建筑物理+声学部分+《第1章：建筑声学基础知识》

1、郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学第三篇第三篇 建筑声学建筑声学 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 吸声材料和吸声结构吸声材料和吸声结构 建筑构件隔声建筑构件隔声 环境噪声控制环境噪声控制 室内音质设计室内音质设计郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学第第 1 1 章章 建筑声学基础知识建筑声学基础知识郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.1 声音的基本性质 物体的振动产生声音，声音的传播需要介质。 这种振动会引起空气分子在平衡位置做来回振动，振动能量以波的形式向前传播，且分子的振动方向和声波的传播方向平行，所以声音是纵波。 声波必须经过一定的介质才能向外传播。这种介质既可以是气

2、体，也可以是液体和固体。 1.1.1 声音的产生与传播郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.1.2 频率、周期、波长和速度 声波通过介质传播时，质点在平衡位置附近来回振动。 周期：质点完成一次全振动所经历的时间称为周期，用T表示。 频率：质点在1s内完成全振动的次数即为频率，用f表示，单位（Hz）。 波长:相邻的两个同位相质点的距离。波长是一个周期的时间所传播的距离。 频率是周期的倒数。介质振动的频率即为声源的频率。频率和音调相关。Tf1郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学人耳能接收到的频率范围是20-20000Hz，高于20000Hz的为超声波；低于20Hz的是次声波。一般建筑声学

3、中考虑的频率范围是100-4000Hz,声速：声音传播的速度。用C表示。声速与介质有关。在空气中声速与温度的关系为：27314 .331tc15的室温下声速为340m/s波长、频率、周期和声速之间的关系如下：cTfc郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.1.3 声音的绕射和反射1.波振面与声线波振面：波在传播的过程中，任意时刻波动到达的各点的包络面称为波振面。根据波振面的形状可以将波分为平面波和球面波。声线：用来表示声音传播的方向和路径。 声线和波振面相互垂直。郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学2.声波的绕射（衍射） 当声波在传播过程中遇到小的障板时，并不像几何光学光线那样直线传播

4、，而是能绕到障板的背后继续传播，改变原来的传播方向，这种现象称为绕射。3.声波的反射 当声波在传播过程中遇到大尺寸的障板时，会发生反射。（类似与光的反射。遵守反射定律，且有镜面反射和扩散反射。）郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.1.4 声音的透射、反射和吸收当声波入射到建筑构件(如墙、天花)时，声能的一部分被反射，一部分透过构件，还有一部分被构件吸收。根据能量守恒定律，若入射总声能为E0，反射的声能为E，构件吸收的声能为E，透过构件的声能为E，则互相间有如下的关系:0E十E十EE 反射系数：0EE透射系数：0EE吸收系数：0EEE透射声能和被吸收声能一样是室内减少的声能。原因郑州华信

5、学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.1.6 声音的指向性倍频带中：上限频率f2是下限频率f1的2倍，即f2=f1。在简易测量中使用这种倍频带频谱。1/3倍频带中：上限频率f2是下限频率f1的1.26倍。即132f2=f在较详细的测量中使用1/3倍频带频谱。1.1.5 声音的频谱、音乐声和噪音声源的指向性是指声源向各个方向辐射声功率的相对分布。频率越高指向性越强。郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.2 声音的计量1.2.1 声功率、声强和声压声源在辐射声波时对外作功。声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能。记为W，单位为瓦(w)。 声功率是声源本身的一种特性。1.声功率（W）2.声强（

6、 ）I声强:在单位面积波振面上通过的声功率。记为I，单位是w。SWI 郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学 对于球面波，声强与点声源的声功率成正比，而与到声源的距离平方成反比。 对于平面波，声线互相平行，同一束声能通过与声源距离不同的表面时，声能没有聚集或离散，即与距离无关，所以声强不变。24 rWI郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学3.声压（P）声压：空气中由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力起伏称为声压。用p表示。单位：N，或Pa。 任一点的声压都是随时间而不断变化的，每一瞬间的声压称瞬时声压瞬时声压，某段时间内瞬时声压的均方根值称为有效声压有效声压。 如未说明，通常所指的声

7、压即为有效声压。郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学n 声压与声强有着密切的关系。在自由声场中，某处的声强与该处声压的平方成正比而与介质密度与声速的乘积成反比。cpI02)/(2mW郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.2.2 声功率级、声强级和声压级人耳刚能听见的下限声强为10-12wm2，相应的声压为210-5Nm2；使人感到疼痛的上限声强为1wm 2，相应的声压为20Nm2。所以用声强和声压计量声音很难。1.声功率级（ ）声功率级是声功率与基准功率之比的对数的10倍。记为WL)(dB0lg10WWLWWL郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学2.声强级（ ）声强级是声强与基准

8、声强之比的对数的10倍。记为ILIL0lg10IILI)(dB郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学3.声压级（ ）声压级是声压与基准声压之比的对数的20倍。记为pLpL0lg20ppLp)(dBpa1210郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.2.3 声级的叠加当几个声音同时出现时，总声强是各个声强的代数和。)/(2mWnIIII21声强级、声压叠加时，按照“级”的加法规律，采用对数运算法则。)/(2mN22221nPPPP总声压是各个声压平方和的平方根。nppppnLplg10lg20lg2000n个声压均为P的声音，叠加后的声压级是郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.3

