建筑声学 复习资料公开课一等奖课件省课获奖课件

建筑声环境

ArchitecturalAcoustics

李宁第1页本篇知识构架第1章建筑声学基本知识第2章室内声学原理第3章材料和构造声学特性第4章噪声控制第5章室内音质设计第2页第1章建筑声学基本知识第3页声波绕射当声波在传输过程中遇到障碍或者一块有小孔障板时，将发生绕射声波反射当声波在传输过程中遇到一块尺寸比波长大得多障板时，将发生反射。凸形界面：声波扩散；凹形界面：声波汇聚第4页声波散射当声波在传输过程中遇到障碍物起伏尺寸与波长接近或更小时，将使声能散播在空间中，称为散射，或衍射。声波折射当传声介质条件发生变化（介质变化或同种介质中温度变化等），在不足以引发反射时，声速发生变化，声波传输方向变化，这种由声速引发声传输方向变化称为折射。第5页声压级基准声压P0：人耳刚才能听到声压2x10-5Pa，要求为0dB，以此为参照定义声压级。声压级人耳听阈声压和痛阈声压用声压级表达，对应0dB和120dB声压变化10倍，相称于声压级变化20dB；声压变化100倍，相称于声压级变化40dB；……p——所研究声音声压，PaP0——基准声压，2×10-5Pa可闻声：频率范围是20～20230Hz第6页声强级声功率级I——所研究声音强度，W/m2I0——基准声强，10-12W/m2W——所研究声音功率，WW0——基准声功率，10-12W第7页声级叠加声压级、声强级叠加运算，应采取对数运算：1）若n个声压级为声压叠加，总声压级为两个相等声压级叠加L=3dB第8页响度级：表达声音强弱。以1000Hz纯音作为标准音，它在不一样声压级条件下响度不一样，将待测纯音与他比较，二者听起来同样响时，该1000Hz纯音声压级值就定义为待测声音“响度级”，单位是”方”（phon）。第9页声压级和响度级是不同样。

声压级是客观物理量，是无量纲量，单位为分贝（dB）。响度级是人们对声音响度感觉，取决于声音频率及强度，是主观物理量。表达人们响度级感觉量称为“方”，其数值与等响曲线上1000Hz纯音dB数相同。第10页测量声音响度级使用仪器为“声级计”，读数称为“声级”，单位dB（分贝）声级计为模拟人耳听觉特性而设计，其中设有A、B、C三个计权网络，分别模拟人耳对40方、70方及85方以上纯音反应而得到。有些尚有D声级，用于测量航空噪声。用声级计不一样计权方式测得声级即为A声级、B声级、C声级，分别计作dB(A)、dB(B)和dB(C)。一般人耳对不太强声音感觉特性与40方等响曲线很接近，因此A声级应用最广泛。常用A声级作为评价噪声主要指标。第11页声源指向性当声源尺度<<声波波长时，声能辐射是各向均匀，可视为无方向性点声源；当声源尺度与波长相差不多或更大时，为非点声源，且具有指向性。声源尺度比波长大越多，指向性越强。频率越高，指向性越强，直达声声能越集中于声源辐射轴附近。第12页人主观听觉特性哈斯（Hass）效应——时差效应哈斯效应反应在人耳听觉特性两个方面：1听觉暂留若达到人耳两个声音时间间隔不大于50ms，则人感觉不到声音是断续声源在室内发声，人耳首先接收直接来自声源直达声，然后陆续听到各界面反射一系列延迟反射声。根据听觉暂留特性，直达声达到后50ms以内达到反射声在听觉上有加强直达声作用，而超出50ms后达到较强反射声会被人耳辨别出来，产生“回声”现象。剧场声学设计中回声是一种严重声学缺陷。2声像定位第13页第2章室内声学原理第14页混响：指当室内声场达成稳态，声源停顿发声后，在声场中还存在着来自各个界面迟到反射声形成声音“残留”现象。这种残留现象长短以混响时间来表征。混响时间：声源停顿发声，声能密度从稳态声能密度衰减60dB所需时间。记作T60或者RT，单位是秒（s）是音质设计中能定量估算主要评价指标混响和混响时间计算第15页1.赛宾混响时间计算公式式中：T60——混响时间，s;K——与声速有关常数，一般取0.161；A——室内总吸声量,,m2;S——室内总表面积,m2；——室内表面平均吸声系数;V——房间体积，m3。第16页当房间容积越大，界面吸声量越小时，每次反射通过路程就越长，声音衰变就越慢，混响时间越长；赛宾公式应用于情况，不然将产生较大误差；第17页2.依林公式式中：V——房间容积，m3；S——室内总表面积,m2；——室内表面平均吸声系数。S和计算办法同上。室内表面平均吸声系数较小（）时，用赛宾公式与用依林公式可得到相近成果；在室内吸声系数较大（）时，只能用依林公式较为精确地计算室内混响时间。第18页赛宾公式和依林公式只考虑了室内表面吸取作用，对于频率较高声音（一般为2023Hz以上），当房间较大时，传输过程中，空气也将产生很大吸取。考虑了室内表面和空气吸取作用（尤其对高频声）依林-努特生公式表述：

