第七章建筑声环境

1、第七章第七章 建筑声环境建筑声环境主要内容主要内容 第一节第一节 建筑声环境的基本知识建筑声环境的基本知识 第二节第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价人体对声音环境的反应原理与噪声评价 第三节第三节 声音传播与衰减的原理声音传播与衰减的原理 第四节第四节 材料与结构的声学性能材料与结构的声学性能 第五节第五节 噪声的控制与治理方法噪声的控制与治理方法主要内容主要内容 声环境控制的意义声环境控制的意义 创造良好的满足要求的声环境创造良好的满足要求的声环境 保证居住者的健康保证居住者的健康 提高劳动生产率提高劳动生产率 保证工艺过程的要求（演播室、录音棚等）保证工艺过程的要求（演播室、录音棚

2、等） 理想的声环境理想的声环境 需要的声音（讲话、音乐等）能够高度保真需要的声音（讲话、音乐等）能够高度保真 不需要的声音不干扰人的学习、工作和生活不需要的声音不干扰人的学习、工作和生活 建筑声环境主要建筑声环境主要研究建筑环境中的噪声控制问题研究建筑环境中的噪声控制问题 声音是怎样产生和传播的？ 声源（振动的固体、液体、气体） 传声途径 接收者 声音的三个表征量 音量大小 音调高低 音色好坏第一节 建筑声环境的基本知识 声波和波动方程 声波：是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 空气中的声波是一种压强波 声压：因声波而引起的空气压强的变化量 声压p是10-510Pa的

3、量级第一节 建筑声环境的基本知识大气静压强大气静压强的量级的量级？ 声速 声波在介质中的传播速度 声速与介质本身的物理特性以及温度等有关 声波在不同介质中传播速度（0）第一节 建筑声环境的基本知识00Pc 2734 .331aTc 常温下空气的常温下空气的声速取声速取340m/s介质介质声速声速m/s松木松木3200软木软木500钢钢5000水水1450 频率、波长 周期T：声波通过空气或其它弹性介质传播时，介质质点在其平衡位置附近来回振动完成一次完全振动所需要的时间 频率f：1s内的振动次数，T的倒数 波长：声波在一个周期内传播的距离第一节 建筑声环境的基本知识/cf 人耳能听到的声波频率范

4、围：2020000Hz之间 低于20Hz的声波为次声 高于20000Hz的声波为超声第一节 建筑声环境的基本知识人耳听不到人耳听不到31.25 Hz频率 声音信号和频谱 纯音：简谐音 声压随时间的变化是一个频率为 f 的余弦函数 f 确定音调，声压幅值Pm确定声音的强弱 频谱图是位于该频率坐标处的一条竖直线第一节 建筑声环境的基本知识 ftPtpm2cos人耳收到的空气中人耳收到的空气中声压随时间的变化声压随时间的变化称为声音。称为声音。 声音信号和频谱 复音：周期性信号 含有基频f0和谐频n f0 其频谱图可以表示为在基频f0和2f0 、3f0 、 n f0 处的一系列高矮不等的竖直线，称为

5、线状谱（离散谱）第一节 建筑声环境的基本知识 tnfAAtpnn0102cos 复音音调的高低取决于基频，音色取决于谐频分量的构成第一节 建筑声环境的基本知识 声音信号和频谱 噪声：非周期性信号 频谱为连续谱第一节 建筑声环境的基本知识噪声不能用离散的简谐分量的叠加来表示。 声音的频带 在声学测量中将声音的频率范围分成若干个频带 频带的划分通常以各频带的频程数n相等来划分 中心频率 ISO和国标中对倍频带划分的标准规定：中心频率为31.5、63、125、250、500、1000、2000、4000、8000及16000Hz第一节 建筑声环境的基本知识nff212上界频率上界频率下界频率下界频率

6、21fffc 波阵面 在某一时刻，波动所达到的各点的包络面，即空间中相位相同的相邻点构成的面 平面波：波阵面为平面 球面波：波阵面为球面第一节 建筑声环境的基本知识 声线 自声源发出代表声能传播方向的曲线 表示声波传播的方向 在各向同性的介质中，声线是直线，与波阵面垂直 第一节 建筑声环境的基本知识 声功率W 声源在单位时间内向外辐射的声能，单位为W 声强I 衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量，单位为W/m2 球面波 对平面波，声强与距离无关 声压p 介质中有声波传播时，介质中的压强相对于无声波介质静压强的改变量改变量，单位为Pa第一节 建筑声环境的基本知识cpI0224 rWI注意：注意：

