建筑物理声复习归纳总结

1、第10 章建筑声学基本学问1. 声音的基本性质声波的绕射当声波在传播途径中遇到障板时,的现象；不再是直线传播,而是绕到障板的背后转变原先的传播方向,在它的背后连续传播声波的反射当声波在传播过程中遇到一块尺寸比波长大得多的障板时,声波将被反射；声波的散射（衍射）当声波传播过程中遇到障碍物的起伏尺寸与波长大小接近或更小时,将不会形成定向反射,而是声能散播在空间中,这种现象称为散射,或衍射；声波的折射像光通过棱镜会弯曲,介质条件发生某些转变时,虽不足以引起反射,但声速发生了变化,声波传播方向会转变；这种由声速引起的声传播方向转变称之为折射；白天向下弯曲夜晚向上弯曲顺风向下弯曲逆风向上弯曲声波的透射与

2、吸取当声波入射到建筑构件（如顶棚,墙）时,声能的一部分被反射,一部分透过构件,仍有一部分由于构件的振动或声音在其内部传播时介质的摩擦或热传导而被损耗（吸取）；依据能量守恒定理：E0 E E E E0 单位时间入射到建筑构件上总声能；E 构件反射的声能；E 构件吸取的声能；E 透过构件的声能；透射系数 E / E0 ；反射系数 E / E0 ；实际构件的吸取只是 E ,但从入射波和反射波所在空间考虑问题,常常定义吸声系数为：1 1 E E E E0 E0 波的干涉和驻波1. 波的干涉：当具有相同频率,相同相位的两个波源所发出的波相遇叠加时,在波重叠的区域内某些点处,振动始终彼此加强,而在另一些位

3、置,振动始终相互减弱或抵消的现象；2. 驻波：两列同频率的波在同始终线上相向传播时,可形成驻波；2. 声音的计量声功率指声源在单位时间内向外辐射的声能；符号W ；单位：瓦（W）或微瓦（W）；声强第 1 页,共 16 页定义1：是指在单位时间内,改点处垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能；定义2：在声波传播过程中单位面积波阵面上通过的声功率；符号：I ,单位：W/m dW I dS 意义：声强描述了声能在空间的分布；衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量；可听声强范畴 10 -12 W/m 1 W/m 21在无反射声波的自由场中,点声源发出的球面波,均匀向四周辐射声能,因此,距离声源中心为

4、r 的球面上的声强为：W I 2对于平面波：声线相互平行,同一束声能通过与声源距离不同的表面时,4 r 2 声能没有集合或离散,即与距离无关,所以声强不变；声压1定义：是指介质中有声波传播时,介质中的压强相对于无声波时介质静压强的转变量,是一个标量,用 P 表示；2单位：Pa 帕斯卡 ,就是压强的单位,即 Nm；3任一点的声压都是随时间而不断变化的,每一瞬时的声压称瞬时声压,某段时间内瞬时声压的均方根值称为有效声压；如未说明,通常所指的声压即为有效声压；4对于简谐波,有效声压等于瞬时声压的最大值除以 2 ,即：P Pmax ；25声压与声强关系：在自由声场中,某处的声强与该处声压的平方成正比而

5、与介质密度与声速的乘积成反比：I P 2 0c P 有效声压,Nm；0空气密度 Kgm；3c 空气中的声速,ms；0c 空气的介质特性阻抗；声能密度1定义：声强为I 的平面波,在单位面积上每秒传播的距离为 c ,就在这一空间声能密度 D 为：D 2声能密度只能描述单位体积内声能的强度,最为便利；3. 声压级,声强级,声功率及其叠加 声压级 以10 倍为一级划分,从闻阈到痛阈可化为I （3 或J/m ）c 与声波的传播方向无关,应用于反射声来自各个方向的室内声场时,10 10 七个等级；20 倍之 Lp 20 lg P （dB）N/m 为参考值；P0 P 某点声压,N/m ；P0参考声压,取2

