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1、第六章 建筑声环境及其测量 兰州理工大学 土木工程学院 建环教研室 2012年1B声音及其表征声音的特征参数；噪声 (noise)及其来源和危害 B衡量噪声的物理(量度)参数：主观评价和噪声标准；B噪声测量的方法、仪表。 学习和掌握的内容 ( Keys)26.1 环境噪声及其危害 声音产生、传播的条件声音产生、传播的条件 声源声源: : 振动的固体、液体、气体；振动的固体、液体、气体； 传播介质：传播介质：弹性媒质或介质，弹性媒质或介质， 如空气，水等如空气，水等 声音：声音：源自物体的振动源自物体的振动( (声源声源) )而而 产生的，通过弹性介质向外传播产生的，通过弹性介质向外传播 的一种
2、机械波。的一种机械波。因此，当该机械波传入因此，当该机械波传入人耳人耳， 引起引起鼓膜鼓膜振动，经过振动，经过听觉器官听觉器官的的 “ “译码译码” ”，转换并且传送，转换并且传送“ “信息信息” ”到到 听觉神经听觉神经，从而产生听到，从而产生听到“ “声音声音” ” 的感觉。的感觉。声音是什么？声音是什么？波长波长 NoteNote： 声音声音不在不在真空环境真空环境中传播中传播3基于能量角度，它是交变压力波，如图所示，基于能量角度，它是交变压力波，如图所示，声源声源 的质点是振动非移动，向外传播声能的质点是振动非移动，向外传播声能。 由于空气分子由于空气分子 的振动方向和声波的传播方向是
3、相同的，的振动方向和声波的传播方向是相同的，声音是纵波声音是纵波。周期，周期，T T：声源声源完成一次振动所需的时间，完成一次振动所需的时间，s s； 频率，频率，f f：1/ T1/ T，Hz;Hz;人耳的声音频率范围：人耳的声音频率范围：2020 kHz2020 kHz。带宽。带宽 f =f =f fHH - - f fL L。 中心频率中心频率 f fc c= = ( ( f fHH f fL L ) )1/21/2波长，波长，：一个周期内，声波所传播的距离，：一个周期内，声波所传播的距离，mm； 声速，声速，C C ： 声音传播的快慢程度，声音传播的快慢程度，m /sm /s， = C
4、= C T T。在空气中，在空气中，一般所涉及一般所涉及声速声速 C C 是指在声音在弹性媒质是指在声音在弹性媒质 空气中的传播速度。空气中的传播速度。4声音以扩散波的形式传播，当其遇到两种弹性介质的声音以扩散波的形式传播，当其遇到两种弹性介质的 分界面时，会产生分界面时，会产生反射、透射和吸收现象反射、透射和吸收现象。因此，反射率因此，反射率 r r 较小较小 和吸收率和吸收率 较大的材料，较大的材料， 适合做适合做 消声材料消声材料。表征声音品质的参数：表征声音品质的参数：1. 1. 音量音量( (又称音强又称音强) ): : 是指是指人耳人耳对所听到的声音大小强弱对所听到的声音大小强弱
5、的主观感受的主观感受; ; 2. 2. 音调音调: : 是指声音频率的高低；是指声音频率的高低；3. 3. 音色音色( (又称声音的特色又称声音的特色) )：泛指：泛指人耳人耳对声音的综合感觉特性；对声音的综合感觉特性；噪声噪声 ( Noise )( Noise )：凡是人们凡是人们“ “不愿意不愿意” ”听到的各种声音的统称，听到的各种声音的统称， 是声音的特殊表现形式。是声音的特殊表现形式。5B 建筑物内噪声的来源J室外环境噪声的传入 主要有交通运输工具(包括公路车辆、铁路火车、航空飞机、船舶等)运行、工厂噪声、建筑施工噪声、商业噪声和社会生活噪声等。透射能量 E 经空气和围护结构传播。J
