章建筑声环境

1、2本章内容本章内容B 建筑声环境的基本知识建筑声环境的基本知识B 人体对声环境的反应原理与噪声评价人体对声环境的反应原理与噪声评价B 声音传播与衰减的原理声音传播与衰减的原理B 材料与结构的声学性能材料与结构的声学性能B 噪声的控制与治理方法噪声的控制与治理方法3声环境控制的意义声环境控制的意义B 创造良好的满足要求的声环境创造良好的满足要求的声环境B 保证居住者的健康保证居住者的健康B 提高劳动生产率提高劳动生产率B 保证工艺过程要求保证工艺过程要求B 录音棚、演播室录音棚、演播室B 高保真音乐厅高保真音乐厅第一节第一节建筑声环境的基本知识建筑声环境的基本知识B声波的基本物理性质声波的基本物

2、理性质B声音的计量声音的计量5声音是什么？声音是什么？B 声波：声源振动引起弹声波：声源振动引起弹性媒质的压力变化，并在性媒质的压力变化，并在弹性媒质中传播的机械波弹性媒质中传播的机械波B 声源：振动的固体、液声源：振动的固体、液体、气体体、气体B 声压：空气压强的变化声压：空气压强的变化量，量，10-510 Pa量级量级B 特性：波长特性：波长 、频率、频率 f、声速声速 cfc 6声音的传播速度声音的传播速度B 声速与媒质的弹性、密度和温度有关声速与媒质的弹性、密度和温度有关B 空气中的声速：理想气体中空气中的声速：理想气体中B k 绝热指数，绝热指数，R 气体常数，气体常数，T 绝对温度

3、。绝对温度。B 空气中声速是温度的单值函数。在建筑环空气中声速是温度的单值函数。在建筑环境领域中变化范围很小，近似：境领域中变化范围很小，近似：340 m/s B 固液体中的声速固液体中的声速B 钢钢 5000 m/sB 松木松木 3320 m/sB 水水 1450 m/sB 软木软木 500 m/skRTc 7声音的频带声音的频带B 人耳可以听见范围为人耳可以听见范围为 20 20000HzB 人耳听不见的范围人耳听不见的范围B 20 Hz 以下：次声以下：次声B 20000 Hz 以上：超声以上：超声B 31.25 Hz频率频率8声音的频带声音的频带B 简谐音（纯音）简谐音（纯音）B 声压

4、变化为只有一个频率的余弦函数的声音声压变化为只有一个频率的余弦函数的声音B 只需要频率只需要频率f 和声压幅值和声压幅值Pm就可以描述就可以描述B 复音复音B 周期性信号，含有基频和谐频，谐频是基频的周期性信号，含有基频和谐频，谐频是基频的整倍数整倍数B其频谱图可以表示为在基频其频谱图可以表示为在基频f0和和2f0、3f0、 nf0 处的一系列高矮不等的竖直线处的一系列高矮不等的竖直线线状谱线状谱(离离散谱散谱)B普通声响频谱一般为连续频谱普通声响频谱一般为连续频谱9乐声的线状谱乐声的线状谱B音调的高低取决于基频，而音色取决于谐音调的高低取决于基频，而音色取决于谐频分量的构成频分量的构成10普

5、通声响频谱一般为连续频谱普通声响频谱一般为连续频谱11声音的频带声音的频带B 频程频程B把声频范围划分成几个频段，称作频把声频范围划分成几个频段，称作频程或频带程或频带B 倍频程倍频程B两个频率之比为两个频率之比为2:1的频程。一般用倍的频程。一般用倍频程划分频带，中心频率分别为：频程划分频带，中心频率分别为：31.3(31.25)、63(62.5)、125、250、500、1000、2000、4000 、8000 Hz。12声音的计量声音的计量B 声功率声功率W：声源在单位时间内对外辐射的：声源在单位时间内对外辐射的声能，即在全部可听范围所辐射的功率，声能，即在全部可听范围所辐射的功率，单位

