第七章建筑声环境

第七章建筑声环境主要内容第一节建筑声环境的基本知识第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价第三节声音传播与衰减的原理第四节材料与结构的声学性能第五节噪声的控制与治理方法主要内容声环境控制的意义创造良好的满足要求的声环境保证居住者的健康提高劳动生产率保证工艺过程的要求（演播室、录音棚等）理想的声环境需要的声音（讲话、音乐等）能够高度保真不需要的声音不干扰人的学习、工作和生活建筑声环境主要研究建筑环境中的噪声控制问题声音是怎样产生和传播的？声源（振动的固体、液体、气体）传声途径接收者声音的三个表征量音量大小音调高低音色好坏第一节建筑声环境的基本知识声波和波动方程声波：是声源振动引起弹性媒质的压力变化，并在弹性媒质中传播的机械波空气中的声波是一种压强波声压：因声波而引起的空气压强的变化量声压p是10-5~10Pa的量级第一节建筑声环境的基本知识大气静压强的量级？声速声波在介质中的传播速度声速与介质本身的物理特性以及温度等有关声波在不同介质中传播速度（0℃）第一节建筑声环境的基本知识常温下空气的声速取340m/s介质声速m/s松木3200软木500钢5000水1450频率、波长周期T：声波通过空气或其它弹性介质传播时，介质质点在其平衡位置附近来回振动完成一次完全振动所需要的时间频率f：1s内的振动次数，T的倒数波长λ：声波在一个周期内传播的距离第一节建筑声环境的基本知识人耳能听到的声波频率范围：20~20000Hz之间低于20Hz的声波为次声高于20000Hz的声波为超声第一节建筑声环境的基本知识人耳听不到高频声低频声中频声31.25Hz频率声音信号和频谱纯音：简谐音声压随时间的变化是一个频率为f的余弦函数

f确定音调，声压幅值Pm确定声音的强弱频谱图是位于该频率坐标处的一条竖直线第一节建筑声环境的基本知识人耳收到的空气中声压随时间的变化称为声音。声音信号和频谱复音：周期性信号含有基频f0和谐频nf0其频谱图可以表示为在基频f0和2f0、3f0、······nf0

处的一系列高矮不等的竖直线，称为线状谱（离散谱）第一节建筑声环境的基本知识复音音调的高低取决于基频，音色取决于谐频分量的构成第一节建筑声环境的基本知识声音信号和频谱噪声：非周期性信号频谱为连续谱第一节建筑声环境的基本知识噪声不能用离散的简谐分量的叠加来表示。声音的频带在声学测量中将声音的频率范围分成若干个频带频带的划分通常以各频带的频程数n相等来划分中心频率ISO和国标中对倍频带划分的标准规定：中心频率为31.5、63、125、250、500、1000、2000、4000、8000及16000Hz第一节建筑声环境的基本知识上界频率下界频率波阵面在某一时刻，波动所达到的各点的包络面，即空间中相位相同的相邻点构成的面平面波：波阵面为平面球面波：波阵面为球面第一节建筑声环境的基本知识声线自声源发出代表声能传播方向的曲线表示声波传播的方向在各向同性的介质中，声线是直线，与波阵面垂直

第一节建筑声环境的基本知识声功率W声源在单位时间内向外辐射的声能，单位为W声强I衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量，单位为W/m2球面波对平面波，声强与距离无关声压p介质中有声波传播时，介质中的压强相对于无声波介质静压强的改变量，单位为Pa第一节建筑声环境的基本知识注意：电功率与声功率的区别“级”的概念可听阈：人耳能听见的下限声强为10-12W/m2，下限声压为2×10-5Pa烦恼阈：人能忍受的上限声强为1W/m2，上限声压为20Pa疼痛阈：I=100W/m2，p=200Pa级：一个量与同类基准量之比的对数第一节建筑声环境的基本知识级是相对比较的量声压级声强级声功率级第一节建筑声环境的基本知识可听阈值10-12W声级的叠加声强叠加声压叠加声压级叠加第一节建筑声环境的基本知识n个数值相等的声压级叠加两个声压级叠加n个声压级叠加两个数值相等的声压级叠加，声压级比原来增加3dB两个声压级差超过15dB，附加值可以忽略第一节建筑声环境的基本知识L=3dB声源的指向性在距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指向性指数DI在离实际声源相同距离r处，某个方向（θ，φ）的实际声压级Lp（r，θ，φ）与参考声压级Lp0（r）之差指向性因数Q实际声强I（r，θ，φ）与参考声强I0（r）

的比值第一节建筑声环境的基本知识参考声压级Lp0(r)参考声强I0(r)无方向性的点声源形成的声压场指向性因数Q与声源面积S0及频率f有关第一节建筑声环境的基本知识若不是点声源听觉机构第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价

自由场最小可听阈烦恼阈疼痛阈人耳的频率响应与等响曲线第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价人耳对于不同频率的声音响应是不同的声级计A计权网络：参考40方等响曲线，对500Hz以下的声音有较大衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性C计权网络：具有接近线性的较平坦的特性，以模拟人耳对85方以上的听觉响应B计权网络：介于A和C之间，很少使用D计权网络：用于测量航空噪声

