建筑声学-复习资料PPT课件.ppt

建筑声环境ArchitecturalAcoustics 李宁 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章材料和结构的声学特性第4章噪声控制第5章室内音质设计 第1章建筑声学基本知识 声波的绕射当声波在传播过程中遇到障碍或者一块有小孔的障板时 将发生绕射 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 将发生反射 凸形界面 声波扩散 凹形界面 声波汇聚 声波的散射当声波在传播过程中遇到障碍物的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 声波的折射当传声介质条件发生改变 介质改变或同种介质中温度改变等 在不足以引起反射时 声速发生变化 声波传播方向改变 这种由声速引起的声传播方向的改变称为折射 声压级基准声压P0 人耳刚刚能听到的声压2x10 5Pa 规定为0dB 以此为参考定义声压级 声压级人耳听阈声压和痛阈声压用声压级表示 对应0dB和120dB声压变化10倍 相当于声压级变化20dB 声压变化100倍 相当于声压级变化40dB p 所研究声音的声压 PaP0 基准声压 2 10 5Pa 可闻声 频率范围是20 20000Hz 声强级声功率级 I 所研究声音的强度 W m2I0 基准声强 10 12W m2 W 所研究声音的功率 WW0 基准声功率 10 12W 声级的叠加 声压级 声强级叠加运算 应采用对数运算 1 若n个声压级为的声压叠加 总声压级为 两个相等的声压级叠加 L 3dB 响度级 表示声音的强弱 以1000Hz的纯音作为标准音 它在不同声压级条件下响度不同 将待测纯音与他比较 二者听起来同样响时 该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 声压级和响度级是不一样的 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的响度感觉 取决于声音的频率及强度 是主观物理量 表示人们响度级感觉的量称为 方 其数值与等响曲线上1000Hz纯音的dB数相同 测量声音响度级使用的仪器为 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征而设计 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方以上纯音的反应而得到 有些还有D声级 用于测量航空噪声 用声级计的不同计权方式测得的声级即为A声级 B声级 C声级 分别计作dB A dB B 和dB C 通常人耳对不太强的声音的感觉特性与40方等响曲线很接近 因此A声级应用最广泛 常用A声级作为评价噪声的主要指标 声源的指向性当声源尺度 声波波长时 声能的辐射是各向均匀的 可视为无方向性的点声源 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 声源尺度比波长大的越多 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 人的主观听觉特性哈斯 Hass 效应 时差效应哈斯效应反映在人耳听觉特性的两个方面 1听觉暂留若到达人耳的两个声音时间间隔小于50ms 则人感觉不到声音是断续的声源在室内发声 人耳首先接收直接来自声源的直达声 然后陆续听到各界面反射的一系列延迟的反射声 根据听觉暂留特性 直达声到达后50ms以内到达的反射声在听觉上有加强直达声的作用 而超过50ms后到达的较强的反射声会被人耳分辨出来 产生 回声 现象 剧场声学设计中回声是一种严重的声学缺陷 2声像定位 第2章室内声学原理 混响 指当室内声场达到稳态 声源停止发声后 在声场中还存在着来自各个界面的迟到的反射声形成的声音 残留 现象 这种残留现象的长短以混响时间来表征 混响时间 声源停止发声 声能密度从稳态声能密度衰减60dB所需的时间 记作T60或者RT 单位是秒 s 是音质设计中能定量估算的重要评价指标 混响和混响时间计算 1 赛宾的混响时间计算公式 式中 T60 混响时间 s K 与声速有关的常数 一般取0 161 A 室内的总吸声量 m2 S 室内总表面积 m2 室内表面的平均吸声系数 V 房间体积 m3 当房间容积越大 界面吸声量越小时 每次反射经过的路程就越长 声音衰变就越慢 混响时间越长 赛宾公式应用于的情况 否则将产生较大的误差 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和计算方法同上 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结果 在室内吸声系数较大 时 只能用依林公式较为准确地计算室内混响时间 赛宾公式和依林公式只考虑了室内表面吸收作用 对于频率较高的声音 一般为2000Hz以上 当房间较大时 传播过程中 空气也将产生很大的吸收 考虑了室内表面和空气的吸收作用 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和计算方法同上 