建筑声学一二章

建筑声学

——建筑物理第三局部声学------建筑物理的分支建筑物理(环境)光学热工天然采光空气质量人工照明城市热环境室内热环境噪声控制声学室内音质节能建筑声学——研究建筑环境中声音的传播，声音的评价和控制的学科，是建筑物理的组成局部；建筑声学的根本任务是研究室内声波传输的物理条件和声学处理方法，以保证室内具有良好听闻条件；研究控制建筑物内部和外部一定空间内的噪声干扰和危害。取得良好的声学功能和建筑艺术的高度统一的效果，这是科学家和建筑师进行合作的共同目标。历史起源

有关建筑声学的记载最早见于公元前一世纪，罗马建筑师维特鲁威所写的《建筑十书》。中世纪欧洲教堂——神秘气氛；15～17世纪大剧院——良好的听闻效果；16世纪，中国的北京天坛皇穹宇——声的长距离传播；20年代开始，电子管的出现和放大器的应用——开辟新道路一、建筑声学的内容

〔1〕噪声控制〔室内、室外〕

排除或减小噪声和振动的干扰

〔2〕厅堂音质〔室内〕

给各种听音场所提供产生、传播和收听

需要的声音最正确条件

某大礼堂室内声学分析

城市小区噪声分析二、当前设计中的假设干声学问题

〔1〕大量厅堂建筑的建造，建设量大，要求高

〔2〕设计观念的转变，流动空间、开敞办公等

〔3〕新型轻质材料和预制构件的应用，只注重结构及保

温，无视声学

〔4〕室内噪声源的增加，空调、风扇、洗衣机、吸尘器

等

〔5〕室外噪声源的增加，汽车、轻轨、商业活动等。

。。。。。。

第3.1章建筑声学的根本知识

声音的根本性质

本节要点：

3.1.1.1.声音的产生

3.1.1.2.声音的传播

3.1.1.3.声波的频率、波长与速度

3.1.1.4.波阵面与声线

3.1.1.5.声波的反射与绕射

3.1.1.6.声波的透射与吸收声音是人耳所能感觉到的“弹性”介质中振动，是压力的迅速而微小的起伏变化。

声音产生于物质的振动，例如扬声器的膜片、拨动的琴弦、运转的机械引起的与之连接的部件的振动等。这些受到外力作用而产生振动的物体称之为声源。

1.声音的产生振动的形式有多种多样，在现实生活中，许多声音都来源于最简单的振动-——简谐振动。以振动的扬声器膜向外辐射声音为例：

扬声器膜的向前振动，引起邻近空气质点的压缩，这种密集的质点层依次传向较远的质点；当扬声器膜向后振动时，压缩的空气稀疏，扬声器膜另一侧的空气层压缩，邻近质点的疏密状态又依次传向较远的质点。

2.声音的传播因此对声波而言，当声源发声后，必须经过一定的介质才能向外传播。这种介质可以是气体、液体和固体。波长λ：相邻的两个同位相质点的距离，或振动在一个周期的时间所传播的距离。

频率f：质点在单位时间作完全振动的次数。声的频率是声源的振动频率。

声速c：声在单位时间所传播的距离。

声速的大小与介质的物理性质、温度有关。

空气中：C=331+0.65θm/s一般我们认为常温334m/s

量间关系：λ=c/f

C=f•λ

3.声波的频率、波长与速度波阵面：声波在同一时刻到达的球面称为波阵面。或者说，声传播时，介质中振动位相相同的各点的轨迹。

形状：点声源—球面波

线声源—柱面波

面声源—平面波

4.波阵面与声线波阵面声线：声波的传播方向。仅在均匀、各向同性

的介质中，声线是直线。

声线的意义：

声线代表了声传播方向而又不考虑波动性，因此声传播问题得到了简化，它是一种研究声传播规律的简明工具。

几何声学：用声线来研究声传播的声学。1).声波的镜像反射(平面反射)

声波在传播过程中〔前进过程中〕遇到尺寸大于波长的界面，那么声波将被反射。图所示的是光滑外表对声波反射的情况：虚线表示反射线，它像是从声源O的像----虚声源O’发出的，它们对于反射平面的对称点。

5.声波的反射与衍射〔绕射〕声波的反射2).声波的扩散反射(曲面反射的一种〕

声波在传播过程中，如果遇到一些凸形界面，就会被分解成许多较小的反射声线，并且使传播的立体角扩大，这种现象叫扩散反射。

适当的声波扩散反射，可以促进声音分布均匀，并可防止一些声学缺陷的发生。扩散反射可以分为完全扩散反射和局部扩散反射两种。前者是将入射的声线均匀的向四面八方反射，即反射的方向分布完全与入射方向无关；后者指反射同时具有扩散和镜像两种性质，即局部做扩散反射，局部做镜像反射。3).声波的聚焦反射(曲面反射的一种〕

