建筑环境学-07第7章建筑声环境

第七章

建筑声环境2本章内容

建筑声环境的基本知识人体对声环境的反应原理与噪声评价声音传播与衰减的原理材料与结构的声学性能噪声的控制与治理方法3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要求

录音棚、演播室高保真音乐厅第一节

建筑声环境的基本知识声波的基本物理性质声音的计量1.声音是什么？

在弹性媒质中传播的机械波声源：振动的固体、液体、气体特性：波长

、频率f、声速c波长

强调两点：声压是空气压强的变化量而不是空气压强本身声音传播过程是一个状态传播过程，而不是空气质点的输运过程《礼记·乐记》：……感于物而动，故形于声……6声音的传播速度

声速与媒质的弹性、密度和温度有关空气中的声速空气中声速是温度的单值函数。在建筑环境领域中变化范围很小，近似：340m/s

固液体中的声速钢5000m/s

松木3320m/s

水1450m/s

软木500m/s7-1.1声波的基本物理性质γ-气体常数，1.4P0-空气压强Ρ0-空气密度7声音的频带

人耳可以听见范围为20~20000Hz

人耳听不见的范围

20Hz以下：次声

20000Hz以上：超声

高频声低频声中频声31.25Hz频率7-1.1声波的基本物理性质8声音的频带

简谐音（纯音）声压变化为只有一个频率的余弦函数的声音只需要频率f和声压幅值Pm就可以描述复音周期性信号，含有基频和谐频，谐频是基频的整倍数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——线状谱(离散谱)普通声响频谱一般为连续频谱7-1.1声波的基本物理性质9乐声的线状谱音调的高低取决于基频，而音色取决于谐频分量的构成7-1.1声波的基本物理性质基频谐频880,1320,1760,2200,2640,3080,3520……10普通声响频谱一般为连续频谱7-1.1声波的基本物理性质11声音的频带

频程把声频范围划分成几个频段，称作频程或频带倍频程两个频率之比为2:1的频程。一般用倍频程划分频带，中心频率分别为：31.3(31.25)、63(62.5)、125、250、500、1000、2000、4000、8000Hz。7-1.1声波的基本物理性质12声音的计量

声功率W：声源在单位时间内对外辐射的声能，即在全部可听范围所辐射的功率，单位W。也可特指在某个有限频率范围所辐射的功率，亦称频带声功率。声强I：单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的平均声功率，W/m2。声压p：声波的压强与媒质的静压之差，Pa有效声压：某段时间瞬时声压的均方根

媒质的密度7-1.2声音的计量13听觉范围——量级差非常大

可闻阈(听阈)

——人耳刚能感受的声音p0=2×10-5Pa

I0=1×10-12W/m2

疼痛阈——

闻之人耳则痛，p=200Pa，I=100W/m27-1.2声音的计量

烦恼阈

——闻之烦恼不安

p0=20

Pa，I0=1W/m214声音的度量

分贝标度和声级L，单位dB

设立的必要性数据范围太大，如1×10-12W/m2~1W/m2

人的听觉响应与声强、声压呈对数关系声强级声压级声功率级可闻阈值1×10-12W7-1.2声音的计量15声源的扩散和叠加特性

点声源的声功率和声强：声音球面扩散声强可以直接叠加，故有:

总声压是各声压的均方根:rW7-1.2声音的计量球面波平面波16声源声级叠加：非线性！

两个声源叠加(I、P、W声级同理)：

n个相同声源L1叠加：两个相同声源叠加，声级增加了10lg2=3dBL=3dB7-1.2声音的计量17两个不同声源叠加，差别超过10~15dB，可以忽略。增加的声级数声源声级差7-1.2声音的计量18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——在离声源相同距离r处，某个方向的实际声压级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。Q与指向性指数DI的关系：DI=10lgQ

