城市环境物理-建筑声环境

1、城市环境物理-建筑声环境声音的基本知识 建筑声环境：研究与建筑环境相关的声学问题建筑声环境：研究与建筑环境相关的声学问题1.1.声环境设计的意义声环境设计的意义声环境设计是专门研究如何为建筑使用者创造一个合适的声音环境。声音是人类行为中重要的组成部分。人们可以听到的声音都属于声环境范畴。人们可以听到谈话、鸟鸣、音乐、泉水叮咚、歌声等；但也能听到吵闹、机器轰鸣、车辆的轰鸣等噪声。从人的感受上声音分两类： C类：舒服的，如音乐、歌唱、生活中的交谈等。 U类：不舒服的，如噪声、爆炸声、刺耳的啸叫声等。 有时，C类也会转换成U类，如邻居的歌声、别人之间的甜言蜜语、以及需要听见听清而听不见听不清的讲话等

2、。声环境设计围绕着人的感受，在建筑设计中做到：1）如何保证C类声音听清听好音质设计。2）降低U类声音（噪声）对正常工作生活的干扰噪声控制。0声音的基本知识2.2.学习目的：三个层次学习目的：三个层次第一层次（基本）：防范可能出现的潜在声学问题。第一层次（基本）：防范可能出现的潜在声学问题。 如住宅、学校、旅馆、医院、办公建筑、商业建筑的隔声降噪。如住宅、学校、旅馆、医院、办公建筑、商业建筑的隔声降噪。 如报告厅、体育馆、多功能厅、会议室的语言清晰度问题。如报告厅、体育馆、多功能厅、会议室的语言清晰度问题。 如工业场所的噪声劳动保护和环境保护问题。如工业场所的噪声劳动保护和环境保护问题。 还有，

3、音乐厅、剧场、剧院、演播室、录音室等专业音质问题。还有，音乐厅、剧场、剧院、演播室、录音室等专业音质问题。第二层次（中级）：运用声学原理，主动创造舒适的声环境。第二层次（中级）：运用声学原理，主动创造舒适的声环境。 静谧、舒适、良好的私密性、动听的音质、和谐的声音景观等。静谧、舒适、良好的私密性、动听的音质、和谐的声音景观等。第三层次（高级）：高级目的在于为建筑世界增添如维也纳金色音乐第三层次（高级）：高级目的在于为建筑世界增添如维也纳金色音乐厅、波士顿音乐厅、巴士底歌剧院等有口皆碑的艺术精品。厅、波士顿音乐厅、巴士底歌剧院等有口皆碑的艺术精品。0声音的基本知识考试范围：讲课内容和课后作业为主

4、考试范围：讲课内容和课后作业为主考试：闭卷考试，卷面成绩占考试：闭卷考试，卷面成绩占70%70%，考勤及作业占，考勤及作业占30%30%。主讲：李楠，主讲：李楠， 电话：电话：1376081714613760817146 邮箱：邮箱：03.3.教学安排教学安排课时：课时：4 4周（周（8 8节课），主要参考教材：节课），主要参考教材： 1 1）建筑物理建筑物理，华南理工大学出版社，华南理工大学出版社 2 2）建筑声环境建筑声环境，清华大学出版社，清华大学出版社声音的基本知识问题：声音是怎样产生和传播的？声波有哪些性质？声音的大小是怎样计量的？声波一般用哪些量来反映它的客观特性？人的听觉在判断声

5、音上有哪些主观特性？1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.14.1声音的产生与传播声音的产生与传播n 声音来源于物体的振动。声音来源于物体的振动。n 声源：正在发出声音的振动物体称为声源。声源：正在发出声音的振动物体称为声源。n 声音的传播：传播声音的物质称为传声介质。声音可通过固体、声音的传播：传播声音的物质称为传声介质。声音可通过固体、液体和空气介质进行传播。液体和空气介质进行传播。n 声音产生的必要条件：声源声音产生的必要条件：声源+ +传声介质传声介质n声音在空气中传播的原理：当声源在空气中振动时，使邻近的空气声音在空气中传播的原理：当声源在空气中振动时，使邻近的空气随之