6、10 -5 声强级-12 以10 W/m 为参考值；（10 倍之）LI 10 lg I （dB）I 0 声功率级将声功率以“级”表示,便是声功率级,单位也是分贝；-12 W0 参考声功率,10 W；LW 10 lg W W0 留意：要特殊指出的是声强级,声压级,声功率级和声强,声压,声功率是不同的概念,以分贝为单位的各种 “级” 只有相对比值的意义,其数值大小与所规定的基准值有关；声级的叠加当几个不同的声源同时作用与某一点时,如不考虑干涉效应,该点的总声能密度是各个声能密度的代数和；第 2 页,共 16 页E E1 E2 En （W/m）它们的总声压（有效声压）为各声压的均方根值,即：P P1

7、22 P2 2 Pn （N/m 2）声压叠加时,不能进行简洁的算术相加,而要求依据对数运算规律进行；Lp 20lg P 20lg 2 P1 P122 . Pn Lpn 2P0 P0 20lg Lp12Lp2 2Lp3 210 2010 20 10 20. 10 20 10lg10 110 210 Lp3 . 10 n 响度,响度级假如某一声音与已选定的 1000Hz 的纯音听起来同样响,这响度级的单位为方（Phon）；个1000Hz 纯音的声压级值就定义为待测声音 的“响度级”；声音的频谱 声音往往包含多个频率,全部频率的集合成为频谱；种类：线状谱：如干纯音组成（乐音）；连续谱：由全部频率的声

8、音组成；如机器设备发出的噪声,一般不能用离散的简谐重量表示 频程：通常频带划分方式通常不是在线性标度的频率轴上等距离划分频带,而是以各频带的频程数 n 来划分；n 10log 2 f2 f 1 即f2 n 2 f 2 上界频率；f1 下界频率；f 1 声源的指向性 1 当声源的尺度比波长小的多时,可以看做物方向性的“点声源” ,在距离声源中心等距离处的声压级相等；2 当声源的尺度与波长相差不多或更大时,它就不是点声源,可看成由许多点声源组成,叠加后各方向的辐射就 不一样,因而具有指向性,在距离声源中心等距离的不同方向的空间位置处的声压级不相等；3 声源尺寸比波长大的越多,指向性就越强；4. 人

9、耳听觉特性 最高和最低的可听频率极限：2020220Hz 最小与最大的可听声压级极限：0-120dB ；声压级在120dB 左右,人就会感到不舒服；130dB 耳朵内将由痒痒的感 觉；损坏听觉机构；最小可辨域（差域）：140dB 耳朵疼痛；连续上升将造成而出血,第 3 页,共 16 页在频率为50-10000Hz 之间的任何纯音,在声压级超过可听域50dB 时,人耳大约可以辨论出1dB 声压级变化；在理想的隔音室中,用耳机供应声音时,中频范畴内,人耳能觉察到的声压级变化；哈斯效应 哈斯效应反应了人耳听觉特性的两个方面 : 1. 听觉暂留,2. 声像定位；声觉暂留: 人对声音的感觉在声音消逝后会

10、暂留一小段时间；声像定位：判定声源位置主要是依据“第一次到达”的声音；哈斯效应：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 50ms 后到达的“强”反射声会产生“回声” ；掩蔽效应 人耳对一个声音的听觉灵敏度由于另一个声音的存在而降低的现象；频率相近的纯音掩蔽成效显著；掩蔽音的声压级越高,掩蔽量越大,掩蔽的频率范畴越宽；低频音对高频音掩蔽作用大,高频音对低频音掩蔽作用小；双耳听闻效应（听觉定位）人耳的一个重要特性就是能够判定声源的 方向和远近；双耳定位才能有助于人们在存在背景噪声的情形下倾听 所留意的声音；由于人耳位于头部两侧,约距20cm,声音到达双耳有微小的时间差,