7、电功电功率与声功率率与声功率的区别的区别 “级”的概念 可听阈：人耳能听见的下限声强为下限声强为10-12W/m2， 下限声压为下限声压为210-5Pa 烦恼阈：人能忍受的上限声强为1W/m2，上限声压为20Pa 疼痛阈：I=100W/m2，p=200Pa 级：一个量与同类基准量之比的对数第一节 建筑声环境的基本知识级是相对比较的量级是相对比较的量 声压级 声强级 声功率级第一节 建筑声环境的基本知识0lg20ppLp0lg10IILI0lg10WWLW可听阈值可听阈值10-12W 声级的叠加 声强叠加 声压叠加 声压级叠加第一节 建筑声环境的基本知识nIIII2122221nppppnLpn

8、pLpplg10lg201021n个数值相等的个数值相等的声压级叠加声压级叠加两个声压级叠加两个声压级叠加101010101010lg1021pnppLLLpLn个声压级叠加个声压级叠加10/121101lg10ppLLppLL 两个数值相等的声压级叠加，声压级比原来增加3dB 两个声压级差超过15dB，附加值可以忽略第一节 建筑声环境的基本知识 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 在离实际声源相同距离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） 的比值第一节

9、 建筑声环境的基本知识参考声压级参考声压级L Lp0p0( (r r) )参考声强参考声强I I0 0( (r r) )无方向性的点声源形成的声压场无方向性的点声源形成的声压场QDIlg10 指向性因数Q与声源面积S0及频率f有关第一节 建筑声环境的基本知识0Sf若不是点声源 听觉机构第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价 人耳的频率响应与等响曲线第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价人耳对于不同频率的声音响应是不同的 声级计 A计权网络：参考40方等响曲线，对500Hz以下的声音有较大衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性 C计权网络：具有接近线性的较平坦的特性，以模拟人耳对85方以上的

10、听觉响应 B计权网络：介于A和C之间，很少使用 D计权网络：用于测量航空噪声 第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价 掩蔽效应 人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音的存在而降低的现象 频率相近的声音掩蔽效应显著 掩蔽音对比其频率低的声音 作用小，对比其频率高的声 音作用大 背景噪声的存在会干扰有用 信号的通信；掩蔽不希望听见 的声音第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价 双耳听闻效应（方位感） 同一声源发出的声音传至人耳时，由于到达双耳的声波之间存在一定的时间差、位相差和强度差，使人耳能够知道声音来自哪个方向 声源方位感明显的噪声更容易引起人心理上的烦躁 无明确方位感的噪声易被忽略

11、 听觉疲劳 听阈暂时提高，事后可以恢复的现象 听力损失 听阈的提高是永久性不可恢复的第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价 噪声 凡是人们不愿听的各种声音都是噪声 噪声的危害 影响工作和生活 造成听觉疲劳和听觉损失 噪声评价 对各种环境条件下的噪声作出其对接收者影响的评价，并用可测量计算的评价指标来表示影响的程度第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价 A声级LA（或LpA） 用声级计上的A计权网络直接读出 反映了人耳对不同频率声音响度的计权 是目前国际上使用最广泛的环境噪声评价方法第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价niiiAALL120/ )(10lg10倍频带中心频率倍频带中

12、心频率31.5631252505001000200040008000A响应（对应于响应（对应于1000Hz）-39.4-26.2-16.1-8.6--1.1 等效连续A声级 针对声级随时间变化的噪声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方法 离散噪声 读数时间间隔Ti相等第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价 2110/12,101lg10tttLTAeqdtttLANiiniLiTAeqTTLAi1110/,/10lg10niLTAeqAiNL110/,101lg10实际测量时间隔读数的 昼夜等效声级Ldn 夜间噪声对人的干扰比白天大10dB左右 累

13、积分布声级LX 用声级出现的累积概率来表示噪声的大小第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价10/1010/1091015241lg10ndLLdnL602901050,LLLLTAeq中值中值起伏噪声的峰值起伏噪声的峰值背景噪声背景噪声噪声在晚上比白天更容易引起烦恼。计算24h的等效声级时，晚上的噪声要加上10分贝的计权 噪声评价曲线NR 是一组使用最广泛的用于评价 公众对户外噪声反应的评价曲 线，也用作工业噪声治理的限 值 NR数与A声级有较好的相关性第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价dBNRLA5 噪声评价曲线NC 对低频的要求比NR苛刻 与A声级和NR曲线的关系第二节 人体对

