建筑物理声学复习.doc

第10章 建筑声学基本知识1. 声音的基本性质声波的绕射当声波在传播途径中遇到障板时，不再是直线传播，而是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的现象。声波的反射当声波在传播过程中遇到一块尺寸比波长大得多的障板时，声波将被反射。声波的散射（衍射）当声波传播过程中遇到障碍物的起伏尺寸与波长大小接近或更小时，将不会形成定向反射，而是声能散播在空间中，这种现象称为散射，或衍射。声波的折射像光通过棱镜会弯曲，介质条件发生某些改变时，虽不足以引起反射，但声速发生了变化，声波传播方向会改变。这种由声速引起的声传播方向改变称之为折射。白天向下弯曲 夜晚向上弯曲 顺风向下弯曲 逆风向上弯曲声波的透射与吸收当声波入射到建筑构件（如顶棚，墙）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内部传播时介质的摩擦或热传导而被损耗（吸收）。根据能量守恒定理：单位时间入射到建筑构件上总声能；构件反射的声能； 构件吸收的声能； 透过构件的声能。透射系数； 反射系数； 实际构件的吸收只是，但从入射波和反射波所在空间考虑问题，常常定义吸声系数为：波的干涉和驻波1.波的干涉：当具有相同频率、相同相位的两个波源所发出的波相遇叠加时，在波重叠的区域内某些点处，振动始终彼此加强、而在另一些位置，振动始终互相削弱或抵消的现象。2.驻波：两列同频率的波在同一直线上相向传播时，可形成驻波。2.声音的计量声功率指声源在单位时间内向外辐射的声能。符号。单位：瓦（W）或微瓦（mW）。声强定义1：是指在单位时间内，改点处垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能。定义2：在声波传播过程中单位面积波阵面上通过的声功率。符号：，单位：W/m2意义：声强描述了声能在空间的分布；衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。可听声强范围 10 -12 W/m 21 W/m 21在无反射声波的自由场中，点声源发出的球面波，均匀向四周辐射声能，因此，距离声源中心为的球面上的声强为：2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。声压1定义：是指介质中有声波传播时，介质中的压强相对于无声波时介质静压强的改变量，是一个标量，用表示。2单位：Pa(帕斯卡)，就是压强的单位，即Nm2。3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，某段时间内瞬时声压的均方根值称为有效声压。如未说明，通常所指的声压即为有效声压。4对于简谐波，有效声压等于瞬时声压的最大值除以，即：。5声压与声强关系：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：有效声压，Nm2； 空气密度Kgm3；空气中的声速，ms； 空气的介质特性阻抗。声能密度1定义：声强为的平面波，在单位面积上每秒传播的距离为，则在这一空间声能密度为： （W.s/m3或 J/m3）2声能密度只能描述单位体积内声能的强度，与声波的传播方向无关，应用于反射声来自各个方向的室内声场时，最为方便。3. 声压级、声强级、声功率及其叠加声压级以10倍为一级划分，从闻阈到痛阈可化为100106七个等级。(20倍之) （dB）某点声压，N/m2； 参考声压，取210-5 N/m2为参考值。声强级 以10-12 W/m2为参考值。（10倍之） （dB）声功率级将声功率以“级”表示，便是声功率级，单位也是分贝。参考声功率，10-12 W。注意：要特别指出的是声强级、声压级、声功率级和声强、声压、声功率是不同的概念，以分贝为单位的各种“级”只有相对比值的意义，其数值大小与所规定的基准值有关。声级的叠加当几个不同的声源同时作用与某一点时，若不考虑干涉效应，该点的总声能密度是各个声能密度的代数和。 （W/m2）它们的总声压（有效声压）为各声压的均方根值，即： （N/m2）声压叠加时，不能进行简单的算术相加，而要求按照对数运算规律进行。响度，响度级如果某一声音与已选定的1000Hz的纯音听起来同样响，这个1000Hz纯音的声压级值就定义为待测声音的“响度级”。响度级的单位为方（Phon）。声音的频谱声音往往包含多个频率，所有频率的集合成为频谱。种类：线状谱：若干纯音组成（乐音）。连续谱：由所有频率的声音组成。如机器设备发出的噪声，一般不能用离散的简谐分量表示频程：通常频带划分方式通常不是在线性标度的频率轴上等距离划分频带，而是以各频带的频程数n来划分。 即 上界频率； 下界频率。