11、强度差和相位差,使人能辨别声音的方向,确定声源的位置；频率1400Hz 强度差起主要作用；频率1400Hz 时,时间差起主要作用；人耳对水平方向方位的辨别才能强于垂直方向；第 4 页,共 16 页第11 章室内声学原理 1. 室内声场 室内声场的特点 距声源有确定距离的接收点上,声能密度比在自由声场中要大,常不随距离的平方衰减；声源在停止发声以后,在确定的时间里,声场中仍存在来自各个界面的迟到的反射声,产生所谓“混响现象” ；此外,由于房间的共振,引起室内声音某些频率的加强或减弱,由于室的形状和内装修材料的布置,形成回声,颤 动回声及其他各种特异现象,产生一系列复杂问题；几何声学：忽视声音的波

12、动性质,以几何学方法分析声音能量的传播,反射,扩散的叫“几何声学” ；“波动声学”（物理声学）：着眼于声音波动性的分析方法；优点：波动声学的方法只能解决体型简洁,频率较低的较为单纯的室内声场情形的分析；而几何声学就可以分析界面形状和性质复杂多变的室内声场空间；扩散声场的假定假定声源在连续发生时声场时完全扩散的；所谓扩 散,包含两层含义：声能密度在室内分布均匀,即在室内任一点上,其声能密度都相等；在室内任一点上,来在各个方向的声能强度都相同；基于上述假定,室内内表面上不论吸声材料位于何处,成效都不会转变；同样,声源与接收点无论在室内什么位 置,室内各点的声能密度也不会转变；因此,在扩散声场中,在

13、室内任一表 面的单位面积上,每秒钟入射的声能为：室内声音的增长,稳态和衰减I c D（W/m）4室内声场声能变化方程：1. 增长公式：DV dD W cDA dt 42. 稳态公式：4W 1 ecA t 4V cA 3. 衰减公式：D0 4W . cA DD e cA t 4V 2. 混响和混响时间运算公式 声源在停止发声以后,在确定的时间里,声场中仍存在来自各个界面的迟到的反射声,产生所谓“混响现象” ；混响时间：声能密度衰减60dB 所需的时间；其为评判室内声音特性的参数 . 赛宾的混响时间运算公式T60 K V Si iV A A A 适用范畴：室内总吸声量较小,混响时间较长情形；依林的

14、混响时间运算公式依林理论认为：反射声能不像赛宾公式所假定的那样连续衰减；而是声波与界面每碰撞一次就衰减一次,衰减曲线 呈台阶形；即考虑界面吸取不是连续的,反射声能密度呈阶梯形衰变；T KV S ln1 S ln1 第 5 页,共 16 页分析：室内表面平均吸声系数较小（室内表面平均吸声系数较大（依林- 努特生公式）时,赛宾公式和依琳公式可以得到相近结果；）时,只能用依琳公式较为精确运算室内混响时间；对频率较高的声音,在传播过程中,空气的吸取作用不能忽视,而空气的吸取与空气的温度和湿度有很大的关系；T S ln1 4mV 其中,4m空气吸取系数；3. 室内声压级运算与混响半径室内声压级运算当室内

15、一点声源发声,且假定声场充分扩散时,就利用以下稳态声压级公式运算离开声源不同距离处的声压级,即：Q 4Lp Lw 10lg 4 r 2R （dB）或者：L p 10lg W 10lg Q 2 4 120 （dB）4 r RLw 声源的声功率级,dB；W 声源的声功率,W；r离开声源的距离,m；Q 声源指向性因数；R S 房间常数；1Q （声源指向性因数）与声源的方向性和位置有关（如右图）：混响半径室内声能密度由两部分构成：第一部分为直达声,相当于4Q 2表述部分；其次部分为扩散声,或称混响声（包括第r一次及以后的反射声）,即4表述部分；R当直达声项与混响声项相等时,接收点距离声源的距离r0 称

