建筑環(huán)境學(xué)07第7章建筑聲環(huán)境

第七章

建筑聲環(huán)境本章內(nèi)容建筑聲環(huán)境的根本知識人體對聲環(huán)境的反響原理與噪聲評價(jià)聲音傳播與衰減的原理資料與構(gòu)造的聲學(xué)性能噪聲的控制與治理方法2聲環(huán)境控制的意義發(fā)明良好的滿足要求的聲環(huán)境保證居住者的安康提高勞動消費(fèi)率保證工藝過程要求錄音棚、演播室高保真音樂廳3第一節(jié)

建筑聲環(huán)境的根本知識聲波的根本物理性質(zhì)聲音的計(jì)量聲音是什么？聲波：聲源振動引起彈性媒質(zhì)的壓力變化，并在彈性媒質(zhì)中傳播的機(jī)械波聲源：振動的固體、液體、氣體聲壓：空氣壓強(qiáng)的變化量，10-5～10Pa量級特性：波長、頻率f、聲速c波長7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)5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/s7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)6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7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)7聲音的頻帶簡諧音〔純音〕聲壓變化為只需一個(gè)頻率的余弦函數(shù)的聲音只需求頻率f和聲壓幅值Pm就可以描畫復(fù)音周期性信號，含有基頻調(diào)和頻，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)普通聲響頻譜普通為延續(xù)頻譜7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)8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7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)基頻諧頻880,1320,1760,2200,2640,3080,3520……9普通聲響頻譜普通為延續(xù)頻譜7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)10聲音的頻帶頻程把聲頻范圍劃分成幾個(gè)頻段，稱作頻程或頻帶倍頻程兩個(gè)頻率之比為2:1的頻程。普通用倍頻程劃分頻帶，中心頻率分別為：31.3(31.25)、63(62.5)、125、250、500、1000、2000、4000、8000Hz。7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)11聲音的計(jì)量聲功率W：聲源在單位時(shí)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(gè)有限頻率范圍所輻射的功率，亦稱頻帶聲功率。聲強(qiáng)I：單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)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(qiáng)與媒質(zhì)的靜壓之差，Pa媒質(zhì)的密度7-1.2聲音的計(jì)量12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——聞之人耳那么痛，p=200Pa，I=100W/m27-1.2聲音的計(jì)量煩惱閾 ——聞之煩惱不安 p0=20Pa，I0=1W/m213聲音的度量分貝標(biāo)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人的聽覺呼應(yīng)與聲強(qiáng)、聲壓呈對數(shù)關(guān)系聲強(qiáng)級聲壓級聲功率級可聞閾值1×10-12W7-1.2聲音的計(jì)量14聲源的分散和疊加特性點(diǎn)聲源的聲功率和聲強(qiáng)：聲音球面分散聲強(qiáng)可以直接疊加，故有:總聲壓是各聲壓的均方根:rW7-1.2聲音的計(jì)量球面波平面波15聲源聲級疊加：非線性！兩個(gè)聲源疊加(I、P、W聲級同理)：n個(gè)一樣聲源L1疊加：兩個(gè)一樣聲源疊加，聲級添加了10lg2=3dBL=3dB7-1.2聲音的計(jì)量16兩個(gè)不同聲源疊加，差別超越10~15dB，可以忽略。添加的聲級數(shù)聲源聲級差7-1.2聲音的計(jì)量17聲源的指向性在距聲源中心等間隔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——在離聲源一樣間隔r處，某個(gè)方向的實(shí)踐聲壓級Lp(r,θ,φ)與參考聲壓級Lp0(r)之差指向性因數(shù)Q——實(shí)踐聲強(qiáng)I(r,θ,φ)與參考聲強(qiáng)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(qiáng)I0(r)無方向性的點(diǎn)聲源構(gòu)成的聲壓場7-1.3聲源的指向性18S0為聲源面積，f為頻率，I～I(xiàn)V是聲源的4種位置7-1.3聲源的指向性聲源的指向性因數(shù)Q聲源尺寸比波長大得越多，指向性就越強(qiáng)指向性與邊境對聲波自在分散的妨礙有關(guān)處于喇叭狀角落，指向性最強(qiáng)19第二節(jié)