14、声音环境的反应原理与噪声评价dBNCLA105 NRNC 噪声评价曲线PNC 对NC曲线的修正 对低频部分更进一步进行 降低 与NC曲线的关系第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价NCPNC5 . 3NC曲线和曲线和PNC曲线适用于评价室内曲线适用于评价室内噪声对语言的干扰和噪声引起的烦恼噪声对语言的干扰和噪声引起的烦恼 噪声允许标准和法规 GBJ 118 民用建筑隔声设计规范 规定了住宅、学校、医院和旅馆四类建筑的室内允许噪声 GBJ 87 工业企业噪声控制设计规范 工业企业噪声卫生标准（试行草案） GB 3096-2008 声环境质量标准 GB 22337-2008 社会生活环境噪声排

15、放标准第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价 噪声允许标准和法规第二节 人体对声音环境的反应原理与噪声评价 声波遇到不同尺度的障碍物时，产生反射、绕射和散射的情况第三节 声音传播与衰减的原理 声波的透射与吸收 透射系数 反射系数 材料的吸声系数第三节 声音传播与衰减的原理吸收透射吸收EEE0EEEEE00EE0EE001EEE隔声材料隔声材料：值值小的材料小的材料吸声材料吸声材料：值值小的材料小的材料 声音在自由场中的传播 球面波的声强随接收点与声源距离的增加而衰减 自由场球面波发散衰减的“平方反比定律”：接收点的声强与点声源的距离平方成反比，距离每增加1倍衰减6dB 线声源在自由场中的衰

16、减规律：接收点的声强与线声源的距离成反比，距离每增加1倍衰减3dB第三节 声音传播与衰减的原理11lg2041lg102rLrLLWWp第三节 声音传播与衰减的原理相对参考值相对参考值 声音在传播过程中的衰减 发散衰减 随着传播距离的增加，声波的能量散布在越来越大的面积上，声强也越来越弱 大气吸收衰减 大气吸收与大气温度、湿度以及声波的频率有关 地面吸收衰减 衰减情况与地面形态和声波的频率有关 其他衰减Aoth 遇到障碍物发生反射、透射和吸收引起的衰减第三节 声音传播与衰减的原理11lg20rAdiv100/rAatmatmrfAgrd13. 0lg18. 0 气象条件的影响气温、风速 声源的

17、上风向 声音传播速度是静风状态下空气中的声速减去风速减去风速，其梯度分布是近地面处大而随高度的降低减少 声源的下风向 声音传播速度是静风状态下空气中的声速加上风速加上风速，其梯度分布是近地面处小而随高度的降低增大第三节 声音传播与衰减的原理 声音在室内空间中的传播 室内声场 由直达声和多次反射声组成 声音强度比自由声场大，且不随距离的 平方衰减 有“混响现象” 扩散声场的假定 声能密度在室内均匀分布，即在室内任意一点上，声音强度都相等 在室内任一点上，声波向空间各个方向传播的概率是相同的第三节 声音传播与衰减的原理 平均吸声系数 室内声场的衰减过程 声能密度随时间的衰减 声级随时间衰减的量 混

18、响时间 室内声场在声源停止发声后衰减60dB的时间 依林混响公式 赛宾混响公式第三节 声音传播与衰减的原理SASSSSSSnnn212211tVcStDD4/01 1lg410lg100tVcSDDtLt1ln161. 060SVTAVSVT/161. 0/161. 060 室内声场的稳态分布 分布公式 直达声产生的声能密度 反射声的声能密度 全部声能密度 声强 声压级第三节 声音传播与衰减的原理crWDd2414cSWDSsdDDD0RrWSrWI441144122RrQLLWp44lg102房间常数房间常数之前的假定，室内声能密度是各点相同的。实际不是。 混响半径（临界半径） 在直达声的声

19、能密度与反射声的声能密度相等处，距声源的距离 加大房间的吸声量降低室内噪声时接收点在r0之内：接收的主要是声源的直达声，效果不大接收点在r0之外：接收的主要是声源的反射声，效果明显第三节 声音传播与衰减的原理QRQRr14. 0160RrQLLWp44lg102直达声反射声 材料和结构的声学特性 与入射声波的频率和入射角度有关 控制噪声的方法 吸声：声波入射到吸声材料表面上被吸收，降低了反射声 隔声：利用隔层把噪声源和接收者分隔开 两种方法采用的材料特性不同厚重密实的材料隔声性能好松散多孔的材料吸声系数较高第四节 材料与结构的声学性能第四节 材料与结构的声学性能隔声隔声透过声能透过声能越少，隔

