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1、第五章建筑声环境 河南城建学院建筑环境与能源工程系 2 本章要点 3 声环境控制的意义 创造良好的满足要求的声环境保证居住者的健康提高劳动生产率保证工艺过程要求录音棚 演播室高保真音乐厅 4 天坛回音壁 第一节 声音的度量与声环境的描述 6 声音是什么 在弹性媒质中传播的机械波声源 振动的固体 液体 气体特性 波长 频率f 声速c 7 声音的基本概念 声音是由于物体的振动而产生的介质质点的机械振动由近及远的传播就称为声振动的传播 或称声波 声波是一种机械波 声波只不过是通过这些介质载体将声能由近及远地进行着传播 8 声波的概念 9 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
2、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 s 10 声音的频率特性 波长 指简谐声波中两相邻波峰之间的距离 单位为 m 周期T 指在简谐声波中声波通过一个波长的距离所用的时间 单位为 秒 S 频率f 物体在一秒钟内振动的次数 单位为 赫兹 Hz 声速c 声波在一秒钟内传播的距离 通常之间有如下关系 c f或c T且有 T 1 f声速与气温 的关系可简单地描述为 c 331 45 0 61 11 声音的频带 人耳可以听见范围为20 2000
3、0Hz人耳听不见的范围20Hz以下 次声20000Hz以上 超声 12 蝙蝠通过超声波回音导航 13 按频率组成分类 14 按声音的频率特性分类 低频声 声频率小于300Hz的声音 中频声 声频率在300Hz至1000Hz范围内的声音 高频声 声频率大于1000Hz的声音 频谱图 以声频率为横坐标 以反映对应频率成分强弱的量 如 声压级 声强级或声功率级 为纵坐标 组成的反映频率与强度相对应关系的图形 即为频谱图 15 16 声音的频率特性和倍频程 为研究方便起见 常把宽广的声频变化范围划分为若干较小的段落 这些较小的段落我们又常将其称之为频程 而在每个频程中 为全面反应此频程的特性 通常用上
4、限频率f上 下限频率f下 中心频率f中以及频程宽度即带宽 f来描述 如图5 4所示 且在同一频程内有公式 5 4 17 倍频程 定义 在噪声控制中 对频率作相对比较的单位叫倍频程 但在对两频率作比较时 一般并不是简单地使f2 f1 m 将m当作倍频程 而是将m与2联系起来 使m 2n 即f2 f1 2n 则n即为两频率相差的倍频程值 由f2 f1 2n知 n log2 f2 f1 18 倍频程 引入频程和倍频程的概念 主要目的是为了将可听声20至2000Hz分成若干个频程 以便于研究 现在一般常用的划分方法为 1 1倍频程 1 2倍频程 1 3倍频程 当然根据研究的精度要求 还可以选择1 4
5、1 5等倍频程 倍频程值n越小 频程分得越细 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 19 声音的度量 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 声压p 声波的压强与媒质的静压之差 Pa听阈声压 1000Hz 声压为2 10 5Pa痛阈声压 1000Hz 声压为20Pa 20 声音的度量 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能量 单位为 W m2
6、 声强与声压之间如下关系 21 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 22 级的概念 分贝标度和声级 常用一个成倍比关系的对数量 级 来表示声音的大小 称为声级 单位为 分贝 dB 23 级的概念 声强级声压级声功率级 24 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 3dB 25 声级的叠加计算 26 两个不同声源叠加 差别超过10 15dB 可以忽略 增加的声级数 声源声级差 27 声学量的表示及运算 28 声音的传播规律 遇到障碍物 反射 散射 衍射
7、 绕射 A E障碍物相对波长的尺度由大至小 29 30 声音的透射和吸收 透射 31 声音的传播特征 32 声音的传播和衰减 对于点声源 相对参考值 11 33 声音的传播特征 34 声音的传播特征 35 声音的传播特征 36 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 声能密度D t J m2 37 r r Lp Lp LW LW 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 A B 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 38 39 40 声音的方向性及时间性 声
8、源在不同方向辐射的声压 或声强 有不相同的性质 此特性称声源的指向性 指向性与频率有关 频率高则指向性强 声音的时间性是指声音随时间变化的特性 如是否连续稳定 是否是间断的 是否是起伏变化的以及是否是脉冲的等等 41 建筑声学特性 42 封闭空间的声特性 43 有趣的共振现象 当军队过桥的时候 整齐的步伐能产生振动 如果它的频率接近于桥梁的固有频率 就可能使桥梁共振 以致到了断裂的程度 因此 部队过桥要用便步 在我国西北一带 山头终年积雪 每当春暖花开 山上冰雪融化 雪层会离开原来的地方滑动 往往一次偶然的大吼声 厚厚的雪层就会因为共振而崩塌下来 因此规定攀登雪山的勘察队员 登山队员不能大声说
