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，共三十四頁，2022年，8月28日第一節(jié)幾何聲學(xué)第二頁，共三十四頁，2022年，8月28日第三頁，共三十四頁，2022年，8月28日第二節(jié)自由聲場與室內(nèi)聲場一、自由聲場中聲音的傳播與聲壓級(jí)計(jì)算1、自由聲場：當(dāng)點(diǎn)聲源向沒有反射面的自由空間輻射聲能時(shí)所產(chǎn)生的聲場。2、自由聲場遵循距離平方反比定律。

W=I/4πr2第四頁，共三十四頁，2022年，8月28日3、聲壓級(jí)的計(jì)算：（1）、自由聲場中聲壓級(jí)的計(jì)算：點(diǎn)聲源在自由空間輻射聲能時(shí)，距聲源r米處的聲壓級(jí)：LPLP=LW-20Lg（r）-11dB

其中：LW：聲源的聲功率，dB；

r：距聲源的距離，m。（2）、半自由聲場中聲壓級(jí)的計(jì)算：

LP=LW-20Lg（r）-8dB第五頁，共三十四頁，2022年，8月28日二、室內(nèi)聲場特點(diǎn)特點(diǎn)：聲音在封閉空間的傳播。1、聲波在各界面的反射、吸收和透射。2、與自由空間音質(zhì)有所不同。3、聲能的空間分布發(fā)生了變化。4、由于形體的不同，也可能產(chǎn)生聲學(xué)上的缺陷。（共振、回聲、顫動(dòng)回聲及聲染色等缺陷）第六頁，共三十四頁，2022年，8月28日第七頁，共三十四頁，2022年，8月28日三、室內(nèi)聲音的增長與衰減1、室內(nèi)聲音的增長

E（t）：瞬時(shí)聲能密度，J/m3W：聲源聲功率，wC：聲速，m/sA：室內(nèi)總表面吸聲量，m2V：房間容積，m3t：聲源發(fā)聲后所經(jīng)歷的時(shí)間，s。第八頁，共三十四頁，2022年，8月28日2、室內(nèi)聲音的穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)聲能密度）當(dāng)t=0時(shí)，E（0）=0；當(dāng)t=∞時(shí)，E（∞）→4W/CA第九頁，共三十四頁，2022年，8月28日3、室內(nèi)聲音的衰減

E（t）：瞬時(shí)聲能密度，J/m3W：聲源聲功率，wC：聲速，m/sA：室內(nèi)總表面吸聲量，m2V：房間容積，m3t：聲源發(fā)聲后所經(jīng)歷的時(shí)間，s。第十頁，共三十四頁，2022年，8月28日四、室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算當(dāng)聲源在室內(nèi)發(fā)聲時(shí)，室內(nèi)某一點(diǎn)接收到的聲音，可以看成是由直達(dá)聲、早期反射聲、混響聲三部分組成。1、直達(dá)聲、早期反射聲、混響聲（1）、直達(dá)聲：聲源直接到達(dá)接收點(diǎn)的聲音?！@部分聲音不受室內(nèi)各界面的影響，其傳播遵循平方反比定律。（2）、早期反射聲：一般指直達(dá)聲到達(dá)后，50ms之內(nèi)到達(dá)的反射聲。（3）、混響聲：早期反射聲到達(dá)后陸續(xù)到達(dá)的。第十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日2、室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)當(dāng)聲功率LW的聲源，在室內(nèi)連續(xù)發(fā)聲，聲場達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，距離聲源r米處的穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)LP

：

LW

：聲源聲功率級(jí)，dB；

Q：聲源指向因子；

r：接收點(diǎn)與聲源的距離，m；

R：房間常數(shù)，R=Sα/（1-α）；

α：室內(nèi)平均吸收系數(shù)，

第十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日3、混響半徑當(dāng)直達(dá)聲項(xiàng)與混響聲項(xiàng)相等時(shí)，接收點(diǎn)距聲源的距離rc稱之為混響半徑。第十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日討論：（1）、當(dāng)r＜rc

時(shí)，接收點(diǎn)的聲能主要是直達(dá)聲的貢獻(xiàn)；此時(shí)室內(nèi)做吸聲處理無明顯意義。（2）、當(dāng)r＞rc

時(shí)，接收點(diǎn)的聲能主要是混響聲的貢獻(xiàn)；此時(shí)室內(nèi)做吸聲處理才有意義。（3）、當(dāng)直達(dá)聲大于混響聲時(shí)，易獲得高清晰度；反之，清晰度降低。第十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)混響時(shí)間及計(jì)算第十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日第十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日混響時(shí)間：當(dāng)室內(nèi)聲場達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，聲源停止發(fā)聲后，聲音衰減60dB所需要的時(shí)間。記作：T60或RT