6、单位W。也可特指在某个有限频率范围所。也可特指在某个有限频率范围所辐射的功率，亦称频带声功率。辐射的功率，亦称频带声功率。B 声强声强 I：单位时间内通过垂直于传播方向：单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的平均声功率，上单位面积的平均声功率，W/m2。B 声压声压 p：声波的压强与媒质的静压之差，：声波的压强与媒质的静压之差，Pa cpI 2 13听觉范围听觉范围量级差非常大量级差非常大B 可闻阈可闻阈(听阈听阈)B 人耳刚能感受的人耳刚能感受的声音声音p0=210-5 PaBI0=110-12 W/m2B 疼痛阈疼痛阈 闻之人耳则痛，闻之人耳则痛，p=200 Pa，I =100 W/m2

7、B 烦恼阈烦恼阈B 闻之烦闻之烦恼不安恼不安Bp0=20 Pa，I0=1W/m214声音的度量声音的度量B 分贝标度和声级分贝标度和声级L ，单位，单位dBB 设立的必要性设立的必要性B 数据范围太大，如数据范围太大，如 2105Pa 20PaB 人的听觉响应与声强、声压呈对数关系人的听觉响应与声强、声压呈对数关系B 声强级声强级B 声压级声压级B 声功率级声功率级0lg10IILI 0lg20ppLp 0lg10WWLw 15声源的扩散和叠加特性声源的扩散和叠加特性B 点声源的声功率和声点声源的声功率和声强：声音球面扩散强：声音球面扩散B 声强可以直接叠加，声强可以直接叠加，故有故有: B

8、总声压是各声压的均总声压是各声压的均方根方根:iII 2ipp 24rWI 16声源声级叠加：非线性！声源声级叠加：非线性！B 两个声源叠加两个声源叠加(I、P、W 声级同理声级同理)：B n 个相同声源个相同声源L1叠加：叠加：B 两个相同声源叠加，声两个相同声源叠加，声级增加了级增加了 10 lg2 = 3 dB )101lg(1010121LLLL nLLlg101 17两个不同声源叠加，差别超过两个不同声源叠加，差别超过1015 dB，可以忽略。可以忽略。增加的声级数增加的声级数声源声级差声源声级差18声源的指向性声源的指向性B在距声源中心等距离的不在距声源中心等距离的不同方向的空间位

9、置处的声同方向的空间位置处的声压级不相等压级不相等B指向性指数指向性指数DI在离声在离声源相同距离源相同距离r 处，某个方向处，某个方向的实际声压级的实际声压级Lp(r, , )与与参考声压级参考声压级Lp0(r)之差之差B 指向性因数指向性因数Q 实际声实际声强强I (r, , )与参考声强与参考声强I0(r )的比值。的比值。BQ与指向性指数与指向性指数DI的关系：的关系：DI = 10 lg Q 19S0为声源面积，为声源面积，f 为频率，为频率，IIV是声源的是声源的4种位置种位置声源的指向性因数声源的指向性因数QB 声源尺寸比波声源尺寸比波长大得越多，指长大得越多，指向性就越强向性就

10、越强 B 指向性与边界指向性与边界对声波自由扩散对声波自由扩散的阻碍有关的阻碍有关 B 处于喇叭状角处于喇叭状角落，指向性最强落，指向性最强第二节第二节人体对声环境的反应人体对声环境的反应原理与噪声评价原理与噪声评价B 人的主观听觉特性人的主观听觉特性B 噪声的评价噪声的评价B 噪声的标准噪声的标准21人的主观听觉特性人的主观听觉特性B 什么是噪声？什么是噪声？ 人们不愿意听到的任何声音人们不愿意听到的任何声音22听觉机构听觉机构 23人人耳耳的的听听觉觉特特征征B 特征：对高频声比对低频声敏感特征：对高频声比对低频声敏感B 响度级：用响度级：用1000 Hz 纯音的声压级代表其纯音的声压级代

