建筑聲環(huán)境與材料

建筑聲環(huán)境與材料第一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六2本章內(nèi)容建筑聲學發(fā)展簡史

建筑聲學基本知識人體對聲環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價聲音傳播與衰減原理噪聲控制與治理建筑聲學材料與結(jié)構(gòu)建筑聲學材料與結(jié)構(gòu)第二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六為創(chuàng)造安靜的環(huán)境，降低、隔絕和控制不需要的聲音-----―噪聲控制提供良好的聽聞環(huán)境，滿意的音質(zhì)

-----―音質(zhì)設(shè)計第三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六主要是音樂廳、劇院、禮堂、報告廳、多功能廳、電影院等。設(shè)計得好:音質(zhì)豐滿、渾厚、有感染力、為演出和集會創(chuàng)造良好效果。設(shè)計得不好:嘈雜、聲音或干癟或渾濁，聽不清、聽不好、聽不見。音質(zhì)設(shè)計第四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六

噪聲的判斷標準是什么？如何避免噪聲？如何解決噪聲？主要針對有安靜要求的房間，如錄音室、演播室、旅館客房、居民住宅臥室，等

環(huán)境噪聲控制第五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六6噪聲控制的意義

保證居住者的健康提高勞動生產(chǎn)率保證工藝過程要求第六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)

建筑聲學發(fā)展簡史第七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六音樂廳聲學設(shè)計理論的出現(xiàn)從十九世紀開始，在維也納、萊比錫、格拉斯哥和巴塞爾等城市，都建造了一些供演出的音樂廳，這些十九世紀建造的音樂廳已反映出聲學上的豐碩成果，直到今天仍然有參考價值。到二十世紀，賽賓（WallaceClementSabine，1868-1919，哈佛大學物理學家、助教）在1898年第一個提出對廳堂物理性質(zhì)作定量化計算的公式——混響時間公式，并確立了近代廳堂聲學，從此，廳堂音質(zhì)設(shè)計的經(jīng)驗主義時代結(jié)束了。

第八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六室內(nèi)聲學設(shè)計的相關(guān)理論(A)馬歇爾的側(cè)向聲原理：馬歇爾（A.H.Marshall）提出了“早期側(cè)向反射聲”對音質(zhì)起重要作用，認為需要有較多的早期側(cè)向反射聲，使聽者有置身于音樂之中的一種“空間印象（spatialimpression）”感覺，空間感對響度及與低音相關(guān)的溫暖感很重要。(B)IACC兩耳互相關(guān)函數(shù)日本聲學家安藤四一（Y.Ando）教授在70年代做了一系列模擬雙耳接收的“內(nèi)耳互相關(guān)”實驗研究，實驗表明音質(zhì)與反射聲的水平方向分布有關(guān)。定義了“雙耳聽覺互相關(guān)函數(shù)(IACC)”，它表示兩耳上的信號之間的相互關(guān)系，這種相互關(guān)系又是聲場空間感的量度。第九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六現(xiàn)代的建筑聲學1930年以后出現(xiàn)了電影聲學材料的大量生產(chǎn)和實驗室實驗噪聲處理問題在現(xiàn)代社會中被重視第十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)

建筑聲學基本知識1.聲波的基本物理性質(zhì)2.聲音的計量第十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六1.聲音是什么？

在彈性媒質(zhì)中以聲波的方式傳送出去的振動波聲源：振動的固體、液體、氣體聲音的特性：波長、頻率f、聲速c波長聲源傳聲通道聽者建筑聲學的主要研究對象球面波平面波第十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六13聲音的傳播速度

聲速與媒質(zhì)的彈性、密度和溫度有關(guān)空氣中的聲速：理想氣體中

k絕熱指數(shù)，R氣體常數(shù)，T絕對溫度?？諝庵新曀偈菧囟鹊膯沃岛瘮?shù)。在建筑環(huán)境領(lǐng)域中變化范圍很小，近似：340m/s