16、之为“混响半径” ,或称“临界半径” ；4 Q r0 2R 4 或：r0 0.14 QR 房间常数越大,就室内吸声量越大,混响半径就越长；R 越小,就正好相反,混响半径就越短； 对于听着而言,要提高清晰度,就要求直达声较强,因此常接受指向性因数 Q 较大（10 左右,有时更大）的电声扬声器；4. 房间共振和共振频率第 6 页,共 16 页矩形房间的共振fn x , n ,n y z c nx Lx 2ny 2 nz Lz 22Ly 简并：在某些振动方式的共振频率相同时,就会显现共振频率重叠现象,或称之为共振频率的“简并” ；在显现 “简并” 的共振频率范畴内,将使那些与共振频率相当的声音被大大

17、加强,导致室内原有的声音产生失真（亦 称为频率畸变）,表现为低频产生嗡声,或产生“声染色” 防止“简并”现象的发生措施：尽量使房间的长,宽,高不显现简洁的比例关系；（如上图）两个相对的表面尽量不要完全平行；在厅内部可以实行不规章的扩散表面；可接受不对称的空间体型；第 7 页,共 16 页第12 章材料和结构的声学特性 1. 吸声 吸声系数: 材料的吸声系数是指被吸取的声能（或没有被表面反射的部分）与入射声能之比；它是用来表征材料和结构吸声才能的基本参量；以E0 表示为：Er E0 E0 入射到材料和结构表面的总声能,J；Er 被材料反射回去的声能,J；A ：吸声量 用来表征某个具体吸声构件的实

18、际吸声成效,它和构件的尺寸大小有关；对于建筑空间的围蔽结构,吸声量A S 2 单位：m S 围蔽结构的面积,2 m；假如一个房间有n面墙（包括顶棚和地面）,各自面积分别为S1, S2, S3Sn ,各自的吸声系数分别为1 , 2 , 3n ,就此房间的总吸声量为：nA S1 1S2 2Sn nSi ii1可以得到房间的平均吸声系数：nA i 1 Si iS nS i 1 吸声材料及结构多孔吸声材料共振吸声结构: 空腔共振吸声结构, 薄板,薄膜共振吸声结构空间吸声体强吸声结构2. 隔声 一,空气声隔绝单层墙隔声频率特性的一般规律1. 质量定律：假如把墙看成是无刚度无阻尼的柔顺质量,且忽视墙的边界

19、条件,假定 墙为无限大；mf R0 20lg 20lg m 20lg f 43 0 c 质量定律：墙体受到声波激发所引起的振动与其惯性（即质量）有关,墙体的单位面积重量愈大,透射的声能愈少,这就是通常所说的“ 质量定律 ”；2. 吻合效应：如声波沿墙面行进的速度正好等于墙板自由弯曲波的传播速度,墙板的弯曲振动达到最大,这时墙板会特殊“顺从”地跟随入射声波弯曲,使入射声能大量透射到另一侧,这就是“吻合效应” ；双层墙的空气声隔绝轻型墙的空气声隔绝门窗及屋顶的隔声二,振动声隔离转动设备隔振 撞击声隔绝3. 反射 反射体扩散体第 8 页,共 16 页第13 章 室内音质设计1. 音质的主观评判与客观

20、指标主观评判五个方面1. 合适的响度：语言声6070phon（方）；音乐声5080 方；2. 较高的清晰度和明晰度3. 足够的丰满度丰满度的含义有：余音悠扬（活跃）,音色浑厚（温和）,坚实饱满等（亲切）；总之,可以定义为声源在室内发生与在露天发声相比较,在音质上的提高程度；4. 良好空间感（方向感,距离感和围绕感）指室内声场给听者供应的一种声音在室内的空间传播感觉；包括听者对声源方向的判定（方向感）；,距声源远近的判定（亲切感）和对属于室内声场的空间感觉（围绕感）5. 没有声缺陷和噪声干扰声缺陷：如回声,声聚焦,声影,跳动回声等客观指标1. 声压级与混响时间2. 反射声的时间与空间分布2. 音

