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1、5 1,第5章 建筑声环境,掌握声学各物理参数基本概念和内在联系，并能描述声环境,知识要点：,掌握常用的噪声控制方法及设计原理,了解人与听觉环境的关联，掌握不同光环境评价及方法,掌握空调系统的噪声源形式、传播途径及一般的控制方式,5 2,声音的度量,声音的传播特性,建筑声环境,声音的基本特性,声环境基本概念及特性,第5章 建筑声环境 知识框架,室内声学特性,环境噪声控制的基本方法,人的听觉特性及其对环境噪声的反应,环境噪声控制,人耳的听觉特征,室内环境噪声特征,噪声的危害,环境噪声评价,噪声控制的主要途径,吸声减噪,房间的隔声降噪,隔振与减振降噪,通风空调系统的噪声控制,消声降噪,室内音质设计
2、基础,5 3,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.1 声音的基本特性,新建筑物理FIG3.1-1,大气压,声压,声波,从物理方面：声音是一种机械波，是机械震动在弹性介质中传播客观声音 从心理方面：上述物理波动现象而引起的听觉感觉 主观声音,声波在空气中对空气质点的膨胀压缩形成了空气的压力波动，压力的起伏变化依次作用人的耳膜，形成了声音的感觉。压力波的传递，属非空气介质的传递，与空气流动方向无关。,扬声器膜辐射的声波,声音的分类：表5-1/固液气、表5-2/点线面体,1。声波的概念,5 4,高频声,低频声,中频声,31.25 Hz,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.1 声音的基本特性,2。
3、声波的频率特性,声音按频率高低分类,声波的频率、波长和声速的关系为：,5 5,单一频率的声音,不同频率的有序组合,基音(基频),谐音(n基频),研究方法：将频率分成带，即研究某一频率带范围内的声压（振动能量）情况。,纯音、音乐、噪声,频率杂乱无章组合的声波或主观不愿意接受或对人体有害的声音,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.1 声音的基本特性,2。声波的频率特性,按频率组成分类,泛音,谐音是泛音，但泛音并不一定是谐音,：较高频率,5 6,理想气体： k 绝热指数，R 气体常数，T 绝对温度。 建筑环境中的气体： 常温常压下：一般取c=340m/s,空气中的声速/与传播媒介温度：,固、液体中
4、的声速（竟远大于空气中的声速） 钢： 5000 m/s 松木： 3320 m/s,水： 1450 m/s 软木： 500 m/s,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.1 声音的基本特性,3。声波的速度特性,5 7,5.1.1 声音的基本特性,4。声音的频谱 表征声音的特性量 随频率变化的曲线,基频为440Hz的小提琴频谱图,普通声频谱一般为连续频谱，无单线谱图特征。,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。,连续谱图,单线谱与连续谱,5 8,频带表格(离散值),倍频程频带划分,5.1.1 声音的基本特性,4。声音的频谱,常用频谱,IEC：International Elec
5、trotechical Commission/国际电工委员会,5 9,（1）空气密度变化大小音量(响度)指人耳感觉到的声音强弱 声音的大小声压,声强 响度的大小决定于声音接受处的波幅 同一声源,波幅传播得愈远,响度愈小. 同样声源：音量传播距离 （2）声波每秒振动的次数音调 (频率) 声音的高低频率 频率音调 （3）频率的混合状态声音是由各种频率的声音混合而成，不同混合状态感觉不同音色(音质)。 声音的组合频谱,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.1 声音的基本特性,5。声音的三要素,思考：音乐与噪声在客观和主观上的有何不同？,5 10,声功率W/W：声源在单位时间内向外辐射的声音能量，即在
6、全部可听范围所辐射的功率，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。是声源本身的特性,不因环境不同而变化,声源,声场,声压P/Pa：空气质点因声波作用产生振动时超过大气压力值，声波的压强与媒质的静压之差。 常指有效声压（瞬时声压的均方根） 简谐声波： 声强 I /W/m2：声波传播方向上单位面积波面上通过的平均声功率。,三参数关系：,点声源-球状波面：,线声源-柱状波面：,线声源-柱状波面：,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.2 声音的度量,1。基本参数,5 11,联系：,三参数对数转换（相对）值分贝（dB）,声压级,声功率级,声强级,闻阈值,可闻阈(听阈) 人耳刚能感受的声
7、音， p0=210-5 Pa，I0=110-12 W/m2 痛阈 闻之人耳则痛，p=20 Pa，I=1W/m2,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.2 声音的度量,2。声学量的表示及运算,“级”的概念的引出,5 12,声压级用于描述声场声量的大小； 声强级反映声源在空间传递声能量的大小，具有方向性； 声功率级仅表示声源发声能力的大小。 三者之间可相互换算。,5 13,总声强为各声强代数和，总声压为各声压的均方根值,相应的相对值为：如声压级：,声级的叠加,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.2 声音的度量,2。声学量的表示及运算,所有叠加的计算公式源,声源声级叠加：非线性！,5 14,易记精
8、确计算式：,简化计算：,注意：1. 一般取n=2计算，逐次二二计算；2. 取较大者为LP1,1. Lp=4dB， L=1.45dB，Lp23=85.45 2. Lp=8.45dB L=0.57dB， Lp14= Lp123 =86.02dB,86.03dB,声级叠加的实际应用,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.2 声音的度量,2。声学量的表示及运算,举例,已知噪声源声压级77、80、84dB，求总声压级。,图5-5,易记精确计算式：,例5-1,18,5 15,两个不同声源叠加，差别超过1015 dB，可以忽略。,增加的声级数L,声源声级差,声级叠加的简化计算,5.1 声音的基本概念及特性