固液體中的聲速鋼5000m/s

松木3320m/s

水1450m/s

軟木500m/s第十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六14聲音的頻帶

人耳可以聽見范圍為20~20000Hz

人耳聽不見的范圍

20Hz以下：次聲

20000Hz以上：超聲

高頻聲低頻聲中頻聲31.25Hz頻率第十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六15聲音的頻帶

簡諧音（純音）聲壓變化為只有一個頻率的余弦函數(shù)的聲音只需要頻率f和聲壓幅值Pm就可以描述

復音周期性信號，含有基頻和諧頻，諧頻是基頻的整倍數(shù)其頻譜圖可以表示為在基頻f0和2f0、3f0、……

nf0處的一系列高矮不等的豎直線——線狀譜(離散譜)普通聲響頻譜一般為連續(xù)頻譜第十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六16樂聲的線狀譜音調(diào)的高低取決于基頻，而音色取決于諧頻分量的構(gòu)成基頻諧頻880,1320,1760,2200,2640,3080,3520……第十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六17普通聲響頻譜一般為連續(xù)頻譜第十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六18

頻程把聲頻范圍劃分成幾個頻段，稱作頻程或頻帶

倍頻程兩個頻率之比為2:1的頻程。一般用倍頻程劃分頻帶，中心頻率分別為：31.3(31.25)、63(62.5)、125、250、500、1000、2000、4000、8000Hz。第十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六192.聲音的計量

聲功率W：聲源在單位時間內(nèi)對外輻射的聲能，即在全部可聽范圍所輻射的功率，單位W。也可特指在某個有限頻率范圍所輻射的功率，亦稱頻帶聲功率。

聲強I：單位時間內(nèi)通過垂直于傳播方向上單位面積的平均聲功率，W/m2。

聲壓p：聲波的壓強與媒質(zhì)的靜壓之差，Pa媒質(zhì)的密度（c為聲速）第十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六20聽覺范圍——量級差非常大

可聞閾(聽閾)

——人耳剛能感受的聲音p0=2×10-5Pa

I0=1×10-12W/m2

疼痛閾——

聞之人耳則痛，p=200Pa，I=100W/m2

煩惱閾

——聞之煩惱不安

p0=20

Pa，I0=1W/m2第二十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六21聲音的度量

分貝標度和聲級L

，單位dB

設(shè)立的必要性數(shù)據(jù)范圍太大，如2×10－5Pa~20Pa

人的聽覺響應(yīng)與聲強、聲壓呈對數(shù)關(guān)系

聲強級

聲壓級

聲功率級可聞閾值1×10-12W第二十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六22聲源的擴散和疊加特性

點聲源的聲功率和聲強：聲音球面擴散聲強可以直接疊加，故有:

總聲壓是各聲壓的均方根:rW如何利用聲壓得到聲強和聲功率呢？在自由聲場中測聲壓p距聲源的距離r第二十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六23聲源聲級疊加：非線性！

兩個聲源疊加(I、P、W聲級同理)：

n個相同聲源L1疊加：兩個相同聲源疊加，聲級增加了10lg2=3dBL=3dB第二十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六24聲源的指向性在距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指向性指數(shù)DI——在離聲源相同距離r處，某個方向的實際聲壓級Lp(r,θ,φ)與參考聲壓級Lp0(r)之差

指向性因數(shù)Q

——

實際聲強I(r,θ,φ)與參考聲強I0(r)的比值。Q與指向性指數(shù)DI的關(guān)系：DI=10lgQ

參考聲壓Lp0(r)參考聲強I0(r)無方向性的點聲源形成的聲壓場第二十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六25S0為聲源面積，f為頻率，I～IV是聲源的4種位置指向性因數(shù)Q

聲源尺寸比波長大得越多，指向性就越強指向性與邊界對聲波自由擴散的阻礙有關(guān)處于喇叭狀角落，指向性最強第二十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六第三節(jié)

人體對聲環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價人的主觀聽覺特性噪聲的評價噪聲的標準第二十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六27人的主觀聽覺特性

什么是噪聲？人們不愿意聽到的任何聲音空氣聲：經(jīng)空氣和圍護結(jié)構(gòu)傳播固體聲：振動噪聲第二十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六28聽覺機構(gòu)