6、 建筑自身内部的噪声 主要有建筑设备(如中央空调系统的各种设备，电梯等) 运行的噪声、办公设备运行的噪声、家电运行的噪声以及楼宇内 的娱乐场所经营所产生的噪声，传入工作或者休息的室内。J 房间围护结构的撞击噪声主要有室内撞击声(人员活动所产生的楼板撞击声)，室内 水管，燃气管道中流体介质流动所产生的噪声等。6B 环境噪声的危害J 对听觉器官的损害(感觉难受，耳鸣，噪音性或爆震性耳聋。)J引发多种疾病 (作用于中枢神经系统，导致 1. 大脑皮层的兴奋和抑制失 衡；2. 头疼，昏晕，失眠，乏力和神经衰弱；3. 心血管疾病。 )J对正常生活的影响(降低睡眠质量，缩短睡眠时间。引发神经衰弱，阻碍儿 童
7、的健康成长。)J降低劳动生产率(导致人们心烦意乱，反应迟钝，工作极易疲劳，工作质 量和效率大为降低，还容易引起工伤事故。)J能造成生物死亡 (导致生物的生物钟紊乱，产生恐慌和惊悸等。)J损坏建筑物 ( (声音是交变的压力波，声压级越高，产生的声音是交变的压力波，声压级越高，产生的“ “轰声轰声” ”能量越高，能量越高，破坏力越强破坏力越强) )7B 决定噪声对人类影响程度的主要因素J 噪声强度(声压级或声强级)人们对噪声干扰的感觉随着噪声强度的增加而增加； 还与 噪声本身声压级与背景噪声级的差值相关，即差值越大， 对人 们刺激程度越强。J 噪声的持续时间 噪声干扰程度不仅随着声音强度的增加而加
8、剧，而且 ， 随着噪声作用的持续时间的增长而加强。 J 噪声随时间的变化情况 噪声爆发得越突然，其干扰程度就越大。也就是说， 声压的 增长越快( dp/dt 的变化越大 )，所产生的干扰就越强，例如 ， 爆炸声，枪炮声等。J 复合噪声的频谱特性在声压级相等的情况下，低频噪声的干扰比高频噪声 要小； 单一频率噪声的干扰比复合频率噪声要弱。此外，噪声所包含的信息量、人们对噪声的记忆与联 想， 以及人们的年龄、健康状况等，均影响着噪声对人们的干 扰程度。81. 声强 IJ 衡量声波在传播的过程中，声音强弱的物理量。其定义为：在单位时间内，通过垂直于声音的传播方向上的单位面积上的平均声功率的大小，W/
9、m2。J物理意义：垂直于声音的传播方向，在单位时间内，通过单位面积上的声音能量大小，即单位面积上的声功率 的大小。Note：声源的声功率( W )，声源设备的电功率( kW )对于平面波，在无反射的自由声场里，由于在声波的传播过程中，其传播路线相互平行，声波通过的垂直 它 的传播方向上的所有面积均相同，因此，同一束平面 声波 通过与声源距离不同的表面时，声强不变。6.2 衡量噪声的物理(量度)参数9对于球面波 (点声源)，随着球面波与声源的距离的增加，其所接触的 面积也随之增大。 所以，I 与声源的能量 成正比，与到声源的 距离平方成反比。即，d = r, 2r, 3r, , I = I0 ,
10、 I0 /4, I0 /9, r rWW10 声音是一种可以对人耳和大脑产生影响 的气压变化，对此，人耳的听觉范围有一 个确切的数据范围，该范围称之为 “阙” B 可闻阈(听阈) - 人耳刚能感受的声音；p0 = 210 -5 Pa，I0 = 110 -12 W/m2B 痛阈- 闻之，人耳则痛；p = 20 Pa，I = 1 W/m2112. 声压 p J 声压是指声波在(空气)介质中传播时，介质中的压强 相对于无声波时介质压强的改变量，Pa J声压 p 与声强 I 密切相关。对于球面声波或平面声波 (即自由声场)，若测得声场中某一点的声强 I，该点处 介 质的密度 及声速 v，就可计算出该点
11、的声压 p 。Exanple: 对应于声强 I 为10 -12 W/m2的可闻阈， 其声压 p 约为 2.010 -5Pa。12* 引入的必要性1. 使用 W/m2，Pa时，导致计算数据的范围变化太大，如: 11012 W/m2 1 W/m2 ，2105 Pa 20Pa，不方便;2. 人的听觉响应与声强、声压呈对数关系，引入“级”。J 声强级J 声压级声强级与声压级其中，其中，I I0 0 =10 =10 -12 -12 W/mW/m2 2，p p0 0 = 210 = 210 -5 -5 PaPa 作为参考基准。作为参考基准。L LI I0 0=L p=L p0 0= 0 dB= 0 dB。