人體對聲環(huán)境的反響原理與噪聲評價(jià)人的客觀聽覺特性噪聲的評價(jià)噪聲的規(guī)范人的客觀聽覺特性什么是噪聲？人們不情愿聽到的任何聲音空氣聲：經(jīng)空氣和圍護(hù)構(gòu)造傳播固體聲：振動噪聲7-2人體對聲環(huán)境的反響原理與噪聲評價(jià)21聽覺機(jī)構(gòu)7-2人體對聲環(huán)境的反響原理與噪聲評價(jià)

自在場最小可聽閾煩惱閾疼痛閾22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等響曲線聽閾痛閾7-2.2聽覺特性23聲級計(jì)：A、B、C、D計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)聲級計(jì)為模擬人耳聽覺而進(jìn)展濾波，分別模擬人耳對40方、70方和100方純音的反響而得到A、B、C三種計(jì)權(quán)方式。D計(jì)權(quán)用于丈量航空噪聲。對不同的頻率有不同的衰減。1000Hz的衰減均為是0。7-2.2聽覺特性24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那么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，降低任務(wù)效率利：防止一些噪聲的干擾，提高任務(wù)效率掩蔽音的聲壓級被掩蔽音的聲壓級dB7-2.2聽覺特性25掩蔽效應(yīng)適宜的掩蔽背景聲的特點(diǎn)無表達(dá)含義響度不大延續(xù)無方位感掩蔽背景聲低響度的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)噪聲往往是很好的掩蔽背景聲細(xì)微的音樂聲隱約的言語聲7-2.2聽覺特性26日本辦公樓噪聲干擾覺得的調(diào)查7-2.2聽覺特性27噪聲評價(jià)：A聲級用A計(jì)權(quán)方式測得的噪聲級稱作A聲級，是一個(gè)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聲級可以較好地反映人對噪聲的客觀反響。A聲級LA(或LpA)針對穩(wěn)態(tài)噪聲。對于一個(gè)噪聲的倍頻帶譜：7-2.3噪聲的評價(jià)28噪聲評價(jià)：A聲級等效延續(xù)A聲級針對聲級隨時(shí)間變化的噪聲，在一段時(shí)間內(nèi)能量平均的等效聲級累積分布聲級LX用隨機(jī)噪聲聲級出現(xiàn)的累積概率來表示:例如L10＝70dB，表示有10%的丈量時(shí)間內(nèi)聲級超越70dB7-2.3噪聲的評價(jià)離散噪聲29噪聲評價(jià)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引薦思索了低頻噪聲難消除的要素LA=NR+5dB7-2.3噪聲的評價(jià)30噪聲評價(jià)曲線：NCNC曲線(NoiseCriterionCurves)，Beranek于1957年提出，1968年開場實(shí)施。ISO引薦，英、美、日常用。對低頻的要求比NR曲線苛刻LA=NC+10dBNC＝NR－57-2.3噪聲的評價(jià)31噪聲評價(jià)曲線：PNCPNC(PreferredNoiseCurves)是對NC曲線進(jìn)展的修正對低頻部分更進(jìn)一步進(jìn)展了降低PNC=3.5+NC7-2.3噪聲的評價(jià)32我國的室內(nèi)噪聲規(guī)范房間類型 NR(dB) A聲級dB(A)臥室、書房、病房 35~45 40~50起居室 40~45 40~50言語教室 35 40普通教室 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(xué)術(shù)報(bào)告廳、閱覽室 25 30室內(nèi)樂、演唱廳 20 25辦公室 35 40宴會廳 35 407-2.4噪聲的規(guī)范33第三節(jié)

聲音傳播與衰減的原理聲音的傳播規(guī)律遇到妨礙物：反射、散射、衍射(繞射)AE妨礙物相對波長的尺度由大至小7-3.1聲音傳播與衰減的原理35聲音的透射和吸收吸收透射吸收透射7-3.1聲音傳播與衰減的原理反射入射36在自在場的聲音的傳播和衰減對于點(diǎn)聲源相對參考值117-3.2聲音在室外空間的傳播6dB3dB37聲音在室內(nèi)空間中的傳播室內(nèi)聲場由直達(dá)聲與多次反射聲組成聲音比自在聲場大，且不隨間隔平方衰減有“混響景象〞平均吸聲系數(shù)室內(nèi)聲級隨時(shí)間t衰減的量7-3.3聲音在室內(nèi)空間的傳播房間容積房間界面總面積38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7-3.3聲音在室內(nèi)空間的傳播停頓發(fā)聲后衰減60dB的時(shí)間稱為混響時(shí)間：39rrLpLpLWLWS0為聲源面積，f為頻率，I～I(xiàn)V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(diǎn)聲壓級Q－指向性因數(shù)，取決與聲源與接納點(diǎn)的相對關(guān)系R－房間常數(shù)S－房間總外表積a－平均吸聲系數(shù)40第四節(jié)

