建筑环境学声环境

建筑环境学声环境第一页，共四十六页，编辑于2023年，星期六一、声音的性质和基本物理量声源和声波频率、波长和声速声音的计量声源的方向性、时间性和频率特性声音的传播规律二、吸声材料和吸声结构多孔吸声材料薄板和薄膜共振吸声结构空腔共振吸声材料空间吸声体主要内容§7-1第二页，共四十六页，编辑于2023年，星期六§7-1声音的度量与声环境的描述※7.1.1声音的性质与基本物理量（一）声源和声波1、声源：定义：正在发出声音的发声体称为声源。2、声波：纵波：如果质点的振动方向和波的传播方向相平行，则称为～。在空气中传播的声波就属于纵波。第三页，共四十六页，编辑于2023年，星期六声速：声波的传播速度，称声速c，单位为m/s。提示：是振动传播的速度，它的大小与振源的特性无关，而与介质的弹性、密度及温度有关。当温度为0℃时，声波在不同介质中的传播速度为：松木：3320m/s软木：500m/s钢：5000m/s水：1450m/s在空气中，声速与温度的关系如下：C(θ)=331.45+0.61θ式中：θ—空气温度，℃声速、波长、频率有如下关系：c=fλ或c=λ/T二、频率、波长和声速第四页，共四十六页，编辑于2023年，星期六2、声强:在无反射的自由声场中，点声源发出的球面波，均匀地向四周辐射声能定义：在单位时间内，在垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能。记为I，单位为W/㎡声强是衡量声音强弱的物理量。I=W/SW/㎡式中：S—声能所通过的面积，㎡距声源中心为r的球面上的声强为I=W/S=W/(4πr2)W/㎡1、声功率：声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能，记为W，单位为瓦（W)或微瓦（μW）（三）声音的计量第五页，共四十六页，编辑于2023年，星期六对于球面波，声强与点光源的声功率成正比，而与到声源的距离的平方成反比。对于平面波，声线互相平行，声强不变，与距离无关。上述两种情况都是假设声音在无损耗、无衰减的介质中的传播，实际上，声能在一般介质中传播时，声能总是有损耗的。I=W/S=W/(4πr2)W/㎡第六页，共四十六页，编辑于2023年，星期六I=p2ρc0W/㎡任何一点的声压都是随时间而变的，每一瞬间的声压称为瞬时声压，某段时间内瞬时声压的平均值称为有效声压。在自由声场中，某处的声强与该处声压的平方成正比，而与介质密度与声速的乘积成反比。4、声压和声强的关系3、声压：

定义：是指某瞬时，介质中的压强(P)相对于无声波时压强(P0)的改变量。所以，声压的单位就是压强的单位为Pa.

第七页，共四十六页，编辑于2023年，星期六2）声压级表示为Lp=20lgdB

式中：p0—基准声压，p0=2×10-5N/㎡，人耳对频率为1000Hz的声音的可听下限pp01）声强级表示为LI=10lgdBII0式中：I0—基准声强，I0=10-12W/㎡；即人耳对频率为1000Hz的声音的可听下限5、分贝标度和声级第八页，共四十六页，编辑于2023年，星期六3）声功率级表示为：LW=10lgdB

式中：W0—基准声功率，W0=1×10-12N/㎡声功率级仅表示声源发声能力的大小，点声源在自由声场中，声功率级与声压级的关系为：

LP=LW+10lg（1/4πr2）声压级与声强级之间可以相互转换：WW01ρc0p02I0LI=LP+10lg（）p02I0=(2×10-5)2/10-12=400≈400ρ0cLI≈LP第九页，共四十六页，编辑于2023年，星期六注意：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。当几个不同声源同时作用时，它们在某处形成的总声强是各个声强的代数和，即I=I1+I2+……+In，而它们的总声压级为各声压级的均方根值，即p=√p12+p22+……+pn2注意：声压级、声强级叠加时，不能简单地进行算术相加，而要按对数运算规律进行。第十页，共四十六页，编辑于2023年，星期六（四）声源的方向性、时间性和频率特性结论：指向性与频率（波长）有关，频率越高，指向性越强。声源在不同方向辐射声音的特点，称指向性。人耳听到的声音频率范围：20～20000Hz低于20Hz的声波称次声；高于20000Hz的称为超声。次声和超声不能使人耳产生声觉。低频声：<300Hz中频声：300～1000Hz高频声：>1000Hz第十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期六声波在传播中遇到尺寸比其波长大得多的界面时,声波将被反射；若声源发出的是球面波,经反射后仍是球面波。反射定律：入射线、反射线、反射面的法线在同一平面内；入射线和反射线分别在法线的两侧；入射角等于反射角；（五）声音的传播规律

1、声波遇到障碍物时的传播

（1）反射与吸收：第十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期六r=E0Er=2c2－

1c1

2c2＋1c12当声波从空气入射到水面时,由于水的c比空气的c大400倍左右。因此，反射系数r≈1，即接近于全反射。大多数情况下，界面总会吸收一部分声能。吸声系数：α=（E0－E）/E0=1－r反射与吸收：