声波在传播过程中，如果遇到一些凹形界面，界面对声波形成集中反射，使反射声聚集于某个区域，造成声音在该区域特别响的现象。4).声波的衍射(绕射〕

当声波在传播过程中遇到一块有小孔洞的彰板时，并不像几何光学光线那样直线传播，而是能绕到彰板的背后继续传播，改变原来的方向，这种现象称为衍射，也叫绕射。5).声波的透射与吸收

从入射波和反射波所在的空间考虑问题，材料的吸声系数〔α〕是指被吸收的声能〔即没有被外表反射的局部〕与入射声能之比。

如果声音被全部吸收，α=1；

局部被吸收，那么α<1。在进行室内音质设计或噪声控制时必须了解各种材料的隔声和吸声特性，从而合理地选用材料。α——吸声系数γ——反射系数；F0——总入射声能；Fγ——被反射声能；Fα——被吸收声能；Fτ——透射声能；思考

在我们身边存在的一些声音的镜像反射、扩散反射、聚焦反射及衍射等方式，并分别举例说明。本节要点：

3.1.2.1.声功率、声强与声压

3.1.2.2.声功率级、声强级与声压级

3.1.2声音的计量3.1.2.1.声功率、声强及声压：

1).声功率

声源辐射声波时对外做功。声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声音能量，记作W，单位为瓦〔W〕或微瓦(μW)。

2).声强

声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。声场中某一点的声强。是指单位时间内，在垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能，也可以说是单位面积上所通过的声功率。记为I，单位为瓦每平方米〔W/㎡〕。由下式表示：

W——声源声功率，W

S——声能所通过的面积，㎡对于平面波而言，在无反射波的自由声场中，由于在声波的传播过程中其声线相互平行，波阵面大小相同，故同一束声波通过与声波距离不同的外表时，声强不变。对于球面波而言，其声强与点光源的声功率成正比，而与到声源的距离平方成反比。3).声压

介质质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力的起伏称为声压，记作p，单位是帕斯卡〔牛顿每平方米〕，简称(Pa)。声压与声强有着密切的关系，在无反射、吸收的自由声场中，某点的声强与该处声压的平方成正比，而与介质的密度和声速的乘积成反比。即：3.1.2.2.声功率级、声强级及声压级：1).声功率级Lw

声功率级是声功率与基准声〔人耳刚能听到的声功率〕功率之比的对数的10倍，记作Lw，单位是分贝〔dB〕，表达式为：式中W—某点的声功率，W；W0—基准声功率级，10-12W。

2).声强级LI

声强级是声强与基准声强之比的对数的10倍，记作LI，单位也是分贝〔dB〕，表达式为：式中I—某点的声强，W/㎡；I0—基准声强，10-12W/㎡。

3).声压级Lp

声压级是声压与基准声压之比的对数乘以20，记作Lp，单位也是分贝〔dB〕，表达式为：式中p—某点的声压，Pa；p0—基准声压，2x10-5Pa。

声功率级、声强级、声压级都是无量纲量，是相比照较的值，其数值大小与所规定的参考值有关。在级的分贝标度中，压缩了人耳感觉上下限范围量程的数量级，并接近人耳的感觉变化。不同环境噪声级3.1.2.3.声级的叠加声强级、声压级叠加时，不能进行简单的算术相加，而是要按照“级”的加法规律进行，即要采用对数运算规那么。对于几个声压均为p的声音，叠加后的声压级是：运算特点：a.不同声压级叠加，总声压级较其中大者的增加值≤3dB。b.两个声压级间差值≥10dB(15dB)以上，总声压级较大者的增值≤0.5dB。实际问题中的意义是：较小声压级可忽略不计。即对“干扰不干扰”问题的判断。问题：0分贝与0分贝相叠加，声压级为多少？

声压增加1倍，声压级增加多少分贝？声能增加1倍，声压级增加多少分贝？思考题

·声音的物理计量中采用“级”有什么实用意义？

·70dB的声强级和70dB的声压级是否一回事？为

什么？

·计算85dB与90dB叠加后的声压级。本次课复习

1.第一局部介绍了声音的产生及传播的根本形式。

2.第二局部介绍了声音的声功率、声强、声压的计量；引入“级”的概念；声的根本计算。小节要点：

3.1.3.1.可听的频率与声压范围

3.1.3.2.响度级、总声级

3.1.3.3.声源的指向性

3.1.3.4.声音的频谱

3.1.3.5.音调和音色

3.1.3.6.双耳听闻与声像定位

3.1.3.7.时差效应与回声感觉

3.1.3.8.掩蔽效应

3.1.3声音与人的听觉

1.可听的频率与声压范围

1).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12000-16000Hz的声音。可听频率的下限，通常是20Hz。2).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。人耳的最小可听声压极限与测试方法有关。在建筑声学中，通常用自由场最小可听阈表示。一般正常青年人在中频附近最小可听极限大致相当于基准声压，即2x10-5Pa(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。