11、表其等响曲线的响度级，单位等响曲线的响度级，单位Phon听阈听阈痛阈痛阈24声级计：声级计：A、B、C、D计权网络计权网络 B 声级计为模拟人耳听觉而进行滤波，分别模拟人耳对声级计为模拟人耳听觉而进行滤波，分别模拟人耳对40方、方、70方和方和100方纯音的反应而得到方纯音的反应而得到A、B、C三种计权方式。三种计权方式。D计计权用于测量航空噪声。权用于测量航空噪声。B 对不同的频率有不同的衰减。对不同的频率有不同的衰减。1000Hz的衰减均为是的衰减均为是0。 25掩蔽效应掩蔽效应B 一种声音存在提高了一种声音存在提高了另一种声音的可闻阈另一种声音的可闻阈B 频率相近则掩蔽作用频率相近则掩蔽

12、作用显著显著B 对高频掩蔽作用比对对高频掩蔽作用比对低频掩蔽作用大低频掩蔽作用大B 有利有弊有利有弊B 弊：听不清要听的弊：听不清要听的内容，降低工作效内容，降低工作效率率B 利：避免一些噪声利：避免一些噪声的干扰，提高工作的干扰，提高工作效率效率掩蔽音的声压级掩蔽音的声压级被掩蔽音的声压级被掩蔽音的声压级dB26掩蔽效应掩蔽效应B 适合的掩蔽背景声的特点适合的掩蔽背景声的特点B 无表达含义无表达含义B 响度不大响度不大B 连续连续B 无方位感无方位感B 掩蔽背景声掩蔽背景声B 低响度低响度的空调通风系统噪声往往是很好的的空调通风系统噪声往往是很好的掩蔽背景声掩蔽背景声B 轻微的音乐声轻微的音

13、乐声B 隐约的语言声隐约的语言声27日本办公楼噪声干扰感觉的调查日本办公楼噪声干扰感觉的调查28噪声评价：噪声评价：A声级声级B用用A计权方式测得的噪声级称作计权方式测得的噪声级称作A声级，是声级，是一个综合叠加得到的单一的数值。一个综合叠加得到的单一的数值。B环境噪声响度多在环境噪声响度多在40方上下，故方上下，故A声级能声级能够较好地反映人对噪声的主观反应。够较好地反映人对噪声的主观反应。B A声级声级LA(或或LpA)B 针对稳态噪声。对于一个噪声的倍频带谱针对稳态噪声。对于一个噪声的倍频带谱 ： niALAiiL120/ )(10lg1029噪声评价：噪声评价：A声级声级B等效连续等效

14、连续A声级声级B 针对声级随时间变化的噪声，在一段时间内针对声级随时间变化的噪声，在一段时间内能量平均的等效声级能量平均的等效声级 B累积分布声级累积分布声级LX B用随机噪声声级出现的累积概率来表示用随机噪声声级出现的累积概率来表示:例如例如L1070dB，表示有，表示有10%的测量时间内声级的测量时间内声级超过超过70dB 60)(2901050,LLLLTAeq 21101210110tttLTAeqdtttLA/ )(,lg NiiniLiTAeqTTLAi1110/,/10lg1030噪声评价曲噪声评价曲线：线：NR(Noise Rating)B 单值单值A声级不能反声级不能反映噪声

15、的频谱特性映噪声的频谱特性B NR曲线：中国、曲线：中国、欧洲常用，欧洲常用，ISO推推荐荐B 考虑了低频噪声难考虑了低频噪声难消除的因素消除的因素B LA =NR+5 dB31噪声评价曲线：噪声评价曲线：NCB NC曲线曲线(Noise Criterion Curves)，Beranek于于1957年年提出，提出，1968年开始年开始实施。实施。ISO推荐，推荐，英、美、日常用。英、美、日常用。B 对低频的要求比对低频的要求比NR曲线苛刻曲线苛刻B LA =NC+10 dBB NCNR532噪声评价曲线：噪声评价曲线：PNCB PNC(Preferred Noise Curves )是对是对