式中：V——房间容积，m3；S——室内总表面积,m2；——室内平均吸声系数。S和计算办法同上。4m——空气吸取系数。3.依林-努特生公式第19页第20页习题某演讲厅尺寸为16.0m×12.5m×5.0m（高），其混响时间为1.2s，用依林公式计算大厅表面平均吸声系数。解：依林公式：V=16×12.5×5=1000m3

S=（16×12.5+12.5×5+16×5）×2=685m2代入依林公式得=0.197查表得=0.178第21页附表第22页室内声压级计算与混响半径1.室内声压级计算当一点声源在室内连续发声时，假定声场充足扩散，则利用下列稳态声压级公式计算离开声源不一样距离处声压级，即或Lw－声源声功率级，dB；W－声源声功率，W；r－离开声源距离，m；R－房间常数，，m2；S－室内总表面积，m2；

－室内平均吸声系数；Q－声源指向性因数，取决于声源与接收点相对关系。第23页Q是指向因数，当无指向性声源在完整自由空间时，Q=1；假如无指向性声源是贴在墙面或顶棚面（半个自由空间）时，以及在室内两面角（1/4自由空间）或三面角（1/8自由空间）时，Q详细数值如下：第24页2.混响半径根据上面公式，室内声能密度由两部分组成：第一部分是直达声，相称于表述部分；第二部分是扩散声（包括第一次及后来反射声），即表述部分。在离声源较近处，直达声占主要成份，直达声大于扩散声，即；伴随距离增加，扩散声作用逐渐加强；更远处，扩散声将起主要作用，此时，。在直达声声能密度与扩散声能密度相等处，离开声源距离称作“混响半径”，也称“临界半径”。它是辨别直达声与扩散声哪个起主要作用分界点。第25页房间常数R越大，则室内吸声量越大，混响半径越长；R越小，混响半径越短；在室内，若接收点在混响半径r0之内，接收主要是直达声，这时进行吸声处理对声场特性没有显著效果；只有当接收点在r0之外时，变化室内吸声量才会有显著意义；对于听者，当距声源距离不大于r0时，直达声作用大于扩散声，容易得到较高清楚度；而反之，当距离大于r0时，则清楚度减少，混响感提升。r0－混响半径，m；Q－声源指向性因数；R－房间常数，m2。上式能够转化为：混响半径处，应有：第26页例题某观众厅体积为20230m3，室内总表面积为6257m2，已知500Hz平均吸声系数为0.23，演员声功率为340μW，在舞台上发声，求距声源39m处（观众厅最后一排座位）声压级，并计算混响半径。解：根据已知条件，求出房间常数指向性系数，带入公式得：混响半径：第27页第3章材料和构造声学特性第28页吸声材料和吸声构造分类根据材料外观和构造分类P296多孔吸声材料（纤维状、颗粒状、泡沫状）共振吸声构造薄膜、薄板共振吸声构造空腔、穿孔板共振吸声构造特殊吸声构造（空间吸声体）第29页多孔吸声材料——主要吸取中高频声多种纤维材料无机纤维：超细玻璃棉、岩棉、矿棉有机纤维：棉、毛、麻、棕丝多孔吸声材料必备特性：具有大量内外连通微小空隙和孔洞。多孔材料饰面应具有良好透气性，不然会减少材料吸声系数实际使用中，对多孔材料多种表面处理应具有良好透气性玻璃棉岩棉椰子棕丝第30页共振吸声构造分类：空腔共振吸声构造薄板或薄膜吸声构造薄膜吸声构造能够用作中频吸声构造。薄板构造能够用作低频吸声构造。共振吸声构造第31页其他吸声构造空间吸声体：用于调整混响时间或减少噪声（吸声系数可大于1）吸声尖劈：用于消声室强吸声构造（吸声系数接近1）帘幕洞口——洞口朝向室外自由声场，则从室内角度来看，吸声系数为1人和家俱——采取个体吸声量表达空气——对高频声吸取较大第32页使用吸声材料和构造常见错误解析

