建筑物理(声)课堂笔记

1、哈尔滨工业大学建筑学院建筑物理（声）课堂笔记 教师：张卷舒建筑物理（声）课堂笔记第一章 基础知识建筑声学的两大任务：噪声控制，音质设计。课程内容：1、声音的基本性质：声音的产生和传播2、人对声音的感知和评价：心理和生理声学3、室内传声质量4、材料和构件的吸声和隔声性能5、建筑物内外噪声控制当前建筑设计中存在的若干声学问题：1、 大量住宅建设中的隔声问题2、 各类厅堂中的室内音质问题3、 轻薄结构和预制构件带来的隔声新问题4、 施工和建筑内的机械设备5、 城市噪声环境6、 重造型、轻功能声环境控制的意义：创造良好的满足要求的声环境1、 保证良好的听闻条件2、 保证安静的环境，防止噪声干扰3、 保

2、证工艺过程要求（录音棚、演播室等）声音的产生是物体振动的结果，这些物理波动现象引起听觉感觉。建筑声学考虑的问题都与主观听觉有关，因此频率、强度有限听觉的频率范围：2020000Hz,正常频率1008000Hz小于20Hz是次声波，如潜艇；大于20000Hz是超声波，如海豚。100Hz声学工程中的一般极限440Hz音乐中的标准音1000Hz声学工程中标准参考音4000Hz钢琴的最高音阶声学的频带：把声频范围划分成几个频段，叫做频带，度量单位为频程。频带宽度：f=f2-f1频带中心频率：f c= 倍频程：两个频率之比为2:1的频程声音的传播声速与媒质的弹性、密度和温度有关。空气中的声速：理想气体中

3、c=声压是空气压强的变化量而不是空气压强本身。声音传播过程是一个状态传播过程，而不是空气质点的输运过程。本质是能量的传播。声源的种类：1、点声源（如嘴巴），尺寸小于1/7波长，波阵面为球面； 2、线声源（如西大直街），单一尺寸小于1/7波长，波阵面为柱面； 3、面声源，波阵面为平面。波阵面是波形中振动相同的点所组成的面。反射定律：1、入射角=反射角；2、入射线与反射线在法线两侧；3、入射线、法线、反射线在同一平面内。透射系数：=E/E0 ；反射系数：=E/E0 ；吸声系数：=1-=1- E/E0 一般情况下，透射部分的能量要小于反射部分的能量。小的材料成为“隔声材料”，小的材料称为“吸声材料”

4、。声功率：声源在单位时间内对外辐射的声能，单位为W。铁锤敲铁钉的声功率为1W，人耳隐约听见的声功率为1×10-12 W。声强I：单位面积上的声功率分布，W/。点声源：I=dW /dS =W/4r2 面声源的声强与距离无关。声压P：声源发出能量后引起的声场大气压的改变量，单位为Pa。自由声场中，I=P2/0c分贝即声功率级LW=10lg，W0=1×10-12 W，本无量纲，人为加上dB作为单位。声强级：LI=10lg，声压级：LP=20lg声强可以叠加，I=总声压是各声压的均方根：P= 声源声级的叠加式非线性的。听力痛点140dB，飞机发动机下；正常7080dB。两个声源叠加

5、，I、P、W声级不变。响度级：将待测声与1000Hz纯音相比较，若一样响，此时纯音声压级就是待测声的响度级，单位为Phon。（对高频声比低频声敏感）相同响度级低频声的声压级比高频声大。厅堂极限：120dB。声音的方向性：低频声方向性差，频率越高的声音方向性越集中在声源的传播主轴上。点声源没有方向性，线声源有，面声源方向性最强。声音的频谱倍频程：复合声=基频（f1）+谐频（f2），f2 / f1 =2n ，n是自然数时好听，反之则为噪声。白噪声：是指在较宽的频率范围内，各等带宽的频带所含的噪声能量相等的噪声。粉红噪声：（在水平线基础上，）对白噪声中的低频声的补偿。音调和音色的影响因素：频率、频谱

