建筑物理室内声环境2实用教案

1、第1页/共33页第一页，共34页。第二节自由声场(shn chn)与室内声场(shn chn)一、自由声场中声音(shngyn)的传播与声压级计算1、自由声场：当点声源向没有反射面的自由空间辐射声能时所产生的声场。2、自由声场遵循距离平方反比定律。 W= I / 4r2第2页/共33页第二页，共34页。3、声压级的计算： （1）、自由声场中声压级的计算： 点声源在自由空间辐射(fsh)声能时，距声源 r 米处的声压级：LP LP=LW-20Lg（r）-11 dB 其中：LW：声源的声功率， dB； r ：距声源的距离，m。 （2）、半自由声场中声压级的计算： LP=LW-20Lg（r）- 8

2、dB 第3页/共33页第三页，共34页。二、室内声场特点 特点：声音在封闭空间的传播。1、声波在各界面的反射、吸收和透射(tu sh)。2、与自由空间音质有所不同。3、声能的空间分布发生了变化。4、由于形体的不同，也可能产生声学上的缺陷。 （共振、回声、颤动回声及声染色等缺陷）第4页/共33页第四页，共34页。第5页/共33页第五页，共34页。三、室内声音的增长与衰减1、室内声音的增长 E（t）：瞬时声能密度，J/m3 W：声源声功率，w C：声速，m/s A：室内总表面吸声量，m2 V：房间(fngjin)容积，m3 t：声源发声后所经历的时间，s。 第6页/共33页第六页，共34页。2、室

3、内声音(shngyn)的稳态（稳态声能密度） 当 t = 0 时，E（0）= 0； 当 t = 时，E（）4W/CA第7页/共33页第七页，共34页。3、室内声音的衰减 E（t）：瞬时声能密度，J/m3 W：声源声功率，w C：声速，m/s A：室内总表面(biomin)吸声量，m2 V：房间容积，m3 t：声源发声后所经历的时间，s。第8页/共33页第八页，共34页。四、室内声压级的计算 当声源在室内发声(f shn)时，室内某一点接收到的声音，可以看成是由直达声、早期反射声、混响声三部分组成。1、直达声、早期反射声、混响声（1）、直达声：声源直接到达接收点的声音。这部分声音不受室内各界面的

4、影响，其传播遵循平方反比定律。（2）、早期反射声：一般指直达声到达后，50ms之内到达的反射声。（3）、混响声：早期反射声到达后陆续到达的。第9页/共33页第九页，共34页。2、室内稳态声压级 当声功率 LW 的声源，在室内连续发声，声场(shn chn)达到稳态时，距离声源 r 米处的稳态声压级 LP ： LW ：声源声功率级，dB ； Q：声源指向因子； r：接收点与声源的距离，m； R：房间常数，R=S/（1- ）； ：室内平均吸收系数， 第10页/共33页第十页，共34页。第11页/共33页第十一页，共34页。3、混响半径(bnjng) 当直达声项与混响声项相等时，接收点距声源的距离

5、r c 称之为混响半径(bnjng)。第12页/共33页第十二页，共34页。 讨论：（1）、当 r rc 时，接收点的声能主要是直达声的贡献；此时(c sh)室内做吸声处理无明显意义。（2）、当 r rc 时，接收点的声能主要是混响声的贡献；此时(c sh)室内做吸声处理才有意义。（3）、当直达声大于混响声时，易获得高清晰度；反之，清晰度降低。第13页/共33页第十三页，共34页。第三节第14页/共33页第十四页，共34页。第15页/共33页第十五页，共34页。混响时间：当室内声场达到稳态后，声源停止发声 后，声音(shngyn)衰减 60 dB 所需要的时间。 记作： T60 或 RT 单位

6、：秒（s）第16页/共33页第十六页，共34页。一、塞宾公式 T60 = k V / A (s)其中：T60 ：混响时间 ，s； k：常数，一般取 0.161； V：房间(fngjin)容积，m3； A：室内总吸声量，S m2； ：吸收系数 。讨论（1）、当=1时， T60 =0， 但是T60 =常数，与实际不符。（2）、当0.2时， T60 =kV/A 与实际接近。第17页/共33页第十七页，共34页。二、伊林公式1、假定（1）、室内声音充分被扩散；（2）、室内各表面均匀地被吸收； 其中：S：室内各表面面积，m2； ：室内各表面吸声系数。（3）、声波在室内被反射的次数决定于反射表面之间的平均

