第6章 建筑声环境与材料课件

建筑声学与材料主讲戎志丹2011.4.19第6章建筑声环境与材料本章内容建筑声学发展简史

建筑声学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原理噪声控制与治理建筑声学材料与结构建筑声学材料与结构2第6章建筑声环境与材料为创造安静的环境，降低、隔绝和控制不需要的声音-----―噪声控制提供良好的听闻环境，满意的音质

-----―音质设计第6章建筑声环境与材料主要是音乐厅、剧院、礼堂、报告厅、多功能厅、电影院等。设计得好:音质丰满、浑厚、有感染力、为演出和集会创造良好效果。设计得不好:嘈杂、声音或干瘪或浑浊，听不清、听不好、听不见。音质设计第6章建筑声环境与材料

噪声的判断标准是什么？如何避免噪声？如何解决噪声？主要针对有安静要求的房间，如录音室、演播室、旅馆客房、居民住宅卧室，等

环境噪声控制第6章建筑声环境与材料噪声控制的意义

保证居住者的健康提高劳动生产率保证工艺过程要求6第6章建筑声环境与材料第一节

建筑声学发展简史第6章建筑声环境与材料音乐厅声学设计理论的出现从十九世纪开始，在维也纳、莱比锡、格拉斯哥和巴塞尔等城市，都建造了一些供演出的音乐厅，这些十九世纪建造的音乐厅已反映出声学上的丰硕成果，直到今天仍然有参考价值。到二十世纪，赛宾（WallaceClementSabine，1868-1919，哈佛大学物理学家、助教）在1898年第一个提出对厅堂物理性质作定量化计算的公式——混响时间公式，并确立了近代厅堂声学，从此，厅堂音质设计的经验主义时代结束了。

第6章建筑声环境与材料室内声学设计的相关理论(A)马歇尔的侧向声原理：马歇尔（A.H.Marshall）提出了“早期侧向反射声”对音质起重要作用，认为需要有较多的早期侧向反射声，使听者有置身于音乐之中的一种“空间印象（spatialimpression）”感觉，空间感对响度及与低音相关的温暖感很重要。(B)IACC两耳互相关函数日本声学家安藤四一（Y.Ando）教授在70年代做了一系列模拟双耳接收的“内耳互相关”实验研究，实验表明音质与反射声的水平方向分布有关。定义了“双耳听觉互相关函数(IACC)”，它表示两耳上的信号之间的相互关系，这种相互关系又是声场空间感的量度。第6章建筑声环境与材料现代的建筑声学1930年以后出现了电影声学材料的大量生产和实验室实验噪声处理问题在现代社会中被重视第6章建筑声环境与材料第二节

建筑声学基本知识1.声波的基本物理性质2.声音的计量第6章建筑声环境与材料1.声音是什么？

在弹性媒质中以声波的方式传送出去的振动波声源：振动的固体、液体、气体声音的特性：波长

、频率f、声速c波长

声源传声通道听者建筑声学的主要研究对象球面波平面波第6章建筑声环境与材料声音的传播速度

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/s13第6章建筑声环境与材料声音的频带

人耳可以听见范围为20~20000Hz

人耳听不见的范围

20Hz以下：次声

20000Hz以上：超声

高频声低频声中频声31.25Hz频率14第6章建筑声环境与材料声音的频带

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15第6章建筑声环境与材料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基频谐频880,1320,1760,2200,2640,3080,3520……16第6章建筑声环境与材料普通声响频谱一般为连续频谱17第6章建筑声环境与材料

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。18第6章建筑声环境与材料2.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媒质的密度（c为声速）19第6章建筑声环境与材料听觉范围——量级差非常大

可闻阈(听阈)

——人耳刚能感受的声音p0=2×10-5Pa

I0=1×10-12W/m2

疼痛阈——

闻之人耳则痛，p=200Pa，I=100W/m2

烦恼阈

——闻之烦恼不安

p0=20

Pa，I0=1W/m220第6章建筑声环境与材料声音的度量

分贝标度和声级L

，单位dB

设立的必要性数据范围太大，如2×10－5Pa~20Pa

人的听觉响应与声强、声压呈对数关系

声强级

声压级

声功率级可闻阈值1×10-12W21第6章建筑声环境与材料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:rW如何利用声压得到声强和声功率呢？在自由声场中测声压p距声源的距离r22第6章建筑声环境与材料声源声级叠加：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=3dBL=3dB23第6章建筑声环境与材料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,θ,φ)与参考声压级Lp0(r)之差