参考声压Lp0(r)参考声强I0(r)无方向性的点声源形成的声压场7-1.3声源的指向性197-1.3声源的指向性指向性因数Q

声源尺寸比波长大得越多，指向性就越强指向性与边界对声波自由扩散的阻碍有关处于喇叭状角落，指向性最强第二节

人体对声环境的反应原理与噪声评价人的主观听觉特性噪声的评价噪声的标准21人的主观听觉特性

什么是噪声？人们不愿意听到的任何声音空气声：经空气和围护结构传播固体声：振动噪声7-2人体对声环境的反应原理与噪声评价22听觉机构7-2人体对声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23人耳的听觉特征

特征：对高频声比对低频声敏感响度级：用1000Hz纯音的声压级代表其等响曲线的响度级，单位Phon等响曲线听阈痛阈7-2.2听觉特性24声级计：A、B、C、D计权网络声级计为模拟人耳听觉而进行滤波，分别模拟人耳对40方、70方和100方纯音的反应而得到A、B、C三种计权方式。D计权用于测量航空噪声。对不同的频率有不同的衰减。1000Hz的衰减均为是0。7-2.2听觉特性25掩蔽效应

一种声音存在提高了另一种声音的可闻阈频率相近则掩蔽作用显著对高频掩蔽作用比对低频掩蔽作用大有利有弊弊：听不清要听的内容，降低工作效率利：避免一些噪声的干扰，提高工作效率掩蔽音的声压级被掩蔽音的声压级dB7-2.2听觉特性26掩蔽效应

适合的掩蔽背景声的特点无表达含义响度不大连续无方位感掩蔽背景声低响度的空调通风系统噪声往往是很好的掩蔽背景声轻微的音乐声隐约的语言声7-2.2听觉特性27日本办公楼噪声干扰感觉的调查7-2.2听觉特性28噪声评价：A声级用A计权方式测得的噪声级称作A声级，是一个综合叠加得到的单一的数值。环境噪声响度多在40方上下，故A声级能够较好地反映人对噪声的主观反应。

A声级LA(或LpA)

针对稳态噪声。对于一个噪声的倍频带谱：7-2.3噪声的评价Li-倍频带声压级，Ai-A响应特性修正值29噪声评价：A声级等效连续A声级针对声级随时间变化的噪声，一段时间内能量平均等效声级累积分布声级LX

用随机噪声声级出现的累积概率来表示例如L10＝70dB，表示有10%的测量时间内声级超过70dB7-2.3噪声的评价离散噪声30噪声评价曲线：NR

(NoiseRating)7-2.3噪声的评价

单值A声级不能反映噪声的频谱特性

NR曲线：中国、欧洲常用，ISO推荐考虑了低频噪声难消除的因素剧场噪声NR2531噪声评价曲线：NCNC曲线(NoiseCriterionCurves)，Beranek于1957年提出，1968年开始实施。ISO推荐，英、美、日常用。对低频的要求比NR曲线苛刻

LA=NC+10dBNC＝NR－57-2.3噪声的评价32噪声评价曲线：PNCPNC(PreferredNoiseCurves)是对NC曲线进行的修正对低频部分更进一步进行了降低

PNC=3.5+NC7-2.3噪声的评价我国的室内噪声标准7-2.4噪声的标准《民用建筑隔声设计规范GB50118-2010》关窗状态下住宅一般要求住宅高要求学校办公建筑第三节

声音传播与衰减的原理35声音的传播规律

遇到障碍物：反射、散射、衍射(绕射)A

E障碍物相对波长的尺度由大至小7-3.1声音传播与衰减的原理36声音的透射和吸收吸收Eα透射Eτ吸收7-3.1声音传播与衰减的原理透射系数反射系数吸声系数一般情况下，透射部分的能量要小于反射部分的能量τ值小的材料称为“隔声材料”；ρ值小的称为“吸声材料”