9、5.1.2 声音的度量,2。声学量的表示及运算,5 16,风机噪声测定方法：,本底噪声：声源停止发声后，环境声压级的大小。 一般噪声测定是在一定环境中进行的，所测值是噪声源与本底噪声之和，欲求噪声源自身噪声级，采用分解便可求得。,例：现场实测空调机房（2台性能相同的机组）开机与停机时的声压级分别为77dB和60dB，试求空调机房该型号风机本身声压级。,声级分解及应用,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.2 声音的度量,2。声学量的表示及运算,设：A噪声源本身噪声； B 本底噪声；C 合成噪声,分析计算方案实施计算,5 17,1。声音遇到障碍物时的特性,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.3
10、 声音的传播特性,AE 障碍物相对波长的尺度由大至小的特点,5 18,1。声音遇到障碍物时的特性,声反射,声反射系数：,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.3 声音的传播特性,5 19,由能量守恒定律：E0=Er+ E+ E,材料的吸声系数：, =f（入射角， 频率，材料吸声特性）,材料的透射系数：,反映材料的吸声性能,反映材料的隔声性能, =1：全部吸收； 1：部分吸收,材料隔声量：,1。声音遇到障碍物时的特性,声吸收,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.3 声音的传播特性,声透射,5 20,声源,新声源,障碍物尺度如：角隅、柱子、梁等障碍物,物体尺寸： 声波绕射继续创波， 频率绕射现象
11、越明显,声波自障壁顶部的衍射,1。声音遇到障碍物时的特性,声绕射与声衍射,传播方向变化绕射,绕射散射衍射,物体尺寸或小孔： 新声源球面波传播，与原波形无关。,5 21,折射：声波遇到不同介质分界面、不同密度介质时，声波会发生折射，从而改变声波传递的方向。,结论： 同样的声音，夜间传播的距离比白天要远。,1。声音遇到障碍物时的特性,声折射,5 22,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.3 声音的传播特性,2。声音的衰减,传播衰减,点声源：,线声源：,面声源：,?,?,自由声场,非自由声场？,f（距离、声源性质）,r2=2r1,5 23,2。声音的衰减,吸收衰减,空气吸声量4mV,绿色植被吸收衰
12、减,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.3 声音的传播特性,日本研究资料：40m宽良好的植被可降低10-15dB,5 24,山田FIG3.3-3.4,吸收衰减： 空气吸收衰减=f（温度，湿度） 绿色植被吸收 =f（林带宽度，高度，配置） 气流和大气温度梯度的吸收,低温,高温,声源,声源,影,影,白天,晚上,影,声源,风,上空(密),地面(疎),上空(疎),地面(密),2。声音的衰减,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.3 声音的传播特性,5 25,1。封闭空间的声特性及方向性,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.4 室内声学特性,封闭空间的声特性,特点：,1。非自由声场,1。非自由声场
13、2。混想现象 3。声加强与减弱 4。回声等,5 26,声辐射的指向性： 高频语言纵向集中，中低频语言较均匀,1。封闭空间的声特性及方向性,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.4 室内声学特性,声辐射的方向性,5 27,混响是围蔽空间里的声学现象。,2。混响与混响时间,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.4 室内声学特性,混响概念,混响声源停止发声后，声场中还存在着来自各界面的迟到的反射声形成的“残留”现象,5 28,新建筑物理FIG3.1-23,声音停止发声后，室内声能立即开始衰减，声音自稳态声压级衰减60dB所需的时间称为混响时间 评价室内混响特性的参数。 混响时间的计算和确定主要用于指
14、导剧院、厅堂、教室等室内建筑材料的选择和布置、预测待建建筑声学效果、分析现有建筑的音质缺陷等。,混响时间T60/s,声压级LP/dB,声音开始,切断电源,稳态声级,2s,R,60dB,2。混响与混响时间,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.4 室内声学特性,混响时间的定义,5 29,声能密度E(t)，J/m2,室内吸声量越大，衰减越快 房间容积越大，衰减越慢,2。混响与混响时间,5.1 声音的基本概念及特性 5.1.4 室内声学特性,影响混响时间的主要因素,小者,大者,平均吸声系数,5 30,2。混响与混响时间,混响时间的确定,伊林公式：,伊林公式/考虑室内空气吸声：,赛宾公式：,A：房间的
15、总吸声量/m2；,：室内i表面的面积及其吸声系数,4m：空气吸收系数。,5 31,3。房间共振和共振频率,5.1.4 室内声学特性,共振概念：,声源频率与房间固有频率接近,驻波现象：,入射波与反射波相位相同，振幅叠加,声音失真,5 32,5.2 人的听觉特征及其对环境噪声的反应 5.2.1 人耳的听觉特性,=f（噪声暴露时间，）,最小可辨阈： 一般：Lp=1dB (在频率为：5010000Hz, Lp 50dB时),1。人耳的听觉范围,最低可听声： 在10005000Hz,5 33,响度级,大量听力试验,人耳声感/响度=f (频率,声压),N(sone/宋),LN(phon/方),以1000Hz时各声压级的响度为基准，定义其它Hz时的等响值，其连线即为等响度曲线。,问题：与1000Hz、40dB等响的125Hz声音的声压级是多少？,声压级/dB,频率/Hz,等响曲线（响度曲线）,等响度曲线,痛阈,5.2 人的听觉特征及其对环境噪声的反应 5.2.1 人耳的听觉特性,2。响度和响度级,5 34,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,掩蔽量因掩蔽效应听阈提高的分贝数 f (两声音声压级差，及其到达人耳的时间和相位，),？举例说明生活中的掩蔽效应及应用,频率相近的纯音掩蔽效果显著； 掩蔽音的声压级越高，掩蔽