自由場最小可聽閾煩惱閾疼痛閾第二十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六29人耳的聽覺特征

特征：對高頻聲比對低頻聲敏感

響度級：用1000Hz純音的聲壓級代表其等響曲線的響度級，單位Phon（方）等響曲線聽閾痛閾第二十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六30聲級計：A、B、C、D計權(quán)網(wǎng)絡(luò)聲級計為模擬人耳聽覺而進行濾波，分別模擬人耳對40方、70方和100方純音的反應(yīng)而得到A、B、C三種計權(quán)方式。D計權(quán)用于測量航空噪聲。對不同的頻率有不同的衰減。1000Hz的衰減均為是0。第三十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六31掩蔽效應(yīng)

一種聲音存在提高了另一種聲音的可聞閾

頻率相近則掩蔽作用顯著；對高頻掩蔽作用比對低頻掩蔽作用大有利有弊弊：聽不清要聽的內(nèi)容，降低工作效率利：避免一些噪聲的干擾，提高工作效率掩蔽音的聲壓級被掩蔽音的聲壓級dB第三十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六32掩蔽效應(yīng)

適合的掩蔽背景聲的特點無表達含義響度不大連續(xù)無方位感掩蔽背景聲

低響度的空調(diào)通風系統(tǒng)噪聲往往是很好的掩蔽背景聲輕微的音樂聲隱約的語言聲第三十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六33日本辦公樓噪聲干擾感覺的調(diào)查第三十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六34我國的室內(nèi)噪聲標準

房間類型 NR(dB) A聲級dB(A)

臥室、書房、病房35~4540~50

起居室 40~45 40~50

語言教室 35 40

一般教室 45 50

門診室 50~55 55~60

手術(shù)室 40~45 40~50

賓館客房 30~45 35~50

會議室 30 35

學術(shù)報告廳、閱覽室 25 30

室內(nèi)樂、演唱廳 20 25

辦公室 35 40

宴會廳 35 40第三十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六35噪聲評價：A聲級用A計權(quán)方式測得的噪聲級稱作A聲級，是一個綜合疊加得到的單一的數(shù)值。環(huán)境噪聲響度多在40方上下，故A聲級能夠較好地反映人對噪聲的主觀反應(yīng)。

A聲級LA(或LpA)

針對穩(wěn)態(tài)噪聲。對于一個噪聲的倍頻帶譜：第三十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六36噪聲評價：A聲級等效連續(xù)A聲級針對聲級隨時間變化的噪聲，在一段時間內(nèi)能量平均的等效聲級累積分布聲級LX

用隨機噪聲聲級出現(xiàn)的累積概率來表示:例如L10＝70dB，表示有10%的測量時間內(nèi)聲級超過70dB離散噪聲第三十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六37噪聲評價曲線：NR

(NoiseRating)

單值A(chǔ)聲級不能反映噪聲的頻譜特性

NR曲線：中國、歐洲常用，ISO推薦

考慮了低頻噪聲難消除的因素

LA=NR+5dB第三十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六38噪聲評價曲線：NCNC曲線(NoiseCriterionCurves)，Beranek于1957年提出，1968年開始實施。ISO推薦，英、美、日常用。

對低頻的要求比NR曲線苛刻

LA=NC+10dBNC＝NR－5第三十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六39噪聲評價曲線：PNCPNC(PreferredNoiseCurves)是對NC曲線進行的修正

對低頻部分更進一步進行了降低

PNC=3.5+NC第三十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六第四節(jié)

聲音傳播與衰減原理第四十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六41聲音的傳播規(guī)律

遇到障礙物：反射、散射、衍射(繞射)AE障礙物相對波長的尺度由大至小第四十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六42聲音的透射和吸收吸收透射吸收透射

反射

入射透射系數(shù)反射系數(shù)吸聲系數(shù)圍護結(jié)構(gòu)隔聲量：一般情況下，透射部分的能量要小于反射部分的能量τ值小的材料稱為“隔聲材料”;γ值小的稱為“吸聲材料”第四十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六43情況1：在自由場的聲音的傳播和衰減