误以为表面凹凸不平就有吸声功能在某些早期厅堂中经常在墙面采取水泥拉毛装修方式，以为这种表面凹凸不平构造对声音有吸取作用。吸声主要有两种方式，即多孔吸声和共振吸声，多孔吸声需要材料内部有连通孔，共振吸声需要有空腔，而类似于水泥拉毛构造既没有内部连通孔也没有空腔，因此基本上对声音没有吸取作用。这一点在进行声学设计时应当尤其注意。第33页常见错误解析

施工中在多孔性吸声材料表面刷油漆或涂料，会破坏其透声性。

最常见是用于吊顶矿棉装饰吸声板。由于施工时也许将其表面污损，为了美化，将板表面刷涂一层油漆或涂料，这样做将板面空洞封死，使声波无法进入到吸声材料内部，严重影响了材料吸声性能。正确办法是在安装矿棉装饰吸声板时应尽也许保持板表面清洁，在安装好后不再作处理。第34页常见错误解析

误以为穿孔板都有良好低频吸声性能穿孔板组合共振吸声构造必须有两个必要条件，一是面板必须有一定穿孔率，二是板后必须有一定厚度空腔，二者缺一不可。有些工程中将穿孔板实贴在墙面或其他材料上，板后没有空腔，这是起不到低频共振吸声作用。尚有工程使用半穿孔板，使声波无法通过空洞进入空腔内，同样也起不到共振吸声作用。另外，用于以吸取低频为主穿孔板组合吸声构造穿孔板穿孔率不能太大，一般不宜大于8%，穿孔率较大穿孔板一般作为透声饰面材料使用，其低频共振吸声作用较弱。第35页围蔽构造隔绝声音分两种形式：若是外部空间声场声能，称为“空气声隔绝”；若是使撞击能量辐射到建筑空间声能有所减少，称为“固体声或撞击声隔绝”。隔声和构件隔声特性第36页材料（构件）隔声量一般在标准隔声试验室中按规范进行测量。考虑到人耳听觉频率特性和一般构件隔声频率特性，使用单一数值评价构件隔声频率特性，即计权隔声量Rw。第37页单层墙隔声频率特性一般规律单层匀质密实墙空气声隔绝f0劲度控制阶段：频率从低端开始，板隔声量受劲度控制，隔声量随频率增加而减少；阻尼控制阶段：频率继续升高，质量效应加强，在某些频率，劲度和质量效应互相抵消而产生共振现象，在共振基频f0处，墙振幅很大，隔声量出现极小值，大小主要取决于构件阻尼；第38页f0fc劲度控制阶段；阻尼控制阶段；质量控制阶段：频率继续升高，质量起主要控制作用，隔声量随频率增加而增加；而在吻合临界频率fc处，隔声量有一种较大减少，形成一种隔音量低谷，称为“吻合谷”。在一般建筑构件中，共振基频f0很低（低于噪声频率），隔声受质量控制，劲度和阻尼影响能够忽视，从而墙能够当作是无劲度无阻尼柔顺质量。第39页质量定律第40页公式表白：墙单位面积质量越大，隔声效果越好；单位面积质量每增加一倍，隔声量增加6dB，这一规律一般称为“质量规律”。入射声频率每增加一倍，隔声量也增加6dB。增加单层均质密实墙体厚度，不一定增加隔声量。只在质量定律控制区和质量定律延伸控制区，增加墙厚增加隔声量。第41页双层墙由两层墙板和中间空气层组成。双层墙提升隔声能力主要原因是空气间层作用：中间空气层具有弹性（可看做与两侧墙壁相连接“弹簧”），声波入射到第一层时，使墙板发生振动，这个振动通过空气层传到第二层墙板时，由于空气层具有减振作用，振动已经大大削弱，从而提升了墙体总隔声量。双层墙空气声隔绝实际中，两层墙之间常有刚性连接，他们能较多地传递声音能量，使附加隔声量减少，这些连接称为“声桥”。