第8讲 建筑声环境

第七章建筑声环境,清华大学建筑学院建筑技术科学系2001年,2,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,3,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,4,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：理想气体中k绝热指数，R气体常数，T绝对温度。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/s,5,声音的频带,人耳可以听见范围为2020000Hz人耳听不见的范围20Hz以下：次声20000Hz以上：超声,6,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,声音的度量,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,8,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:,9,听觉范围,可闻阈(听阈)人耳刚能感受的声音，p0=210-5Pa，I0=110-12W/m2痛阈闻之人耳则痛，p=20Pa，I=1W/m2,10,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2105Pa20Pa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,11,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=3dB,12,两个不同声源叠加，差别超过1015dB，可以忽略。,增加的声级数,声源声级差,13,声音的传播规律,遇到障碍物：反射、散射、衍射(绕射),AE障碍物相对波长的尺度由大至小,14,声音的透射和吸收,透射,15,声音的传播和衰减,对于点声源,相对参考值,11,16,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,声能密度D(t)，J/m2,17,r,r,Lp,Lp,LW,LW,S0为声源面积，f为频率，IIV是声源的4种位置,指向性因数Q,A,B,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,18,人体对声音的反应原理,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,19,音乐声与普通声响的区别,音乐为非连续频谱，只含有基频和谐频，而谐频是基频的整倍数。普通声响频谱一般为连续频谱，无上述特征。,20,不同噪声源的频谱图,21,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,22,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,23,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,24,日本办公楼噪声干扰感觉的调查,25,声音的测量：A声级,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。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。由于通常环境噪声响度多在40方上下，故A声级能够较好地反映人对噪声的主观反应。,26,声音的测量：A声级,27,噪声评价曲线：NR(NoiseRating),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LA=NR+5dB,28,噪声评价曲线：NC,NC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+10dBNCNR5,29,噪声评价曲线：PNC,PNC(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+NC,30,我国的室内噪声标准,房间类型NR(dB)A声级dB(A)卧室、书房、病房35454050起居室40454050语言教室3540一般教室4550门诊室50555560手术室40454050宾馆客房30453550会议室3035学术报告厅、阅览室2530室内乐、演唱厅2025办公室3540宴会厅3540,31,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,32,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,33,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，转变为热能吸声材料也容易透声,34,吸声系数a：吸收声占入射声的比例,35,共振消声原理,共振结构在声波激发下振动，振动的结构由于本身的内摩擦和与空气间的摩擦把部分振动能量转变为热能而损耗。因此振动的结构消耗声能，产生吸声效果。适应频带：中、低频共振会放大声音吗？共振共鸣！共鸣：机械能激发物体振动向空气辐射声能共振：空气中传播的声能激发物体机械振动,36,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。,37,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,38,穿孔板共振器,穿孔板与墙间空腔形成共振腔,39,空间吸声体,消声材料,当房间表面不足作吸声表面时使用。,40,隔声,41,空气层对隔声效果的影响,空气层厚度有一个最佳值,42,设备隔声,隔声罩的作用,没有隔音措施,用板材围合密封,用25mm厚玻璃纤维隔音,板材罩内衬25mm厚的玻璃纤维,风机,马达,43,小孔对隔声作用的影响,孔径相对波长越大，衍射作用越强,=11.7cm,=3.4m,44,气流噪声控制：消声器,消声器种类阻性消声器：利用吸声材料，中、高频有效抗性消声器：中、低频有效扩张型共振型复合型消声器：多种形式组合，宽频带消声,45,阻性消声：管道内加吸声材料,46,阻性管道消声器,47,抗性管道消声器(扩张型),对低中频噪声控制有效,48,49,掩蔽SoundMask,用途1：大型敞开式办公室，减少相互干扰。“声音香料”。可利用适当的空调系统的背景噪声。,50,用途2：减少降低外部传入噪声的代价,51,振动与隔振原理,振动的危害使人烦恼，妨碍工作产生噪声损坏建筑物和设备振动传递比T：输出的动力占振源输入动力的百分比f为振