指向性因数Q

——

实际声强I(r,θ,φ)与参考声强I0(r)的比值。Q与指向性指数DI的关系：DI=10lgQ

参考声压Lp0(r)参考声强I0(r)无方向性的点声源形成的声压场24第6章建筑声环境与材料S0为声源面积，f为频率，I～IV是声源的4种位置指向性因数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25第6章建筑声环境与材料第三节

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第6章建筑声环境与材料人的主观听觉特性

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27第6章建筑声环境与材料听觉机构

自由场最小可听阈烦恼阈疼痛阈28第6章建筑声环境与材料人耳的听觉特征

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（方）等响曲线听阈痛阈29第6章建筑声环境与材料声级计：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。30第6章建筑声环境与材料掩蔽效应

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，提高工作效率掩蔽音的声压级被掩蔽音的声压级dB31第6章建筑声环境与材料掩蔽效应

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32第6章建筑声环境与材料日本办公楼噪声干扰感觉的调查33第6章建筑声环境与材料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35~4540~50

起居室 40~45 40~50

语言教室 35 40

一般教室 45 50

门诊室 50~55 55~60

手术室 40~45 40~50

宾馆客房 30~45 35~50

会议室 30 35

学术报告厅、阅览室 25 30

室内乐、演唱厅 20 25

办公室 35 40

宴会厅 35 4034第6章建筑声环境与材料噪声评价：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：35第6章建筑声环境与材料噪声评价：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L10＝70dB，表示有10%的测量时间内声级超过70dB离散噪声36第6章建筑声环境与材料噪声评价曲线：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+5dB37第6章建筑声环境与材料噪声评价曲线：NCNC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+10dBNC＝NR－538第6章建筑声环境与材料噪声评价曲线：PNCPNC(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+NC39第6章建筑声环境与材料第四节

声音传播与衰减原理第6章建筑声环境与材料声音的传播规律

遇到障碍物：反射、散射、衍射(绕射)A

E障碍物相对波长的尺度由大至小41第6章建筑声环境与材料声音的透射和吸收吸收透射吸收透射

反射

入射透射系数反射系数吸声系数围护结构隔声量：一般情况下，透射部分的能量要小于反射部分的能量τ值小的材料称为“隔声材料”;γ值小的称为“吸声材料”42第6章建筑声环境与材料情况1：在自由场的声音的传播和衰减

对于点声源相对参考值6dB3dB43第6章建筑声环境与材料情况2：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衰减量

房间容积房间界面总面积44第6章建筑声环境与材料声能密度Dt，J/m3

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

停止发声后衰减60dB的时间称为混响时间：45第6章建筑声环境与材料混响时间混响时间T60：从声源发出声音到衰减了60dB，声波的能量只剩下百万分之一所需的时间。Lp声压级T衰减时间第6章建筑声环境与材料赛宾公式：艾润公式：第6章建筑声环境与材料最佳混响时间

对于语言，一般混响时间要短些，以保证语言的清晰度

对于音乐，混响时间长一些，可以使音乐更丰满，低音更有力度

房间尺寸小时，混响时间比较短，反之，则要长些。第6章建筑声环境与材料rrLpLpLWLWS0为声源面积，f为频率，I～IV是声源的4种位置指向性因数QAB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49第6章建筑声环境与材料室内的声压级吸声降噪：当房间界面吸声系数R很小时；进行吸声处理，增加界面吸声系数R，就可以使Lp减小，达到降低噪声的效果但是，吸声增加，不能改变直达声，即不会改变第6章建筑声环境与材料第五节

噪声控制与治理

吸声消声隔声隔振与阻尼有源减噪技术掩蔽涂抹阻尼材料第6章建筑声环境与材料控制噪声的最根本的办法就是从声源上控制它几种常用的噪声控制技术：吸声、消声、隔声、隔振、阻尼等。