6、产生振动并以波动的方式向四周传播，传至人耳将引起耳膜振动，随之产生振动并以波动的方式向四周传播，传至人耳将引起耳膜振动，最后通过听觉神经产生声音的感觉。最后通过听觉神经产生声音的感觉。1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.14.1声音的产生与传播声音的产生与传播 以活塞振动为例，探讨振动在空气中的传播：以活塞振动为例，探讨振动在空气中的传播：n 活塞向右运动，右侧空气被压缩，密度增大；活塞向右运动，右侧空气被压缩，密度增大；n 活塞向左运动，右侧空气扩张，密度减小；活塞向左运动，右侧空气扩张，密度减小；n 左右振动，导致右边空气层产生疏密相间的变化；左右振动，导致右边空气层产生疏

7、密相间的变化；n 人耳听到的声音主要是在空气介质中传播的纵波。人耳听到的声音主要是在空气介质中传播的纵波。 纵波：质点振动方向和波的传播方向平行。纵波：质点振动方向和波的传播方向平行。1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.2 4.2 声音的几何描述声音的几何描述n 声场：有声波存在的空间称为声场。声场：有声波存在的空间称为声场。n波振面：声波从声源出发，在介质中按一定方向传播，在某时刻波振面：声波从声源出发，在介质中按一定方向传播，在某时刻声波到达空间的各点的包迹面称为波阵面。声波到达空间的各点的包迹面称为波阵面。 形状：形状： 点声源点声源球面波：波振面为球面球面波：波振面为球

8、面 面声源面声源平面波：波振面为平面平面波：波振面为平面n声线：可用声射线表示声音传播方向，简称声线。声线垂直于波声线：可用声射线表示声音传播方向，简称声线。声线垂直于波振面。如图所示。振面。如图所示。1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.3 4.3 描述声音的基本物理量：频率、波长、声速描述声音的基本物理量：频率、波长、声速n 周期：当声波通过弹性介质传播时，介质质点在其平衡位置附近周期：当声波通过弹性介质传播时，介质质点在其平衡位置附近作来回振动。声源完成一次振动所经历的时间，记作作来回振动。声源完成一次振动所经历的时间，记作T T，单位，单位s s。n 频率频率：质点在单位

9、时间作完全振动的次数，记作质点在单位时间作完全振动的次数，记作f f，单位，单位HzHz。 f=1/T f=1/Tn 频率决定了声音的音调。高频声音是高音调，低频声音是低音调频率决定了声音的音调。高频声音是高音调，低频声音是低音调。相关知识点：相关知识点：n 人耳能感知的频率范围：人耳能感知的频率范围：20-20000Hz20-20000Hz之间之间n f f20000Hz20000Hz：超声波；：超声波；f f20Hz20Hz：次声波：次声波n 频率的划分：频率的划分： 低频：低频：125250Hz125250Hz以下以下 中频：中频：5001000Hz5001000Hz 高频：高频：200

10、04000Hz20004000Hz以上以上1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.3 4.3 描述声音的基本物理量：频率、波长、声速描述声音的基本物理量：频率、波长、声速n 波长：声波在传播的途径上，两相邻同相位的质点之间的距离或波长：声波在传播的途径上，两相邻同相位的质点之间的距离或相邻两波峰（谷）之间的距离称为波长。它表示声波在一个周期内相邻两波峰（谷）之间的距离称为波长。它表示声波在一个周期内传传播播的距离，的距离， ，单位，单位m m。n 相位：介质质点的振动状态，如处于压缩或稀疏状态等。相位：介质质点的振动状态，如处于压缩或稀疏状态等。n 声速：声波在介质中的传播速度称为

11、声速，记作声速：声波在介质中的传播速度称为声速，记作c c，单位为，单位为m/s.m/s.n 声速的大小与质点振动的特性无关，而与介质的弹性、密度以及声速的大小与质点振动的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温度有关。温度有关。n 常温范围内，声音在空气中的传播速度为常温范围内，声音在空气中的传播速度为340m/s340m/s。n 声波、波长和频率之间的关系：声波、波长和频率之间的关系： = c/f = c/f C = f C = f* * 1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.3 4.3 描述声音的基本物理量：频率、波长、声速描述声音的基本物理量：频率、波长、声速n声波、波长和频