7、距离平均自由程（L）。 对于规则的房间(fngjin)：L=4V/S， 单位时间内声波在室内被反射的次数： n = C / L = CS / 4V第18页/共33页第十八页，共34页。2、伊林混响时间计算公式 根据三项假定， 入射声波强度： I0 第一次反射波： I1=I0（1-）， 吸收 I0； 第二次反射波： I2=I0（1-）2， 吸收 I1； 第n次反射波： In=I0（1-）n 。 室内声音(shngyn)的衰减率：D D=10Lg（ I0 / I ） 第19页/共33页第十九页，共34页。 D=10Lg（ I0 / I ） =10Lg （1-）-n =又因为(yn wi)：T60

8、= 60 / D = = =第20页/共33页第二十页，共34页。若考虑到空气对高频的吸收， T60：混响时间，s； V：房间(fngjin)容积，m3； S：室内总表面积，m2； ：平均吸收系数； 4m：空气吸收系数。第21页/共33页第二十一页，共34页。空气(kngq)吸收系数4m值（室内温度20）相对湿度倍 频 程500Hz1000Hz2000Hz4000Hz30%40%50%60%70%80%-0.00240.00250.00250.00250.00500.00400.00400.00400.00300.00300.01200.01000.00890.00850.00810.0082

9、0.03800.02900.02400.02200.02080.0194第22页/共33页第二十二页，共34页。讨论(toln)：（1）、当=1时，Ln（1-），T60 0；（2）、当较小时，- Ln（1-） ， T60 =k V / S。（3）、伊林混响时间计算公式与实际也有10%15%的误差。第23页/共33页第二十三页，共34页。三、混响时间计算公式的精确性 混响时间计算公式的计算结果与实测值往往有10%15%左右的误差，有时(yush)会更大些。1、实际与假定不符。 （1）、室内声场不可能均匀； （2）、吸收也不可能均匀。2、代入公式中的数据也不可能非常准确。 吸收系数的测量条件与实际

10、不符合。3、公式没考虑房间的共振现象，共振使声音失真。4、不能计算的实际意义。 （1）、听众对T60要求有一定的范围。 （2）、计算不准可在施工过程中调整。第24页/共33页第二十四页，共34页。第四节第25页/共33页第二十五页，共34页。 对于共振现象只能用波动理论来解释（几何( j h)、统计都不行）。入射波：Pi = P0 COS（k X- t） = P0 COS（k X）反射波： Pr = R Pi = R0 P0 COS（k X+） P= Pi + Pr = P0 COS（k X）+ R0 P0 COS（k X+） = P0 （1+R02+2R0COS（2kX+） ）第26页/共3

11、3页第二十六页，共34页。 P= P0 1+R02+2R0COS（2kX+） 当 2k X+=2n时，n=1、2、3 PP max = P0（ 1 + R0 ） 极大( j d) 当 2k X+=（2n+1）时，n=1、2、3 PP min = P0（ 1 - R0 ） 极小第27页/共33页第二十七页，共34页。讨论：为了讨论方便，假定=0；（1）、极大，2k X=2n（4 /）X= 2n X = n（/2） 极小，2k X=（2n+1） （4 /）X= （2n+1） X = （ 2n+1）（/4）（2）相距(xingj) L 的两个平行墙之间产生驻波的条件： L = n（/2） n=1、2

12、、3、第28页/共33页第二十八页，共34页。（3）、对于三维空间(snwikngjin) f xyz=（nx/Lx）2 +（ny/Ly）2 +（nz/Lz）2Lx、Ly、Lz：房间的长、宽、高。nx、ny、nz：0、1、2、3 （ nxnynz0）第29页/共33页第二十九页，共34页。一般用（ nx，ny，nz）来表示振动方式；共振频率重叠现象称之为：“简并”。为了克服简并现象，使室内频率分布均匀，可在房间尺寸、比例(bl)、形状上选择最佳方案。振动方式（1，0，0）（0，1，0） （0，0，1）频 率242424振动方式（1，1，0）（0，1，1） （1，0，1）频 率3434 34振动方式（1，1，1）频 率42振动方式（2，0，0）（0，2，0） （0，0，2）频 率 50 5050第30页/共33页第三十页，共34页。第31页/共33页第三十一页，共34页。（4）、共振频率总数： 从最低的共振频率 f 到任(do rn)一频率 fc， 共振频率的总数：第32页/共33页第三十二页，共34页。谢谢您的观看(gunkn)！第33页/共33页第三十三页，共34页。NoImage内容(n