單位：秒（s）第十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日一、塞賓公式

T60=kV/A(s)其中：T60

：混響時(shí)間，s；

k：常數(shù)，一般取0.161；

V：房間容積，m3；

A：室內(nèi)總吸聲量，Sαm2；

α：吸收系數(shù)。討論（1）、當(dāng)α=1時(shí)，T60=0，但是T60=常數(shù)，與實(shí)際不符。（2）、當(dāng)α<0.2時(shí)，T60=kV/A與實(shí)際接近。第十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日二、伊林公式1、假定（1）、室內(nèi)聲音充分被擴(kuò)散；（2）、室內(nèi)各表面均勻地被吸收；其中：S：室內(nèi)各表面面積，m2；

α：室內(nèi)各表面吸聲系數(shù)。（3）、聲波在室內(nèi)被反射的次數(shù)決定于反射表面之間的平均距離——平均自由程（L）。對(duì)于規(guī)則的房間：L=4V/S，單位時(shí)間內(nèi)聲波在室內(nèi)被反射的次數(shù)：

n=C/L=CS/4V第二十頁，共三十四頁，2022年，8月28日2、伊林混響時(shí)間計(jì)算公式根據(jù)三項(xiàng)假定，入射聲波強(qiáng)度：I0

第一次反射波：I1=I0（1-α），吸收αI0；第二次反射波：I2=I0（1-α）2，吸收αI1；第n次反射波：In=I0（1-α）n

。室內(nèi)聲音的衰減率：DD=10Lg（I0/I）第二十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日

D=10Lg（I0/I）

=10Lg（1-α）-n

=又因?yàn)椋篢60=60/D

===第二十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日若考慮到空氣對(duì)高頻的吸收，

T60：混響時(shí)間，s；

V：房間容積，m3；

S：室內(nèi)總表面積，m2；

α：平均吸收系數(shù)；

4m：空氣吸收系數(shù)。第二十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日空氣吸收系數(shù)4m值（室內(nèi)溫度20℃）相對(duì)濕度倍頻程500Hz1000Hz2000Hz4000Hz30%40%50%60%70%80%--0.00240.00250.00250.00250.00500.00400.00400.00400.00300.00300.01200.01000.00890.00850.00810.00820.03800.02900.02400.02200.02080.0194第二十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日討論：（1）、當(dāng)α=1時(shí)，Ln（1-α）→∞，T60→0；（2）、當(dāng)α較小時(shí)，-Ln（1-α）≈α，

T60=kV/Sα。（3）、伊林混響時(shí)間計(jì)算公式與實(shí)際也有10%~15%的誤差。第二十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日三、混響時(shí)間計(jì)算公式的精確性混響時(shí)間計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值往往有10%~15%左右的誤差，有時(shí)會(huì)更大些。1、實(shí)際與假定不符。（1）、室內(nèi)聲場不可能均勻；（2）、吸收也不可能均勻。2、代入公式中的數(shù)據(jù)也不可能非常準(zhǔn)確。

——吸收系數(shù)的測量條件與實(shí)際不符合。3、公式?jīng)]考慮房間的共振現(xiàn)象，共振使聲音失真。4、不能計(jì)算的實(shí)際意義。（1）、聽眾對(duì)T60要求有一定的范圍。（2）、計(jì)算不準(zhǔn)可在施工過程中調(diào)整。第二十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日第四節(jié)房間的共振及共振頻率第二十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日對(duì)于共振現(xiàn)象只能用波動(dòng)理論來解釋（幾何、統(tǒng)計(jì)都不行）。入射波：Pi=P0COS（kX-ωt）

=P0COS（kX）反射波：Pr=RPi

=R0P0COS（kX+δ）

P=Pi+Pr=P0COS（kX）+R0P0COS（kX+δ）

=P0√（1+R02+2R0COS（2kX+δ））第二十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日

P=P0√{1+R02+2R0COS（2kX+δ）}

當(dāng)2kX+δ=2nπ時(shí)，n=1、2、3……P→Pmax=P0（1+R0）極大當(dāng)2kX+δ=（2n+1）π時(shí)，n=1、2、3……P→Pmin=P0（1-R0）極小第二十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日討論：為了討論方便，假定δ=0；（1）、極大，2kX=2nπ→（4π/λ）X=2nπ→X=n（λ/2）極小，2kX=（2n+1）π→（4π/λ）X=（2n+1）π→X=（2n+1）（λ/4）（2）相距L的兩個(gè)平行墻之間產(chǎn)生駐波的條件：

L=n（λ/2）n=1、2、3、……第三十頁，共三十四頁，2022年，8月28日（3）、對(duì)于三維空間

fxyz=√{（nx/Lx）2+（ny/Ly）2+（nz/Lz）2}Lx、Ly、Lz：房間的長、寬、高。nx、ny、nz：0、1、2、3……

（nx≠ny≠nz≠0）第三十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日一般用（nx，ny，nz）來表示振動(dòng)方式；共振頻率重疊現(xiàn)象稱之為：“簡并”。為了克服簡并現(xiàn)象，使室內(nèi)頻率分布均勻，可在房間尺寸、比例、形狀上選擇最佳方案。振動(dòng)方式（1，0，0）（0，1，0）（0，0，1）頻率242424振動(dòng)方式（1，1，