21、质设计大厅容积的确定保证厅内有足够的响度 最大答应容积保证厅内有适当的混响时间 每座容积大厅体形设计大厅的混响设计3. 室内电声设计第 9 页,共 16 页第14 章噪声把握 1. 噪声的评判方法A 声级LA LA 来评判对于稳态噪声,可以直接测量等效连续声级Leq 等效连续声级评判方法：就是在一段时间内能量平均的方法；适用于 但其对偶发的短时的高声级噪声的显现不敏捷；昼夜等效声级 Ldn 累计分布声级 LN 累计分布声级就是用声级显现的 累积概率来表示这类噪声大小 噪声冲击指数 NII 声级随时间变化的起伏噪声；考虑到一个区域或一个城市由于噪声分布不同,受影响的人口密度不同,用噪声冲击指数N

22、II 来评判城市环境噪声影响的范畴比较合适；噪声评判曲线NR 和噪声评判 数N2. 噪声把握 噪声把握标准 噪声把握的原就和方法 城市噪声把握3. 建筑中的吸声降噪 吸声降噪原理：假如在室内顶棚或墙面上布置吸声材料或吸声结构,可使混响声减弱,这时,人们主要听到的是直达声,那种被噪声“包围”的感觉将明显减弱；这种利用吸声原理降低噪声的方法称为“吸声降噪” ；吸声降噪量的运算依据稳态声压运算公式可知,距离声源Lrm 处之声压级与直达声和混响声的关系如 下：L w 10lg 4 Q r 2 R 4 dB 1很小,所以p如进行吸声处理,就处理前后该点的“声级差” （或称“降噪量” ）为：Lp Lp1

23、Lp2 10lg 4Q 24Q 4dB rR1 2 4 r R2 当以直达射声为主时,即4Q 4,就Lp 0 ；r 2 R当以混响声为主时,即4Q 4时,就Lp10lg 21 1；一般室内在吸声处理以前r 2 R11 2121 ,可以忽视,上式即可简化为：Lp 10lg 2=10lg A2 =10lg T2 T1 dB 1A1 1处理前房间的平均吸声系数；A1处理前房间的总吸声量,2 m；T1 处理前房间的混响时间,s；2 处理后房间的平均吸声系数；A2 处理后房间的总吸声量,2 m；s；T2 处理后房间的混响时间,4. 隔声 隔声构件的综合隔声量第 10 页,共 16 页式中,R 10lg

24、110lg S1 S1 S2 R2 /10 Sn nSn 10 Rn /10 dB 1S2 2Sn Sn S1S2 10lg S110 R1 /10 S2 10 平均透射系数；i第i 个构件透射系数；Si i第i 个分构件的透射量；房间的噪声降低值噪声通过墙体传至邻室的声压级为L2 ,而发声室的声压级为L1 ；两室的的声压级差值：DL1 L2 ；D 值是判定房间噪声降低的设计成效的最终指标；R 隔墙的隔声量；DR 10lg A 10lg S R 10lg A dB S A 接收室的总吸取量；S 隔墙的面积；隔声措施隔声间隔声屏障隔声罩等利用掩蔽效应；建筑声学1,线声源：将许多很靠近的单个声源沿

25、直线排列,辐射柱面波,仍有面声源2,倍频带,实际应用中,两个不同 频率声音相互比较时,起作用的不是它们的差值,而是两个频率之比值；噪声把握领域对频率作比较的概念称倍频程或倍频带；3,1/3 倍频带：31.5 ,63,125,250,500,1k,2k,4k,8k,16k 4,声功率：声源在单位时间内向外辐射的声音能量W,单位瓦I I=p2/pc 5,声强：在声波传播过程中,每单位面积波阵面上通过的声功率,6,声压：空气质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力起伏；7,混响：声源停止发声后,声音由于多次反射或散射连续的现象,或者说声源停止发生后,由于多次反射或散射而连续的声音8,回声：人们的

