级注册建筑师考试复习基本知识课件

1、1dong liang dong liang 建筑声学建筑声学董董 靓靓 博士博士, 教授教授2dong liang dong liang 讲课内容讲课内容建筑声学基本知识建筑声学基本知识吸声与隔声吸声与隔声噪声控制噪声控制室内声学室内声学3dong liang dong liang 内容提要内容提要n声音与声源的方向性声音与声源的方向性 n声功率声功率 声强声强 声压和分贝声压和分贝 n频率和频谱频率和频谱 音乐音乐 噪声噪声n声波的反射声波的反射 折射折射 衍射衍射 扩散扩散 吸收和透射吸收和透射n人对声音的感受人对声音的感受4dong liang dong liang 一、振动与声一、振

2、动与声 通常把受到外力作用而产生振动的物体体称为声源。声源在空气中通常把受到外力作用而产生振动的物体体称为声源。声源在空气中振动，使邻近的空气之产振动并以波动的方式向四周传播开来，传振动，使邻近的空气之产振动并以波动的方式向四周传播开来，传入人耳，引起耳膜振动通过听觉神经产生声音的感觉。入人耳，引起耳膜振动通过听觉神经产生声音的感觉。 1振动的产生振动的产生 这里只介绍最简单的振动这里只介绍最简单的振动简谐振动。物体振简谐振动。物体振动时离开平动时离开平 衡位置的最大位移称为振幅，记作衡位置的最大位移称为振幅，记作a，单位米，单位米(m)或者或者厘米（厘米（cm）；完成一次振动所经历的时间称为

3、周期，记作）；完成一次振动所经历的时间称为周期，记作t, 单位单位秒（秒（s）。一秒钟内振动的次数称为频率，记作。一秒钟内振动的次数称为频率，记作f，单位赫兹（单位赫兹（hz）。它们之间的关系。它们之间的关系 f = 1/t 。如果系统不受其它外力，没有能量。如果系统不受其它外力，没有能量损耗的振动，称为损耗的振动，称为“自由振动自由振动”，其振动频率叫做该系统的，其振动频率叫做该系统的“固有固有频率频率”记作记作f0 。 2振动在空气中的传播振动在空气中的传播声波声波 分为横波和纵波。质点的振动分为横波和纵波。质点的振动方向和波的传播方向相垂直，称为横波。如果质点的振动方向和波方向和波的传播

4、方向相垂直，称为横波。如果质点的振动方向和波的传播方向相平行，则称为纵波。在空气中传播声波就属纵波。的传播方向相平行，则称为纵波。在空气中传播声波就属纵波。 3当空气质点收到外力作用（如扬声器膜振动）时会跟着产生当空气质点收到外力作用（如扬声器膜振动）时会跟着产生振动，从而产生空气密度的疏密变化（即疏密波），这种疏密变化振动，从而产生空气密度的疏密变化（即疏密波），这种疏密变化逐步向远处传去。当传入人耳，再经人耳内的听觉神经传到大脑，逐步向远处传去。当传入人耳，再经人耳内的听觉神经传到大脑，便产生听觉反应。便产生听觉反应。 4声波的传播是能量的传递，而非质点的转移。空气质点总是声波的传播是能量

5、的传递，而非质点的转移。空气质点总是在其平衡点附近来回振动，而不传向远处。在其平衡点附近来回振动，而不传向远处。5dong liang dong liang 二、波阵面 声波从声源发出，在同一介质中按一定方向传播，在某一时刻，波动所到声波从声源发出，在同一介质中按一定方向传播，在某一时刻，波动所到达的各点的包迹面称为波阵面。波阵面为平面的称为平面波，波阵面为球达的各点的包迹面称为波阵面。波阵面为平面的称为平面波，波阵面为球面的称为球面波。在传播途径上，两相邻同相位质点之间的距离称为波长面的称为球面波。在传播途径上，两相邻同相位质点之间的距离称为波长，记作，记作，单位是，单位是m m 。声波在弹

6、性介质中的传播速度称为声速，记作。声波在弹性介质中的传播速度称为声速，记作c ,c ,单单位位m/sm/s。声速是振动传播的速度，与介质的弹性、密度以及温度有关。声速。声速是振动传播的速度，与介质的弹性、密度以及温度有关。声速、波长和频率有以下的关系：、波长和频率有以下的关系： c = c = f f x x 。人耳能感受到的声波的频率。人耳能感受到的声波的频率范围大约在范围大约在202020000hz20000hz之间。低于之间。低于20hz20hz声波成为次声波，高于声波成为次声波，高于20000hz20000hz称称为超声波。次声波和超声波都不会形成听觉。为超声波。次声波和超声波都不会形