反射Eρ

入射E0E0=Eρ+Eα+Eτ37在自由场的声音的传播和衰减

对于点声源相对参考值7-3.2声音在室外空间的传播6dB3dB38声音在室内空间中的传播

室内声场由直达声与多次反射声组成声音比自由声场大，且不随距离平方衰减有“混响现象”平均吸声系数室内声级随时间t衰减的量

7-3.3声音在室内空间的传播房间容积房间界面总面积房间声能密度J/m2稳态声能密度J/m239声能密度Dt，J/m3

声音在室内的增长和衰减

室内吸声量越大，衰减越快房间容积越大，衰减越慢7-3.3声音在室内空间的传播40rrLpLpLWLW指向性因数QAB室内的声压级

室内某点声压级

Q－指向性因数，取决与声源与接收点的相对关系

R－房间常数S－房间总表面积a－平均吸声系数室内的声压级吸声降噪：当房间常数R很小时，反射声影响大；进行吸声处理，增加界面吸声系数a，就可以增大R，使Lp减小，达到降低噪声的效果但是，吸声增加，不能改变直达声，即不会改变混响半径or临界半径42思考题1

两个声压级为0dB的噪声合成的噪声是否仍然是0dB?

等响曲线与NR、NC曲线有什么异同？房间在何种条件下房间声压级与声源声功率级之间的关系是？第四节

材料与结构的声学性能44吸声材料和吸声结构

吸声材料的吸声系数和吸声量吸声系数a：吸收声占入射声的比例吸声特性和声波入射角度有关——均匀方向的称作“无规入射”或“扩散入射”室内声学设计中通常用扩散入射吸声系数而在消声器设计中通常用垂直入射吸声系数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。吸声构件的实际吸声量与吸声构件的围蔽面积有关：A＝aS

7-4材料与结构的声学性能45吸声材料和吸声结构

多孔吸声材料微孔很多且相互连通，吸收多，反射少，效果好，如纤维板、毛毡、矿棉微孔靠得很近却不相通，效果不好，如泡沫树脂、多孔橡胶

共振吸声结构 薄膜、薄板共振吸声结构空腔、穿孔板共振吸声结构

空间吸声体7-4材料与结构的声学性能46多孔吸声材料吸声原理

声波导致空气在吸声材料中行进、反射、折射过程中产生摩擦而损耗声能，转变为热能对中高频噪声效果好吸声材料也容易透声7-4.2吸声材料和吸声结构共振消声原理：共振结构在声波激发下振动，部分振动能量转为热能而损耗，消耗声能，产生吸声效果；在共振（f声波＝f结构）时能量损耗最多适应频带：中、低频7-4.2吸声材料和吸声结构48空腔共振器

空腔孔颈空气柱由于共振而激烈运动，消耗能量，腔内空气起弹簧缓冲作用在共振频率附近α大7-4.2吸声材料和吸声结构49穿孔板共振器

穿孔板与墙间空腔形成共振腔7-4.2吸声材料和吸声结构50薄膜薄板共振吸声结构

不透气薄膜薄板与板壁间有一空气夹层，薄膜、薄板振动消耗声能。7-4.2吸声材料和吸声结构80~300Hz51空间吸声体

当房间表面不足作吸声表面时使用。吸声材料7-4.2吸声材料和吸声结构52隔声7-4.3隔声和构件的隔声特性围护结构隔绝一部分作用于它的声能空气声隔绝固体/撞击声隔绝隔声量与透射系数53不同类型的隔声构件的隔声量7-4.3隔声和构件的隔声特性304030dB45dB34dB户间隔声：质量定律：墙越厚重、越密实，隔声越好轻质填充墙：要采用双层墙或复合结构围护结构隔声墙的隔声量面密度频率55空气间层的弹性变形具有减振作用空气层厚度有一个最佳值7-4.3隔声和构件的隔声特性空气层对隔声效果的影响第五节

噪声的控制与治理方法

声源控制气流噪声的消除噪声的掩蔽57噪声控制措施

降低噪声源噪声噪声源的控制、减振传播途径降低噪声吸声、隔声、消声、隔振掩蔽主动加入掩蔽噪声7-5噪声的控制与治理方法58降低噪声的方法

吸声降噪在室内天花或墙面上布置吸声材料，可使混响声减弱，但直达声不会降低靠吸声降噪很难把噪声降低10dB以上在靠近声源处作用很小：直达声为主隔声等透射量原理：Siτi大致相等防止缝隙孔洞传声

减振和隔振

7-5.1噪声源的控制59小孔对隔声