反射系数：反射声能Er与入射声能E0之比,称为声能反射系数r。

如果交界面两侧都是半无限大的媒质，声波从第一个媒质垂直入射到第二个媒质表面时，可求出反射系数r为：第十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期六(2)透射与隔声:声透射：当声波入射到某一围护结构时，使结构层产生振动，从而向另一面辐射声波的现象称声透射。透射系数：即透射声能Eτ与入射声能E0之比，用τ表示；τ=Eτ/E0围护结构隔声性能的优劣通常用隔声量R来表示，定义为声音传过围护结构前后的声压级之差，它与透射系数的关系为：R=10lg(1/τ)通常,把τ值小的材料称为隔声材料;通常,把r值小的材料称为吸声材料;第十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期六(3)绕射:声波通过小孔的现象：

若孔的尺寸与波长相比为很小(d<<λ)

，小孔处的质点可近似地看作一个集中的新波源，它的子波的包迹面就可以近似地看作以小孔为球心的球面。当孔的尺寸比波长大得多时(d>>λ)

，孔处各点可看作新的波源，但不形成一个中心，它们的子波的包迹面比较复杂。

第十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期六2、声音的衰减（1）传播衰减：点光源的衰减所谓点光源就是声源的尺寸相对于声波的波长或传播距离而言较小时,则声源可近似视为理想点声源或球面声源,它向媒质辐射球面声波。衰减规律：当声源以稳定的功率W辐射时，传播距离加倍，声压级或声强级要衰减6dB。线声源的衰减：所谓线声源就是指声源的尺寸相对于声波的波长或传播距离而言，当其高度和宽度可以忽略，但长度不能忽略时，则声源可近似视为线声源或柱面波。如：火车噪声等。第十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期六衰减规律：在自由声场中，对于一个无限长的线声源，若离开线声源的距离加倍，声压级衰减3dB。(2)吸收衰减1）空气吸收:空气的吸收性能可用空气的衰减常数m表示,其值主要取决于空气的相对湿度,其次是温度。空气的吸声量为：房间的容积×相应的吸声系数（4m）2）绿色植被的吸收：3）气流和大气温度梯度的吸收第十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期六7.1.2吸声材料和吸声结构（一）多孔吸声材料1、特点:无数相互联系的微孔。2、多孔吸声材料引起声波衰减的机理当声波入射到多孔材料表面时，声波能顺着微孔进入材料内部，引起孔隙中的空气振动。由于摩擦和空气的粘滞阻力，使一部分声能变为热能；气体压缩放热、膨胀吸热，孔隙中的空气与孔壁、纤维之间进行热交换，也使声能被吸收。第十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期六影响多孔材料吸声系数的因素主要有：材料中的空气流阻;空气粘性越大、多孔材料越厚、越密实，流阻越大，说明透气性越小，故，流阻不能过大；但，流阻过小，也不能克服摩擦力、粘滞阻力，从而使声能转化为热能的效率过低。孔隙率;指材料中连通的孔隙体积和材料总体积比。一般在70%以上，多数达到90%材料的厚度;增加多孔吸声材料的厚度可提高其吸声系数，尤其是对吸声系数低的中、低频提高的比较显著。材料背后的条件;背后留有空气层时，既可提高吸声系数，又可节省吸声材料。第十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期六吸声系数随着频率的提高而增大，对于通常实用的厚度（5cm左右），中高频有较大的吸声系数。如图：

随着厚度的增加，中、低频范围的吸声系数显著增大；高频总是具有较大的吸声系数。比较2、3曲线，厚度一定，增大容重，也可以提高中低频的吸声系数。但容重不能过大，否则，流阻过大，则会降低吸声系数。通常，多孔材料应以松而厚为宜。第二十页，共四十六页，编辑于2023年，星期六（二）薄板和薄膜共振吸声结构将不透气、有弹性的板状或膜状材料（如胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板、皮革、人造革、帆布等）周边固定在框架上，板后留有一定厚度的空气层，就成了薄板和薄膜共振吸声结构。1、薄膜吸声结构：共振频率通常在200～1000Hz范围内，最大吸声系数为0.3～0.4,一般,把他作为中频范围的吸声材料。2、薄板吸声结构：共振频率通常在80～300Hz范围内，最大吸声系数为0.2～0.5,一般,把他作为低频范围的吸声材料。第二十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期六(三)空腔共振吸声结构如：各种穿孔板、狭逢板背后设置空气层形成吸声结构，均属于空腔共振吸声结构。（如：可用穿孔的石棉水泥板、石膏板、胶合板等）该结构优点：既能满足吸声要求，材料本身又具有一定强度。空腔共振器可作为单个吸声体、穿孔板共振器或狭缝共振器使用。1、单个空腔共振器的有效吸声吸声范围为100～400Hz，属于中低频吸声结构。如，吸声砌块；适用：体育馆、游泳池、工业厂房、机械设备等场所。第二十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期六2、帘幕如，窗帘离墙面或玻璃有一定距离，如同多孔材料背后设置了空气层，对中、高频仍有一定的吸声作用。3、人和家具如，室内桌、椅、柜、棉被等具有一定吸声能力。有的是多孔材料，有的是薄板吸声材料等。（四）其他吸声结构一般来说，把吸声体悬挂在声能流密度大的位置（如靠近声源处、反射有聚焦的地方），具有好的吸声效果。1、空间吸声体：适用场合：工业厂房的噪声控制，体育馆等第二十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期六一、人耳的听觉特征二、噪声的评价和标准主要内容§7-2第二十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期六§7-2人体对声音环境的反应原理（一）响度和响度级7.2.1人耳的听觉特征如果某一声音与已选定的1000Hz的纯音听起来一样响,这个1000Hz纯音的声压级值就定义为待测声音的“响度级”,单位是方(phon).对一系列的纯音都用标准音来作上述比较,可得到纯音等响曲线.第二十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期六(二)掩蔽效应定义：由于某个声音的存在,而使人耳对其他声音的感觉能力降低,这种现象称“掩蔽”，