12、率之间的关系：声波、波长和频率之间的关系： = c/f = c/f C = f C = f* * 1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.3 4.3 描述声音的基本物理量：频率、波长、声速描述声音的基本物理量：频率、波长、声速n声学测量中常常在某一频率区间取特定值进行测量。这个频率区间称之声学测量中常常在某一频率区间取特定值进行测量。这个频率区间称之为频带（为频带（Frequency band）。）。由上限频率由上限频率 f2 和下限频率和下限频率 f1 规定宽带。规定宽带。 f1、f2 间隔可以用频率比或以间隔可以用频率比或以2为底的对数表示，称为频程。关系式：为底的对数表示，称

13、为频程。关系式： f2=2n * f1n 当当n=1时，称为时，称为1/1倍频程倍频程(Octave)，即每个频带是上限频率为下限频率即每个频带是上限频率为下限频率两倍的频带宽度，即两倍的频带宽度，即f2=2f1。 n 当当n=1/3时，称为时，称为1/3倍频程，即每个频带是上限频率为下限频率倍频程，即每个频带是上限频率为下限频率1.26倍的倍的频带宽度，即频带宽度，即f2 =1.26 f1。n为了某种特殊的需要，更窄的频带有为了某种特殊的需要，更窄的频带有1/10倍频程、倍频程、1/12倍频程、倍频程、1/15倍频倍频程、程、1/30倍频程等等。倍频程等等。n 1/1倍频程对应于音乐上的一个

14、八度。倍频程对应于音乐上的一个八度。n 在房屋建筑中，频率为在房屋建筑中，频率为100-10000Hz的声音很重要。它们的波长范围相的声音很重要。它们的波长范围相当于当于3.4-0034m。这个波长范围与建筑内部的一些部件尺度相近，故在这个波长范围与建筑内部的一些部件尺度相近，故在处理一些建筑声学问题时，对这一波段的声波尤其要引起重视。处理一些建筑声学问题时，对这一波段的声波尤其要引起重视。11声音的基本知识声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.4 4.4 声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射 4.4.1 4.4.1 声波的反射和

15、扩散声波的反射和扩散n 现象：在较大的障碍物前（如墙等）或封闭空间中，听见的声音现象：在较大的障碍物前（如墙等）或封闭空间中，听见的声音较旷野里大，甚至声源关闭后，声音较长时间才消失。较旷野里大，甚至声源关闭后，声音较长时间才消失。n 当声波遇到一块尺寸比波长大得多的障碍时，声波将被反射。类当声波遇到一块尺寸比波长大得多的障碍时，声波将被反射。类似于光在镜子上的反射。似于光在镜子上的反射。n 反射定律：反射定律：1 1）入射声线和反射声线和反射面的法线在同一平面内）入射声线和反射声线和反射面的法线在同一平面内. .2 2） 入射声线和反射声线分别位于法线的两侧入射声线和反射声线分别位于法线的两

16、侧. .3 3）入射角等于反射角）入射角等于反射角1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.4 4.4 声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射 4.4.1 4.4.1 声波的反射和扩散声波的反射和扩散n典型反射面的应用典型反射面的应用平面平面镜象反射镜象反射凹面凹面形成声聚焦形成声聚焦凸面凸面声扩散声扩散n 声波在传播的过程中，如果遇到一些凸形的界面，就会被分解成许多较小的声波在传播的过程中，如果遇到一些凸形的界面，就会被分解成许多较小的反射声波，并且使传播的立体角扩大，这种现象称之为扩散反射。适当的声波扩反射声波，并且使传播的立体角

17、扩大，这种现象称之为扩散反射。适当的声波扩散反射，可以促进声音分布均匀，并可防止一些声学缺陷的出现。散反射，可以促进声音分布均匀，并可防止一些声学缺陷的出现。1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.4 4.4 声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射 4.4.2 4.4.2 声波的绕射（衍射）声波的绕射（衍射）n 现象：现象：“闻其声而不见其人闻其声而不见其人”n 定义：声波在经过障碍物时，当声波波长小于等于障碍物的尺寸定义：声波在经过障碍物时，当声波波长小于等于障碍物的尺寸时，其传播方向发生改变，能绕过障碍物继续前进的现象。时，其传