7、成听觉。声波的传播方向可用声线来表示。声线是假想的垂直于波阵面的直线，主声波的传播方向可用声线来表示。声线是假想的垂直于波阵面的直线，主要用于几何声学中对声传播的跟踪。要用于几何声学中对声传播的跟踪。点声源点声源波阵面为球面，声音强度随着传播距离的增加而迅速减弱；当波阵面为球面，声音强度随着传播距离的增加而迅速减弱；当声源的尺寸较距离小很多时，可认为点声源。声源的尺寸较距离小很多时，可认为点声源。 线声源线声源波阵面为柱面，声音强度随着传播距离的增加而逐渐减弱；如波阵面为柱面，声音强度随着传播距离的增加而逐渐减弱；如很长的火车。很长的火车。 面声源面声源波阵面为平面，声音强度不随传播距离的增加

8、而减弱。海啸属波阵面为平面，声音强度不随传播距离的增加而减弱。海啸属。 6dong liang dong liang 三、声源的方向性 一般用声源的方向性来描一般用声源的方向性来描述声源向空间各个方向辐述声源向空间各个方向辐射声波的能力，多用射声波的能力，多用“极极坐标图坐标图”来表示。来表示。 声源的方向性强弱一方声源的方向性强弱一方面与声源本身有很大关系面与声源本身有很大关系，另一方面，与声波的频，另一方面，与声波的频率有关。频率越高方向性率有关。频率越高方向性越强。越强。 7dong liang dong liang 一、声功率、声强、声压一、声功率、声强、声压 声功率是指声源在单位时间

9、内向外辐射的声能量，记声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能量，记作作w，单位为瓦，单位为瓦(w). 声强是指在单位时间内在垂直于声波传播方向的单位声强是指在单位时间内在垂直于声波传播方向的单位面积上的所通过的声能，记作面积上的所通过的声能，记作i ,单位是单位是w/m2。 声压是指某瞬间介质中的压强相对于无声波时的压强声压是指某瞬间介质中的压强相对于无声波时的压强的改变量，所以声压的单位就是压强的单位，即牛顿的改变量，所以声压的单位就是压强的单位，即牛顿/米米2(n/m2)或微巴或微巴(b)。每一瞬间的声压叫瞬时声压，某。每一瞬间的声压叫瞬时声压，某段时间内瞬时声压的平均值称为有效声压，用

10、它的均方段时间内瞬时声压的平均值称为有效声压，用它的均方根来表示。根来表示。 8dong liang dong liang 人耳对声音的大小的感觉，并不与声强或声压值成正比，人耳对声音的大小的感觉，并不与声强或声压值成正比，而是近似地与它们的对数值成正比，所以通常用对数的而是近似地与它们的对数值成正比，所以通常用对数的标度方法来表示。标度方法来表示。 声强级的定义就是这声音的强度声强级的定义就是这声音的强度i i和基准声强和基准声强i0i0之比之比的常用对数来表示，单位为贝尔的常用对数来表示，单位为贝尔(bl).(bl).但一般不用贝尔但一般不用贝尔，而用它的十分之一作单位，称为分贝，而用它的

11、十分之一作单位，称为分贝(db)(db)。 i0基准声强，基准声强，i0 =10-12 w/m2 。 同样可以用分贝为单位来定义声压级。基准声压同样可以用分贝为单位来定义声压级。基准声压p0 =2x10-5 n/m2。 声功率以声功率以“级级”表示便是声功率级，单位也是分贝。基表示便是声功率级，单位也是分贝。基准声功率级准声功率级w0 =10-12 w。 二、分贝二、分贝9dong liang dong liang 三、声音的叠加三、声音的叠加 两个数值相等的声压级叠加后，只比原来增加两个数值相等的声压级叠加后，只比原来增加3db，而不是增加，而不是增加一倍。一倍。 10dong liang

12、dong liang 一、频率和频谱 在建筑声环境的研究和设计中，除了要知道声源在某一在建筑声环境的研究和设计中，除了要知道声源在某一点的声压级外，还要知道一定频率范围内里各组成频率点的声压级外，还要知道一定频率范围内里各组成频率的声压级，这种以频率范围为横坐标与其相对应的声压的声压级，这种以频率范围为横坐标与其相对应的声压级作为纵坐标所组成的图形称为声源的频谱。由一些离级作为纵坐标所组成的图形称为声源的频谱。由一些离散频率组成的谱称为线谱。在一定频率范围内含有连续散频率组成的谱称为线谱。在一定频率范围内含有连续频率成分的谱称为连续谱。频率成分的谱称为连续谱。11dong liang dong