12、由定义可知：由定义可知：L LI I= = LpLp。在实际噪声测量中，经常使用在实际噪声测量中，经常使用 LpLp 。13声强、声压和对应的声强级、声压级声强、声压和对应的声强级、声压级以及与其相对应的声学环境以及与其相对应的声学环境声强/(Wm -2)声压/Pa声强级或 声压级/dB相应的环境102200140离喷气机口3m处120120痛阈10-12101/2110风动铆钉 机旁10-22100织布机旁10-4210-18010-6210-260相距1m处交谈10-8210-340安静的室内10-10210-42010-12210-50人耳最低可闻阈143. 声功率和声功率级 B 声功率
13、 W (表征声源所发射声音能量大小的参数)J 声源在单位时间内对外所辐射的声能，即在全部可听范围( 2020 kHz )所辐射的功率，单位 W。也可特指在某个有限频率范围( fLfH )所辐射的功率， 亦称频带声功率。J 属于声源本身的一种特性，一般可认为是不随环境 条件而改变的。J 一般而言，所有声源的平均声功率都是很微小的。例如，一个人在室内讲话，自己感到比较合适时，其 声功率大致是(15)10 -5 W，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。(基于W的数量而言) 15B 声功率级与声压一样，也可以用“级”来表示几种不同声源的声功率 110 110-12
14、-12 WW声源 种类喷气 飞机气 锤汽 车钢 琴女 高 音日常 对话 声 功 率10kW1W0.1W2 10 -3W(17.2) 10 -3W(15) 10 -5W16若干个声源的声压级叠加：非线性！ B n 个声源叠加 ( I、P、W 声级同理 )：当n 个声源均相同时，可得Example: 两个相同声源叠加，声压级增加了 10 lg2 = 3 dB L = 3 dBL = 3 dB17Note: 两个不同声源进行叠加，当它们的声压级 差 超过 1015 dB，可以忽略声压级较小的声音对叠 加音效果的影响。增加的声级数两个声源的声压级差186.3 噪声的频谱特性 B频程：为了便于研究，把声
15、频范围划分成若干个频段，如 ：fL1 fH1 ， fL2 fH2， fLn fHn ，称作频程或频带。B 倍频程：对于任意两个带宽f1 =fH1 fL1 ， f2 =fH2 fL2 的频带而言，f2:f1 的比值为整数比的频程，如 2:1 。一般用中心频率 fc= ( fH fL )1/2 来划分频带，其标准值分别为：31.3 (31.25)、63 (62.5)、125、250、500、1000、2000、4000 、8000，16000 Hz。这10个倍频程将人耳可以识别的声音全部包括进来。一般的噪声测控，仅8个：fC，Hz63125250500f，Hz4590901801803553557
16、10fC，Hz1000200040008000f，Hz7101400140028002800560056001120019高频声高频声低频声低频声中频声中频声31.25 Hz频率Example: 人耳可以听见的范围为 20 20000Hz；人耳听不见的范围 J 20 Hz 以下：次声波； J 20000 Hz 以上：超声波； J 纯音：单一频率的声音； J 复合声：包含多个频率的声音。206.4 噪声的主观评价和噪声标准 B 响度级、等响曲线由于人耳对声音的感受不仅与声压相关，也和声频有关。即，声压级相同(或不同)而频率不同(或相同)的声音听起来的效果是不一样的！因此，参照声压级，引入与声频相关的参数 响度级，单位为方/phon，来综合描述对