18、播方向发生改变，能绕过障碍物继续前进的现象。 1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.4 4.4 声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射 4.4.2 4.4.2 声波的绕射声波的绕射n 结论：障碍物尺度与声波波长相比足够大，该物体对声传播才有结论：障碍物尺度与声波波长相比足够大，该物体对声传播才有影响，才能改变声的传播方向。影响，才能改变声的传播方向。n 避免：对墙体隔声的影响避免：对墙体隔声的影响n 应用：穿孔吸声结构应用：穿孔吸声结构1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.4 4.4 声波的传播特性：反射、扩散、干涉

19、、吸收和透射声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射 4.4.3 4.4.3 声波的干涉声波的干涉n 现象：在同一空间中可能出现的随位置的不同声能分布不均匀，现象：在同一空间中可能出现的随位置的不同声能分布不均匀，声音从而随位置变大或变小，甚至声音沉寂的区域。声音从而随位置变大或变小，甚至声音沉寂的区域。n 定义：两种频率相同，相位相同或相位差固定的两列波叠加，在定义：两种频率相同，相位相同或相位差固定的两列波叠加，在重叠区域某些位置振动加强，另一些位置声振动减弱的现象。重叠区域某些位置振动加强，另一些位置声振动减弱的现象。n 结果：使声场分布极不均匀。结果：使声场分布极不均匀。1声音的基

20、本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.4 4.4 声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射 4.4.4 4.4.4 声波的吸收和透射声波的吸收和透射n 现象：隔墙可以听到声音现象：隔墙可以听到声音n 声波入射到建筑构件时，声能（总声能声波入射到建筑构件时，声能（总声能E E0 0）一般分为三个部分：）一般分为三个部分： a a 一部分声能量被反射，即声波的反射。（反射声能一部分声能量被反射，即声波的反射。（反射声能E E） b b 一部分声能量透过构件，其疏密相间的压力将推动障碍物发生一部分声能量透过构件，其疏密相间的压力将推动障碍物发生 相

21、应的振动，进而引起另一侧的传声介质振动。（透射声能相应的振动，进而引起另一侧的传声介质振动。（透射声能E E） c c 由于构件的振动或声音在其中传播时与在介质摩擦、热传导而由于构件的振动或声音在其中传播时与在介质摩擦、热传导而 被损耗，我们通常说这部分为材料的吸收。这种吸收随频率而被损耗，我们通常说这部分为材料的吸收。这种吸收随频率而 不同，同时取决于材料的表面的状况、构造等。不同，同时取决于材料的表面的状况、构造等。 （吸收声能（吸收声能E E）1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.4 4.4 声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收和透射声波的传播特性：反射、扩散、干涉、吸收

22、和透射 4.4.4 4.4.4 声波的吸收和透射声波的吸收和透射n 透射声能与入射声能之比称为透射系数，记作透射声能与入射声能之比称为透射系数，记作； 反射声能与入射声能之比称为反射系数，记作反射声能与入射声能之比称为反射系数，记作 。 = = E E /E/E0 0, , = E= E /E/E0 0. .n值小的材料称为隔声材料；值小的材料称为隔声材料； r r值小的材料称为吸声材料。值小的材料称为吸声材料。n但从入射波和反射波所在的空间考虑问题，但从入射波和反射波所在的空间考虑问题，除反射除反射 声以外，均不会引起该空间声场的变化，故认为除声以外，均不会引起该空间声场的变化，故认为除 去

23、反射声的声能以外，均视为被围护结构所去反射声的声能以外，均视为被围护结构所“吸声吸声” 常用下式定义材料的吸声系数。常用下式定义材料的吸声系数。1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 声波是能量的一种传播形式。人们常谈到的声音的大小和强弱，声波是能量的一种传播形式。人们常谈到的声音的大小和强弱，或是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。或是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。4.5.1 4.5.1 声功率、声强和声压声功率、声强和声压n 声功率声功率W W：声源单位时间内向外辐射的：声源单位

24、时间内向外辐射的总声能量总声能量（W W，W W），声功），声功率不等于电功率率不等于电功率；声功率是声源本身的一种固有特性声功率是声源本身的一种固有特性。u 人正常讲话人正常讲话5050 W W，u 100 100万人同时讲话万人同时讲话50W50W，相当于一只灯泡的电功率；，相当于一只灯泡的电功率；u 演员唱歌的声功率为演员唱歌的声功率为100300100300 W W；n 充分合理地利用人们讲话、演唱时发出的有限声功率，是厅堂音充分合理地利用人们讲话、演唱时发出的有限声功率，是厅堂音质设计中的重要问题质设计中的重要问题1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强