16、NC曲线进曲线进行的修正行的修正B 对低频部分更对低频部分更进一步进行了进一步进行了降低降低B PNC=3.5+NC33我国的室内噪声标准我国的室内噪声标准 房间类型房间类型NR(dB)A声级声级dB(A) 卧室、书房、病房卧室、书房、病房 3545 4050 起居室起居室4045 4050 语言教室语言教室 35 40 一般教室一般教室45 50 门诊室门诊室5055 5560 手术室手术室4045 4050 宾馆客房宾馆客房3045 3550 会议室会议室30 35 学术报告厅、阅览室学术报告厅、阅览室25 30 室内乐、演唱厅室内乐、演唱厅20 25 办公室办公室35 40 宴会厅宴会厅

17、35 40第三节第三节声音传播与衰减的原理声音传播与衰减的原理35声音的传播规律声音的传播规律B 遇到障碍物：反射、散射、衍射遇到障碍物：反射、散射、衍射(绕射绕射)36声音的透射和吸收声音的透射和吸收吸收吸收透射透射吸收吸收37在自由场的声音的传播和衰减在自由场的声音的传播和衰减B 对于点声源对于点声源 4lg10lg2041lg102 rLrLLwwP38声音在室内空间中的传播声音在室内空间中的传播 B 室内声场室内声场B由直达声与多次反射声组由直达声与多次反射声组成成B声音比自由声场大，且不声音比自由声场大，且不随距离平方衰减随距离平方衰减B有有“混响现象混响现象 ”B 平均吸声系数平均

18、吸声系数B室内声级随时间室内声级随时间t 衰减的衰减的量量 )1lg(410lg10)(0atVcSDDtLt 39声音在室内的增长和衰减声音在室内的增长和衰减B 室内吸声量越大，衰减越快室内吸声量越大，衰减越快B 房间容积越大，衰减越慢房间容积越大，衰减越慢)1ln(161. 060aSVT 40S0为声源面积，为声源面积，f 为频率，为频率，IIV是声源的是声源的4种位置种位置)(0mHzSf 指向性因数指向性因数QAB室内的室内的声压级声压级B 室内某点声压级室内某点声压级B Q指向性因数，指向性因数，取决与声源与接收取决与声源与接收点的相对关系点的相对关系B R房间常数房间常数B S房

19、间总表面积房间总表面积B a平均吸声系平均吸声系数数)44lg(102RrQLLWp aaSR 1第四节第四节材料与结构的声学性能材料与结构的声学性能42吸声材料和吸声结构吸声材料和吸声结构B 吸声材料的吸声系数和吸声量吸声材料的吸声系数和吸声量 B 吸声系数吸声系数a：吸收声占入射声的比例：吸收声占入射声的比例B吸声特性和声波入射角度有关吸声特性和声波入射角度有关均匀方向均匀方向的称作的称作“无规入射无规入射”或或“扩散入射扩散入射”B室内声学设计中通常用扩散入射吸声系数室内声学设计中通常用扩散入射吸声系数B而在消声器设计中通常用垂直入射吸声系而在消声器设计中通常用垂直入射吸声系数数 B 同

20、一种材料和结构对于不同频率的声波有不同一种材料和结构对于不同频率的声波有不同的吸声系数。同的吸声系数。 B 吸声构件的实际吸声量与吸声构件的围蔽面吸声构件的实际吸声量与吸声构件的围蔽面积有关：积有关：AaS 43吸声材料和吸声结构吸声材料和吸声结构B 多孔吸声材料多孔吸声材料B 微孔很多且相互连通，吸收多，反射少，微孔很多且相互连通，吸收多，反射少，效果好，如纤维板、毛毡、矿棉效果好，如纤维板、毛毡、矿棉B 微孔靠得很近却不相通，效果不好，如泡微孔靠得很近却不相通，效果不好，如泡沫树脂、多孔橡胶沫树脂、多孔橡胶B 共振吸声结构共振吸声结构B 薄膜、薄板共振吸声结构薄膜、薄板共振吸声结构B 空腔

