建筑环境学-07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,5,声音是什么？,声波：声源振动引起弹性媒质的压力变化，并在弹性媒质中传播的机械波声源：振动的固体、液体、气体声压：空气压强的变化量，10-510Pa量级特性：波长、频率f、声速c,7-1.1声波的基本物理性质,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：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,7-1.1声波的基本物理性质,7,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,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,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,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=210-5PaI0=110-12W/m2,疼痛阈闻之人耳则痛，p=200Pa，I=100W/m2,7-1.2声音的计量,烦恼阈闻之烦恼不安p0=20Pa，I0=1W/m2,14,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,7-1.2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:,7-1.2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=3dB,L=3dB,7-1.2声音的计量,17,两个不同声源叠加，差别超过1015dB，可以忽略。,增加的声级数,声源声级差,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,)与参考声压级Lp0(r)之差指向性因数Q实际声强I(r,)与参考声强I0(r)的比值。Q与指向性指数DI的关系：DI=10lgQ,7-1.3声源的指向性,19,S0为声源面积，f为频率，IIV是声源的4种位置,7-1.3声源的指向性,声源的指向性因数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,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,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,7-2.2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,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，在一段时间内能量平均的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L1070dB，表示有10%的测量时间内声级超过70dB,7-2.3噪声的评价,离散噪声,30,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,7-2.3噪声的评价,31,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+10dBNCNR5,7-2.3噪声的评价,32,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,7-2.3噪声的评价,33,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3540,7-2.4噪声的标准,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),AE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,透射,7-3.1声音传播与衰减的原理,反射,入射,37,在自由场的声音的传播和衰减,对于点声源,相对参考值,11,7-3.2声音在室外空间的传播,38,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,39,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,停止发声后衰减60dB的时间称为混响时间：,40,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,第四节材料与结构的声学性能,42,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：AaS,7-4材料与结构的声学性能,43,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,44,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,7-4.2吸声材料和吸声结构,45,吸声材料的频谱特性高频较易消除,7-4.2吸声材料和吸声结构,46,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,47,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,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,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,空间吸声体,当房间表面不足作吸声表面时使用。,7-4.2吸声材料和吸声结构,51,隔声,7-4.3隔声和构件的隔声特性,52,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,3040,53,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,54,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,7-4.3隔声和构件的隔声特性,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,56,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,57,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：直达声为主减振和隔振隔声适当的隔声设施，能降低噪声2050dB,7-5.1噪声源的控制,58,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为振源频率，f0为减振结构固有频率,7-5.1噪声源的控制,59,振动与隔振原理,振动传递曲线,7-5.1噪声源的控制,60,隔声罩综合措施,7-5.1噪声源的控制,61,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,7-5.2气流噪声的消除,62,阻性消声：管道内加吸声材料,7-5.2气流噪声的消除,63,阻性管道消声器,7-5.2气流噪声的消除,64,抗性管道消声器(扩张型),对低中频噪声控制有效,7-5.