25、弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.1 4.5.1 声功率、声强和声压声功率、声强和声压n 声强声强I I：单位时间通过垂直于声传播方向单位面积的声能量（：单位时间通过垂直于声传播方向单位面积的声能量（W/W/）n 在无反射的自由场中在无反射的自由场中, ,点声源发出的球面波点声源发出的球面波, ,均匀地向四周辐射声能均匀地向四周辐射声能. .因此距声源中心为因此距声源中心为rmrm球面上的声强为球面上的声强为 I=W/I=W/（4 4 r r2 2 ）n 平面波平面波, ,声线互相平行声线互相平行, ,同一束声能通过与声源距离不同的波阵面时同一束声能通过与声源距离不同的波阵面时, ,

26、声能没有聚集或离散声能没有聚集或离散, ,所以声强不变与距离无关所以声强不变与距离无关. .1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.1 4.5.1 声功率、声强和声压声功率、声强和声压n 声压声压p p：声波存在时压强与无声波时压强间的差值，单位：声波存在时压强与无声波时压强间的差值，单位Pa.Pa.n 声压只有大小，没有方向。声压的大小决定声音的强弱。声压只有大小，没有方向。声压的大小决定声音的强弱。n 声压一般随时间而迅速起伏变化，声音强弱只同迅速变化的声压声压一般随时间而迅速起伏变化，声音强弱只同迅速变化的声压（瞬

27、时声压）的某种时间平均值（均方根值）有关，成为有效声压。（瞬时声压）的某种时间平均值（均方根值）有关，成为有效声压。一般使用时所说的声压为有效声压，即瞬时声压的平均值。一般使用时所说的声压为有效声压，即瞬时声压的平均值。n 声压和声强的关系：声压和声强的关系：120pIc声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.2 4.5.2 声压级、声强级和声功率级及叠加声压级、声强级和声功率级及叠加由于以下两个原因，实际应用中，表示声音强弱的单位并不采用由于以下两个原因，实际应用中，表示声音强弱的单位并不采用声压或声功率的绝对值，而采用

28、相对单位声压或声功率的绝对值，而采用相对单位级。级。1 1）声压对人耳感觉的变化非常大。听觉下限声压）声压对人耳感觉的变化非常大。听觉下限声压2 2* *1010-5-5PaPa，上线声压，上线声压20Pa,20Pa,相差一百万倍。相差一百万倍。2 2）人耳对声音强弱变化的感受并不与声压成正比，而是与声压的对数）人耳对声音强弱变化的感受并不与声压成正比，而是与声压的对数成正比，两个同样的声源在一起，感觉并不是响一倍。成正比，两个同样的声源在一起，感觉并不是响一倍。n 所以用对数的标度来表示，引入所以用对数的标度来表示，引入“级级”的概念的概念n 级：主观与客观的结合。级：主观与客观的结合。1声

29、音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.2 4.5.2 声压级、声强级和声功率级及叠加声压级、声强级和声功率级及叠加n 声压级：声压级：声音的声压与基准声压之比的常用对数乘以声音的声压与基准声压之比的常用对数乘以2020。n 参考基准声压：参考基准声压：p p0 0=2=2* *1010-5-5PaPan 任意声压任意声压p p的声压级的声压级LpLp为：为： 声强级：声强级： 声功率级：声功率级： 1020lgppLp听觉下限：听觉下限：P=2*10-5Pa,，Lp为为0dB能量提高能量提高100倍：倍：P=2*10-4P

30、a，Lp为为20dB听觉上限：听觉上限：P=20Pa，Lp为为120dB.010lgIILI基准声强基准声强I I0 0=10=10-12-12W/W/010lgwWLW基准声强基准声强W W0 0=10=10-12-12W/W/声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.2 4.5.2 声压级、声强级和声功率级及叠加声压级、声强级和声功率级及叠加 声压级的叠加：声压级的叠加：n 几个声源同时作用时，某点的声能是各个声源贡献的能量的代数几个声源同时作用时，某点的声能是各个声源贡献的能量的代数和。因此声压是各声源贡献的声压平方和