4m 空气吸收系数 3 依林 努特生公式 习题 某演讲厅的尺寸为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的平均吸声系数 解 依林公式 V 16 12 5 5 1000m3S 16 12 5 12 5 5 16 5 2 685m2代入依林公式得 0 197查表得 0 178 附表 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 假定声场充分扩散 则利用以下的稳态声压级公式计算离开声源不同距离处的声压级 即或 Lw 声源的声功率级 dB W 声源声功率 W r 离开声源的距离 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的相对关系 Q是指向因数 当无指向性声源在完整的自由空间时 Q 1 如果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的具体数值如下 2 混响半径根据上面的公式 室内的声能密度由两部分组成 第一部分是直达声 相当于表述的部分 第二部分是扩散声 包括第一次及以后的反射声 即表述的部分 在离声源较近处 直达声占主要成分 直达声大于扩散声 即 随着距离的增加 扩散声的作用逐渐加强 更远处 扩散声将起主要作用 此时 在直达声的声能密度与扩散的声能密度相等处 离开声源的距离称作 混响半径 也称 临界半径 它是区分直达声与扩散声哪个起主要作用的分界点 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 接收的主要是直达声 这时进行吸声处理对声场特性没有明显效果 只有当接收点在r0之外时 改变室内吸声量才会有明显意义 对于听者 当距声源距离小于r0时 直达声作用大于扩散声 容易得到较高的清晰度 而反之 当距离大于r0时 则清晰度降低 混响感提高 r0 混响半径 m Q 声源指向性因数 R 房间常数 m2 上式可以转化为 混响半径处 应有 例题 某观众厅体积为20000m3 室内总表面积为6257m2 已知500Hz的平均吸声系数为0 23 演员声功率为340 W 在舞台上发声 求距声源39m处 观众厅最后一排座位 的声压级 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3章材料和结构的声学特性 吸声材料和吸声结构的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 共振吸声结构薄膜 薄板共振吸声结构空腔 穿孔板共振吸声结构特殊吸声结构 空间吸声体 多孔吸声材料 主要吸收中高频声各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征 具有大量内外连通的微小空隙和孔洞 多孔材料饰面应具有良好的透气性 否则会降低材料的吸声系数实际使用中 对多孔材料的各种表面处理应具有良好的透气性 玻璃棉岩棉椰子棕丝 共振吸声结构分类 空腔共振吸声结构薄板或薄膜吸声结构薄膜吸声结构可以用作中频吸声结构 薄板结构的可以用作低频吸声结构 共振吸声结构 其他吸声结构 空间吸声体 用于调整混响时间或降低噪声 吸声系数可大于1 吸声尖劈 用于消声室的强吸声结构 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人和家具 采用个体吸声量表示空气 对高频声吸收较大 使用吸声材料和结构的常见错误解析 误认为表面凹凸不平就有吸声功能在一些早期的厅堂中经常在墙面采用水泥拉毛的装修方式 认为这种表面凹凸不平的构造对声音有吸收的作用 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的孔 共振吸声需要有空腔 而类似于水泥拉毛的构造既没有内部连通的孔也没有空腔 所以基本上对声音没有吸收作用 这一点在进行声学设计时应该特别注意 常见错误的解析 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 最常见的是用于吊顶的矿棉装饰吸声板 由于施工时可能将其表面污损 为了美化 将板的表面刷涂一层油漆或涂料 这样做将板面的空洞封死 使声波无法进入到吸声材料的内部 严重影响了材料的吸声性能 正确的方法是在安装矿棉装饰吸声板时应尽量保持板表面的清洁 在安装好后不再作处理 常见错误的解析 误认为穿孔板都有良好的低频吸声性能穿孔板组合共振吸声构造必须有两个必要的条件 一是面板必须有一定的穿孔率 二是板后必须有一定厚度的空腔 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的 还有的工程使用半穿孔板 使声波无法通过空洞进入空腔内 同样也起不到共振吸声的作用 另外 用于以吸收低频为主的穿孔板组合吸声构造的穿孔板的穿孔率不能太大 一般不宜大于8 穿孔率较大的穿孔板一般作为透声的饰面材料使用 其低频共振吸声的作用较弱 围蔽结构隔绝的的声音分两种形式 若是外部空间声场的声能 称为 空气声隔绝 若是使撞击的能量辐射到建筑空间的声能有所减少 称为 固体声或撞击声隔绝 隔声和构件的隔声特性 