声源的指向性1当声源的尺度比波长小的多时，可以看做物方向性的“点声源”，在距离声源中心等距离处的声压级相等。2当声源的尺度与波长相差不多或更大时，它就不是点声源，可看成由许多点声源组成，叠加后各方向的辐射就不一样，因而具有指向性，在距离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。3声源尺寸比波长大的越多，指向性就越强。4.人耳听觉特性最高和最低的可听频率极限：2020000Hz最小与最大的可听声压级极限：0-120dB。声压级在120dB左右，人就会感到不舒服；130dB耳朵内将由痒痒的感觉；140dB耳朵疼痛；继续升高将造成而出血，损坏听觉机构。最小可辨域（差域）：在频率为50-10000Hz之间的任何纯音，在声压级超过可听域50dB时，人耳大约可以分辨出1dB声压级变化。在理想的隔音室中，用耳机提供声音时，中频范围内，人耳能觉察到0.3dB的声压级变化。哈斯效应哈斯效应反应了人耳听觉特性的两个方面: 1.听觉暂留，2.声像定位。声觉暂留: 人对声音的感觉在声音消失后会暂留一小段时间。声像定位：判断声源位置主要是根据“第一次到达”的声音。哈斯效应：直达声到达后50ms以内到达的反射声会加强直达声。直达声到达后50ms后到达的“强”反射声会产生“回声”。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。频率相近的纯音掩蔽效果显著；掩蔽音的声压级越高，掩蔽量越大，掩蔽的频率范围越宽；低频音对高频音掩蔽作用大，高频音对低频音掩蔽作用小；双耳听闻效应（听觉定位）人耳的一个重要特性就是能够判断声源的方向和远近。双耳定位能力有助于人们在存在背景噪声的情况下倾听所注意的声音。由于人耳位于头部两侧，约距20cm，声音到达双耳有微小的时间差，强度差和相位差，使人能辨别声音的方向，确定声源的位置。频率1400Hz强度差起主要作用。频率1400Hz时，时间差起主要作用。人耳对水平方向方位的辨别能力强于垂直方向。第11章 室内声学原理1.室内声场室内声场的特征距声源有一定距离的接收点上，声能密度比在自由声场中要大，常不随距离的平方衰减。声源在停止发声以后，在一定的时间里，声场中还存在来自各个界面的迟到的反射声，产生所谓“混响现象”。此外，由于房间的共振，引起室内声音某些频率的加强或减弱，由于室的形状和内装修材料的布置，形成回声，颤动回声及其他各种特异现象，产生一系列复杂问题。几何声学：忽略声音的波动性质，以几何学方法分析声音能量的传播、反射、扩散的叫“几何声学”。“波动声学”（物理声学）：着眼于声音波动性的分析方法。优点：波动声学的方法只能解决体型简单、频率较低的较为单纯的室内声场情况的分析。而几何声学则可以分析界面形状和性质复杂多变的室内声场空间。扩散声场的假定假定声源在连续发生时声场时完全扩散的。所谓扩散，包含两层含义：声能密度在室内分布均匀，即在室内任一点上，其声能密度都相等。在室内任一点上，来在各个方向的声能强度都相同。基于上述假定，室内内表面上不论吸声材料位于何处，效果都不会改变；同样，声源与接收点无论在室内什么位置，室内各点的声能密度也不会改变。因此，在扩散声场中，在室内任一表面的单位面积上，每秒钟入射的声能为： （W/m2）室内声音的增长、稳态和衰减室内声场声能变化方程： 1.增长公式： 2.稳态公式：. 3.衰减公式：2. 混响和混响时间计算公式声源在停止发声以后，在一定的时间里，声场中还存在来自各个界面的迟到的反射声，产生所谓“混响现象”。混响时间：声能密度衰减60dB所需的时间。其为评价室内声音特性的参数.赛宾的混响时间计算公式适用范围：室内总吸声量较小、混响时间较长情况。依林的混响时间计算公式依林理论认为：反射声能不像赛宾公式所假定的那样连续衰减。而是声波与界面每碰撞一次就衰减一次，衰减曲线呈台阶形。即考虑界面吸收不是连续的，反射声能密度呈阶梯形衰变。分析：室内表面平均吸声系数较小（）时，赛宾公式和依琳公式可以得到相近结果。 室内表面平均吸声系数较大（）时，只能用依琳公式较为准确计算室内混响时间。依林-努特生公式对频率较高的声音，在传播过程中，空气的吸收作用不能忽略，而空气的吸收与空气的温度和湿度有很大的关系。其中，4m空气吸收系数。3. 室内声压级计算与混响半径室内声压级计算当室内一点声源发声，且假定声场充分扩散时，则利用以下稳态声压级公式计算离开声源不同距离处的声压级，即： （dB）或者： （dB）声源的声功率级，dB； 声源的声功率，W；离开声源的距离，m； 声源指向性因数；房间常数；（声源指向性因数）与声源的方向性和位置有关（如右图）：混响半径室内声能密度由两部分构成：第一部分为直达声，相当于表述部分；第二部分为扩散声，或称混响声（包括第一次及以后的反射声），即表述部分。当直达声项与混响声项相等时，接收点距离声源的距离称之为“混响半径”，或称“临界半径”。 