31、的根号。即：和。因此声压是各声源贡献的声压平方和的根号。即：n n n个声源的声压相等，则叠加后的总声压级为个声源的声压相等，则叠加后的总声压级为 几个声压相等的声音叠加，总声压级并不是几个声压相等的声音叠加，总声压级并不是n*20lgp/p0，而只是增加了而只是增加了10lgn。例：两个数值相等的声压级叠加，只比原来增加了例：两个数值相等的声压级叠加，只比原来增加了3dB，而不是增加，而不是增加1倍。倍。 1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.2 4.5.2 声压级、声强级和声功率级及叠加声压级、声强级和声功率级及叠

32、加 声压级随距离的变化声压级随距离的变化n 声压级不仅取决于声源声功率，而且取决于离声源的距离以及声声压级不仅取决于声源声功率，而且取决于离声源的距离以及声源周围空间的声学特性。源周围空间的声学特性。n 几种常用声源：几种常用声源： 点声源：其尺度比所辐射的声波波长小得多的声源点声源：其尺度比所辐射的声波波长小得多的声源 线声源：如果把许多距离很近的点声源沿一直线排列，就形成了线声源：如果把许多距离很近的点声源沿一直线排列，就形成了线声源线声源 面声源：如果把许多距离很近的声源放置在一平面上，所产生的面声源：如果把许多距离很近的声源放置在一平面上，所产生的声波类似平面波。称为面声源。声波类似平

33、面波。称为面声源。 1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.2 4.5.2 声压级、声强级和声功率级及叠加声压级、声强级和声功率级及叠加 声压级随距离的变化声压级随距离的变化n 平方反比定律：在点声源向自由空间辐射声能的情况下，声波将平方反比定律：在点声源向自由空间辐射声能的情况下，声波将以球面波辐射。这时声压随着离声源的距离的增加成反比地衰变。以球面波辐射。这时声压随着离声源的距离的增加成反比地衰变。距离增加距离增加1 1倍，声压级衰减倍，声压级衰减6dB.6dB.n 线声源：距离增加一倍则声压级衰减线声源：距离增加一

34、倍则声压级衰减3dBn 面声源：声压级不因接收点与声源距离的增加而降低面声源：声压级不因接收点与声源距离的增加而降低n 在点声源向自由空间辐射声能的条件下，距离声源在点声源向自由空间辐射声能的条件下，距离声源r处声压级与处声压级与 声功率级的关系为：声功率级的关系为：Lp=LW-20lgr-11 半自由空间条件下：半自由空间条件下： Lp=LW-20lgr-81声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.3 4.5.3 人耳频率响应、等响曲线与总声级人耳频率响应、等响曲线与总声级n 人耳对不同频率的声音敏感程度是不一样的，对于

35、人耳对不同频率的声音敏感程度是不一样的，对于20005000Hz20005000Hz之间之间的声音最敏感，其他范围内，敏感度降低。的声音最敏感，其他范围内，敏感度降低。n 不同频率，相同声压级的声音，人听起来的响度感觉是不一样的。不同频率，相同声压级的声音，人听起来的响度感觉是不一样的。n 以以1000Hz1000Hz连续纯音做基准，测听起来和它同样响的其他频率的纯音连续纯音做基准，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条曲线叫的各自声压级构成一条曲线叫“等响曲线等响曲线”。响度单位是。响度单位是“方方”。1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的

36、计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.3 4.5.3 人耳频率响应、等响曲线与总声级人耳频率响应、等响曲线与总声级n 复合声，不能直接用纯音等响曲线，其复合声，不能直接用纯音等响曲线，其 响度级需通过计算求得。响度级需通过计算求得。n 线性声级（线性声级（L L声级）：声级）： 将各个频带的声音叠加得到线性声级。将各个频带的声音叠加得到线性声级。1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.3 4.5.3 人耳频率响应、等响曲线与总声级人耳频率响应、等响曲线与总声级n 声级计用于测量声压级和计权声压级，声级计用于测量声压级和