21、、穿孔板共振吸声结构空腔、穿孔板共振吸声结构B 空间吸声体空间吸声体44吸声材料吸声原理吸声材料吸声原理B 声波导致空气在吸声材料中行进、反射、折射声波导致空气在吸声材料中行进、反射、折射过程中产生摩擦而损耗声能，转变为热能过程中产生摩擦而损耗声能，转变为热能B 吸声材料也容易透声吸声材料也容易透声45吸声材料的频谱特性吸声材料的频谱特性高频较易消除高频较易消除46薄薄膜膜 薄薄板板共共振振吸吸声声结结构构B 不透气薄膜薄板与板壁间有一空不透气薄膜薄板与板壁间有一空气夹层，薄膜、薄板振动消耗声气夹层，薄膜、薄板振动消耗声能。能。47共振消声原理共振消声原理B 共振结构在声波激发下振动，振动的结

22、构共振结构在声波激发下振动，振动的结构由于本身的内摩擦和与空气间的摩擦把部分由于本身的内摩擦和与空气间的摩擦把部分振动能量转变为热能而损耗。因此振动的结振动能量转变为热能而损耗。因此振动的结构消耗声能，产生吸声效果。构消耗声能，产生吸声效果。B 适应频带：中、低频适应频带：中、低频B 共振会放大声音吗？共振共振会放大声音吗？共振 共鸣！共鸣！B 共鸣：机械能激发物体振动向空气辐射声能共鸣：机械能激发物体振动向空气辐射声能B 共振：空气中传播的声能激发物体机械振动共振：空气中传播的声能激发物体机械振动48空腔共振器空腔共振器B 空腔孔颈空气柱由于空腔孔颈空气柱由于共振而激烈运动，消耗共振而激烈运

23、动，消耗能量，腔内空气起弹簧能量，腔内空气起弹簧缓冲作用缓冲作用49穿孔板共振器穿孔板共振器B 穿孔板与墙间空穿孔板与墙间空腔形成共振腔腔形成共振腔50空间吸声体空间吸声体B 当房间表面不足作当房间表面不足作吸声表面时使用。吸声表面时使用。51隔声隔声52不同类型的隔声构件的隔声量不同类型的隔声构件的隔声量 30 4053B空气间层的空气间层的弹性变形具弹性变形具有减振作用有减振作用B空气层厚度空气层厚度有一个最佳有一个最佳值值空气层对隔声效果的影响空气层对隔声效果的影响54小孔对隔声作用的影响小孔对隔声作用的影响B 孔径相对波长越大，衍射作用越强孔径相对波长越大，衍射作用越强第五节第五节 噪

24、声的控制与治理方法噪声的控制与治理方法B 声源控制声源控制B 气流噪声的消除气流噪声的消除B 噪声的掩蔽噪声的掩蔽56噪声控制措施噪声控制措施B 降低噪声源噪声降低噪声源噪声B 噪声源的控制、减振噪声源的控制、减振B 传播途径降低噪声传播途径降低噪声B 吸声、隔声、消声、隔振吸声、隔声、消声、隔振B 掩蔽掩蔽B 主动加入掩蔽噪声主动加入掩蔽噪声57降低噪声的方法降低噪声的方法 B 吸声降噪吸声降噪B 在室内天花或墙面上布置吸声材料，可在室内天花或墙面上布置吸声材料，可使混响声减弱，但直达声不会降低使混响声减弱，但直达声不会降低B 靠吸声降噪很难把噪声降低靠吸声降噪很难把噪声降低10 dB以上以上 B 在靠近声源处作用很小：直达声为主在靠近声源处作用很小：直达声为主 B 减振和隔振减振和隔振 B 隔声隔声B适当的隔声设施，能降低噪声适当的隔声设施，能降低噪声2050dB 58振动与隔振原理振动与隔振原理B 振动的危害振动的危害B 使人烦恼，妨碍工作使人烦恼