第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价掩蔽效应人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音的存在而降低的现象频率相近的声音掩蔽效应显著掩蔽音对比其频率低的声音作用小，对比其频率高的声音作用大背景噪声的存在会干扰有用信号的通信；掩蔽不希望听见的声音第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价双耳听闻效应（方位感）同一声源发出的声音传至人耳时，由于到达双耳的声波之间存在一定的时间差、位相差和强度差，使人耳能够知道声音来自哪个方向声源方位感明显的噪声更容易引起人心理上的烦躁无明确方位感的噪声易被忽略听觉疲劳听阈暂时提高，事后可以恢复的现象听力损失听阈的提高是永久性不可恢复的第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价噪声凡是人们不愿听的各种声音都是噪声噪声的危害影响工作和生活造成听觉疲劳和听觉损失噪声评价对各种环境条件下的噪声作出其对接收者影响的评价，并用可测量计算的评价指标来表示影响的程度第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价A声级LA（或LpA）用声级计上的A计权网络直接读出反映了人耳对不同频率声音响度的计权是目前国际上使用最广泛的环境噪声评价方法第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价倍频带中心频率31.5631252505001000200040008000A响应（对应于1000Hz）-39.4-26.2-16.1-8.6-3.201.21.0-1.1等效连续A声级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方法离散噪声读数时间间隔Ti相等第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价实际测量时间隔读数的昼夜等效声级Ldn夜间噪声对人的干扰比白天大10dB左右累积分布声级LX用声级出现的累积概率来表示噪声的大小第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价中值起伏噪声的峰值背景噪声噪声在晚上比白天更容易引起烦恼。计算24h的等效声级时，晚上的噪声要加上10分贝的计权噪声评价曲线NR是一组使用最广泛的用于评价公众对户外噪声反应的评价曲线，也用作工业噪声治理的限值NR数与A声级有较好的相关性第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价噪声评价曲线NC对低频的要求比NR苛刻与A声级和NR曲线的关系第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价噪声评价曲线PNC对NC曲线的修正对低频部分更进一步进行降低与NC曲线的关系第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价NC曲线和PNC曲线适用于评价室内噪声对语言的干扰和噪声引起的烦恼噪声允许标准和法规GBJ118民用建筑隔声设计规范规定了住宅、学校、医院和旅馆四类建筑的室内允许噪声GBJ87工业企业噪声控制设计规范工业企业噪声卫生标准（试行草案）GB3096-2008声环境质量标准GB22337-2008社会生活环境噪声排放标准第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价噪声允许标准和法规第二节人体对声音环境的反应原理与噪声评价声波遇到不同尺度的障碍物时，产生反射、绕射和散射的情况第三节声音传播与衰减的原理声波的透射与吸收透射系数反射系数材料的吸声系数第三节声音传播与衰减的原理吸收透射吸收EαEρE0Eτ隔声材料：τ值小的材料吸声材料：ρ值小的材料声音在自由场中的传播球面波的声强随接收点与声源距离的增加而衰减自由场球面波发散衰减的“平方反比定律”：接收点的声强与点声源的距离平方成反比，距离每增加1倍衰减6dB线声源在自由场中的衰减规律：接收点的声强与线声源的距离成反比，距离每增加1倍衰减3dB第三节声音传播与衰减的原理第三节声音传播与衰减的原理相对参考值6dB3dB声音在传播过程中的衰减发散衰减随着传播距离的增加，声波的能量散布在越来越大的面积上，声强也越来越弱大气吸收衰减大气吸收与大气温度、湿度以及声波的频率有关地面吸收衰减衰减情况与地面形态和声波的频率有关其他衰减Aoth遇到障碍物发生反射、透射和吸收引起的衰减第三节声音传播与衰减的原理气象条件的影响——气温、风速声源的上风向声音传播速度是静风状态下空气中的声速减去风速，其梯度分布是近地面处大而随高度的降低减少声源的下风向声音传播速度是静风状态下空气中的声速加上风速，其梯度分布是近地面处小而随高度的降低增大第三节声音传播与衰减的原理声音在室内空间中的传播室内声场由直达声和多次反射声组成声音强度比自由声场大，且不随距离的