20、越少，隔声越好声越好密实厚重密实厚重吸声差吸声差吸声吸声反射越小，反射越小，吸声越好吸声越好透气、多孔透气、多孔隔声差隔声差防止相防止相邻空间邻空间噪声干噪声干扰扰吸声吸声减噪减噪 吸声材料和吸声结构 吸声材料的吸声系数和吸声量 吸声特性与声波的入射角有关 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 吸声量第四节 材料与结构的声学性能SA 吸声材料和吸声结构的分类第四节 材料与结构的声学性能 多孔吸声材料 吸声机理：吸声机理：声波顺着微孔进入材料内部，引起空隙中空气的振动，由于空气的黏滞阻力、空气与孔壁的摩擦和热传导作用等，使相当一部分声能转化为热能而被损耗 对中高频吸声效果明显 影响

21、多孔材料吸声系数的因素厚度：对中低频影响显著，高频变化不大密度：没有厚度的影响显著空腔：可提高中低频吸声性能面层：金属网格等罩面对吸声性能影响不大，穿孔板和薄膜面层可分别提高低频和中频吸声系数第四节 材料与结构的声学性能第四节 材料与结构的声学性能第四节 材料与结构的声学性能第四节 材料与结构的声学性能有空腔对中低频吸声性能有所提高 共振吸声结构 吸声机理：共振结构在声波的激发下发生振动，振动的结构和物体由于自身内部摩擦和与空气的摩擦，会把一部分能量转变成热能 共振共鸣共振现象：把声能转化为机械能，最终转变为热能的过程共鸣现象：把机械能通过激发物体振动转化为声能的过程 共振吸声结构一般有两种空

22、腔共振吸声结构薄板吸声结构第四节 材料与结构的声学性能 空腔共振器 孔颈中的空气柱由于共振产生剧 烈振动，振动中空气柱和孔颈侧 壁摩擦而消耗声能第四节 材料与结构的声学性能 穿孔板共振器 穿孔板与墙间空腔形成共振腔第四节 材料与结构的声学性能穿孔板组合共振吸声结构实例穿孔板组合共振吸声结构实例1-空气层；空气层；2-多孔吸声材料多孔吸声材料；3-穿孔（缝）板；穿孔（缝）板；4-玻璃布等护面层玻璃布等护面层；5-木板条木板条第四节 材料与结构的声学性能穿孔板后铺设多孔材料，增加空气运动阻力 薄板共振吸声结构 不透气的薄板与板壁间有一空气夹层，薄板振动消耗声能第四节 材料与结构的声学性能 空间吸声

23、体第四节 材料与结构的声学性能 强吸声结构吸声尖劈是常用的强吸声结构第四节 材料与结构的声学性能第四节 材料与结构的声学性能 隔声和构件的隔声特性 隔声量与透射系数第四节 材料与结构的声学性能1lg10R 空气层对隔声效果的影响 空气间层的弹性变形具有减振作用第四节 材料与结构的声学性能 噪声控制原则 声源的噪声控制 噪声源的控制 在传声途径中控制 按照“闹静分开”的原则合理布置噪声源的位置 改变噪声传播的方向或途径 隔声、吸声、减振 在接收点的噪声控制 佩戴护耳器 减少在噪声中暴露的时间第五节 噪声的控制与治理方法 噪声控制方法 吸声降噪 在室内吊顶或墙面上布置吸声材料，可使混响声减弱 只能

24、降低混响音，很难把噪声降低10dB以上 在靠近声源处发挥的作用很小：直达声占主导 降噪量 在室内原来的平均吸声系数很小的时候，吸声降噪的效果明显第五节 噪声的控制与治理方法22122144/44lg10RrQRrQLLLppp24 rQ14R？12lg10pL 隔声 适当的隔声设施可降低噪声2050dB 平均透射系数 隔声构件的综合隔声量【例题】：某墙面积为20，墙上有一门，面积2。墙体的隔声量为50dB，门的隔声量为20dB。求该墙的综合隔声量。第五节 噪声的控制与治理方法1lg10RnnnSSSSSS212211 小孔对隔声的影响 房间的噪声降低值第五节 噪声的控制与治理方法SARLLLppplg21 减振和隔振 振动的危害干扰工作产生噪声损坏建筑物和设备 隔振在设备上安装隔振或减振机构，在设备上安装隔振或减振机构，使设备与基础之间的刚性连接变成弹性连接，从而避免振动造成的危害 阻尼减振在设备外罩上喷涂或粘贴高内阻的黏弹性材料在设备外罩上喷涂或粘贴高内阻的黏弹性材料，在振动过程中能量消耗在阻尼中，一部分振动能量转变为热能第五节 噪声的控制与治理方法第五节 噪声的控制与治理方法隔振材料的固有频率比振源频率越低，震动传隔振材料的固有频率比振源频率越低，震动传递比就玉箫