0第一章-建筑聲學(xué)基本知識(shí)

2023年1月12日建筑聲學(xué)1一、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？——人耳聽覺的產(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：〔１〕聲源〔２〕傳播的媒介:介質(zhì)的彈性碰撞第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第一節(jié)聲音的產(chǎn)生和傳播第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)2023年1月12日建筑聲學(xué)2二、波陣面、聲源的方向性、聲線聲線：自聲源發(fā)出代表能量傳播方向的曲線，聲的波動(dòng)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)生和傳播第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)2023年1月12日建筑聲學(xué)31、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、聲源的方向性：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2023年1月12日建筑聲學(xué)4三、聲速、波長、頻率聲速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)狀態(tài)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

波長：在傳播途徑上，兩相鄰?fù)辔毁|(zhì)點(diǎn)距離。聲波完成一次振動(dòng)所走的距離。單位：m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2023年1月12日建筑聲學(xué)5

頻率f:質(zhì)點(diǎn)在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成振動(dòng)的次數(shù)。單位：Hz人耳可聽頻率范圍為20Hz~20KHz〔聽覺范圍〕<20Hz為次聲，>20KHz為超聲其中，人耳感覺最重要的局部約在100Hz~4000Hz,相應(yīng)的波長約。參數(shù)間存在如下關(guān)系：c=f*或=c/f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2023年1月12日建筑聲學(xué)6聲波是能量的一種傳播形式。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：單位時(shí)間內(nèi)物體向外輻射的能量W?！餐遅或微瓦W〕聲源聲功率包括全部可聽頻率范圍

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：50W100萬人同時(shí)講話50W,相當(dāng)于一個(gè)燈泡。

訓(xùn)練有素的歌手：5000~10000W。

汽車?yán)萕,噴氣飛機(jī):10KW。

應(yīng)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題。第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第二節(jié)聲音的計(jì)量2023年1月12日建筑聲學(xué)72、聲強(qiáng)：單位時(shí)間內(nèi)通過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/m2可聽聲強(qiáng)范圍10-12w/m2——1w/m2

對(duì)于點(diǎn)聲源有：

-------距離平方反比定律3、聲壓：指在某一瞬時(shí)壓強(qiáng)相對(duì)于無聲波時(shí)的壓強(qiáng)變化。符號(hào)P

單位N/m2(牛頓/米2)或Pa(帕斯卡〕范圍2×10-5N/m2—20N/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2023年1月12日建筑聲學(xué)8二、聲壓級(jí)、聲功率級(jí)、分貝及其疊加“級(jí)〞〔level)的概念？“級(jí)〞：聲學(xué)中被研究的聲學(xué)量與其同類基準(zhǔn)值之比的常用對(duì)數(shù)叫“級(jí)〞。實(shí)際應(yīng)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):是貝爾的十分之一為什么要采用“級(jí)〞的計(jì)量方法？1〕聲壓對(duì)人耳感覺的變化非常大，1000Hz的聲音，聽覺下限Po=2×10-5N/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)同樣的聲源放在一起，感覺并不是響一倍。第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第二節(jié)聲音的計(jì)量2023年1月12日建筑聲學(xué)91、聲壓級(jí)(soundpressurelevel)：Lp取參考聲壓為Po=2×10-5N/m2為基準(zhǔn)聲壓，任一聲壓P的Lp為：

聽覺下限：p=2×10-5N/m20dB

能量提高100倍的P=2×10-3N/m240dB

聽覺上限：P=20N/m2120dB2、聲功率級(jí)(soundpowerlevel):Lw

取Wo為10-12W，任一聲功率W的聲功率級(jí)Lw3、聲強(qiáng)級(jí)(soundintensitylevel)