37、计权声压级，声级计中加入了声级计中加入了“频率计权网络频率计权网络”，可，可得到比声压级更好地与人耳响度判别密得到比声压级更好地与人耳响度判别密切相关的声压级。切相关的声压级。nA A声级：使用声级：使用4040方等响曲线作为计权方等响曲线作为计权 网络对频谱进行加权，之后再进行频网络对频谱进行加权，之后再进行频 带叠加。带叠加。n A A声级对声级对500Hz500Hz一下的声音进行较大衰一下的声音进行较大衰 减，模拟人耳对低频不敏感的特性。减，模拟人耳对低频不敏感的特性。n A A声级的数值单位表示是声级的数值单位表示是dB(A)dB(A) 1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性

38、4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.3 4.5.3 人耳频率响应、等响曲线与总声级人耳频率响应、等响曲线与总声级 A A、B B、C C、D D计权网络：计权网络：n A A：模拟人耳响应，：模拟人耳响应，4040方等响曲线作为计权网络。方等响曲线作为计权网络。n B：模拟：模拟70方等响曲线，低频衰减比方等响曲线，低频衰减比A声级小。声级小。n C：摸拟：摸拟100方等响曲线，整个频率衰减不多，接近线形。方等响曲线，整个频率衰减不多，接近线形。n D：主要用于测量航空噪音。：主要用于测量航空噪音。 1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5

39、声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.4 4.5.4 声源的指向性声源的指向性1、自由声场定义：声波在没有或近乎没有反射作用存在时所形成、自由声场定义：声波在没有或近乎没有反射作用存在时所形成的声场称为自由声场。的声场称为自由声场。 2、声源指向性：、声源指向性：n当声源尺寸当声源尺寸L和声波波长之间的关系为：和声波波长之间的关系为：1）L时：无方向性，声源可看作点声源，球面波。时：无方向性，声源可看作点声源，球面波。2）L 时：有方向性，声源已不是点声源。时：有方向性，声源已不是点声源。 L比比大得越多，指向性越强。大得越多，指向性越强。 频率越高、波长越短，指向性越强；频率越高

40、、波长越短，指向性越强； 频率越低方指向性越差。频率越低方指向性越差。1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.5 4.5.5 频谱频谱1、问题的提出、问题的提出1）音质设计中要控制厅堂对不同频率的反应。）音质设计中要控制厅堂对不同频率的反应。2）噪声控制中需分析其声级的部分相应频率以便有针）噪声控制中需分析其声级的部分相应频率以便有针 对地进行处对地进行处理。理。2、纯音与复合声、纯音与复合声n 纯音：单一频率的声音，又称单频声纯音：单一频率的声音，又称单频声n 复合声：若干纯音的组合。复合声：若干纯音的组合。3、频谱：

41、表示声音频率成分及其声压级组成情况的图形。、频谱：表示声音频率成分及其声压级组成情况的图形。1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.5 4.5.5 频谱频谱4、种类：、种类： n 线状谱：若干纯音组成（乐音）线状谱：若干纯音组成（乐音）n 连续谱：由所有频率的声音组成。连续谱：由所有频率的声音组成。 1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.5 4.5.5 频谱频谱n 在进行声音计量和频谱表示时，往往在进行声音计量和频谱表示时，往往 使用中心频率作为

42、频带的代表，声压使用中心频率作为频带的代表，声压 级值使用整个频带声压级的叠加。级值使用整个频带声压级的叠加。n 倍频程：通常将可闻频率范围内倍频程：通常将可闻频率范围内2020kHz分为分为10个倍频带，其中心个倍频带，其中心频率按频率按2倍增长倍增长，共十一个，为：，共十一个，为：16、31.5、63、125、250、500、1k、2k、4k、16kn 1/3倍频程：将倍频程再分为三个更窄的频带，使频率划分更加细化，倍频程：将倍频程再分为三个更窄的频带，使频率划分更加细化，其中心频率按倍频的其中心频率按倍频的1/3增长，为：增长，为：12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1k、1.25k、1.6k、2k、2.5k、3.15k、4k、5k、6.3k、8k、10k、12.5k、16k、20k.1声音的基本知识4.4.声音的基本性声音的基本性4.5 4.5 声音强弱的计量与听觉声音强弱的计量与听觉 4.5.6 4.5.6 声的三要素声的三要素n 声音的三要素：声音的强弱、音调的高低和音色的好坏。声音的三要素：声音的强弱、音调的高低和音色的好坏。n 声音的强弱：声