材料 构件 隔声量通常在标准隔声试验室中按规范进行测量 考虑到人耳听觉的频率特性和一般构件的隔声频率特性 使用单一数值评价构件的隔声频率特性 即计权隔声量Rw 单层墙隔声频率特性的一般规律 单层匀质密实墙的空气声隔绝 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降低 阻尼控制阶段 频率继续升高 质量效应加强 在某些频率 劲度和质量效应相互抵消而产生共振现象 在共振基频f0处 墙的振幅很大 隔声量出现极小值 大小主要取决于构件阻尼 f0 fc 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 隔声量随频率的增加而增加 而在吻合临界频率fc处 隔声量有一个较大的降低 形成一个隔音量低谷 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 劲度和阻尼的影响可以忽略 从而墙可以看成是无劲度无阻尼的柔顺质量 质量定律 公式表明 墙的单位面积质量越大 隔声效果越好 单位面积质量每增加一倍 隔声量增加6dB 这一规律通常称为 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 双层墙由两层墙板和中间的空气层组成 双层墙提高隔声能力的主要原因是空气间层的作用 中间的空气层具有弹性 可看做与两侧墙壁相连接的 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 振动已经大大减弱 从而提高了墙体的总隔声量 双层墙的空气声隔绝 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 使附加隔声量降低 这些连接称为 声桥 声桥过多 将使空气间层完全失去作用 注意 由于普通门窗的隔声效果比一般墙体差 所以 孤立地提高墙体的隔声能力是没有意义的 应该按照 等传声量设计 的原则 即较强隔声构件的隔声量略高于较弱构件 通常 墙的隔声量只需比门或窗高出10dB左右 若要提高组合构件的综合隔声量 首先要提高隔声差的分构件的隔声量 如果组合构件中某个分构件的隔声量很差 则单单提高其他构件的隔声量也于事无补 振动的隔离 由振动物体直接撞击结构物 如楼板 墙等 使之产生振动 并沿着结构传播开去而产生的噪声 包括 由物体的撞击而产生的噪声 如物体落地 敲打 拖动桌椅 撞击门窗 走路 跑跳等 机械设备振动产生的噪声 卫生设备及管道使用产生的噪声等 每一个振动单体都存在固有频率 当振动频率与固有频率相同时 发生共振 隔振就是使振动尽可能远大于共振频率的倍 最好设计系统的固有频率低于振动频率的5 10倍以上 与空气声计权隔声量RW相似 标准同样规定用单一指标表达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 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 并通过房屋结构的刚性连接而传播 最后振动结构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起的振动减弱 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到 阻隔振动在楼层结构中的传播 可在楼板面层和承重结构之间设置弹性垫层来达到 称为 浮筑楼板 阻隔振动结构向接收空间辐射的空气声 可在楼板下做隔声吊顶 弹性悬吊顶棚浮筑楼板 1 面层处理在楼板表面铺设弹性面层可使撞击能量减弱 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播时的衰减很小 只要固体构件始终连接在一起 振动将传播很远 例 耳朵贴铁轨上可听到几公里外火车行驶声音 如果固体构件是脱离的 哪怕只是非常小的缝隙 或构件之间存在弹性减振垫层 振动的传播将在这些位置受到极大阻碍 浮筑楼板就是在楼板结构层与面层之间用弹簧或与弹簧效果类似的玻璃棉做减振垫层 在用于隔绝机器振动的减震台或减振地面时需要更专业的设计 避免减振系统固有频率与机器振动频率一致而发生共振 3 弹性隔声吊顶楼板下做吊顶 必须是封闭吊顶 且最好采用弹性吊件 4 房中房是隔声减振效果最好的建筑形式 即在房间中再建一个房间 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 若采用声闸 空气声标准计权隔声量可达到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可能使用柔性连接 以减少振动的传递 建筑中的吸声降噪 利用吸声原理降低噪声的方法称为 吸声降噪 吸声降噪只能降低混响声 面对直达声无效 因此不能把房间内的噪声 全吸掉 吸声降噪效果一般约为6 10dB 隔声 能降低噪声级20 50dB 隔声设施包括采用隔声的墙或楼板等构件 隔声罩 隔声间 隔声屏障 主要降低高频声 与隔声幕等 城市中的噪声源主要由交通 建筑 或工业 构成 第4章噪声控制 第5章室内音质设计 体形设计的原则和方法 保证直达声能够到达每个听众 保证前次反射声的分布 防