第6章建筑声环境与材料一、吸声用吸声材料装饰在房间的内表面,或在室内悬挂空间吸声体,房间内的反射声就会被吸掉,房间内的噪声级就会降低。这种控制噪声的方法就叫吸声。吸声材料用的是一些多孔、透气的材料,如玻璃棉、矿渣棉、泡沫塑料、毛毡、吸声砖、木丝板、甘庶板等吸声材料对于高频噪声有很好的效果,对于低频噪声,吸声材料不是很有效。最常见的共振吸声结构是穿孔板共振吸声结构,一般可以降低噪声

5dB-10dB

第6章建筑声环境与材料二、消

声消声是消除空气动力性噪声的方法。消声器的作用：阻止或减弱噪声传播而允许气流通过消声器结构形式很多

阻性消声器是利用吸声材料消声的。

对于低频噪声,常采用抗性消声器。

阻抗复合消声器消声量大,消声频率范围宽。第6章建筑声环境与材料三、隔声

把发声的物体或需要安静的场所封闭在一个小的空间中,使它与周围环境隔绝,这种方法叫隔声。

典型的隔声措施是：隔声罩、隔声间、隔声屏

第6章建筑声环境与材料声屏障我国铁路自1997年起至今已进行了六次大提速，并且“十一五”期间将有5300多公里路线时速将达到200公里以上我国近几年已批准立项或开工的客运专线有以下9条：武广、郑西、石太、京津、合武、合宁、甬温、温福、福厦，各条线的速度目标值为200km/h～350km/h。从2006年到2010年，中国投资12500亿元人民币，建设17000公里铁路新线。其中时速200公里以上的客运专线7000公里，300公里以上的客运专线大约5457公里。第6章建筑声环境与材料声屏障在列车车速达到一定值后，会带来许多空气动力学问题高速行驶的列车使列车周围的空气产生强烈扰动,当行驶的列车通过声屏障瞬间,这一扰动将会加剧,这将引起声屏障表面的空气压力发生突变,形成一种瞬态压力冲击,在极短时间内相继出现正、负压力峰值。德国科隆至法兰克福段声屏障在结构设计时没有考虑脉动力的影响，2003年当列车在运行速度超过250km/h时，产生很大的列车脉动力，声屏障会随之发生波状的振动，该振动使两侧的金属声屏障结构几乎全部受到不同程度的损伤，金属声屏障背板在脉动力作用下象纸片一样呈波浪形振动，铝合金单元板跨中断裂，两端连接处遭受破坏第6章建筑声环境与材料四、隔振与阻尼为了减少机器振动通过基础传给其他建筑物,通常的办法就是防止机械基础与其他结构的刚性连接,这种方法就叫基础隔振主要措施有三种

①在机器基础与其他结构之间铺设具有一定弹性的软材料

②在机器上安装设计合理的减振器。

③在机器周围挖一定深度的沟,也能起到隔振作用

为了提高隔振效果,可将三种措施综合利用

第6章建筑声环境与材料五、有源减噪技术

利用电子线路和扩声设备产生与噪声的相位相反的声音——反声,来抵销原有的噪声而达到减噪目的的技术

有源减噪的仪器系统

主要包括传声器、放大器、反相装置、功率放大器和扬声器。第6章建筑声环境与材料六、掩蔽SoundMask

用途1：大型敞开式办公室，减少相互干扰。可利用适当的空调系统的背景噪声。60第6章建筑声环境与材料用途2：减少降低外部传入噪声的代价61第6章建筑声环境与材料七、涂抹阻尼材料

阻尼材料就是内损耗大的材料。常见阻尼材料：746阻尼浆、沥青、软橡胶以及一些高分子涂料。

阻尼材料应具备尽可能高的阻尼系数,并与金属板能紧密粘结。第6章建筑声环境与材料第六节

建筑声学材料与结构第6章建筑声环境与材料

需要了解

吸声材料：材料的吸声机理、如何测定材料的吸声系数、不同吸声材料的应用，等

隔声材料：材料的隔声机理，如何提高材料的隔声性能，材料的隔声性能评定，材料隔振的机理，不同材料隔振效果，等第6章建筑声环境与材料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：A＝aS

65第6章建筑声环境与材料

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66第6