或： 房间常数越大，则室内吸声量越大，混响半径就越长；R越小，则正好相反，混响半径就越短。 对于听着而言，要提高清晰度，就要求直达声较强，因此常采用指向性因数较大（10左右，有时更大）的电声扬声器。4. 房间共振和共振频率矩形房间的共振简并：在某些振动方式的共振频率相同时，就会出现共振频率重叠现象，或称之为共振频率的“简并”。在出现“简并”的共振频率范围内，将使那些与共振频率相当的声音被大大加强，导致室内原有的声音产生失真（亦称为频率畸变），表现为低频产生嗡声，或产生“声染色”避免“简并”现象的发生措施：尽量使房间的长、宽、高不出现简单的比例关系；（如上图）两个相对的表面尽量不要完全平行；在厅内部可以采取不规则的扩散表面；可采用不对称的空间体型。第12章 材料和结构的声学特性1.吸声吸声系数:材料的吸声系数是指被吸收的声能（或没有被表面反射的部分）与入射声能之比。它是用来表征材料和结构吸声能力的基本参量。以表示为：入射到材料和结构表面的总声能，J； 被材料反射回去的声能，J。吸声量用来表征某个具体吸声构件的实际吸声效果，它和构件的尺寸大小有关。对于建筑空间的围蔽结构，吸声量： 单位：m2围蔽结构的面积，m2。如果一个房间有面墙（包括顶棚和地面），各自面积分别为，各自的吸声系数分别为，则此房间的总吸声量为：可以得到房间的平均吸声系数：吸声材料及结构多孔吸声材料共振吸声结构: 空腔共振吸声结构, 薄板、薄膜共振吸声结构空间吸声体强吸声结构2. 隔声一、空气声隔绝单层墙隔声频率特性的一般规律1.质量定律：如果把墙看成是无刚度无阻尼的柔顺质量，且忽略墙的边界条件，假定墙为无限大。 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，墙体的单位面积重量愈大，透射的声能愈少，这就是通常所说的“质量定律”。2.吻合效应：若声波沿墙面行进的速度正好等于墙板自由弯曲波的传播速度，墙板的弯曲振动达到最大，这时墙板会非常“顺从”地跟随入射声波弯曲，使入射声能大量透射到另一侧，这就是“吻合效应”。双层墙的空气声隔绝轻型墙的空气声隔绝门窗及屋顶的隔声二、振动声隔离转动设备隔振 撞击声隔绝3. 反射反射体扩散体第13章 室内音质设计1.音质的主观评价与客观指标主观评价五个方面1.合适的响度：语言声6070phon（方）；音乐声5080方。2.较高的清晰度和明晰度3.足够的丰满度丰满度的含义有：余音悠扬（活跃）、音色浑厚（温暖）、坚实饱满等（亲切）。总之，可以定义为声源在室内发生与在露天发声相比较，在音质上的提高程度。4.良好空间感（方向感、距离感和围绕感）指室内声场给听者提供的一种声音在室内的空间传播感觉。包括听者对声源方向的判断（方向感），距声源远近的判断（亲切感）和对属于室内声场的空间感觉（围绕感）。5.没有声缺陷和噪声干扰声缺陷：如回声、声聚焦、声影、颤动回声等客观指标1.声压级与混响时间2.反射声的时间与空间分布2.音质设计大厅容积的确定保证厅内有足够的响度最大允许容积保证厅内有适当的混响时间每座容积大厅体形设计大厅的混响设计3.室内电声设计第14章 噪声控制1.噪声的评价方法A声级对于稳态噪声，可以直接测量来评价等效连续声级等效连续声级评价方法：就是在一段时间内能量平均的方法。适用于声级随时间变化的起伏噪声。但其对偶发的短时的高声级噪声的出现不敏感。昼夜等效声级累计分布声级累计分布声级就是用声级出现的累积概率来表示这类噪声大小噪声冲击指数NII考虑到一个区域或一个城市由于噪声分布不同，受影响的人口密度不同，用噪声冲击指数NII来评价城市环境噪声影响的范围比较合适。噪声评价曲线NR和噪声评价数N2.噪声控制噪声控制标准噪声控制的原则和方法城市噪声控制3.建筑中的吸声降噪吸声降噪原理：如果在室内顶棚或墙面上布置吸声材料或吸声结构，可使混响声减弱，这时，人们主要听到的是直达声，那种被噪声“包围”的感觉将明显减弱。这种利用吸声原理降低噪声的方法称为“吸声降噪”。吸声降噪量的计算根据稳态声压计算公式可知，距离声源m处之声压级与直达声和混响声的关系如下：如进行吸声处理，则处理前后该点的“声级差”（或称“降噪量”）为：当以直达射声为主时，即，则。当以混响声为主时，即时，则；一般室内在吸声处理以前很小，所以，可以忽略，上式即可简化为：处理前房间的平均吸声系数；处理前房间的总吸声量，m2；处理前房间的混响时间，s；处理后房间的平均吸声系数；处理后房间的总吸声量，m2；处理后房间的混响时间，s。4.隔声隔声构件的综合隔声量式中，平均透射系数；第i个构件透射系数；第i个分构件的透射量。房间的噪声降低值噪声通过墙体传至邻室的声压级为，而发声室的声压级为。两室的的声压级差值：。值是判断房间噪声降低的设计效果的最终指标。隔墙的隔声量；接收室的总吸收量；隔墙的面积。隔声措施隔声间 隔声屏障 隔声罩等 利用掩蔽效应。