2.响度级、总声级

(1).等响曲线

(2).响度级Ln

1).定义：为了定量地确定某一声音使人的听觉器官产生多响的感觉，最简单的方法是把它和另一个标准声压级值就定义为待测声音的“响度级”。

单位为方，1KHz的声压级为响度级。2).特点：

a.人耳对低频较为迟钝，对高频声较为敏感。

b.低响度级曲线上，相应的各频率声压级变化较大。高响度级曲线上，相应各频率的Lp差异小，曲线较平直。

c.响度级差10方，能量不一定差10倍，低频声更明显。

d.可听阈不在1KHz0dB处，经准确测量—平均听阈1KHz是4.2dB处。即4.2方曲线为可听阈曲线。

e.人耳对低频声的变化敏感。

(3)声级

1).复合声评价2)

A声级—--用倒置的40方等响曲线作为计权网络

测得的声级dB(A)

B声级----用倒置的70方等响曲线作为计权网络

测得的声级dB(A)

C声级----用倒置的100方等响曲线作为计权网络

测得的声级dB(C)

经过50多年，特别是近20年来的实践，认为三段划分的意义不大，公认A计权表达复合声最适宜，与人的感觉更符合，因此，各种声音的评价中使用A声级。

3.声源的指向性

我们平时所涉及的单个声源，当声源的尺度比声波波长小得很多时，可看成是“点声源”。当声源的尺度与声波波长相差不多，或大于波长时，就不能看成是点声源了，而应看成是许多点声源的组合，因而向各个方向辐射的声音能量就不同了，即具有指向性。与波长相比，声源尺度越大，其指向性就越强。

4.声音的频谱

(1).问题的提出

1).音质设计中要控制厅堂对不同频率的反响

2).噪声控制中需分析其声级的局部相应频率以便有

针对地进行处理。

(2).纯音与复合音

纯音：单一频率的声音，又称单频声

复合音：假设干纯音的组合。(3).频谱

1).定义：以频率范围〔或称频带范围〕为横坐标与其相应的声压级为纵坐标所组成的图形。

2).种类：

线状谱：假设干纯音组成〔乐音〕

连续谱：由所有频率的声音组成〔噪声〕3).组成：

基频：复合声中最低的频率，又称主频

分音：复合声中除基频以外的其他纯音。

谐音：频率为基频整数倍的分音。(4).频程与频带倍频程，1/3倍频程

1).定义：频率分析中，用来作频带划分，对频率作相比照较的单位。两个频率的相距频程数n由下式决定。

f2/f1=2n

倍频程：n=1,2,…，n=K即为K个倍频程

1/3倍频程：n=1/3时，称两频率相距1个

1/3倍频程，n=K·1/3即为K个1/3

倍频程

显然3x1/3.那么3个1/3倍频程=1个倍频程的距离

2).意义：

倍频程，1/3倍频程均仅表示频率划分时两个频

率之间的距离。显然1/3倍频程较倍频程细。

3).倍频带，1/3倍频带

为了对声音进行测量和分析，可听声音的频率

范围分成了倍频带和1/3倍频带。每个倍频带范

围的上限频率是下线频率的2倍。

中心频率：f中2=f上·f下

在噪声控制中，如果知道噪声的哪些频率成分比较突出，就可以设法首先降低或消除这些突出的频率成分，以有效第减少噪声干扰；

在室内音质设计中，可以尽量减少声源频谱成分的畸变，以求获得良好的音质。

因此，即使某一产品用单一数值表示，其声学特性实际上有很宽的频率范围。

4).标准：

倍频带，1/3倍带及其中心频率划分采用ISO所规定的标准。

音质设计主要研究范围

一般：1252505001K2K4K六个倍频带

音乐：631252505001K2K4K8K八个倍频带

实验室精细研究：

125~4K十八个1/3倍频带

63~8K二十四个1/3倍频带

5.音调和音色

声音的强弱、音调的上下和音色的好坏，是声音的根本性质，即所谓声音三要素。

声音的强弱可用声强级、声压级或总声级等表示。而音调主要决定于声音的频率，频率越高，音调越高；但它还和声压级及其组成成分有关。

“音色”是反映复合声的一种特性，它主要是由复合声成分里各种纯音的频率及其强度(振幅)决定的，即由频谱决定，虽然基音相同，但由于各种声源的性质不同，其泛音成分也各不相同，因而组成的复合音也不相同，人们根据不同泛音的频率成分及其相对强弱来区分各种不同的音色。

