第一章建筑声学基本知识ppt课件

1、2022年3月30日建筑声学建筑声学1 1o一、产生和传播的条件一、产生和传播的条件o声音是如何产生的？声音是如何产生的？o 结论：声音是由物体振动产生的。声音是如何传播的？结论：声音是由物体振动产生的。声音是如何传播的？人耳听觉的产生人耳听觉的产生o声源：由于振动正在发声的物体声源：由于振动正在发声的物体o 宋代学者言：宋代学者言：“声者，形气相軋而成也形声者，形气相軋而成也形振动的物体；振动的物体；o 气空气媒介；相軋气空气媒介；相軋相互作用。相互作用。o声音产生和传播的条件：声源声音产生和传播的条件：声源o 传播的媒介传播的媒介: :介质的弹性碰介质的弹性碰撞撞第十章第十章 建筑声学根本

2、知识建筑声学根本知识 第一节声音的产生和传播第一节声音的产生和传播第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 2022年3月30日建筑声学建筑声学2 2o二、波阵面、声源的方向性、声线二、波阵面、声源的方向性、声线o声线：自声源发出代表能量传播方向的曲线，声的动摇限制不计声线：自声源发出代表能量传播方向的曲线，声的动摇限制不计第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第一节声音的产生和传播第一节声音的产生和传播第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 2022年3月30日建筑声学建筑声学3 3n 1 1、波阵面：声波从声源发出，在某一介质内按同一、波阵面：声波从声源发出，在某一

3、介质内按同一方向传播，在某一时间到达空间各点所包络的面称方向传播，在某一时间到达空间各点所包络的面称为波阵面。为波阵面。n 球面波：点声源发出的波，波阵面为同心球面的波，球面波：点声源发出的波，波阵面为同心球面的波，声线与波阵面垂直。如人、乐器发出的声波。声线与波阵面垂直。如人、乐器发出的声波。n 平面波：波阵面为与传播方向垂直的平行平面波：波阵面为与传播方向垂直的平行n 平面，如多个线声源或多个点声源叠排。平面，如多个线声源或多个点声源叠排。n 柱面波：波阵面为同轴柱面，如单个线柱面波：波阵面为同轴柱面，如单个线n 声源发出的声波。声源发出的声波。n 2 2、声源的方向性：、声源的方向性：第

4、十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第一节声音的产生和传播第一节声音的产生和传播2022年3月30日建筑声学建筑声学4 4n 三、声速、波长、频率三、声速、波长、频率n 声速声速C：声波在某一介质中传播的速度。：声波在某一介质中传播的速度。n 单位：单位：m/sn c 是指声源振动形状传播的速度，与介质是指声源振动形状传播的速度，与介质特性有关特性有关 n 声波在空气中声速：声波在空气中声速：n 在在0oC时，时， C钢钢=5000m/s, C水水=1450m/s 在在15oC时，时，C空气空气=340m/sn 波长波长：在传播途径上，两相邻同相位质点间：在传播途径上，两相邻同相位质

5、点间隔。隔。n 声波完成一次振动所走的间隔。单声波完成一次振动所走的间隔。单位：位：m27314 .331c第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第一节声音的产生和传播第一节声音的产生和传播2022年3月30日建筑声学建筑声学5 5 频率f:质点在1秒钟的时间内完成振动的次数。 单位：Hz 人耳可听频率范围为20Hz20KHz听觉范围 20KHz为超声其中，人耳觉得最重要的部分约在100Hz4000Hz,相应的波长约3.4m8.5cm 。 参数间存在如下关系：c=f* 或 =c/f第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第一节声音的产生和传播第一节声音的产生和传播2022年3

6、月30日建筑声学建筑声学6 6o 声波是能量的一种传播方式。人们常谈到声音的大小或强弱，或一个声音比另一个声音响或不响，这就提出了声音强弱的计量。o 一、 声功率、声强、声压o 1、声功率W ：单位时间内物体向外辐射的能量W。瓦W或微瓦W 声源声功率包括全部可听频率范围声功率是声源本身的一种重要属性。相关声源的声功率：o 人正常讲话：50Wo 100万人同时讲话50W,相当于一个灯泡。训练有素的歌手：500010000 W。汽车喇叭: 0.1 W,o 喷气飞机: 10KW。运用：在厅堂设计中如何充分利用有限的声功率是很重要的问题。第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第二节声音的计量

7、第二节声音的计量2022年3月30日建筑声学建筑声学7 7n2、声强：单位时间内经过与声波传播方向垂直的单位面积波阵面上的声能的多少。 符号：I 单位：w/m 2n 可听声强范围10 -12 w/m 21 w/m 2n n 对于点声源有： n n n -间隔平方反比定律n3、声压：指在某一瞬时压强相对于无声波时的压强变化。符号P 单位N/m 2(牛顿/米2 ) 或Pa(帕斯卡范围210 -5N/m 220 N/m2n4、声强与声压的关系：)/(422mwrWI第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第二节声音的计量第二节声音的计量cpI0/22022年3月30日建筑声学建筑声学8 8o