對于點聲源相對參考值6dB3dB第四十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六44情況2：聲音在室內(nèi)空間中的傳播

室內(nèi)聲場由直達聲與多次反射聲組成聲音比自由聲場大，且不隨距離平方衰減有“混響現(xiàn)象”

平均吸聲系數(shù)室內(nèi)聲級隨時間t衰減量

房間容積房間界面總面積第四十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六45聲能密度Dt，J/m3

聲音在室內(nèi)的增長和衰減

室內(nèi)吸聲量越大，衰減越快房間容積越大，衰減越慢

停止發(fā)聲后衰減60dB的時間稱為混響時間：第四十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六混響時間混響時間T60：從聲源發(fā)出聲音到衰減了60dB，聲波的能量只剩下百萬分之一所需的時間。Lp聲壓級T衰減時間第四十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六賽賓公式：艾潤公式：第四十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六最佳混響時間

對于語言，一般混響時間要短些，以保證語言的清晰度

對于音樂，混響時間長一些，可以使音樂更豐滿，低音更有力度

房間尺寸小時，混響時間比較短，反之，則要長些。第四十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六49rrLpLpLWLWS0為聲源面積，f為頻率，I～IV是聲源的4種位置指向性因數(shù)QAB室內(nèi)的聲壓級

室內(nèi)某點聲壓級

Q－指向性因數(shù)，取決與聲源與接收點的相對關(guān)系

R－房間常數(shù)

S－房間總表面積

a－平均吸聲系數(shù)第四十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六室內(nèi)的聲壓級吸聲降噪：當房間界面吸聲系數(shù)R很小時；進行吸聲處理，增加界面吸聲系數(shù)R，就可以使Lp減小，達到降低噪聲的效果但是，吸聲增加，不能改變直達聲，即不會改變第五十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六第五節(jié)

噪聲控制與治理

吸聲消聲隔聲隔振與阻尼有源減噪技術(shù)掩蔽涂抹阻尼材料第五十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六控制噪聲的最根本的辦法就是從聲源上控制它幾種常用的噪聲控制技術(shù)：吸聲、消聲、隔聲、隔振、阻尼等。

第五十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六一、吸聲用吸聲材料裝飾在房間的內(nèi)表面,或在室內(nèi)懸掛空間吸聲體,房間內(nèi)的反射聲就會被吸掉,房間內(nèi)的噪聲級就會降低。這種控制噪聲的方法就叫吸聲。吸聲材料用的是一些多孔、透氣的材料,如玻璃棉、礦渣棉、泡沫塑料、毛氈、吸聲磚、木絲板、甘庶板等吸聲材料對于高頻噪聲有很好的效果,對于低頻噪聲,吸聲材料不是很有效。最常見的共振吸聲結(jié)構(gòu)是穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu),一般可以降低噪聲

5dB-10dB

第五十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六二、消

聲消聲是消除空氣動力性噪聲的方法。消聲器的作用：阻止或減弱噪聲傳播而允許氣流通過消聲器結(jié)構(gòu)形式很多

阻性消聲器是利用吸聲材料消聲的。對于低頻噪聲,常采用抗性消聲器。

阻抗復合消聲器消聲量大,消聲頻率范圍寬。第五十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六三、隔聲把發(fā)聲的物體或需要安靜的場所封閉在一個小的空間中,使它與周圍環(huán)境隔絕,這種方法叫隔聲。典型的隔聲措施是：隔聲罩、隔聲間、隔聲屏