6.双耳听闻与声像定位

(1).双耳定位：用双耳收听，可以判断声源方向和远近称为双耳定位。

(2).方位感：双耳区分声源方向、远近的能力。

(3).判断因素：强度差、时间差

(4).定位特点：

a.水平面定位较准确，正前方可区分3~50的改变；

正前方因耳廓屏蔽，定位准确性较差。

b.垂直面定位能力较水平方向差，一般要有>660的

改变才可区分。

c.深度在纵深距离方向不太准确。(5).声学统一问题

厅堂中扬声器位置不当，不对称可会导致声与

像错位，即图像与声音脱离。效果被极大破坏。

(6).应用

厅堂中扬声器的布置方式

7.时差效应与回声感觉

(1).时差效应：声音经过不同的介质或不同领域存在时间先后现象。

(2).回声感觉：人耳对上述现象产生的感觉

8.掩蔽效应

(1).声掩蔽：一个声音的听阈因另一个声音的存在

而提高的现象称为声掩蔽。

(2).掩蔽量：发声掩蔽时，可听闻所提高的分贝数。

(3).特点：

a.低频声的掩蔽范围大

b.高频声的掩蔽范围小

c.频率相近，掩蔽量大

d.掩蔽声压级高，掩蔽量大。(4).实际意义：a.掩蔽使正常信号接受困难，要求安静；但也可用低的噪声作为背景来到达只有在近处可交谈而远处不干扰的目的。b.掩蔽的实质是听力损失，即耳聋思考题

·音乐声与噪声的频谱有什么差异？

·人区分声源的方向是通过什么因素来判断？

·人可听声压及频率的范围是多少？上节课内容：

1.声音的根本性质

声音的产生、传播及声波

2.声音的计量

声功率级、声强级、声压级

3.声音与人的听觉

人耳可听范围、响度级、声音频谱、几种声学效应

小节要点：

1.语言声的特性

2.音乐声的特性

3.噪声的特性

3.1.4语言声、音乐声及噪声特性

(1).语言声的频率特性

1.语言声的特性

(2).语言声的指向特性

人讲话时的指向特性

(3).语言声的声压级与声功率

音乐声由各种乐器〔包括民族乐器、西洋乐器和电声乐器〕以及歌唱演员〔包括声乐演员和戏曲演员〕的发声构成。

从古至今，世界上大约出现过4万多种乐器，目前比较常用的大概200种乐器。对乐器的分类，通常使采用音乐会分类法，即根据乐器的发音机理，把发音和音色相近的乐器分为木管乐器组、铜管乐器组、弓弦乐器组、打击乐器组及特性乐器组。

2.音乐声的特性

所谓噪声，就是人们不需要的声音。

它包括杂乱无章的、影响人们工作、休息、睡眠的各种不协调的声音，甚至谈话声、脚步声和不需要的音乐声都是噪声。

3.噪声的特性与人们接触时间最长、危害最深、治理最困难的噪声是生活和社会活动产生的噪声。生活噪声虽然不会对人产生生理危害，但会使人烦躁、心神不宁，干扰休息和工作。

(1).噪声的定义

通常噪声可认为包含如下两种类型：

a.在物理上指不规那么的、间歇的或随机的振动；

b.指任何难听的、不和谐的声或干扰。

(2).噪声的来源

在噪声概念中，我们通常提到宽带噪声、窄带噪声和白噪声。这些都是运用在听力检测设备中进行掩蔽时用的专用噪声。而建筑室内噪声主要来源于如下几个方面：

1).室外环境噪声

与我们生活密切相关的是环境噪声的污染，来源很广。现代城市中环境噪声有四种主要来源：

a.交通噪声；

b.工业噪声；

c.建筑施工噪声；

d.社会生活噪声

2).建筑内部噪声

3).房间维护结构撞击

噪声(3).噪声的危害

a.干扰休息和睡眠、影响工作效率；b.损伤视觉、听觉器官；c.对人体的生理影响思考题

·噪声对人体的危害有哪些？举例我们身边存在的噪声问题。

·说明音乐声和噪声的区别

小节要点：

1.自由声场与室内声场

2.混响和混响时间计算公式

3.室内声压级计算

4.驻波与房间共振

3.1.5室内声学原理在室外，某点声源发出的球面声波，其波阵面连续向外扩张，随着声波与声源距离的增加，声源迅速衰减。而在室内，声波的传播将受到封闭空间各个界面〔如墙壁、顶棚、地面等〕的约束，形成一个比在露天场所要复杂得多的声场。这时，声波将受到封闭空间各个界面，如顶棚、地面、墙壁等的反射、吸收与透射的影响。室内声场因而存在着许多与自由声场不同的声学问题。

