu)造對(duì)聲音具有不同的性能。在隔聲中希望用透射系數(shù)小的資料防止噪聲。在音質(zhì)設(shè)計(jì)中需求選擇吸聲資料，控制室內(nèi)聲場(chǎng)。聲波是能量的一種傳播方式。人們常談到聲音的大小或強(qiáng)弱，或一個(gè)聲音比另一個(gè)聲音響或不響，這就提出了聲音強(qiáng)弱的計(jì)量。一、 聲功率、聲強(qiáng)、聲壓1、聲功率W ：?jiǎn)挝粫r(shí)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

8、聽(tīng)頻率范圍聲功率是聲源本身的一種重要屬性。相關(guān)聲源的聲功率： 人正常講話：50W 100萬(wàn)人同時(shí)講話50W,相當(dāng)于一個(gè)燈泡。訓(xùn)練有素的歌手：500010000 W。汽車(chē)?yán)? 0.1 W, 噴氣飛機(jī): 10KW。運(yùn)用：在廳堂設(shè)計(jì)中如何充分利用有限的聲功率是很重要的問(wèn)題。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第二節(jié)聲音的計(jì)量2、聲強(qiáng)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)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(hào)：I 單位：w/m 2 可聽(tīng)聲強(qiáng)范圍10 -12 w/m 21 w/m 2 對(duì)于點(diǎn)聲源有： -間隔平方反比定律3、聲壓：指在某一瞬時(shí)壓強(qiáng)相對(duì)于無(wú)聲波時(shí)的壓強(qiáng)變化。符號(hào)P 單位N/m 2(牛頓/米2 ) 或Pa

9、(帕斯卡范圍210 -5N/m 220 N/m24、聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系：第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第二節(jié)聲音的計(jì)量二、聲壓級(jí)、聲功率級(jí)及其疊加“級(jí)level)的概念？“級(jí)：聲學(xué)中被研討的聲學(xué)量與其同類基準(zhǔn)值之比的常用對(duì)數(shù)叫“級(jí)。實(shí)踐運(yùn)用中，表示聲音強(qiáng)弱的單位并不采用聲壓或聲功率的絕對(duì)值，而采用相對(duì)單位級(jí)類似于風(fēng)級(jí)、地震級(jí)。單位分貝(dB):是貝爾的非常之一為什么要采用“級(jí)的計(jì)量方法？1聲壓對(duì)人耳覺(jué)得的變化非常大， 1000Hz的聲音，聽(tīng)覺(jué)下限Po=210-5N/m2,上限P=20N/m2,相差106倍。2人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的變化的感受并不與聲壓成正比，而與聲壓的對(duì)數(shù)成正比，兩個(gè)同樣的聲源放在一同，覺(jué)

10、得并不是響一倍。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第二節(jié)聲音的計(jì)量1、聲壓級(jí)(sound pressure level) ： Lp取參考聲壓為Po=210-5N/m2為基準(zhǔn)聲壓，任一聲壓P的Lp為： 聽(tīng)覺(jué)下限：p=210-5N/m2 0dB 能量提高100倍的P=210-3N/m2 40dB聽(tīng)覺(jué)上限： P=20N/m2 120dB2、聲功率級(jí)(sound power level) : Lw 取Wo為10-12W， 任一聲功率W的聲功率級(jí)Lw3、聲強(qiáng)級(jí)(sound intensity level) LI 第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第二節(jié)聲音的計(jì)量3聲壓級(jí)的疊加 10dB+10dB=? 0dB+0dB=?

11、 0dB+10dB=? 答案分別是：13dB、3dB、10dB.幾個(gè)聲源同時(shí)作用時(shí)，某點(diǎn)的聲能是各個(gè)聲源奉獻(xiàn)的能量的代數(shù)和。因此其聲壓是各聲源奉獻(xiàn)的聲壓平方和的開(kāi)根號(hào)。即：第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第二節(jié)聲音的計(jì)量思索：1兩個(gè)一樣聲壓級(jí)的聲音加起來(lái)聲壓級(jí)是多少？多個(gè)一樣聲壓級(jí)的聲音加起來(lái)聲壓級(jí)是多少？2兩個(gè)或多個(gè)不同的聲壓級(jí)的聲音加起來(lái)聲壓級(jí)是多少？見(jiàn)例題370、81、81、84、87、90dB六個(gè)聲音加起來(lái)聲壓級(jí)是多少？例題1 兩輛汽車(chē)聲壓級(jí)分別77dB和80dB，求總聲壓級(jí)例題2 車(chē)間總聲壓級(jí)92dB，停頓運(yùn)轉(zhuǎn)一臺(tái)設(shè)備，背景噪聲為88dB，求該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲級(jí)。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí)