13、 liang 二、音乐(乐音)音调主要决定于声音的频率，频率越高，音调就越高；但它还和声压音调主要决定于声音的频率，频率越高，音调就越高；但它还和声压级和组成成分有关。乐器发出的复合声系由基音和谐音组成的，所级和组成成分有关。乐器发出的复合声系由基音和谐音组成的，所有谐音的频率都是基音频率的整数倍，这样的复合声即使基音成分有谐音的频率都是基音频率的整数倍，这样的复合声即使基音成分很弱，某音调的高度也是由基音频率决定的。很弱，某音调的高度也是由基音频率决定的。12dong liang dong liang 三、噪声 噪声是噪声是 频率结构更复杂的声音。人耳听不出其中包含有任何谐频率结构更复杂的声

14、音。人耳听不出其中包含有任何谐音或音调的特征，但这种声音的主要频率是可以辨认的。噪音大音或音调的特征，但这种声音的主要频率是可以辨认的。噪音大多数是连续谱。多数是连续谱。 对声音作测量时既可以对整个频率范围作测量，也可以在测量对声音作测量时既可以对整个频率范围作测量，也可以在测量系统中利用电滤波器，把可听频率范围内的声音分段测量。可以系统中利用电滤波器，把可听频率范围内的声音分段测量。可以用倍频带或用倍频带或1/3倍频带进行分析。倍频带进行分析。 13dong liang dong liang 一、声反射、声折射、声衍射和扩散 1.平面的反射 光滑表面对声波的反射遵循平方反比定律。反射波的强度

15、取决于它们与“像”的距离以及反射表面对声波吸收的程度。2.曲面的反射 与平面反射相比，凹面反射波的强度较弱强，凸面反射波的强度较弱。14dong liang dong liang 一、声反射、声折射、声衍射和扩散 3.声折射声折射: 声波在传播的过程中，遇到不同介质的分界面声波在传播的过程中，遇到不同介质的分界面时，除了反射外，还会时，除了反射外，还会 发生折射，从而改变声波的传播发生折射，从而改变声波的传播方向。温度与风向对声音的传播方向产生影响。方向。温度与风向对声音的传播方向产生影响。15dong liang dong liang 一、声反射、声折射、声衍射和扩散 4.声衍射声衍射: 声

16、波通过障板上的孔洞时，并不象光线那样直声波通过障板上的孔洞时，并不象光线那样直线传播，而能绕到障板的背后改变原来的传播方向，在线传播，而能绕到障板的背后改变原来的传播方向，在它的背后继续传播，这种现象称为绕射（亦称它的背后继续传播，这种现象称为绕射（亦称 为衍射）为衍射）。当声波在传播过程中遇到一块其尺度比波长大得多的。当声波在传播过程中遇到一块其尺度比波长大得多的障板时，声波将被反射。如声源发出的是球面波经反射障板时，声波将被反射。如声源发出的是球面波经反射后仍为球面波。后仍为球面波。5.声扩散声扩散: 声波在传播过程中，如果遇到一些凸形的界面声波在传播过程中，如果遇到一些凸形的界面就会倍分

17、解成许多小的比较弱的反射声波，这种现象称就会倍分解成许多小的比较弱的反射声波，这种现象称为声扩散。为声扩散。 16dong liang dong liang 二、声吸收 声波入射到建筑构件时，声能的一部分被反射，一部分声波入射到建筑构件时，声能的一部分被反射，一部分透过构件，还有一部分由于构件的振动或声音在其中传透过构件，还有一部分由于构件的振动或声音在其中传播时介质摩擦、传热而被损耗，我们称之为被材料吸收播时介质摩擦、传热而被损耗，我们称之为被材料吸收。声波在空气中传播时，由于振动的空气质点之间的摩。声波在空气中传播时，由于振动的空气质点之间的摩擦而使一小部分声能转化为热能，称为空气对声能的

18、吸擦而使一小部分声能转化为热能，称为空气对声能的吸收。单位时间内入射总声能收。单位时间内入射总声能e0 ，构件吸收声能为，构件吸收声能为e，则材料的吸声系数则材料的吸声系数=e/e0 。吸声量。吸声量=s, s为材料的面为材料的面积。积。17dong liang dong liang 三、声透射三、声透射 声波入射到建筑构件时，声能的一部分被反射，一部分声波入射到建筑构件时，声能的一部分被反射，一部分被吸收，还有一部分透过建筑部件传到另一侧空间去。被吸收，还有一部分透过建筑部件传到另一侧空间去。材料的透声能力一般用透射系数材料的透声能力一般用透射系数来表示，在工程中习惯来表示，在工程中习惯用隔