(1).室内声场的特点

在建筑声学中常常要面临许多封闭空间的声学问题。这时，室内声场将要受到封闭空间各个界面的影响，其主要特点有：

a.声波在各个界面引起一系列的反射、吸收与透射；

b.与自由声场有不同的音质；

c.由于房间的共振可能引起某些频率的声音被加强

或减弱；

d.声能的空间分布发生了变化。

1.自由声场与室内声场分析声波在室内传播的情况，可以用波动声学的理论进行，但这将涉及复杂的数学公式与推导。在工程实践中，主要采用“几何声学”的方法。几何声学适用的前提是：室内界面或障碍物的尺度以及声波传播的距离比声波波长大得多。除了低频段某些频率外，通常室内声学所考虑的问题，用几何声学来处理不致产生大的误差。

1).室内声音的增长

声源在室内辐射声能时，声波即同时在空间内开始传播，当入射到某一界面时，就有局部声能被吸收，其余局部那么被反射。反射的声能继续传播，将再次乃至屡次被吸收和反射。这样，在空间就形成了一定的声能密度。如果声能是连续地发声，随着声源不断地供给能量，室内声能密度将随时间而增加，这就是室内声音的增长过程。

(2).室内声音的增长、稳态和衰减

2).稳态声能密度

当时间无穷大时，声能接近于4W/C.A。这时，单位时间内被室内外表吸收的声能与声源供给的能力相等，室内声能密度就不再增加，而处于稳定状态。需指出，实际上大多数情况下，大约经过1~2秒，声能密度即接近最大值〔稳态〕。对于一个室内吸声量大、容积也大的房间，接近稳态前的某一时刻的声能密度，比一个吸声量容积均小的房间要小。这就说明在房间声学设计时，需恰当地确定其容积与室内吸声量。

3).室内声音的改变

当声能密度到达稳态时，假设声源突然停止发声，室内接受点上的声音并不会立即消失，而是有一个逐渐衰变的过程。首先是直达声消失，然后是一次反射声、二次反射声……逐渐消失。因此，室内声能密度将逐渐减弱，直至趋近于零。这一衰变过称亦称为：“混响过程”或“交混回响”。

(1).定义

声音到达稳态后声源停止发声，室内稳态声能密度自原始值衰减到百万分之一所需时间，〔或声能密度衰减60dB所需的时间〕。

(2).公式

a.赛宾公式

T60=0.163V/S

V—房间体积

S—室内总吸声量

2.混响和混响时间计算公式

讨论：

1.短或长表达了房间声能衰减快与慢的重要特征，是关系室内音质的第一重要指标。

2.T60与V成正比，与S成反比，改变V或S可以控制室内声能衰减的快慢，表征了实用的控制手段——合理的体积与装修。

3.当材料吸声系数为1，全吸声时，无任何反射，此时T60=0，但是由公式T60≠0,说明公式在材料吸声系数较大时不成立，有局限性。

4.实际上，当吸声系数＜0.2时才与实际相符。b.伊林公式

在假定室内声场是充分均匀的情况下，每反射一次被壁面按α均匀吸收一次的条件下，用统计声学的方法，推出

T60=0.163V/-Sxln(1-α)

考虑空气吸收

T60=0.163V/[-SxLn(1-α)+4mV]

4m--空气的吸声系数

α—材料吸声系数(3).T60设计值的评价1〕误差值：在计算无误，实际材料吸声系数与计算值根本相符，严格施工的情况下，可能误差10%。2〕误差原因A.公式误差a.厅堂的实际状况与公式推导条件间的区别。公式认为，任何时刻室内声场绝对均匀。b.声源具有指向性B.建筑材料的α实际值及频率特性与计算值的误差。C.施工质量3〕保证措施a.建筑材料的α值实际测定，按测定值计算b.施工中进行RT(混响时间)测定，按进度调整，保证最后的RT及频响c.模型试验，对设计加以验证d.计算机模拟

(1).直达声、早期反射声与混响声

当一声源在室内发声时，声波由声源到各接收点形成复杂的声场。由任一点所接收到的声音可看成三个局部组成：直达声、早期反射声及混响声。

1).直达声：声源直接到达接收点的声音。这局部声音不受室内界面的影响，其传播遵循距离平方反比定律。

2).早期反射声:一般是指直达声到达后,相对延迟时间为50ms(对于音乐可放宽到80ms)内到达的反射声。这些反射声主要是经过室内界面一次、二次及少量三次反射后到达接收点的声音，故也成称为近次反射声。这些反射声会对直达声起到加强的作用。

3.室内声压级计算3).混响声：在早期反射后陆续到达的，经过屡次反射后的声音统称为混响声。有的场合，当不必特别区分早期反射声时，也可把早期反射声包括在混响声里面。即除了直达声外，其他的反射声均称为混响声。