26、听觉系统把连续的反射声整合在一起的才能有限,大小和时差都大到足以能和直达声区分开的反射声就是回声；9,声级计分为ABCD 四种频率计权特 D 用于测量航空噪点,声10,A 声级 用A 计权特性测的的声压级成 A 声级为11,人对声音的感受的特点：视察效应,掩蔽,双耳听觉12,吸声材料分1 多孔吸声材料2 共振吸声材料3 特殊吸声材料13,声波在建筑中的 传播分为：空气传播（经由空气直接传播,经由爱护结构的振动传播）和固体传播（固体传声是爱护结构受到直接的撞击或振动作用而发声的）14,吻合效应：墙板本身存在着频率而变的自由弯曲波传播速度Cb,当受迫弯曲波的传播速度Co/sin 与自由弯曲波的传播

27、速度相等时,墙板振动的振幅最大,使声音大量透射；吻合临界频率（显现吻合效应的最低频率称为）15,声桥：假如双层墙之间有刚性连接,就一侧墙体振动的能量将由刚性连接件传至另一侧墙体,空气层将失去弹性作用；16,轻质隔墙提高措施：1,空气层大于,多孔材料填充空气层3,石膏板4,多层复合,各层质量部等17,城市噪声：道路交通噪声,建筑施工噪声,工业生产噪声,社会生活噪声18,声环境质量标准 0 类声环境功能区19,噪声的危害：1,对人耳听力损害 2,多种疾病3,影响生活4,降低效率5,损坏建筑物20,噪声把握的步骤：1,调查噪声的现状,以确定噪声的声压级；同时明白噪声产生的缘由以及四周环境的情形 2,

28、依据噪声现状和有关的噪声答应标准,确定所需降低的噪声声压级数值 3,依据需要和可能,实行综合的降噪措施,21,包括从城市规划角度考虑：1,人口密度的把握 2,功能分区（居民区和工业商业区）3,把握道路交通噪声（1,道路分级为：地区,主要,市区 2,利用屏障降低噪声 3,利用绿化）第 11 页,共 16 页声学 3.1 声音的物理性质及人对声音的感受 1. 什么是正常听觉的频率范畴,语言声,音乐声大致的频率范畴,以及建筑声环境分析得主要频率范畴？2. 什么是声音的频谱图？用图分析连续的频谱和只有纯音成分的频谱的区分；3. 什么是倍频带？倍频带中心频率与其上限频率及下限频率的关系如何？中心频率为

29、少Hz？500Hz 的上限频率和下限频率各是多4. 倍频带与1/3 倍频带有什么关系？列出在建筑声环境频率分析中常用的倍频带中心频率和 1/3 倍频带中心频率；5. 对声音的计量用“级” ,有什么有用意义？6. 声强和声压有什么关系？声强级和声压级是否相等？为什么？13. 在声音的计量中为什么要用频率计权网络？说明 dB 与dBA 的区分；14. 什么是声衍射？作图分析声衍射的重要性；15. 什么声反射系数,吸取系数和透射系数？它们之间的关系如何？第 12 页,共 16 页16. 声音在围蔽空间里传播时,有哪些重要特点？18. 两个频率想同,响度分别都是零方的声音合成后是否仍为零方？20. 说

30、明时差效应,双耳听闻及其在建筑声环境设计中的重要性；21. 什么是听觉掩蔽,掩蔽量及听阈偏移？22. 人们受噪音干扰的程度,主要取决于哪些因素？23. 综述干扰噪声对人们身心健康等各方面的影响？24. 人们对振动的感受主要取决于哪些因素？举例说明自己（及家庭）曾受到的噪声与振动的明显干扰；3.2 建筑吸声扩散反射 建筑隔声1. 列表分析多孔吸声材料,共振吸声结构的吸声机理和主要吸声特性；3. 在混凝土表面油漆或拉毛,对其吸声系数有什么影响？分析其缘由；第 13 页,共 16 页4. 实贴在顶棚表面的纤维板和悬吊在顶棚下的纤维板,吸声特性会有何不同？分析其缘由；7. 什么是降噪系数（NRC）选用吸声材料（构造）时应考虑哪些因素？8. 分析吸声与隔声的区分和联系；9. 空气声和固体声有何区分