声桥过多，将使空气间层完全失去作用。第42页注意由于一般门窗隔声效果比一般墙体差，因此，孤立地提升墙体隔声能力是没故意义，应当按照“等传声量设计”标准，即较强隔声构件隔声量略高于较弱构件。一般，墙隔声量只需比门或窗高出10dB左右。若要提升组合构件综合隔声量，首先要提升隔声差分构件隔声量；假如组合构件中某个分构件隔声量很差，则单单提升其他构件隔声量也于事无补。第43页振动隔离由振动物体直接撞击构造物，如楼板、墙等，使之产生振动，并沿着构造传输开去而产生噪声。包括：由物体撞击而产生噪声，如物体落地、敲打、拖动桌椅、撞击门窗、走路、跑跳等；机械设备振动产生噪声；卫生设备及管道使用产生噪声等。每一种振动单体都存在固有频率，当振动频率与固有频率相同步，发生共振。隔振就是使振动尽也许远大于共振频率倍，最佳设计系统固有频率低于振动频率5~10倍以上。第44页与空气声计权隔声量RW相同，标准同样要求用单一指标体现构件撞击声隔绝性能，即计权标准化撞击声级Lpn,wLpn越大，楼板隔绝撞击声效果越差；反之越好；撞击声隔声评价及其指标第45页撞击声隔绝措施撞击声产生是由于振动源撞击楼板，使之受撞而振动，并通过房屋构造刚性连接而传输，最后振动构造向接收空间辐射声能形成空气声传给接收者。隔绝措施主要有三点使振动源撞击楼板引发振动削弱：可通过治理振动源和采取隔振措施实现；也可在楼板上敷设弹性面层来达成；阻隔振动在楼层构造中传输：可在楼板面层和承重构造之间设置弹性垫层来达成，称为“浮筑楼板”；阻隔振动构造向接收空间辐射空气声：可在楼板下做隔声吊顶弹性悬吊顶棚浮筑楼板第46页（1）面层处理在楼板表面铺设弹性面层可使撞击能量削弱。常用材料有地毯、橡胶板、地漆布、塑料地面、软木地面等。对高频撞击声效果显著。（2）浮筑楼板隔振原理振动在固体中传输时衰减很小，只要固体构件始终连接在一起，振动将传输很远（例：耳朵贴铁轨上可听到几公里外火车行驶声音）。假如固体构件是脱离（哪怕只是非常小缝隙），或构件之间存在弹性减振垫层，振动传输将在这些位置受到极大妨碍。浮筑楼板就是在楼板构造层与面层之间用弹簧或与弹簧效果类似玻璃棉做减振垫层。在用于隔绝机器振动减震台或减振地面时需要更专业设计，避免减振系统固有频率与机器振动频率一致而发生共振。第47页（3）弹性隔声吊顶楼板下做吊顶。必须是封闭吊顶，且最佳采取弹性吊件。（4）房中房是隔声减振效果最佳建筑形式。即在房间中再建一种房间，内层房间位于弹簧或其他减振设备上，四周墙壁与顶棚与外部房间之间没有任何连接。若采取声闸，空气声标准计权隔声量可达成70dB，撞击声标准计权隔声量可低于35dB。（5）柔性连接减振构造中尽也许使用柔性连接，以减少振动传递。第48页建筑中吸声降噪利用吸声原理减少噪声办法称为“吸声降噪”。吸声降噪只能减少混响声，面向直达声无效，因此不能把房间内噪声“全吸掉”。吸声降噪效果一般约为6~10dB隔声能减少噪声级20~50dB。隔声设施包括采取隔声墙或楼板等构件、隔声罩、隔声间、隔声屏障（主要减少高频声）与隔声幕等。都市中噪声源主要由交通、建筑（或工业）组成。第4章噪声控制第49页第5章室内音质设计

第50页体形设计标