(2).室内稳态声压级

当一声功率级为Lw的声源在室内连续发声，声场到达稳态时，距声源为r米的某一点的稳态声压级，可近似地看作由直达声和混响声两局部组成。直达声声强与距离r的平方成反比，而混响声的强度那么主要取决于室内的吸声状况。

固有频率：任何物体或系统都有自身无力特性所决定的固有

频率。

强迫频率：物体在外界强迫的简谐力作用下所进行的振动，

物体对于与其固有频率相同或相近的那些干扰有

强烈反响。

4.驻波与房间共振

(1).驻波

a.定义：简单说，驻波是驻定的声压起伏。当在传播方向遇到垂直的刚性反射面时，用声压表示的入射声波在反射时没有振幅和相位的改变，入射波和反射波相互干预形成了驻波。即两列频率相同以相反方向行进的声波，叠加后的合成声波。

b.特点：

两列波振幅相同时，驻波为完全驻波。波节=0,波腹=2A。无能量传递。与振动相同——是一种特殊的振动。

(2).房间中的简正振动：

a.简正振动：房间中可能形成的每一个驻波，称为一种简正振动方式。b.简正频率公式：

fnx,ny,nz——简正频率〔Hz〕；Lx,Ly,Lz——分别为房间的3个边长(m)；nx,ny,nz——分别为任意正整数；c——空气中的声速〔m/s)。

可以看出，只要nx,ny,nz不全为零，就是一种振动方式。它们的每一个组合对应一个驻波频率。也可以想象得到某些振动方式会有相同的简正频率，这就会使那些与简正频率〔或称房间的共振频率〕相同的声音被大大加强，导致原有声音的频率畸变，使人们感到听闻的声音失真。c.分布特点：①低频少，高频多；②小房间少，大房间多。

(3).简并现象：

任何房间有无数声学固有频率，因此声学共振永远存在。但只存在均匀共振或非均匀共振问题。分析此房间内由于简正频率的重叠所造成的非均匀共振，使得声音失真。1〕.房间共振与影响：房间的声学共振只有均匀与非均匀共振的区别。2〕.简并：房间中多个声学固有频率相同，固有频率分布不均的现象。3).声染色：房间共振所赋予的特征性音色。

(4).消除手段：

a.适宜的比例，使房间尺寸不成简单的整数比b.不规那么形状c.布置吸声材料

思考题：

a.混响声和回声有何区别？它们和反射声的关系怎样？b.混响公式应用的局限性何在？c.房间共振对音质有何影响？什么叫共振频率的简并，如何防止？本章课后习题一、选择1.5个相同的声压级迭加，总声级较单个增加_C__分贝？a.3b.6c.7d.102.4个相同的声压级迭加，总声级较单个增加_C__分贝？a.3b.5c.6d.103.10dB的声音与-10dB的声音迭加结果约为_D_dB？a.0b.13c.7d.104.50dB的声音与30dB的声音迭加结果约为__B_dB？a.80b.50c.40d.305.测点处的声压值增加一倍，相应的声压级增加_D__分贝？a.2b.5c.3d.66.对城市环境污染最严重的噪声源是_B__？a.生活b.交通c.工业d.施工6.对城市环境污染最严重的噪声源是_B__？a.生活b.交通c.工业d.施工7.防止厅堂简并现象的措施是_D___？a.缩短T60b.强吸声c.墙面油漆d.调整比例8.凹面易产生的声缺陷是__C__？a.回声b.颤抖回声c.声聚焦d.声染色9.A声级采用的是__A___方倒置等响曲线作为计权网络所测得的声压级？a.40b.50c.80d.10010.一个方形房间的固有频率有_C___个？a.x,y,z轴向共3个b.轴向加切向共6个c.无数个d.轴向、切向加斜向共7个11.乐音音调的上下取决于此声音的_A___？a.基音的频率b.基音的波形c.最强的泛音d.声波的能量12.稳定噪声评价时一般采用___C__评价指标？a.等效声级b.统计声级c.A声级d.昼夜等效声级13.两个50dB的声压级迭加，总声级为___B_dB？a.100b.53c.55d.8014.实际测量时，背景噪声低于声级_A_分贝时可以不计入？a.20b.10c.8d.315.降低室外噪声，最关键的环节是控制__D__？a.传播途径b.接受处c.规划d.声源二、填空1.混响时间是指______所需的时间。2.声波的绕射与频率有何关系_____。3.室内平均吸声系数小于_____时，赛宾公式计算混响时间T60才根本正确？4.声音是________的传播。5.房间的混响时间越______，声学缺陷越明显？6.直达声后______内到达的反射声称为早期反射声？7.厅堂的混响时间与_____成正比，与_____成反比？8.从其定义讲，声压级属于_____计量，响度级属于____计量？9.房间的固有频率是指在其中可能出现的______的频率？10.材料的吸声系数是指_______与_______的比值？