6、、激发声源的方式。双耳闻听效应：双耳判别声源位置的功能。时差效应混响过程：声源停止发声后，声场内的声音并不是立即消失，而是逐渐衰减的过程。声压级包括直达声和反射声。反射声与直达声到达时间相差在50ms以内（最大路程差340*0.5=17m），反射声能够加强直达声的声压级，即一次反射声效应。反射声与直达声到达时间相差大于50ms时，反射声会干扰直达声的听清程度，形成回声，即二次及以上的多次反射声效应。掩蔽作用：由于某个声音的存在，若想听清另一个声音，须加大此声音的声压级的过程。提高的声压级量称为掩蔽量。低频掩蔽高频。相同频率的声音掩蔽量最大。适合的掩蔽背景声的特点：无表达含义、响度不大、连续、无

7、方位感。低响度的空调通风系统噪声往往是很好的掩蔽背景声。还有轻微的音乐声和音乐的语言声。第二章 室内声学原理声学的表达方式：统一学法、波动学法、几何学法。建筑声学一般采用几何学法。声场建立的过程：声音的增长、稳态与衰竭(混响)。室内声场的特点：（1）相同距离声强比自由声场小且不随距离的平方衰减；（2）混响（衰减）现象。自由声场中，点声源距离翻倍，衰减6dB。根据使用功能和声音特性设计混响过程（确定混响时间）。T60 ：衰减60dB所经历的时间，即混响时间。不同使用功能混响时间不同，声音被吸收的速度也不同。清晰度要求高的房间T60 小。现在多用T20 、T30 。赛宾公式：T60 =，k=0.1

8、61（一般），0.14（正形房间）。V：房间容积A：房间吸声总量，A=·S（平均数）：房间内吸声材料的平均吸声系数，S：吸声面积讨论：当0时，计算结果T60 ，与实际情况相符； 当=1时，计算结果T60 是定值，而实际情况T60 =0。赛宾公式应用条件：0.2，且应用于小房间（声音垂直入射，声压级分布均匀）。依林公式：为加权平均值，T=-0.161室内的声压级：Lp=Lw+10·lg（+）。Q为声源指向性因数；R= ，是房间常数。自由声场Q值1个1个2个4个8均匀性厅堂类型允许最大极差/dB小46中68大810房间共振共振频率公式：fnx，ny，nz =Lx,Ly,Lz为房

9、间的长、宽、高；nx，ny，nz 为零或任意正整数，但三个数不能同时为零。简并：厅堂设计不合理导致复合声中某根频率被加强多次产生声音失真的现象。厅堂设计不合理只房间的长宽高相同或成倍数或成比例。尺寸采用黄金分割最好。第三章 吸声材料与吸声结构吸声材料的作用：（1）保证室内良好音质状况；（2）消除音质缺陷。吸声材料选取原则：（1）吸声特性（2）吸声原理（3）结合室内装修（4）结合装饰效果及经济性吸声材料的分类（按吸声机理分）：（1） 多孔性吸声材料（2） 薄板、薄膜共振吸声材料（3） 空腔共振吸声结构木屑、棉花、空气、石膏板、胶合板、穿孔板、皮革、厚布、窗帘是吸声材料。海绵、苯板不是吸声材料，因

10、为不存在贯穿的孔。多孔性吸声材料多孔性吸声材料的吸声原理：材料中存在多个贯穿的微孔，声能 使孔中空气长生运动，并与周边纤维摩擦生热，消耗声能。关键词：多个、贯穿、微孔。多孔性吸声材料吸声系数的影响因素：（1） 孔隙率：贯通空隙的体积与材料总体积的比值；（2） 空腔条件：对低频更有利；（3） 空气流阻 ；（4） 厚度；（5） 声音入射条件：垂直入射的吸声系数大；（6） 材料的容重：即密度，多孔材料条件下，密度越小，吸声系数越大；（7） 材料的罩面（布或金属网）：起防护和美观作用（防止有害物质被吸入人体并防止材料损坏）；（8） 材料的含湿状况；湿度越大，吸声系数越小，因为孔被水堵住，因此游泳馆不用