9、话 44 有趣的共振现象 胡琴的下端都有一个蒙上蛇皮的竹筒 当拉起胡琴时 琴弦的振动通过蛇皮会引起 肚子 中空气的共鸣 使发出来的琴声不仅响亮 而且音乐丰满 悠扬动听 建筑工人在造房子的时候 不论是浇灌混凝土的墙壁或地板 为了提高质量 总是一面灌混凝土 一面用振荡器进行震荡 使混凝土由于振荡更紧密 结实 第二节 人的听觉特征及其对环境噪声的反应 46 2 1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 等响曲线 47 1 听觉范围 可闻阈 听阈 人耳刚能感受的声音 p0 2 10 5Pa I0 1 10 12W m2痛阈 闻
10、之人耳则痛 p 20Pa I 1W m2 48 耳朵的构造 49 听不懂自己 平时听到的声音 通过两条不同途径传入耳内 其一是通过空气 将声波的振动经过外耳 中耳一直传到内耳 最后被听觉神经感知 其二是通过骨头传播声音 听自己讲话 主要是靠骨导这种方式 从声带发出的振动经过牙齿 牙床 上下颌骨等骨头 传入我们的内耳 由于空气和骨头是两种不同的传声没媒质 它们在传播同一声源发出的声音时 会产生不同的效果 因此 通过不同途径传来的声音的音色有差别 于是就觉得录音机里放出来的声音不像自己的声音 50 人体对声音的反应原理 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
11、动噪声 51 音乐声与普通声响的区别 音乐为非连续频谱 只含有基频和谐频 而谐频是基频的整倍数 普通声响频谱一般为连续频谱 无上述特征 52 不同噪声源的频谱图 53 2 响度和响度级 1 响度 人耳判别声音由轻到响的强度等级概念 它不仅取决于声音的强度 如声压级 还与它的频率及波形有关 响度的单位为 宋 1宋的定义为声压级为40dB 频率为1000Hz 且来自听者正前方的平面波形的强度 如果另一个声音听起来比1宋的声音大n倍 即该声音的响度为n宋 2 响度级 度级是建立在两个声音主观比较的基础上 选择1000Hz的纯音作基准音 若某一噪声听起来与该纯音一样响 则该噪声的响度级在数值上就等于这
12、个纯音的声压级 dB 响度级用LN表示 单位是 方 如果某噪声听起来与声压级为80dB 频率为1000Hz的纯音一样响 则该噪声的响度级就是80方 54 响度与响度级的关系 根据大量的实验得到 响度级每改变10方 响度加倍或减半 它们的关系可用下列数学式表示 N 2 LN 40 10 或LN 40 33lgN注意 响度级的合成不能直接相加 而响度可以相加 应先将各响度级换算成响度进行合成 然后再换算成响度级 55 响度级与频率及声压级的关系 从大量测量的统计结果中 得到一般人对不同额率的纯音感觉为同样响的响度级与频率的关系曲线 这就是等响曲线 从等响曲线可以看出 人耳对1000Hz的声音最敏感
13、 而且对高频声比对低频声的灵敏性要好 根据这个道理 汽车喇叭声和救火车的警笛声的频率一般都设计在l000一5000Hz范围内 56 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 57 3 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 58 什么是掩蔽效应 一个较弱的声音的听觉感受被另一个较强的声音影响的现象称为人耳的 掩蔽效应 在掩蔽情况下 提高被掩蔽弱音的强度 使
14、人耳能够听见时的闻阈称为掩蔽闻阈 或称掩蔽门限 被掩蔽弱音必须提高的分贝值称为掩蔽量 或称阈移 59 日本办公楼噪声干扰感觉的调查 60 4 双耳听闻效应 方位感 人耳在头部的两侧 约距20cm 由于到达双耳地声音有微小的时间差 强度差和相应差 人们就能辨别声音的方向 确定声源的位置 即使有若干个声源同时发声 人们也能分辨出它们各自所在的方向 甚至在声音很多的情况下 某一声音 直达声 反射声 在不同的时刻到达两耳 人们仍能判断它们是来自不同一个声源的声音 双耳定位能力使人们有可能在嘈杂的噪声环境中分辨出来自某个方向的所需注意的声音 单耳听闻就不容辨别声音的方位 61 双耳听闻效应在音质设计中的
15、作用 双耳听闻效应在厅堂音质设计中占有重要的地位 目前 剧场观众厅扩声系统中的场声器倾向于配置在台口上方 也是考虑到人耳左右水平方向的分辨能力远大于上下垂直方向而确定的 从而克服了过去把扬声器组配置在台口两侧所造成部分听众感到声音来自侧向的缺陷 避免使听众明显地感到场声器发出的声音与讲演者的直达声来自不同的方向 62 5 2 2室内环境噪声的特征 噪声定义噪声就是人们不需要的声音 它不仅包括杂乱无章不协调的声音 而且也包括影响旁人工作 休息 睡眠的各种音乐声 谈话声 脚步声以及一切飞行 行驶中发出的马达声和机械的撞击声等 因此 对噪声判断往往与个人所处的环境和主观愿望有关 63 室内噪声的来源
16、 交通噪声工业噪声与建筑施工噪声社会生活噪声空调噪声 64 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 65 工业噪声主要来源 工业噪声一般是指在工业生产过程中 由于机械设备运转而发出的声响 主要包括以下三种 空气动力性噪声是由于气体振动产生的 当气体受到扰动 气体与物体之间有相互作用时 就会产生这种噪声 鼓风机 空压机 燃汽轮机 高炉和锅炉排气放空等都可以产生空气动力性噪声 机械噪声是由于固体振动而产生的 在撞击 摩擦 交变机械应力或磁性应力等的作用下 机械设备的金属板 轴承 齿轮等发生碰撞 振动而产生机械噪声 电磁噪声是由于电动机和发电机中交变磁场对定子和转子作用 产生周期性的交变力 引起振动时产生的 电动机 发电机和变压器都可以产生这种噪声 66 5 2 3噪声的危害 在强烈的噪声环境中 人耳会感到持别难受 过一段时间 听觉才会逐渐恢复正常 这种现象叫做听觉疲劳 人的内耳听觉器官未受到损伤 医学上称之为 暂时性听阈偏移 如果长期工作在90dB A 以上的噪声环境中 听觉疲劳现象就无法消除 而且逐渐变得越来越严重 导致人的内耳听觉器官发生器质性病