8、 二、声压级、声功率级、分贝及其叠加二、声压级、声功率级、分贝及其叠加o “级级level)的概念？的概念？o “级：声学中被研讨的声学量与其同类基准值级：声学中被研讨的声学量与其同类基准值之比的常用对数叫之比的常用对数叫“级。实践运用中，表示声级。实践运用中，表示声音强弱的单位并不采用声压或声功率的绝对值，音强弱的单位并不采用声压或声功率的绝对值，而采用相对单位而采用相对单位级类似于风级、地震级类似于风级、地震级。单位分贝级。单位分贝(dB):是贝尔的非常之一是贝尔的非常之一o 为什么要采用为什么要采用“级的计量方法？级的计量方法？o 1声压对人耳觉得的变化非常大，声压对人耳觉得的变化非常大

9、， 1000Hz的声音，听觉下限的声音，听觉下限Po=210-5N/m2,上限上限P=20N/m2,相差相差106倍。倍。o 2人耳对声音强弱的变化的感受并不与声压人耳对声音强弱的变化的感受并不与声压成正比，而与声压的对数成正比，两个同样的成正比，而与声压的对数成正比，两个同样的声源放在一同，觉得并不是响一倍。声源放在一同，觉得并不是响一倍。第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第二节声音的计量第二节声音的计量2022年3月30日建筑声学建筑声学9 9n1、声压级、声压级(sound pressure level) ： Lpn取参考声压为取参考声压为Po=210-5N/m2为基准声压

10、，任一声压为基准声压，任一声压P的的Lp为：为：n n n 听觉下限：听觉下限：p=210-5N/m2 0dB n 能量提高能量提高100倍的倍的P=210-3N/m2 40dB听觉上限：听觉上限： P=20N/m2 120dBn2、声功率级、声功率级(sound power level) : Lwn 取取Wo为为10-12W， 任一声功率任一声功率W的声功率级的声功率级Lwn3、声强级、声强级(sound intensity level) LIn )(log20010pdBPPL 第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第二节声音的计量第二节声音的计量)(log10010wdBWWL

11、 )(I Ilog10010IdBL 2022年3月30日建筑声学建筑声学1010n 声压级的叠加声压级的叠加n 10dB+10dB=? 0dB+0dB=? 0dB+10dB=? 答案分别是：答案分别是：13dB、3dB、10dB.n 声压是各声源奉献的声压平方和的开根号。即：声压是各声源奉献的声压平方和的开根号。即：22221.nPPPP第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第二节声音的计量第二节声音的计量)(log2010dBPoPLp 220220222012212110.1010lg20.lg2020 LpnLpLpnPoPPPPoPLp2022年3月30日建筑声学建筑声学1

12、111o 思索：o 1两个一样声压级的声音加起来声压级是多少？多个一样声压级的声音加起来声压级是多少？o 2两个或多个不同的声压级的声音加起来声压级是多少？见例题o 370、81、81、84、87、90dB六个声音加起来声压级是多少？o 例题1 两辆汽车声压级分别77dB和80dB，求总声压级o 例题2 车间总声压级92dB，停顿运转一台设备，背景噪声为88dB，求该设备运转时的噪声级。第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第二节声音的计量第二节声音的计量2022年3月30日建筑声学建筑声学1212第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 2022年3月30日建筑声学建筑声学1

13、313第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 2022年3月30日建筑声学建筑声学1414第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第三节频谱第三节频谱 、频率、音乐和噪声、频率、音乐和噪声一、现代信号处置技术证明：实际上任何振动的波形都可以分解为假设干单频简谐振动的合成。 分立谱：如弦振动产生的声音。 延续谱：说话、机器的噪声频率和频谱 频谱表示某种声音 频率成分及其声压级组成情况的图形， 傅立叶实际及，大多的自然声。 频谱通常根据需求分成假设干个频带，带宽Band)可宽可 窄。最常用的有倍频带和1/3倍频带。倍频程：f2=2f1通常将可闻频率范围内2020Hz分为十个倍频带，

14、其中心频率按2倍增长，共十一个，为：16 31.5 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K 16K1/3倍频程： f2=21/3f1将倍频程再分成三个更窄的频带，使频率划分更加细化，其中心频率按倍频的1/3增长，为：12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 .2022年3月30日建筑声学建筑声学1515第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 二、音乐和噪声： 音乐：由基因调和音组成，其音符频率组成有着明确的规律。 噪声：声音的组成没有任何规律2022年3月30日建筑声学建筑声学1616第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知