平方衰减有“混响现象”扩散声场的假定声能密度在室内均匀分布，即在室内任意一点上，声音强度都相等在室内任一点上，声波向空间各个方向传播的概率是相同的第三节声音传播与衰减的原理平均吸声系数室内声场的衰减过程声能密度随时间的衰减声级随时间衰减的量混响时间室内声场在声源停止发声后衰减60dB的时间依林混响公式赛宾混响公式第三节声音传播与衰减的原理室内声场的稳态分布分布公式直达声产生的声能密度反射声的声能密度全部声能密度声强声压级第三节声音传播与衰减的原理房间常数之前的假定，室内声能密度是各点相同的。实际不是。混响半径（临界半径）在直达声的声能密度与反射声的声能密度相等处，距声源的距离加大房间的吸声量降低室内噪声时接收点在r0之内：接收的主要是声源的直达声，效果不大接收点在r0之外：接收的主要是声源的反射声，效果明显第三节声音传播与衰减的原理直达声反射声材料和结构的声学特性与入射声波的频率和入射角度有关控制噪声的方法吸声：声波入射到吸声材料表面上被吸收，降低了反射声隔声：利用隔层把噪声源和接收者分隔开两种方法采用的材料特性不同厚重密实的材料隔声性能好松散多孔的材料吸声系数较高第四节材料与结构的声学性能第四节材料与结构的声学性能隔声透过声能越少，隔声越好密实厚重吸声差吸声反射越小，吸声越好透气、多孔隔声差防止相邻空间噪声干扰吸声减噪吸声材料和吸声结构吸声材料的吸声系数和吸声量吸声特性与声波的入射角有关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吸声量第四节材料与结构的声学性能吸声材料和吸声结构的分类第四节材料与结构的声学性能多孔吸声材料吸声机理：声波顺着微孔进入材料内部，引起空隙中空气的振动，由于空气的黏滞阻力、空气与孔壁的摩擦和热传导作用等，使相当一部分声能转化为热能而被损耗对中高频吸声效果明显影响多孔材料吸声系数的因素厚度：对中低频影响显著，高频变化不大密度：没有厚度的影响显著空腔：可提高中低频吸声性能面层：金属网格等罩面对吸声性能影响不大，穿孔板和薄膜面层可分别提高低频和中频吸声系数第四节材料与结构的声学性能第四节材料与结构的声学性能第四节材料与结构的声学性能第四节材料与结构的声学性能有空腔对中低频吸声性能有所提高共振吸声结构吸声机理：共振结构在声波的激发下发生振动，振动的结构和物体由于自身内部摩擦和与空气的摩擦，会把一部分能量转变成热能共振≠共鸣共振现象：把声能转化为机械能，最终转变为热能的过程共鸣现象：把机械能通过激发物体振动转化为声能的过程共振吸声结构一般有两种空腔共振吸声结构薄板吸声结构第四节材料与结构的声学性能空腔共振器孔颈中的空气柱由于共振产生剧烈振动，振动中空气柱和孔颈侧壁摩擦而消耗声能第四节材料与结构的声学性能穿孔板共振器穿孔板与墙间空腔形成共振腔第四节材料与结构的声学性能穿孔板组合共振吸声结构实例1-空气层；2-多孔吸声材料；3-穿孔（缝）板；4-玻璃布等护面层；5-木板条第四节材料与结构的声学性能穿孔板后铺设多孔材料，增加空气运动阻力薄板共振吸声结构不透气的薄板与板壁间有一空气夹层，薄板振动消耗声能第四节材料与结构的声学性能空间吸声体第四节材料与结构的声学性能吸声材料强吸声结构吸声尖劈是常用的强吸声结构第四节材料与结构的声学性能第四节材料与结构的声学性能隔声和构件的隔声特性隔声量与透射系数第四节材料与结构的声学性能30dB45dB34dB空气层对隔声效果的影响空气间层的弹性变形具有减振作用第四节材料与结构的声学性能噪声控制原则声源的噪声控制噪声源的控制在传声途径中控制按照“闹静分开”的原则合理布置噪声源的位置改变噪声传播的方向或途径隔声、吸声、减振在接收点的噪声控制佩戴护耳器减少在噪声中暴露的时间第五节噪声的控制与治理方法噪声控制方法吸声降噪在室内吊顶或墙面上布置吸声材料，可使混响声减弱只能降低混响音，很难把噪声降低10dB以上在靠近声源处发挥的作用很小：直达声占主导降噪量在室内原来的平均吸声系数很小的时候，吸声降噪的效果明显第五节噪声的控制与治理方法？隔声适当的隔声设施可降低噪声20~50dB平均透射系数隔声构件的综合隔声量【例题】：某墙面积为20㎡，墙上有一门，面积2㎡。墙体的隔声量为50dB，门的隔声量为20dB。求该墙的综合隔声量。第五节噪声的控制与治理方法小孔对隔声的影响房间的噪声降低值第五节噪声的控制与治理方法减振和隔振振动的危害干扰工作产生噪声损坏建筑物和设备隔振在设备上安装隔振或减振机构，使设备与基础之间的刚性连接变成弹性连接，从而避免振动造成的危害阻尼减振在设备外罩上喷涂或粘贴高内阻的黏弹性材料，在振动过程中能量消耗在阻尼中，一部分振动能量转变为热能第五节噪声的控制与治理方法第五节噪声的控制与治理方法隔振材料的固有频率比振源频率越低，震动传递比就玉箫，隔振效果就越好。隔声罩把声源发出的声能封闭在隔声罩内，尽可能地在罩内消耗掉，减少其向外的传播降噪效果用插入损失IL