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1、第3篇 建筑声学,人们所处的各种空间环境，总是伴随着一定的声环境。 在各种空间环境里，人们对需要听的声音，希望听得清楚、听得好；对于不需要听的声音，则希望尽可能的降低，以减少其干扰。 因此，适宜的声环境是人们对空间环境功能要求的组成部分。 建筑声学是研究控制室内外声环境的一门重要学科。 本课程的目的在于使建筑设计人员懂得控制声环境的要求、内容和方法，并能有效地综合到城市规划和建筑设计中去。,第3篇 建筑声学,声音与人 空间大小与声音的关系 声音对人的审美感受的作用（利用声音与行为的互动关系来设计环境） “雨打芭蕉 ” 苏州拙政园的“留听阁” “秋阴不散霜飞晚，留得枯荷听雨声 ” “听雨轩 ”-
2、”听雨入秋竹，留僧覆旧棋”。听雨寒更彻，开门落叶深 绝对安静的影响； 音乐疗法 声音与人的行为方式 音乐节奏与行为的关系 噪声对人的影响 听力丧失；损害身体和精神健康；噪声与社会生活；噪声对动物的影响；噪声的其他危害。,声音,客观存在,主观感受（生理及心理影响）,建筑 声学,是研究控制室内外声环境的一门重要学科,声环境设计:是专门研究如何为建筑使用者 创造一个合适的声音环境,1、音质设计 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。 2、隔声隔振 主要是有安静
3、要求的房间，如录音室、演播室、旅馆客房、居民住宅卧室等等。,4、噪声的防止与治理 了解噪声的标准,规划建筑设计阶段如何避免噪声、出现噪声如何解决以及交通噪声治理等。 3、材料的声学性能测试与研究 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等。 隔声材料：材料的隔声机理，如何提高材料的隔声性能，如何评定材料的隔声性能，材料隔振的机理，不同材料隔振效果等。 5、其他 电声：随着电子工业日新月异的发展，电声系统在建筑中的应用越来越广泛，电声系统逐渐成为建筑中满足听闻功能要求的重要设备系统。,第3.1章 基本知识 3.1.1 基本概念 周期：声源完成一次振动所经历的时间。符
4、号：T，单位s 频率：一秒钟内振动的次数。符号：f，单位：Hz。人耳可听范围：2020000Hz, 大于20000 Hz为超声，低于20 Hz为次声，250 Hz以下的通常称为低频， 250 Hz至500 Hz为中频，1kHz以上的称为高频。 其中，人耳感觉最重要的部分约在100Hz4000Hz,相应的波长约3.4m8.5cm,第3.1章 基本知识 波长：声波在传播途径上，两个相邻同相位质点间的距离。符号：，单位：m。 声速：声波在弹性介质中传播的速度。符号：C,单位：m/s,介质的密度愈大，声音传播的速度愈快，在真空中的声速为0，在15C时，在空气中的速度 C=340m/s. 在0时，钢=5
5、000m/s, 水=1450m/s C = .f 或 C = / T ( f = 1/T ),纵波: 质点振动方向与波的传递方向平行。（声波） 横波: 质点振动方向与波的传递方向垂直。 （水波） 波阵面：声波从声源发出，在同一介质中按一定方向传播，在某一时刻，波动所到达的各点的包迹面称为波阵面 平面波：波阵面平行于传播方向垂直的平面的波面声源 球面波：波阵面为同心球面的波点声源 柱面波：波阵面为同轴柱面的波线声源,声线：声波的传播方向可用声线来表示。声线是假想的垂直于波阵面的直线，主要用于几何声学中对声传播的跟踪。,惠更斯（Huygens）原理,原理的依据：, 波动在介质中是逐点传播的, 各质
6、点作与波源完全相同的振动,说明, .知某一时刻波前，可用几何方法决定下一时刻波前；,. 该原理对非均匀媒质也成立，只是波前的形状和传播方 向可能发生变化。,(1) 行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源；,(2) 所有子波源各自向外发出许多子波；,(3) 各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传 播到的新波面。,惠更斯原理：,球面波,.,.,.,.,.,.,.,.,平面波,.,.,.,.,.,t + t 波面,t 波面,t 波面,t + t 波面,ut,ut,声源的方向性 声波的传播是能量的传递，而非质点的转移。空气质点总是在其平衡点附近来回振动，而不传向远处。 一般用声源的方向
7、性来描述声源向空间各个方向辐射声波的能力，多用“极坐标图”来表示。 声源的方向性强弱一方面与声源本身有很大关系，另一方面，与声波的频率有关。频率越高方向性越强。,频带：人耳可听的频率范围相当（20Hz20kHz），不可能处理某一单个的频率，只能将整个可听声音的频率范围划分成为许多频带，以便研究与声源频带有关的建筑材料和围蔽空间的声学特性。 简单地说，频带是两个频率限值之间的连续频率，频带宽度是频率上限值与下限值之差。例如，假设任意选择的频带宽度为200Hz，第一个频带的下限频率为20Hz，上限频率为220Hz；后续的频带的下限频率和上限频率分别是220 Hz和420 Hz以及420 Hz和62