資料與構(gòu)造的聲學(xué)性能吸聲資料和吸聲構(gòu)造吸聲資料的吸聲系數(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“分散入射〞室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)中通常用分散入射吸聲系數(shù)而在消聲器設(shè)計(jì)中通常用垂直入射吸聲系數(shù)同一種資料和構(gòu)造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(shí)踐吸聲量與吸聲構(gòu)件的圍蔽面積有關(guān)：A＝aS7-4資料與構(gòu)造的聲學(xué)性能42吸聲資料和吸聲構(gòu)造多孔吸聲資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、多孔橡膠共振吸聲構(gòu)造 薄膜、薄板共振吸聲構(gòu)造空腔、穿孔板共振吸聲構(gòu)造空間吸聲體7-4資料與構(gòu)造的聲學(xué)性能43吸聲資料吸聲原理聲波導(dǎo)致空氣在吸聲資料中行進(jìn)、反射、折射過程中產(chǎn)生摩擦而損耗聲能，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芪曎Y料也容易透聲7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造44吸聲資料的頻譜特性

——高頻較易消除7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造45薄膜薄板共振吸聲構(gòu)造不透氣薄膜薄板與板壁間有一空氣夾層，薄膜、薄板振動耗費(fèi)聲能。7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造46共振消聲原理共振構(gòu)造在聲波激發(fā)下振動，振動的構(gòu)造由于本身的內(nèi)摩擦和與空氣間的摩擦把部分振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗。因此振動的構(gòu)造耗費(fèi)聲能，產(chǎn)生吸聲效果。順應(yīng)頻帶：中、低頻共振會放大聲音嗎？共振共鳴！共鳴：機(jī)械能激發(fā)物體振動向空氣輻射聲能共振：空氣中傳播的聲能激發(fā)物體機(jī)械振動7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造47空腔共振器空腔孔頸空氣柱由于共振而猛烈運(yùn)動，耗費(fèi)能量，腔內(nèi)空氣起彈簧緩沖作用7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造48穿孔板共振器穿孔板與墻間空腔構(gòu)成共振腔7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造49空間吸聲體當(dāng)房間外表缺乏作吸聲外表時(shí)運(yùn)用。吸聲資料7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造50隔聲7-4.3隔聲和構(gòu)件的隔聲特性開窗單3雙3-100雙3-200雙13單1351不同類型的隔聲構(gòu)件的隔聲量7-4.3隔聲和構(gòu)件的隔聲特性304030dB45dB34dB52空氣間層的彈性變形具有減振作用空氣層厚度有一個(gè)最正確值7-4.3隔聲和構(gòu)件的隔聲特性空氣層對隔聲效果的影響53小孔對隔聲作用的影響孔徑相對波長越大，衍射作用越強(qiáng)=11.7cm=3.4m7-4.3隔聲和構(gòu)件的隔聲特性54第五節(jié)

噪聲的控制與治理方法

聲源控制氣流噪聲的消除噪聲的掩蔽噪聲控制措施降低噪聲源噪聲噪聲源的控制、減振傳播途徑降低噪聲吸聲、隔聲、消聲、隔振掩蔽自動參與掩蔽噪聲7-5噪聲的控制與治理方法56降低噪聲的方法吸聲降噪在室內(nèi)天花或墻面上布置吸聲資料，可使混響聲減弱，但直達(dá)聲不會降低靠吸聲降噪很難把噪聲降低10dB以上在接近聲源處作用很小：直達(dá)聲為主減振和隔振隔聲適當(dāng)?shù)母袈曉O(shè)備，能降低噪聲20~50dB7-5.1噪聲源的控制57振動與隔振原理振動的危害使人煩惱，妨礙任務(wù)產(chǎn)生噪聲損壞建筑物和設(shè)備振動傳送比T：輸出的動力占振源輸入動力的百分比f為振源頻率，f0為減振構(gòu)造固有頻率7-5.1噪聲源的