15、识 2022年3月30日建筑声学建筑声学1717o声波在室外空阔地带的传播规律随与声源间隔的添加，声能发生衰减。对于点声源，有：o Lp=LW-20lgr-11o 对于无限长线声源，单位长度内:I=W2ro Lp=LW-10lgr-8o 对于有限长线声源：间隔近，同无限长线声源规律一样o 间隔远，同点声源规律一样o 对于面声源，间隔很远，声压级衰减36dB第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第四节声音在户外的传播第四节声音在户外的传播2022年3月30日建筑声学建筑声学1818o 一、一、 反射和衍射、分散透射折射和吸收反射和衍射、分散透射折射和吸收o 一、声波的反射一、声波的反射

16、当声波遇到一块尺寸比波长大得多的妨碍时，声波将当声波遇到一块尺寸比波长大得多的妨碍时，声波将被反射。类似于光在镜子上的反射。反射的能量与反被反射。类似于光在镜子上的反射。反射的能量与反射面有关射面有关反射的规那么：反射的规那么： 1入射线、反射线法线在同一侧。入射线、反射线法线在同一侧。 2入射线和反射线分别在法线两侧。入射线和反射线分别在法线两侧。 3入射角等于反射角。入射角等于反射角。i= 第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第五节反射和衍射、分散透射折射和吸收第五节反射和衍射、分散透射折射和吸收2022年3月30日建筑声学建筑声学1919 二 、声波的衍射：当声波在传播的过程

17、中遇到障壁或者建筑部件如墙角、梁、柱等，这些构件尺度比波长大，在背后出现“声影区，也会出现声音绕过障壁边缘进入“声影继续传播的景象，称之为“衍射景象。第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 2022年3月30日建筑声学建筑声学2020 三、声波的透射与吸收声波具有能量，简称声能。当声波碰到室内某一界面后如天花、墙，一部分声能被反射，一部分被吸收主要是转化成热能，一部分穿透到另一空间。第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 透射系数：反射系数：吸声系数：EoEiEEEEoEoErcpI02运用：不同资料，不同的构造对声音具有不同的性能。在隔声中希望用透射系数小的资料防止噪声。在音

18、质设计中需运用：不同资料，不同的构造对声音具有不同的性能。在隔声中希望用透射系数小的资料防止噪声。在音质设计中需求选择吸声资料，控制室内声场。求选择吸声资料，控制室内声场。2022年3月30日建筑声学建筑声学2121 四、声波的折射与分散 声波的折射 声波的分散第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 27314 .331c2022年3月30日建筑声学建筑声学2222o 1、声音的频谱与声源的指向性o A、 声音的频谱o 频谱表示某种声音 频率成分及其声压级组成情况的图形， 傅立叶实际及现代信号处置技术证明：实际上任何振动的波形都可以分解为假设干单频简谐振动的合成。o 分立谱：如弦振动产

19、生的声音。o 延续谱：说话、机器的噪声，大多的自然声。o 频谱通常根据需求分成假设干个频带，带宽Band)可宽可 窄。最常用的有倍频带和1/3倍频带。o 倍频程：f2=2f1通常将可闻频率范围内2020Hz分为十个倍频带，其中心频率按2倍增长，共十一个，为：16 31.5 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K 16Ko 1/3倍频程： f2=21/3f1将倍频程再分成三个更窄的频带，使频率划分更加细化，其中心频率按倍频的1/3增长，为：12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 .第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第三节人

20、的听觉觉得第三节人的听觉觉得2022年3月30日建筑声学建筑声学2323第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第三节人的客观听觉觉得第三节人的客观听觉觉得 在 进 展 声音计量和频谱表示时，往往运用中心频率作为频带的代表，声压级值运用整个频带声压级的叠加。2022年3月30日建筑声学建筑声学24242022年3月30日建筑声学建筑声学2525第三节人的客观听觉觉得第三节人的客观听觉觉得第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 2022年3月30日建筑声学建筑声学2626nB、声源的指向性n声源发出的声音在各个方向上分布不均匀，具有指向性。n声源尺寸比波长小得多时，可看作点声源，

21、无指向性。n声源尺寸比波长差不多或更大时，声源不再是点声源，出现指向性。人们运用喇叭，目的是为了添加指向性。第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第三节人的客观听觉觉得第三节人的客观听觉觉得2022年3月30日建筑声学建筑声学2727o 2、人耳的客观听觉特性o 人耳的构造：外耳、中耳、内耳、骨传导o 听觉范围：最高最低频率可听极限普通地，青少年2020KHz,中年3015KHz,老年10010KHz。o 最小最大可听极限人耳有一定的顺应性，常人上限为120dB,经常噪声暴露的人有能够到达140dB。下限频率与频率有关。o 最小可辩阈差阈普通情况1dB声压级的变化可以觉察：3dB以上