19、声量用隔声量r来表示，来表示，r10lg1/。r越大则隔声量越大。越大则隔声量越大。 18dong liang dong liang 一、人耳的听觉、响度级、一、人耳的听觉、响度级、a a声级声级1.人耳的听觉人耳的听觉 当声波的交变压力到达外耳时，使耳膜按入射声波的当声波的交变压力到达外耳时，使耳膜按入射声波的频率振动，这些振动自中耳的几个听小骨中放大，并通频率振动，这些振动自中耳的几个听小骨中放大，并通过内耳中的液体传递到内耳的神经末梢，分析整理成信过内耳中的液体传递到内耳的神经末梢，分析整理成信号传至大脑，产生了不同音调和强度的声音感受，这就号传至大脑，产生了不同音调和强度的声音感受，这

20、就是听觉过程。是听觉过程。2.响度级响度级 声级计和声级计和a声级声级 如果某一声音与已选定的如果某一声音与已选定的1000hz的纯音听起来同样的纯音听起来同样响，这个响，这个1000hz纯音的声压级值就定义为待测声音的纯音的声压级值就定义为待测声音的“响度级响度级”。响度级的单位为方。响度级的单位为方(phon)。对一系列纯音都。对一系列纯音都用标准音来作上述比较，就可以得到纯音等响曲线。用标准音来作上述比较，就可以得到纯音等响曲线。19dong liang dong liang 20dong liang dong liang 21dong liang dong liang 对于复合声，不直

21、接用纯音等响曲线，其响度级需要通对于复合声，不直接用纯音等响曲线，其响度级需要通过计算求得。目前在测量声音响度级时使用的仪器称为过计算求得。目前在测量声音响度级时使用的仪器称为“声级计声级计”，读数为，读数为“声级声级”，单位是分贝，单位是分贝(db)。在声。在声级计中设有级计中设有a、b、c三个计权网络，这三种计权网络是三个计权网络，这三种计权网络是大致参考某几条等响曲线而设计的。模拟人耳对不同频大致参考某几条等响曲线而设计的。模拟人耳对不同频率声音的反应。率声音的反应。a计权网络参考计权网络参考40方等响曲线，对方等响曲线，对500hz以下的声音由较大的衰减，以模拟人耳对低频不以下的声音由

22、较大的衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性。用敏感的特性。用a计权网络测得的声压计称为计权网络测得的声压计称为a声级，记声级，记作作la。c计权网络具有接近线形的较平坦的特性，在整计权网络具有接近线形的较平坦的特性，在整个可听范围内几乎不衰减，以模拟人耳对个可听范围内几乎不衰减，以模拟人耳对85方以上纯音方以上纯音的响应，因此可以代表总声压级。的响应，因此可以代表总声压级。22dong liang dong liang 二、噪声对人的影响二、噪声对人的影响 1. 掩蔽、环境噪声、干扰噪声掩蔽、环境噪声、干扰噪声 一个声音的听阈因另一个掩蔽声音的存在而上升的现象称为掩蔽一个声音的听阈因另一个掩蔽声

23、音的存在而上升的现象称为掩蔽，上升的分贝数则是掩蔽的程度。一般来说，低频声对高频声的掩，上升的分贝数则是掩蔽的程度。一般来说，低频声对高频声的掩蔽作用较大，高频声对低频声的掩蔽作用较小，但是听者对某个声蔽作用较大，高频声对低频声的掩蔽作用较小，但是听者对某个声音的音的 注意力也会影响其他声音的掩蔽作用。注意力也会影响其他声音的掩蔽作用。 环境噪声是指出现在听者所处环境里的总噪声级，往往是由多个环境噪声是指出现在听者所处环境里的总噪声级，往往是由多个声源产生。声源产生。 干扰噪声是指由室外传入的噪声或是由建筑围护结构传递的来自干扰噪声是指由室外传入的噪声或是由建筑围护结构传递的来自建筑物其他部分的噪声。建筑物其他部分的噪声。2.决定声音对人干扰的程度的因素决定声音对人干扰的程度的因素: 1）声压级或声级；）声压级或声级； 2）声音的持续时间；）声音的持续时间； 3）声现象随时间的变化情况；）声现象随时间的变化情况； 4）复合声的频谱成分。）复合声的频谱成分。23dong liang dong liang 3.3.噪声对健康和各种活动的影响噪声对健康和各种活动的影响 1 1）噪声对健康的影响）噪声对健康的影响 高强度的噪声对听觉