第3.2章吸声材料和隔声材料〔构造〕

吸声材料和吸声结构

本节要点：

1.材料和吸声结构分类

2.多孔吸声材料

3.空腔共振吸收结构

4.薄膜与薄板吸声结构

为了解决声学问题，吸声材料的研制、生产和运用日显重要。早些时候，吸声材料主要用于对音质要求较高的场所，如音乐厅、剧院、礼堂、播音室等。后来那么用于一般建筑物内，如教室、车间、办公室、会议室等。为了控制室内噪声，而广泛使用吸声材料。有些本身并无多大吸声功能的材料或构件，经过打孔、开缝等简单的机械加工和外表处理，形成吸声结构，也得到广泛的应用。吸声材料往往与隔声材料结合使用，以获得良好的声学特性。

1.概述吸声材料和吸声结构的种类很多，以其吸声机理可分为三大类，即多孔吸声材料、共振型吸声结构和兼有两者特点的复合吸声结构，如矿棉板吊顶结构等。

2.材料和吸声结构分类(1).多孔吸声材料a.材料：最初以棉、麻、毛等有机纤维材料为主，现在大局部由玻璃棉、岩棉等无机纤维材料代替，除了棉状的以外，还可用适当的粘结剂制作成板状或加工成毡。b.构造特征：在材料中有许多微小间隙和连续气泡，具有一定的通气性。c.吸声原理：当声波入射到材料外表时，很快顺着微孔进入材料内部，引起空歇间的空气振动，由于摩擦使一局部声能转化为热能而被吸收。d.吸声特性：一般吸收中高频，在500Hz以上可达0.5~0.9,α随频率增大而增大。e.影响吸声性能的因素:①、材料对空气的流阻：空气粘性越大，材料越厚越密实，流阻就越大，材料透气性越小。但是存在最正确的空气流阻。

②、材料的孔隙率：材料中的空气体积和总体积之比。同一种纤维材料，密度越大，其孔隙率越小，流阻越大。③、材料的厚度:一般而言，厚度增加，中低频的吸声效果提高，高频影响不大。存在最正确厚度。④、材料的密度：同一种材料厚度一定，密度改变时，吸声特性也有所改变，但是比增加厚度所引起的变化小。在一定条件下，增大密度可以改善中低频的吸声性能；不同的材料存在不同的最正确密度值。

⑤、材料后部空腔：在材料后面设有一定空腔〔空气层〕，起作用相当于加大材料的有效厚度。⑥、材料外表处理：外饰面必须选用透气性好的材料。外饰面的处理不能堵塞气孔。例如可以使用金属网、透气性好的纺织品、穿孔率大于20%的各种穿孔板等。

⑦、吸湿、吸水影响：一般趋势是随着含水率的增加，首先降低了对高频声的吸声系数，继而逐步扩大其影响范围。⑧、声波的频率和入射条件：多孔材料的吸声系数随声波频率的提高而增加。

(2).共振吸声结构1).构造特征封闭的空腔通过开口管道与外

部空间贯同2).吸声原理物理过程空气柱与空腔构造声学振动系统，具有固

定频率，在外界声波作用下，引起空气柱振动，其振动的强弱受到空腔与阻尼两个因素的作用。

摩擦使振动能转化成热能，从而吸声。3).共振特性共振器是典型的共振构造，具有明显的峰值，因此耽误共振器吸声频率范围较窄。4).成立条件a.尺度《λ，d,t,v均《λb.短管体积t.s《V空腔体积c.腔壁刚性5).使用：共振频率易控制，作较低频率如100Hz以下的吸声器，控制厅堂的低频混响时间。共振吸声砖：烧制而成，内有空腔，有短缝与外部相通构成共振器。●穿孔板吸声结构a.构造特征按一定规律打孔的板，用框架安装在刚性壁前，板与壁间有一定空腔。b.吸声原理实质为假设干亥姆霍兹共振器的并联。吸声原理同亥姆霍兹共振器，同时有薄板与框架间的摩擦。c.共振频率●微穿孔板a.构造特征板厚、孔径均小于1mm,穿孔率∈1~3%。b.吸声原理声阻随孔径的平方反比增加，由于孔径小于1mm，空本身的声阻很大，而不需要加多孔材