11、多孔吸声材料。多孔材料的附贴位置：非潮湿，地板贯通孔越小，媒质与孔壁总摩擦越大，耗能越多，吸声系数越大。空腔共振吸声结构穿孔板吸声结构亥姆霍斯共振器原理：简谐振动，声能转化为热能共鸣：机械能激发物体振动向空气辐射能量共振：空气中传播的能量激发物体振动穿孔板吸声系数的影响因素：（1） 穿孔直径：d越小，吸声系数越大，因为摩擦越大；（2） 板后空腔填多孔吸声材料：d3cm，主要提高高频；（3） 板后大空腔：d20cm，主要提高低频。薄板用于墙裙（1.5m）以上。薄膜、薄板共振吸声系统原理：不透气薄膜、薄板与板壁间有一空气间层；薄膜、薄板振动消耗声能。注意：（1）板后空腔密闭很重要，形成空气弹簧 （

12、2）采用不同空气厚度/龙骨间距/板材 （3）板后加多孔吸声材料，提高吸声效果 （4）共振频率80-300Hz，吸声系数0.2-0.5 其他吸声结构空间空间5腔填多孔吸声材料，莫灿越大吸声体的优点：（1） 构造简单；（2） 布置和铺吊方便；（3） 装饰性强；（4） 造型多变；（5） 便于上空的管道安装和装修；（6） 适应顶部采光的场合；（7） 适合大空间内的吸声处理。空间吸声体的形式：平板式、圆筒式、立体式强吸声结构（P375）典型结构：消声室要求尽可能接近自由声场吸声尖劈截止频率帘幕、洞口、人、家具声波入射到一个表面后，其不反射的声能部分，均视为吸声。前提是声源在同一空间内。隔声则指两个空间由

13、于中间隔断所引起的声阻作用，或称“透射损失”。良好的吸声未必是良好的隔声，反之亦然。第四章 噪声的控制噪声：人们不愿意听到的任何声音。噪声的类型：生活噪声、交通噪声、施工噪声、生产噪声。噪声的危害：（1） 听觉器官的危害；（2） 身体器官的危害；（3） 降低工作效率；（4） 影响生活质量；（5） 影响建筑安全。噪声的测量方法：用A计权方式测得的噪声级称作A声级。噪度级：将待测噪声与1000Hz白噪声相比较，若一样响，此时白噪声的声压级就是待测声的噪度级。频率越高越易让人烦躁。控制噪声的途径:1、 降低噪声源的噪声：（1） 降低声源声功率，改变声源指向性；（2） 采取隔声罩、消声器，减震；（3）

14、 限制作业时间、远离、搬迁等。2、 传播途径降低噪声：吸声、隔声、消声、隔振。隔声与吸声的不同：概念、材料、度量单位。3、 对接受者的保护：（1） 减少接受时间（噪声暴露时间）；（2） 掩蔽：主动加入掩蔽噪声。当离声源较近时，以降低声源噪声为主（接收直达声为主）；当离声源较远时，以降低室内界面反射能力为主（接收反射声为主）。建筑设计中控制噪声按噪声分类：静室、闹室、静闹兼有。将静室尽可能远离吵闹房间和外部噪声源；将静室尽可能设置在背离外界噪声源和辐射噪声的吵闹房间的地方；利用建筑物内部的交通空间或对降噪要求不高的房间，将静室与室内外噪声源隔离开；将静室和闹室分别集中布置。第五章 建筑隔声房屋隔

15、声房屋隔声效果由多方面因素决定：（1） 构件本身的隔声性能；（2） 穿墙的各种管道（尤其是通风管）和墙上各种洞口缝隙的影响；（3） 接收室的声学条件（背景、噪声、吸声情况、房间大小）和使用要求。洞口吸声称为“声漏”，1%大小的洞口能透过25%的声能。房屋隔声中有两大类声音要考虑：空气声、固体撞击声。两者的起因、原理不同空气声：声源直接向空气辐射能量，射向建筑构件（墙和楼板）固体撞击声：与结构直接接触（主要是楼板）空气声隔绝：围蔽结构隔绝外部空气声场的声能。固体声或撞击声隔绝：使撞击的能量辐射到建筑空间中的声能有所减少。1、 空气声隔绝单层匀质墙、双层墙、轻质墙、组合墙特殊墙：门和窗隔声量R2、