第五十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六聲屏障我國鐵路自1997年起至今已進行了六次大提速，并且“十一五”期間將有5300多公里路線時速將達到200公里以上我國近幾年已批準立項或開工的客運專線有以下9條：武廣、鄭西、石太、京津、合武、合寧、甬溫、溫福、福廈，各條線的速度目標值為200km/h～350km/h。從2006年到2010年，中國投資12500億元人民幣，建設(shè)17000公里鐵路新線。其中時速200公里以上的客運專線7000公里，300公里以上的客運專線大約5457公里。第五十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六聲屏障在列車車速達到一定值后，會帶來許多空氣動力學問題高速行駛的列車使列車周圍的空氣產(chǎn)生強烈擾動,當行駛的列車通過聲屏障瞬間,這一擾動將會加劇,這將引起聲屏障表面的空氣壓力發(fā)生突變,形成一種瞬態(tài)壓力沖擊,在極短時間內(nèi)相繼出現(xiàn)正、負壓力峰值。德國科隆至法蘭克福段聲屏障在結(jié)構(gòu)設(shè)計時沒有考慮脈動力的影響，2003年當列車在運行速度超過250km/h時，產(chǎn)生很大的列車脈動力，聲屏障會隨之發(fā)生波狀的振動，該振動使兩側(cè)的金屬聲屏障結(jié)構(gòu)幾乎全部受到不同程度的損傷，金屬聲屏障背板在脈動力作用下象紙片一樣呈波浪形振動，鋁合金單元板跨中斷裂，兩端連接處遭受破壞第五十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六四、隔振與阻尼為了減少機器振動通過基礎(chǔ)傳給其他建筑物,通常的辦法就是防止機械基礎(chǔ)與其他結(jié)構(gòu)的剛性連接,這種方法就叫基礎(chǔ)隔振主要措施有三種①在機器基礎(chǔ)與其他結(jié)構(gòu)之間鋪設(shè)具有一定彈性的軟材料②在機器上安裝設(shè)計合理的減振器。③在機器周圍挖一定深度的溝,也能起到隔振作用

為了提高隔振效果,可將三種措施綜合利用

第五十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六五、有源減噪技術(shù)利用電子線路和擴聲設(shè)備產(chǎn)生與噪聲的相位相反的聲音——反聲,來抵銷原有的噪聲而達到減噪目的的技術(shù)

有源減噪的儀器系統(tǒng)

主要包括傳聲器、放大器、反相裝置、功率放大器和揚聲器。第五十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六60六、掩蔽SoundMask

用途1：大型敞開式辦公室，減少相互干擾?？衫眠m當?shù)目照{(diào)系統(tǒng)的背景噪聲。第六十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六61用途2：減少降低外部傳入噪聲的代價第六十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六七、涂抹阻尼材料

阻尼材料就是內(nèi)損耗大的材料。常見阻尼材料：746阻尼漿、瀝青、軟橡膠以及一些高分子涂料。

阻尼材料應(yīng)具備盡可能高的阻尼系數(shù),并與金屬板能緊密粘結(jié)。第六十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六第六節(jié)

建筑聲學材料與結(jié)構(gòu)第六十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六

需要了解

吸聲材料：材料的吸聲機理、如何測定材料的吸聲系數(shù)、不同吸聲材料的應(yīng)用，等

隔聲材料：材料的隔聲機理，如何提高材料的隔聲性能，材料的隔聲性能評定，材料隔振的機理，不同材料隔振效果，等第六十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六65吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)

吸聲材料的吸聲系數(shù)和吸聲量吸聲系數(shù)a：吸收聲占入射聲的比例吸聲特性和聲波入射角度有關(guān)——均勻方向的稱作“無規(guī)入射”或“擴散入射”室內(nèi)聲學設(shè)計中通常用擴散入射吸聲系數(shù)而在消聲器設(shè)計中通常用垂直入射吸聲系數(shù)同一種材料和結(jié)構(gòu)對于不同頻率的聲波有不同的吸聲系數(shù)。吸聲構(gòu)件的實際吸聲量與吸聲構(gòu)件的圍蔽面積有關(guān)：A＝aS

第六十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六66

多孔吸聲材料微孔很多且相互連通，吸收多，反射少，效果好，如纖維板、毛氈、礦棉微孔靠得很近卻不相通，效果不好，如泡沫樹脂、多孔橡膠

共振吸聲結(jié)構(gòu) 薄膜、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)空腔、穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)

空間吸聲體第六十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期六67吸聲材料吸聲原理

聲波導致空氣在吸聲材料中行進、反射、折射過程中產(chǎn)生摩擦而損耗聲能，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芪暡牧弦踩菀淄嘎暤诹唔?，共八十?/p>