22、有明显觉得； 频率变化的觉察：普通是3%，低频时3Hz。第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第三节人的客观听觉觉得第三节人的客观听觉觉得2022年3月30日建筑声学建筑声学2828oA 听觉定位听觉定位o人耳判别声源的远近比较差，但确定声源的方向比较准确。人耳判别声源的远近比较差，但确定声源的方向比较准确。程度方向程度方向1030可辩人耳判别声源的方位主要靠双耳定位，对时间可辩人耳判别声源的方位主要靠双耳定位，对时间差和强度差进展判别。差和强度差进展判别。o人耳的程度方向感要强于竖直方向感。人耳的程度方向感要强于竖直方向感。o频率高于频率高于1400Hz强度差起主要作用；低于强度差

23、起主要作用；低于1400Hz时，时间差起时，时间差起主要作用。这就是人为什么对蚊子的定位比较准而对铃声的定位比较主要作用。这就是人为什么对蚊子的定位比较准而对铃声的定位比较差的缘由。差的缘由。oB、哈斯、哈斯(Hass)效应效应o人耳有声觉暂留景象，人对声音的觉得在声音消逝后会暂留一小段时人耳有声觉暂留景象，人对声音的觉得在声音消逝后会暂留一小段时间。间。o假设到达人耳的两个声音的时间间隔小于假设到达人耳的两个声音的时间间隔小于50ms，那么就不会觉得声，那么就不会觉得声音是断续的。音是断续的。o直达声到达后直达声到达后50ms以内到达的反射声会加强直达声。直达声到达后以内到达的反射声会加强直

24、达声。直达声到达后50ms后到达后到达o 的的“强反射声会产生强反射声会产生“回声回声哈斯效应。哈斯效应。o根据哈斯效应，延时越长干扰大；声压级差小干扰大。频率接近干扰根据哈斯效应，延时越长干扰大；声压级差小干扰大。频率接近干扰大；低频对高频干扰大。人耳在多声源发声内容一样的情况下，判别大；低频对高频干扰大。人耳在多声源发声内容一样的情况下，判别声源位置主要是根据声源位置主要是根据“第一次到达的声音。因此，剧场上演时，多第一次到达的声音。因此，剧场上演时，多扬声器的情况下要思索扬声器的情况下要思索“声象定位的问题。声象定位的问题。第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第三节人的客观听

25、觉觉得第三节人的客观听觉觉得2022年3月30日建筑声学建筑声学2929n C、掩蔽效应、掩蔽效应n 人耳对一个声音的听觉灵敏度因另外一个声音的存人耳对一个声音的听觉灵敏度因另外一个声音的存在而降低的景象叫掩蔽效应。在而降低的景象叫掩蔽效应。n 一个声音高于另一个声音一个声音高于另一个声音10dB,掩蔽效应就很小。掩蔽效应就很小。n 低频声对高频声的掩蔽作用大。低频声对高频声的掩蔽作用大。n 何谓掩蔽量何谓掩蔽量?掩蔽阈掩蔽阈?n D、响度与等响曲线、响度与等响曲线n 人耳对不同频率的声音敏感程度是不一样的，对于人耳对不同频率的声音敏感程度是不一样的，对于低于低于1000Hz和高于和高于400

26、0Hz的声音，灵敏度降低。的声音，灵敏度降低。n 不同频率，一样声压级的声音，人听起来的响度觉不同频率，一样声压级的声音，人听起来的响度觉得不一样。得不一样。n 不同频率不同频率,不同声压级的声音不同声压级的声音,人听起来的响度觉得人听起来的响度觉得有能够一样。有能够一样。第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第三节人的客观听觉觉得第三节人的客观听觉觉得2022年3月30日建筑声学建筑声学3030n 3、 等响曲线等响曲线n 等响曲线等响曲线:以以1000Hz延续纯音作基准，测听起来延续纯音作基准，测听起来和它同样响的其他频率的纯音的各自声压级构成一和它同样响的其他频率的纯音的各自声压级构成一条曲线叫条曲线叫“等响曲线。等响曲线。n 响度单位是响度单位是“方。方。n 随着声压级的提高，对频率的相对敏感度也不同随着声压级的提高，对频率的相对敏感度也不同声压级高，相对变化觉得小；声压级高，相对变化觉得小；声压级低，相对变化觉得大。声压级低，相对变化觉得大。第十章第十章 建筑声学根本知识建筑声学根本知识 第三节人的客观听觉觉得第三节人的客观听觉觉得202