16、 单层、匀质、密实墙的空气声隔绝质量定律理想状态下的单层匀质墙：（1） 柔性墙（2） 墙无限大（有边界会使刚度下降）（3） 声音垂直入射R与面密度和频率成正比，f加倍，R增加6dB；m加倍，R增加6dB重墙效果好吻合效应3、双层、匀质、密实墙隔声提高隔声能力主要是空气间层作用在空气层中填多孔材料，也可减少共振时隔声量并在全频带上提升隔声量。R不全由质量定律决定，声桥也有影响。影响因素：（1） 双层墙之间是否有声桥（2） 空气层厚度（3） 空气层厚度增加，共振频率值下降，对隔声有利（4） 空腔内有驻波，会使曲线出现低谷（5） 对于轻板龙骨隔墙的R，龙骨影响较小，可用橡胶垫或发泡塑料提高轻板龙骨隔

17、声量的措施：（1） 利用弹性材料或构件，使双层墙之间刚性连接声桥作用降低（2） 各层板材质量或厚度不同，无吻合（3） 增加板片数，两侧板厚度或层数不同（4） 空气层间距变化不大，作用不明显（5） 内填多孔吸声材料（6） 交错龙骨可减少声桥影响，平顶、地面传声途径4、 窗户隔声窗板面、窗缝隙双层窗交错开启是一种简便有效的措施增加窗的层数窗缝的密封5、 门的隔声门板的隔声门缝的处理维护结构隔声户间隔声质量定律：墙越厚重、越密实，隔声越好轻质填充墙：采用双层墙或复合结构墙上不能有孔洞：声桥效应楼板撞击声现浇楼板重量大、效果好，75dB浮筑楼面：楼板结构层+弹性垫层+面层；高5cm墙体的噪声降低值NR

18、=L1-L2 =R+10lg dB隔声指数固体声的隔绝措施：弹性面层、弹性垫层、浮筑楼板、隔声吊顶设备隔声隔声罩的作用消声器：可以使气流通过而能降低噪声的装置消声器设计选型基本要求：较好的吸声频率特性空气阻力损失小结构简单，使用寿命长，造价低消声器种类：阻性消声器：利用吸声材料，中、高频有效抗性消声器：中、低频有效；扩张型、共振型复合型消声器：多种形式组合，宽频带消声第六章 室内音质设计主观评价标准响度：舒适合适的响度70dB清晰度：听清音节数/声源发出全部音节数低频、长混响影响清晰度丰满度：低频增加丰满度，长混响保证丰满度无音质缺陷：声聚焦、回声、颤声等房间容积的确定合适的响度合适的混响时间

19、赛宾公式座椅和观众的吸声占室内总吸声量的70-80%左右房间体形的确定充分利用直达声自然声由直达声和反射声组成（1） 合理的平面形状；（2）较小的平面尺寸距离声源的距离越远，声压级和响度都逐渐降低。争取前次反射声1、 反射板的角度调整：顶棚反射板降低并调整角度2、带楼座的厅堂声影区的概念：由于遮挡使前次反射声不能到达的区域。（1）楼座后墙往前推；（2）控制楼座出挑尺度：音乐厅、HB，其它、HB/2；（3）楼座下表面倾斜。3、中场声空白区：（1）平面做成钟形或楔形；（2）楼座下表面倾斜。4、侧墙：为避免大厅堂侧墙相距较远使声音反射次数较多从而造成颤声现象，平面做成梯形。增加扩散体，杂乱的、没有目

20、的性的（1） 增加声场声压级的均匀性；（2）消除音质缺陷，b0.15a。巨大的玻璃吊灯、包厢壁板、各种有意做的空间体、浮雕粗糙墙面不具备声扩散功能（就像拿篮球击墙一样）消除音质缺陷：1、 回声：（1）吸声材料；（2）做扩散体；（3）改变体形2、 声聚焦：3、 颤声：不平行或锯齿形墙面4、 长延迟反射声：混响时间的设计最佳混响时间的确定：常以500Hz声音的混响时间作为房间的最佳混响时间。确定依据：房间尺寸、（1） 确定最佳混响时间和频率特征曲线（2） 根据赛宾公式和依林公式计算声场所需吸声总量（3） 选择吸声材料，确定铺贴面积（4） 核算所选择材料的吸声量是否满足要求（所有倍频程都计算）电声系统的设计电声系统的组成：传声器、放大器和扬声器电声系统最主要作用：增大声压级功放功能：调整混响时间电声系统的要求：足够大的功率、在较宽频带上有放大功能语言类：1004000Hz，音乐类：5010000Hz。电声系统的布置：1、 集中式扬声器布置