8、0 Hz，等等。,在建筑声环境的研究中，借助音乐的概念把整个可听频率范围划分为许多倍频带。倍频带的上限频率是下限频率的2倍，例如从200 Hz至400 Hz是一个倍频带，其相邻的一个较高的倍频带是400 Hz至800 Hz。因为顺序的倍频带带宽都不相等，而是增加为2倍。例如从200 Hz到400 Hz的频带，带宽是200 Hz；从400 Hz到800 Hz频带，带宽则为400 Hz。因此，倍频带的中心频率须由上限频率与下限频率的几何平均值求得，就是上限频率与下限频率乘积的平方根。范围在200Hz至400Hz的频带，其中心频率是283Hz（可由算式求得）。,将可听频率范围的声音分段测量，以中心频
9、率作为本段的名称，分为： 倍频程（倍频带）：f2 / f1=2n, n=1，中心频率：125，250，500，1000，2000，4000Hz。 1/3倍频程（1/3倍频带）： f2 / f1=2n, n=1/3 中心频率是上限和下限的几何平均值 f = f1 f2 f1=f 2n 求上限和下限频率：如中心频率为500 Hz的 下限频率为f1=356Hz; 上限频率为f2=710 Hz,例如，把中心频率为125Hz的倍频带分为3个1/3倍频带时，它们的中心频率分别是100Hz（由125Hz被1.26除）、125Hz及160Hz（由125Hz乘1.26）。,将可听频率范围的声音分段测量，以中心频
10、率作为本段的名称，分为： 倍频程（倍频带）：f2 / f1=2n, n=1，中心频率：125，250，500，1000，2000，4000Hz。 1/3倍频程（1/3倍频带）： f2 / f1=2n, n=1/3 3.1.2 声能分析 透射系数： = ， 小为隔声材料 反射系数： = ， 小为吸声材料 吸声系数： = 1- = 1- = 吸声系数是指被吸收的声能（即没有被表面反射的部分）与入射声能之比。,E 0,E ,E ,E ,E ,E 0,E ,E 0,E ,E 0,E 0,E + E ,3.1.3声音的计量,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（W）
11、。在建筑声学中，对声源辐射的声功率，一般可看作是不随环境条件而改变的、属于声源本身的一种特性。 所有声源的平均声功率都是很微小的。一个人在室内说话，自己感到比较合适时，其声功率大致是1050W，400万人同时大声讲话产生的功率只相当于一只40W灯泡的电功率，独唱或一件乐器辐射的声功率为几百至几千微瓦。充分而合理地利用人们讲话、演唱时发出的有限声功率，是室内声学研究的主要内容之一。,3.1.3.1 声功率、声强、声压 声功率：声源在单位时间内向外辐射的声能，符号：W，单位：瓦（W）， 微瓦（W） 声强：在单位时间内，垂直于声波传播方向的单位面积所通过的声能。符号：I，单位：（W/m2）， 在自由
12、声场，点声源的声强随距离的平方呈反比，遵循平方反比定律： I= (W/m2） 平面波声强不变。 I= (W/m2） 线声源的柱面波声强： I= (W/m2）,W,4r2,W,2r,1m,W,S,S,声压：某瞬时，介质中的压强相对于无声波时压强的改变量。符号：p,单位：N/m2, Pa（帕）， b（微巴）。1N/m2 = 1 Pa = 10 b 在自由声场,声压与声强的关系: I= (W/m2) 式中 : p有效声压，N/m2； 0空气密度，kg/m3,一般取1.225 kg/m3； c空气中的声速，340m/s; 0c介质的特性阻抗，20C时为415NS/ m3。 声压和声强有密切的关系，在自
13、由声场中，测得声压和已知测点到声源的距离，就可计算出该测点之声强和声源的声功率,p2,0c,3.1.3.2 分贝、声功率级、声强级、声压级、声音的叠加,对于频率为1000 HZ的声音，听阈范围 下限 10-12 W/m2 声强 上下相差一万亿倍 上限 1 W/m2 下限 210-5 N/m2 声压 上下相差一百万倍 上限 20 N/m2 因此直接用声强、声压来度量 声音的强弱是很不方便，而且人耳对声音大小的感觉并不与声强、声压成正比，即人耳对声音变化的反应不是线性的，而是近似地与它们对数值成正比。 如果以10倍为一级，即对比值为10 , X 为级数： =10x X=log10 =lg （BL贝
14、尔）=10lg（dB分贝）,I,I0,I,I0,I0,I,I0,I,声压级：一个声音的声压与基准声压之比的常用对数乘以20。 p = 20lg (dB) （ 在0120分贝之间） 式中 p参考声压（基准声压）， pm2，使人耳感 到 疼痛的上限声压为m2 当P= m2 时p = 20lg =120（dB） 从式中可知，声压每增加一倍，声压级就增加dB,声压增加10倍声压级增加 dB。 声强级：一个声音的声强与基准声强之比的常用对数乘以10。 I = 10lg (dB) （ 在0120分贝之间） 式中I0参考声强（基准声强）， I0 W/m2，使人耳感到疼痛的上限声压为0 W/m2。,20,p0
15、,p,I,I0,声功率级：一个声音的声功率与基准声功率之比的常用对数乘以10。 W = 10lg (dB) （ 在0120分贝之间） 式中 参考声功率（基准声功率）， W 作业 ：证明两个数值不相等的声压级叠加（p1Lp2): 叠加后的声压级 Lp=Lp1+10lg (1+10 ) (dB) 声音的叠加： 声音的叠加不能将分贝值直接相加减，应将声压或声强相加减后再求声压级、声强级。声压级的叠加： Lp= 20lg = 20lg = Lp1+10lg n (当P1=P2=P3=） 二个相同声源声压叠加后（n=2），总声压级比一个声压级增加dB,W,W0,LP1Lp2,10,P12+ P22+ P32+,P0,P0,nP12,如果声压级改变1dB，人们很难察觉这种变化，因此，对于声压级总是以整数表示