9、人耳的听觉特性和声音评价1.3.1 可听的频率和声压范围一、最高和最低可听频率极限 对于可听频率的上限，不同人之间可有相当大的差异，而且和声音的声压级也有关系。 一般青年人可听到20000Hz左右的声音，而中年人只能听到1200016000Hz的声音。可听频率的下限，通常是20Hz。二、最大和最小的可听声压极限 人耳可接受的声音的声压变化范围是很大的。一般正常青年人最小可听基准声压，即210-5 Pa(声压级为0dB)，当一个人最小可听极限提高时，可认为这听觉灵敏度降低了。 郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.3.2 响度级 人耳对响度的感觉取决于许多因素，其中最主要的是频率和频谱。相

10、同声压级的声音如果频率不同，人耳听起来是不一样的，反之，不同频率的声音如要听起来一样响，它们的声压级可能不同。1.3.4 双耳听闻与声像定位（双耳效应）声像定位（双耳效应）：声源发出的声波到达双耳有一定的时间差、强度差和相位差，人们可以据此来判断声源的方向和远近，进行声像定位。 人耳辨别水平方向声源位置的能量要比垂直方向好。 郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.3.5 时差效应和回声声音对人听觉器官器官的作用效果不随着声音的消失而立即消失，而会暂留一段时间，这种现象叫时差效应。如果两个声音时间间隔小于50ms，人耳觉察不到声音是断续的，但当两个声音时间间隔大于50ms时，人耳就判别时候

11、两个独立的声音。室内，人耳首先听到的是直达声，然后是反射声，一般认为，直达声之后50ms以内到达的反射声加强了直达声的感觉，50ms以后到达的反射声会形成回声，干扰直达声的清晰度。人耳对回声感觉的规律又叫哈斯效应。郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.3.6 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，称为掩蔽效应。存在干扰的声音叫做掩蔽声。可听闻所提高的分贝数叫掩蔽量。 掩蔽量特点：1）低频声的掩蔽范围大。 2）高频声掩蔽范围小。 3）频率相近，掩蔽量大。 4）掩蔽声压级高，掩蔽量大。 郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.4 声音在室内的传播与几何声学1

12、.4.1 自由声场中声音的传播与声压级的计算 自由声场：是指没有边界的、媒质均匀且各向同性的声场。声波以球面波的形式辐射。 11lg20rLLWp式中：LP 空间某点的声压级，dB Lw 声源的声功率级，dB r 测点与声源的距离，m自由声场中距离为r m处的声压级为：8lg20rLLWp 半自由空间条件下，距离为r m处的声压级为：郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.4.2 室内声压级的计算1.直达声：是指声源直接到达接收点的声音。 1.直达声、早期反射声及混响声。 2.早期反射声：一般指直达声到达以后，相对延迟时间为50ms内到达的反射声。（对于音乐声可放宽至80ms）。3.混响声

13、：在早期反射声之后陆续到达的，经过多次反射后的声音统称为混响声。郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学 2.室内稳态声压级 n 声场达到稳态时室内声场分布： 假定声源是无指向性的，距接收点的距离为r，则室内某点的声压级：)44lg(102RrQLLWp)(dB式中：LW 声源的声功率级，dB R 房间常数： 1SRn212211SSSSSSnn声源在房间中央，Q=1；在一墙或地面上，Q=2；在两面墙的交界处，Q=4；在三面墙的交界处，Q=8。郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学 根据室内稳态声压级的计算公式，室内的声压级由两部分构成：第一部分是直达声；第二部分是混响声。在直达声与混响声的

14、作用相等处，距声源的距离称作“混响半径”，或称“临界半径”。用rc表示。混响半径处有： 3.混响半径RrQc442RQRQrc14. 016所以: 当噪声源和接收点的距离小于rc时，接受点主要受直达声的影响，这是室内进行吸声处理对接受点的声能降低没有明显效果。当接收点距声源距离超过混响半径rc时，室内吸声量才会有明显效果。这就是吸声降噪。郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学 3.室内声场的特点和几何声学 室内声场的主要特点有： 声波在各个界面上引起一系列的反射、吸收和透射； 与自由声场相比有 不同的音质； 由于房间的共振可能引起某些频率的声音倍加强或减弱； 声能的空间分布发生了变化。郑州华

15、信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.5 混响时间混响时间是指：声源在室内持续发声时，当声场达到稳定 后，声源即停止发声，声音开始衰减，自此刻起声压级衰减60dB所经历的时间，记作T60，或RT。 1.赛宾公式赛宾发现混混响时间与房间容积和室内吸声量的函数。即：SVAKVT161.060)( S式中：T60 混响时间，S； K 系数，一般取0.161； V 房间容积，m3： A 室内总吸声量，m2郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学 2.尹林公式尹林在赛宾的基础上进行了修正，在工程上应用最普遍的尹林公式：若考虑空气的吸声（取决于空气的湿度和温度的影响）时：mVSVT4)1ln(161. 0)(s4m 空气的吸收系数。表（1-4）)1ln(161. 06060SVDT)(s郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.6 驻波和房间共振驻波是两列同频率、同振幅的声波相向传播叠加而成的。建筑中由于反射面的存在，声波垂直入射时，入射声波和反射声波形成驻波。当两平行墙面间的距离L为半波长的整数倍时，声波在两墙面中来回反射使波腹不断增大，即产生共振。2nL 对于确定的两平行墙面，总有一系列频率的声波产生共振，其共振频率为：Lncf2郑州华信学院 建筑物理 第1章 建筑声学1.7 音质评价 1.7.1 音质主观评价音质主观评价可分为对语言声的主观评价和对音乐