12、第二節(jié)聲音的計(jì)量1、聲音的頻譜與聲源的指向性A、 聲音的頻譜 頻譜表示某種聲音 頻率成分及其聲壓級(jí)組成情況的圖形， 傅立葉實(shí)際及現(xiàn)代信號(hào)處置技術(shù)證明：實(shí)際上任何振動(dòng)的波形都可以分解為假設(shè)干單頻簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成。 分立譜：如弦振動(dòng)產(chǎn)生的聲音。 延續(xù)譜：說(shuō)話、機(jī)器的噪聲，大多的自然聲。 頻譜通常根據(jù)需求分成假設(shè)干個(gè)頻帶，帶寬Band)可寬可 窄。最常用的有倍頻帶和1/3倍頻帶。倍頻程：f2=2f1通常將可聞?lì)l率范圍內(nèi)2020Hz分為十個(gè)倍頻帶，其中心頻率按2倍增長(zhǎng)，共十一個(gè)，為：16 31.5 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K 16K1/3倍頻程： f2=21/3f1將倍頻程再分

13、成三個(gè)更窄的頻帶，使頻率劃分更加細(xì)化，其中心頻率按倍頻的1/3增長(zhǎng)，為：12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 .第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第三節(jié)人的聽(tīng)覺(jué)覺(jué)得第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第三節(jié)人的客觀聽(tīng)覺(jué)覺(jué)得 在進(jìn)展聲音計(jì)量和頻譜表示時(shí)，往往運(yùn)用中心頻率作為頻帶的代表，聲壓級(jí)值運(yùn)用整個(gè)頻帶聲壓級(jí)的疊加。第三節(jié)人的客觀聽(tīng)覺(jué)覺(jué)得第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) B、聲源的指向性聲源發(fā)出的聲音在各個(gè)方向上分布不均勻，具有指向性。聲源尺寸比波長(zhǎng)小得多時(shí)，可看作點(diǎn)聲源，無(wú)指向性。聲源尺寸比波長(zhǎng)差不多或更大時(shí)，聲源不再是點(diǎn)聲源，出現(xiàn)指向性。人們運(yùn)用喇叭，目的是為了添加指

14、向性。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第三節(jié)人的客觀聽(tīng)覺(jué)覺(jué)得2、人耳的客觀聽(tīng)覺(jué)特性人耳的構(gòu)造：外耳、中耳、內(nèi)耳、骨傳導(dǎo)聽(tīng)覺(jué)范圍：最高最低頻率可聽(tīng)極限普通地，青少年2020KHz,中年3015KHz,老年10010KHz。最小最大可聽(tīng)極限人耳有一定的順應(yīng)性，常人上限為120dB,經(jīng)常噪聲暴露的人有能夠到達(dá)140dB。下限頻率與頻率有關(guān)。最小可辯閾差閾普通情況1dB聲壓級(jí)的變化可以覺(jué)察：3dB以上有明顯覺(jué)得； 頻率變化的覺(jué)察：普通是3%，低頻時(shí)3Hz。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第三節(jié)人的客觀聽(tīng)覺(jué)覺(jué)得A 聽(tīng)覺(jué)定位人耳判別聲源的遠(yuǎn)近比較差，但確定聲源的方向比較準(zhǔn)確。程度方向1030可辯人耳判別聲源的方位主要

