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1、第七章 建筑声环境,1,本章内容,建筑声环境的基本知识 人体对声环境的反应原理与噪声评价 声音传播与衰减的原理 材料与结构的声学性能 噪声的控制与治理方法,2,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,3,第一节建筑声环境的基本知识,声波的基本物理性质 声音的计量,4,声音是什么？,声波：声源振动引起弹性媒质的压力变化，并在弹性媒质中传播的机械波 声源：振动的固体、液体、气体 声压：空气压强的变化量，10-510 Pa量级 特性：波长、频率 f、声速 c,波长,7-1.1声波的基本物理性质,5,礼记乐记：感于
2、物 而动，故形于声,强调两点： 声压是空气压强的变化量而 不是空气压强本身 声音传播过程是一个状态传 播过程，而不是空气质点的 输运过程,6,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：340 m/s 固液体中的声速 钢 5000 m/s 松木 3320 m/s 水 1450 m/s 软木 500 m/s,7-1.1声波的基本物理性质,7,声音的频带,人耳可以听见范围为 20 20000Hz 人耳听不见的范围 20 Hz 以下：次声 20000 Hz 以上
3、：超声,7-1.1声波的基本物理性质,8,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,7-1.1声波的基本物理性质,9,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,7-1.1声波的基本物理性质,基频,880, 1320, 1760, 2200, 2640, 3080, 3520,10,普通声响频谱一般为连续频谱,7-1.1声波的基本
4、物理性质,11,声音的频带,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 、8000 Hz。,7-1.1声波的基本物理性质,12,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,7-1.2 声音的计量,13,
5、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=210-5 Pa I0=110-12 W/m2,疼痛阈 闻之人耳则痛，p=200 Pa，I =100 W/m2,7-1.2 声音的计量,烦恼阈 闻之烦恼不安 p0=20 Pa，I0=1W/m2,14,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 2105Pa 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,7-1.2 声音的计量,15,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:,7-1.2 声音的计量,球面波,平面波
6、,16,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 10 lg2 = 3 dB,L = 3 dB,7-1.2 声音的计量,17,两个不同声源叠加，差别超过1015 dB，可以忽略。,增加的声级数,声源声级差,7-1.2 声音的计量,18,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, , )与参考声压级Lp0(r)之差 指向性因数Q 实际声强I (r, , )与参考声强I0(r )的比值。 Q与指向性指数DI的关系：DI = 1
7、0 lg Q,7-1.3 声源的指向性,19,S0为声源面积，f 为频率，IIV是声源的4种位置,7-1.3 声源的指向性,声源的指向性因数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,20,21,第二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,22,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,7-2 人体对声环境的反应原理与噪声评价,23,听觉机构,7-2 人体对声环境的反应原理与噪声评价,24,人耳的听觉特征,特征：对高频声比对低频声
8、敏感 响度级：用1000 Hz 纯音的声压级代表其等响曲线的响度级，单位Phon,等响曲线,7-2.2 听觉特性,25,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0。,7-2.2 听觉特性,26,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,7-2.2 听觉特性,27,掩蔽效应,适
9、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,7-2.2 听觉特性,28,日本办公楼噪声干扰感觉的调查,7-2.2 听觉特性,29,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 ：,7-2.3 噪声的评价,30,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
10、用随机噪声声级出现的累积概率来表示:例如L1070dB，表示有10%的测量时间内声级超过70dB。,7-2.3 噪声的评价,离散噪声,31,噪声评价曲线：NR(Noise Rating),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+5 dB,7-2.3 噪声的评价,32,噪声评价曲线：NC,NC曲线(Noise Criterion Curves)，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+10 dB NCNR5,7-2.3 噪声的评价,33,噪
11、声评价曲线：PNC,PNC(Preferred Noise Curves )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+NC,7-2.3 噪声的评价,34,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 3545 4050 起居室 4045 4050 语言教室 35 40 一般教室45 50 门诊室5055 5560 手术室4045 4050 宾馆客房3045 3550 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 40,7-2.4 噪声的标准,35,第三节声音传播与衰减的
12、原理,36,声音的传播规律,遇到障碍物：反射、散射、衍射(绕射),AE 障碍物相对波长的尺度由大至小,7-3.1声音传播与衰减的原理,37,声音的透射和吸收,透射,7-3.1声音传播与衰减的原理,反射,入射,一般情况下，透射部分的能量要小于反射部分的能量 值小的材料称为“隔声材料”;值小的称为“吸声材料”,38,在自由场的声音的传播和衰减,对于点声源,相对参考值,11,7-3.2 声音在室外空间的传播,39,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 衰减的量,7-3.3声音在室内空间的传播
13、,40,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,7-3.3声音在室内空间的传播,停止发声后衰减60dB的时间称为混响时间：,41,室内的声压级,室内某点声压级 Q指向性因数，取决于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,42,第四节材料与结构的声学性能,43,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
14、。 吸声构件的实际吸声量与吸声构件的围蔽面积有关：AaS,7-4 材料与结构的声学性能,44,吸声材料和吸声结构,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,7-4 材料与结构的声学性能,45,吸声材料吸声原理,声波导致空气在吸声材料中行进、反射、折射过程中产生摩擦而损耗声能，转变为热能 吸声材料也容易透声,7-4.2 吸声材料和吸声结构,46,吸声材料的频谱特性高频较易消除,7-4.2 吸声材料和吸声结构,47,薄膜 薄板共振吸
15、声结构,不透气薄膜薄板与板壁间有一空气夹层，薄膜、薄板振动消耗声能。,7-4.2 吸声材料和吸声结构,48,共振消声原理,共振结构在声波激发下振动，振动的结构由于本身的内摩擦和与空气间的摩擦把部分振动能量转变为热能而损耗。因此振动的结构消耗声能，产生吸声效果。 适应频带：中、低频 共振会放大声音吗？共振 共鸣！ 共鸣：机械能激发物体振动向空气辐射声能 共振：空气中传播的声能激发物体机械振动,7-4.2 吸声材料和吸声结构,49,空腔共振器,空腔孔颈空气柱由于共振而激烈运动，消耗能量，腔内空气起弹簧缓冲作用,7-4.2 吸声材料和吸声结构,50,穿孔板共振器,穿孔板与墙间空腔形成共振腔,7-4.
16、2 吸声材料和吸声结构,51,空间吸声体,当房间表面不足作吸声表面时使用。,吸声材料,7-4.2 吸声材料和吸声结构,52,隔声,7-4.3 隔声和构件的隔声特性,53,不同类型的隔声构件的隔声量,7-4.3 隔声和构件的隔声特性,30 40,54,55,空气间层的弹性变形具有减振作用 空气层厚度有一个最佳值,7-4.3 隔声和构件的隔声特性,空气层对隔声效果的影响,56,小孔对隔声作用的影响,孔径相对波长越大，衍射作用越强,=11.7cm,=3.4m,7-4.3 隔声和构件的隔声特性,57,第五节 噪声的控制与治理方法,声源控制 气流噪声的消除 噪声的掩蔽,58,噪声控制措施,降低噪声源噪声 噪声源的控制、减振 传播途径降低噪声 吸声、隔声、消声、隔振 掩蔽 主动加入掩蔽噪声,7-5 噪声的控制与