(三)双耳听闻效应(方位感)

定义：声波传到两只耳朵有时间差、强度差、相位差，根据这些差别，使听者能够辨别声音的方向。双耳辨别方向的能力称～。第二十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期六主要内容§7-3一、降低声源噪声二、在传播路径上降低噪声第二十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期六第三节环境噪声控制途径控制途径有三：声源、传播途径、接收者7.3.1降低声源噪声7.3.2在传播路径上降低噪声“闹静分开”的原则;改变噪声传播的方向或途径充分利用天然地形的吸声、降噪作用。采取声学措施，包括吸声、消声、隔声、隔振和减振等噪声控制技术。第二十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期六第二十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期六一、房间的吸声减噪二、消声器原理三、减振和隔振四、隔声原理和隔声措施主要内容§7-4第三十页，共四十六页，编辑于2023年，星期六

7.4.1房间的吸声减噪(一)吸声减噪原理(二)吸声减噪量的确定⊿Lp=10lg()dB1－α11－α2α2α1式中：

⊿Lp=Lp1－Lp2，即吸声减噪处理前、后室内的声压级之差α1、α2—分别为减噪前、后房间的平均吸声系数

⊿Lp=10lgdBα2α1当α1·α2<<1时，可得到第四节噪声控制基本原理和方法第三十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期六（三）吸声减噪法使用原则1、室内平均吸声系数较小时，吸声减噪法收效最大。2、吸声减噪法，仅能减少反射声，因此，吸声处理一般只能取得4～12dB的降噪效果。3、在靠近声源的场所，采用该法将不会得到理想的降噪效果。第三十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期六7.4.2消声器原理消声器是可使气流通过,而降低噪声的装置。消声量是评价消声器性能优劣的重要指标。对于消声器的设计有三方面的基本要求：有较好的消声频率特性；空气阻力损失小；结构简单、施工方便、使用寿命长、体积小、造价低；第三十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期六（一）消声量的表示方法1、※插入损失：指在声源与测点之间插入消声器前后，在某一固定点所测得的声压级之差。

特点：直观实用、易于测量，是现场测量消声器效果最常用的方法。它取决于消声器自身的特性，还与声源种类、末端负载等因素有关。

适用：该方法适合在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合消声效果。第三十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期六※2、传递损失：指消声器进口端入射声的声功率级与消声器出口端透射声的声功率级之差。特点：一般通过测量声压级值来计算声功率级和传递损失。它反映了消声器自身的特性，与声源种类、末端负载等因素无关。适用：理论化分析计算和在实验室中检验消声器自身的消声性能。第三十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期六1、※阻性消声器：原理：利用布置在管内壁上的吸声材料或吸声结构的吸声作用，使管道传播的噪声迅速随距离衰减，从而达到消声的目的。对中、高频噪声的吸声效果较好。（二）消声器原理及种类当管壁有一定消声性能时，声波沿管壁传播的同时，会伴随着衰减。

种类：按气流通道的几何形状可分为直管式、片式、折板式、蜂窝式、声流式、迷宫式、弯头式等。第三十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期六第三十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期六2、※抗性消声器：原理：不使用吸声材料，主要利用声阻抗的不连续性，来产生传输损失。适用于中、低频噪声的控制。分为：1）扩张室消声器：借助于管道截面的突然扩张，和收缩达到消声目的。2）共振消声器：借助共振腔，利用声阻抗失配，使沿管道传播的噪声在突变处发生反射、干涉等现象，以达消声目的。常用的形式有：干涉式、膨胀式、共振式等。第三十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期六第三十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期六7.4.3减振和隔振(一)振动对人的影响1、全身振动：指人体直接位于振动物体上时所受到的振动；2、局