LI

第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第二節(jié)聲音的計(jì)量2023年1月12日建筑聲學(xué)10聲壓級(jí)的疊加10dB+10dB=?0dB+0dB=?0dB+10dB=?答案分別是：13dB、3dB、10dB.聲壓是各聲源奉獻(xiàn)的聲壓平方和的開根號(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2023年1月12日建筑聲學(xué)11思考：1〕兩個(gè)相同聲壓級(jí)的聲音加起來聲壓級(jí)是多少？多個(gè)相同聲壓級(jí)的聲音加起來聲壓級(jí)是多少？2〕兩個(gè)或多個(gè)不同的聲壓級(jí)的聲音加起來聲壓級(jí)是多少？〔見例題〕3〕70、81、81、84、87、90dB六個(gè)聲音加起來聲壓級(jí)是多少？例題1兩輛汽車聲壓級(jí)分別77dB和80dB，求總聲壓級(jí)例題2車間總聲壓級(jí)92dB，停止運(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)第二節(jié)聲音的計(jì)量2023年1月12日建筑聲學(xué)12第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)2023年1月12日建筑聲學(xué)13第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)2023年1月12日建筑聲學(xué)14第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第三節(jié)頻譜、頻率、音樂和噪聲一、現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)證明：

理論上任何振動(dòng)的波形都可以分解為假設(shè)干單頻簡諧振動(dòng)的合成。分立譜：如弦振動(dòng)產(chǎn)生的聲音。連續(xù)譜：談話、機(jī)器的噪聲頻率和頻譜頻譜——表示某種聲音頻率成分及其聲壓級(jí)組成情況的圖形，傅立葉理論及，大多的自然聲。頻譜通常根據(jù)需要分成假設(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)20~20Hz分為十個(gè)倍頻帶，其中心頻率按2倍增長，共十一個(gè)，為：

1631.5631252505001K2K4K8K16K1/3倍頻程：f2=21/3f1將倍頻程再分成三個(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，為：

12.516202531.540506380100125160...2023年1月12日建筑聲學(xué)15第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)二、音樂和噪聲：

音樂：由基因和諧音組成，其音符頻率組成有著明確的規(guī)律。

噪聲：聲音的組成沒有任何規(guī)律2023年1月12日建筑聲學(xué)16第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)2023年1月12日建筑聲學(xué)17聲波在室外空曠地帶的傳播規(guī)律

隨與聲源距離的增加，聲能發(fā)生衰減。對(duì)于點(diǎn)聲源，有：

Lp=LW-20lgr-11□對(duì)于無限長線聲源，單位長度內(nèi):I=W∕2∏r

Lp=LW-10lgr-8對(duì)于有限長線聲源：距離近，同無限長線聲源規(guī)律相同距離遠(yuǎn)，同點(diǎn)聲源規(guī)律相同□對(duì)于面聲源，距離很遠(yuǎn)，，聲壓級(jí)衰減3~6dB第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第四節(jié)聲音在戶外的傳播2023年1月12日建筑聲學(xué)18一、反射和衍射、擴(kuò)散透射折射和吸收一、聲波的反射

當(dāng)聲波遇到一塊尺寸比波長大得多的障礙時(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?！蟟=∠第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第五節(jié)反射和衍射、擴(kuò)散透射折射和吸收2023年1月12日建筑聲學(xué)19二、聲波的衍射：當(dāng)聲波在傳播的過程中遇到障壁或者建筑部件〔如墻角、梁、柱〕等，這些構(gòu)件尺度比波長大，在背后出現(xiàn)“聲影區(qū)〞，也會(huì)出現(xiàn)聲音繞過障壁邊緣進(jìn)入“聲影〞繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，稱之為“衍射〞現(xiàn)象。第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)2023年1月12日建筑聲學(xué)20三、聲波的透射與吸收聲波具有能量，簡稱聲能。當(dāng)聲波碰到室內(nèi)某一界面后〔如天花、墻〕，一局部聲能被反射，一局部被吸收〔主要是轉(zhuǎn)化成熱能〕，一局部穿透到另一空間。第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)透射系數(shù)：反射系數(shù)：吸聲系數(shù)：應(yīng)用：不同材料，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)小的材料防止噪聲。在音質(zhì)設(shè)計(jì)中需要選擇吸聲材料，控制室內(nèi)聲場。2023年1月12日建筑聲學(xué)21

四、聲波的折射與擴(kuò)散

□聲波的折射

□聲波的擴(kuò)散

第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)2023年1月12日建筑聲學(xué)221、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，傅立葉理論及現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)證明：