15、靠雙耳定位，對(duì)時(shí)間差和強(qiáng)度差進(jìn)展判別。人耳的程度方向感要強(qiáng)于豎直方向感。頻率高于1400Hz強(qiáng)度差起主要作用；低于1400Hz時(shí)，時(shí)間差起主要作用。這就是人為什么對(duì)蚊子的定位比較準(zhǔn)而對(duì)鈴聲的定位比較差的緣由。B、哈斯(Hass)效應(yīng)人耳有聲覺(jué)暫留景象，人對(duì)聲音的覺(jué)得在聲音消逝后會(huì)暫留一小段時(shí)間。假設(shè)到達(dá)人耳的兩個(gè)聲音的時(shí)間間隔小于50ms，那么就不會(huì)覺(jué)得聲音是斷續(xù)的。直達(dá)聲到達(dá)后50ms以內(nèi)到達(dá)的反射聲會(huì)加強(qiáng)直達(dá)聲。直達(dá)聲到達(dá)后50ms后到達(dá) 的“強(qiáng)反射聲會(huì)產(chǎn)生“回聲哈斯效應(yīng)。根據(jù)哈斯效應(yīng)，延時(shí)越長(zhǎng)干擾大；聲壓級(jí)差小干擾大。頻率接近干擾大；低頻對(duì)高頻干擾大。人耳在多聲源發(fā)聲內(nèi)容一樣的情況下，判

16、別聲源位置主要是根據(jù)“第一次到達(dá)的聲音。因此，劇場(chǎng)上演時(shí)，多揚(yáng)聲器的情況下要思索“聲象定位的問(wèn)題。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第三節(jié)人的客觀聽(tīng)覺(jué)覺(jué)得C、掩蔽效應(yīng)人耳對(duì)一個(gè)聲音的聽(tīng)覺(jué)靈敏度因另外一個(gè)聲音的存在而降低的景象叫掩蔽效應(yīng)。一個(gè)聲音高于另一個(gè)聲音10dB,掩蔽效應(yīng)就很小。低頻聲對(duì)高頻聲的掩蔽作用大。何謂掩蔽量?掩蔽閾?D、響度與等響曲線人耳對(duì)不同頻率的聲音敏感程度是不一樣的，對(duì)于低于1000Hz和高于4000Hz的聲音，靈敏度降低。不同頻率，一樣聲壓級(jí)的聲音，人聽(tīng)起來(lái)的響度覺(jué)得不一樣。不同頻率,不同聲壓級(jí)的聲音,人聽(tīng)起來(lái)的響度覺(jué)得有能夠一樣。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第三節(jié)人的客觀聽(tīng)覺(jué)覺(jué)得

17、 3、 等響曲線等響曲線:以1000Hz延續(xù)純音作基準(zhǔn)，測(cè)聽(tīng)起來(lái)和它同樣響的其他頻率的純音的各自聲壓級(jí)構(gòu)成一條曲線叫“等響曲線。響度單位是“方。隨著聲壓級(jí)的提高，對(duì)頻率的相對(duì)敏感度也不同聲壓級(jí)高，相對(duì)變化覺(jué)得??；聲壓級(jí)低，相對(duì)變化覺(jué)得大。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第三節(jié)人的客觀聽(tīng)覺(jué)覺(jué)得第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第三節(jié)人的客觀聽(tīng)覺(jué)覺(jué)得A 聲級(jí)A 聲級(jí)是運(yùn)用40方等響曲線作為計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻譜進(jìn)展加權(quán)，之后再進(jìn)展頻帶疊加。A聲級(jí)對(duì)500Hz以下的聲音進(jìn)展較大衰減，模擬人耳對(duì)低頻不敏感的特性。A聲級(jí)的數(shù)值單位表示是dB(A),如60dB(A)。B:以70方等響曲線作為計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，低頻衰減比A聲級(jí)小。C:以85方等響曲線作為計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò),整個(gè)可聽(tīng)范圍內(nèi)衰減小。D:主要用于航空噪聲丈量。第十章 建筑聲學(xué)根本知識(shí) 第三節(jié)人的客觀聽(tīng)覺(jué)覺(jué)得頻率聲壓級(jí)加權(quán)值加權(quán)后2030dB-5 0.5-20.531.535dB-39.4-4.46340dB-26.213.812545dB-16.128.925050dB-8.641.450051d