料，就有较高的吸声系数。c.吸声特征具有较宽的吸声频率d.优点结构简单吸声特性可控制可用金属、塑料板、薄膜制成，不怕气流、

温度、水等恶劣环境●薄膜〔薄板〕吸声结构

(3).其他吸声构造1).空间吸声体a.构造：木制或金属框架，透气性好的饰面〔无纺布、装饰布、穿孔板〕内填多孔材料——玻璃棉。b.特点：①主要吸收中高频②有效吸声面大〔各方向均可入射〕按投影面积计算α>1。③安装使用方便c.使用要点：放置在声能密度最大处，声聚焦处，或者当墙体无法布置吸声材料时使用。2).可调〔可变〕吸声房间的使用功能不同，需要不同的混响时间。a.构造:铰链式、旋转式、收缩式b.特点:可在较宽的频率范围内有20%的变化量c.使用:可变混响时间T603).织物帘幕房间的使用功能不同，需要不同的混响时间。a.构造:铰链式、旋转式、收缩式b.特点:可在较宽的频率范围内有20%的变化量c.使用:可变混响时间T604).强吸声结构——尖劈在房间进行声学测量时，有需要尽可能防止声音从墙壁、顶棚和地面的反射，或者说要求这些界面的吸声系数至少到达0.99。a.构造:用钢筋制成所需要的形状和尺寸的楔形骨架，沿骨架外侧包缝玻璃丝布等透气性好的材料作为罩面层，然后再其中填放玻璃棉等多孔材料。5).洞口〔开口〕向室外自由声场敞开的洞口，从室内角度来看，它是完全吸声的，对所有频率的吸收系数均为1。室内平均吸声系数较小时，由于洞口吸声系数很大，它对室内声学问题〔如混响时间〕往往有较大的影响。

房间的各种开口〔例如送、回风口〕以及大型厅堂出挑较深的楼座、舞台开口等，都吸收声音。6).人和家具人和家具是建筑环境中的重要吸声体。由于人的衣着属多孔材料，故具有多孔材料的吸声特性。随着四季的变化，人船衣服的多少也不一样，因此，个体吸声特性有所差异，一般用统计平均值来表示。另外，观众听众吸收还决定于座位的排列方式、座位排列的密度，暴露于入射声的局部以及被通道、楼梯等遮挡的情况。7).空气吸收声音在空气中传播，由于空气的热传导性、粘滞性，导致对声音的吸收。在混响时间计算中，用4m来表示空气吸声衰减系数。空气吸声衰减与温度和相对湿度有关。3.2.2隔声材料和隔声结构

本节要点：

1.声音在建筑围护结构中的传播

2.墙体隔声材料和构造

3.楼板隔声

4.建筑围护结构隔声评价标准

声波在房屋建筑中的传播途径分三类：

1〕经由空气直接传播

例：城市交通噪声经门窗传入；远处叫喊声传入；

2〕经由围护结构的振动传播

例：电梯井道电梯运行声音；空调设备间声音；这些

都是因为隔墙的振动产生的，隔墙成了第二个声源。

3〕固体的撞击或振动的直接作用

例：门的砰击声；楼上脚步声；地铁、火车的声音等。

1.声音在建筑围护结构中的传播建筑声学分析：

前两种传播途径，声波都是在空气中传播的，我们称之为空气声或空气传声；

第三种途径是围护结构受到直接的撞击而发声的，我们称之为固体声或撞击声。固体声虽然直接通过结构传播，并从某些建筑构件如墙体、楼板等再辐射出来，最终还是通过空气传播近入人耳。

人的感觉：

固体声与空气声人耳是不容易分辨的。

我们应运用建筑声学分析噪声声源及传播途径，并采取不同方法对噪声进行有效地控制。建筑物内、外噪声源及传播途径它们的隔声量分别是25dB、50dB、30dB,包括了围护结构隔声性能和室内吸声条件的共同作用〔隔声和吸声〕。空气声的透射分两种：在噪声源和听闻地点之间的墙壁直接透射；沿着围护结构的连接部件间接的透射。〔1〕单层匀质密实墙

1〕影响声音在建筑物墙体中透射的主要因素：墙体的振动不仅由直达声波的压力所致，室内的各种反射波也增加了由墙体振动透射的能量。

2〕质量定律

墙体受到声波激发所引起的振动与其惯性即质量有关，

墙体单位面积重量越大，透射的声能越少。

另外：墙体出现的的吻合效应、共振等现象会改变其

隔声特性。

2.墙体隔声材料和构造在不考虑墙的边界条件，同时假设墙体各个局部耳朵作用相互独立，墙体的隔声量决定于其单位面积的重量和入射声波的频率。R——墙体的隔声量(dB);f——入射声波的频率(Hz);m——墙体的面密度(kg/m2);k——常数，当声波为无规入射时k=-48.说明：a.当墙的单位面积重量增加1倍〔或者说对于材料的墙体，其厚度加倍〕，隔声量提高6dB;b.频率加倍〔即对于每1倍频带〕，隔声量提高6dB。c.质量定律不能完全表述墙的隔声性能，因为存在波的

吻合效应。出现吻合效应的最低频率就是吻合临界频率。d.墙体上的孔洞〔例如电线、管道穿墙的洞孔、门缝以及墙体与天棚交界处的