理論上任何振動(dòng)的波形都可以分解為假設(shè)干單頻簡諧振動(dòng)的合成。分立譜：如弦振動(dòng)產(chǎn)生的聲音。連續(xù)譜：談話、機(jī)器的噪聲，大多的自然聲。頻譜通常根據(jù)需要分成假設(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)20~20Hz分為十個(gè)倍頻帶，其中心頻率按2倍增長，共十一個(gè)，為：

1631.5631252505001K2K4K8K16K1/3倍頻程：f2=21/3f1將倍頻程再分成三個(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，為：

12.516202531.540506380100125160...第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第三節(jié)人的聽覺感覺2023年1月12日建筑聲學(xué)23第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第三節(jié)人的主觀聽覺感覺

在進(jìn)行聲音計(jì)量和頻譜表示時(shí)，往往使用中心頻率作為頻帶的代表，聲壓級(jí)值使用整個(gè)頻帶聲壓級(jí)的疊加。2023年1月12日建筑聲學(xué)242023年1月12日建筑聲學(xué)25第三節(jié)人的主觀聽覺感覺第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)2023年1月12日建筑聲學(xué)26B、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。聲源尺寸比波長小得多時(shí)，可看作點(diǎn)聲源，無指向性。聲源尺寸比波長差不多或更大時(shí)，聲源不再是點(diǎn)聲源，出現(xiàn)指向性。人們使用喇叭，目的是為了增加指向性。第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第三節(jié)人的主觀聽覺感覺2023年1月12日建筑聲學(xué)272、人耳的主觀聽覺特性人耳的結(jié)構(gòu)：外耳、中耳、內(nèi)耳、骨傳導(dǎo)聽覺范圍：最高最低頻率可聽極限一般地，青少年20~20KHz,中年30~15KHz,老年100~10KHz。最小最大可聽極限

人耳有一定的適應(yīng)性，常人上限為120dB,經(jīng)常噪聲暴露的人有可能到達(dá)135~140dB。下限頻率與頻率有關(guān)。最小可辯閾〔差閾〕

一般情況1dB聲壓級(jí)的變化能夠覺察：3dB以上有明顯感覺；頻率變化的覺察：一般是3%，低頻時(shí)3Hz。第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第三節(jié)人的主觀聽覺感覺2023年1月12日建筑聲學(xué)28A聽覺定位人耳判斷聲源的遠(yuǎn)近比較差，但確定聲源的方向比較準(zhǔn)確。

水平方向10—30可辯人耳判斷聲源的方位主要靠雙耳定位，對(duì)時(shí)間差和強(qiáng)度差進(jìn)行判斷。人耳的水平方向感要強(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原因。B、哈斯(Hass)效應(yīng)人耳有聲覺暫留現(xiàn)象，人對(duì)聲音的感覺在聲音消失后會(huì)暫留一小段時(shí)間。如果到達(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)容相同的情況下，判斷聲源位置主要是根據(jù)“第一次到達(dá)〞的聲音。因此，劇場演出時(shí)，多揚(yáng)聲器的情況下要考慮“聲象定位〞的問題。第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第三節(jié)人的主觀聽覺感覺2023年1月12日建筑聲學(xué)29C、掩蔽效應(yīng)人耳對(duì)一個(gè)聲音的聽覺靈敏度因另外一個(gè)聲音的存在而降低的現(xiàn)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，相同聲壓級(jí)的聲音，人聽起來的響度感覺不一樣。不同頻率,不同聲壓級(jí)的聲音,人聽起來的響度感覺有可能一樣。第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第三節(jié)人的主觀聽覺感覺2023年1月12日建筑聲學(xué)303、等響曲線等響曲線:以1000Hz連續(xù)純音作基準(zhǔn)，測聽起來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)變化感覺??；

聲壓級(jí)低，相對(duì)變化感覺大。第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第三節(jié)人的主觀聽覺感覺2023年1月12日建筑聲學(xué)31第十章建筑聲學(xué)根本知識(shí)第三節(jié)人的主觀聽覺感覺2023年1月12日建筑聲學(xué)32A聲級(jí)