第4讲 建筑声学1 1一、声波及其描述1、声波：弹性介质中，机械振动由近及远的传播称为 声波2、声波存在条件：1）声源：不断振动的物体2）弹性介质：传播振动状态的媒质第1章建筑声学基本知识第1节声音的产生与传播2 23、声波的描述1）物理量的描述：波长入：振动在一个周期的时间所传播的距离声波波长范围：声波波长范围：1.7cm-17m 频率 f：质点在单位时间作完全振动的次数人耳所 能感觉到的频率大约在频率大约在2020000Hz2020000Hz之间之间声速 C：声波在单位时间所传播的距离3 3 声速的大小与介质的物理性质、温度有关声速的大小与介质的物理性质、温度有关空气中：空气中：C=331+0.6 m/sC=331+0.6 m/s 通常室温下空气中的声速为通常室温下空气中的声速为340M/S.340M/S.声速、波长和频率之间的关系：声速、波长和频率之间的关系：波长波长 =c/f =c/f MM声速声速 C=f C=f M/SM/S4 42）几何描述声场声场声场声场：有声波存在的空间有声波存在的空间有声波存在的空间有声波存在的空间l l波阵面波阵面波阵面波阵面：声波从声源出发，在介质中按一定：声波从声源出发，在介质中按一定：声波从声源出发，在介质中按一定：声波从声源出发，在介质中按一定 方方方方 向传播，在某时刻声波到达空间各点向传播，在某时刻声波到达空间各点向传播，在某时刻声波到达空间各点向传播，在某时刻声波到达空间各点 之包迹面。
之包迹面之包迹面之包迹面形状：形状：点声源点声源球面波球面波球面波球面波 线声波线声波柱面波柱面波柱面波柱面波 面声源面声源平面波平面波平面波平面波波阵面5 5声线声线：自声源发出代表声能传播方向的曲线，代表声代表声 音传播的方向，垂直于波阵面音传播的方向，垂直于波阵面仅在均匀、各向同性的介质中，声线是直线声线的意义：声线代表了声传播的方向但不考虑波动性，因此声传播问题得到了简化，它是一种研究声传播规律的简明工具几何声学：用声线来研究声传播的声学6 67 7 相 同 点 不 同 点振动：机械运动 质点平衡位置往返，能量守恒声波：机械振动 若干质点，各自平衡位置往返 能量传递 3）、声波与振动的区别8 81、声的绕射（衍射）1）现象：隔障碍物可听到声音2）定义：声波在经过障碍物时，其传播方向要发生改 变，能绕过障碍物继续前进的现象3）结论：障碍物尺度与声波波长相比足够大，该物体 对声传播才有影响，才能改变声的传播方 向特点：声波的特点：声波的频率越小，波长越长频率越小，波长越长绕射的现象越明显绕射的现象越明显举例：在建筑中由于声音的绕射造成的危害举例：在建筑中由于声音的绕射造成的危害二、声波的传播特性9 91010惠更斯原理：在任一时刻，波阵面上的各点都可以在任一时刻，波阵面上的各点都可以看作一个发射于波的新波源，在下一时刻，这些子波的看作一个发射于波的新波源，在下一时刻，这些子波的包迹面就是实际波源在此刻的新的波阵面。
包迹面就是实际波源在此刻的新的波阵面二、声波的传播特性111112122、声的反射1）现象：在较大的障碍物前（如墙等）或封闭空间 中，听见的声音较旷野大，甚至声源关闭 后，声音较长时间才消失2）定义：声波传到两个介质分界面时，部分声波从界 面返回原介质的现象3)反射条件：障碍物反射板的尺度充分大（大于波 长）13134）反射定律a反射线、入射线、法线在同一平面b反射线、入射线在法线的两侧c反射角=入射角5）典型反射面的应用平面镜象反射凹面形成声聚焦凸面声扩散（尺度应与比较）1414OO反射入射角入射角i等于反射角等于反射角 iOO特点特点：1、反射波就象从声波的映象反射波就象从声波的映象-O发出似的发出似的O-O 对称2、声线入射角等于反射角声线入射角等于反射角15153、声的透射1）现象：隔墙可以听到声音2）定义：声传播过程中，部分声能被反射、部分被吸收、部分透过障碍物继续传播本课程重点研究它的反面不透声隔声16164、吸声概念1）声传播的能量分配 Eo=Er+E+E 能量守恒2）反射系数 r=Er/Eo 透射系数 =E/Eo3）吸声系数 =1-r概念：从入射声能所在空间考虑，除反射声以外，均不会 引起该空间声场的变化，故认为除去反射声的声能 以外，均视为被围护结构所“吸声”。
定义：=（Eo-Er）/Eo=（E+Er）/Eo问题：窗洞的吸声系数多少？吸声系数不等于吸收系数！吸声系数不等于吸收系数！17175、声的干涉1）现象 在同一空间中可能出现的随位置的不同声 能分布不均匀，声音从而随位置变大或变 小，甚至声音沉寂的区域2）定义：两种频率相同，相位相同或相位差固定的 两列波叠加，在重叠区域某些位置振动加 强，另一些位置声振动减弱的现象3）结果：使声场分布极不均匀18186、大气的影响1）声折射从地表到几十公里的高空，空气的温度与密度随高度而变化，由于它们的不均匀性，从而大气层中的声速也是随位置而变化的由波的传播特性可知，声波将发生向声速较小的介质层折射1919白天：在太阳的热辐射下，地表很热，空气的温度随高度增加而逐渐减小，所以在白天地面附近的空气层中声线向上弯曲，这样在水平方向上声传播距离减小，听闻不佳夜间：地表向空中辐射能量（长波）迅速冷却，从而空气的温度随高度的增加而增加从高空到地面声速随高度减小而减小，声线向下弯曲在水平方向上声传播距离增大，听闻效果好问题：在设计露天剧场时可以如何利用此特性？问题：在设计露天剧场时可以如何利用此特性？2020白天气温随高度增加而减小，直到约40Km高空，再向上由于该层大气强烈吸收紫外线，而气温又上升，因此在40公里以上高空由于气温的升高，又折向地面故出现异常听闻区域。
2）空气的吸收由于空气分子间存在摩擦和热传导，使一部分声能转化为热能被消耗，其宏观表现为空气的吸收2121第一节第一节 总结总结2222声波 声音振动在弹性介质中传播声源：振动的物体声波的描述声波的传播特性声波的绕射声波的吸收声波的反射波波长长频频率率声速声声线线声声波波波波长长越越长长绕绕射射的的现现象象越越明明显显声声波波的的波波长长应应大大于于或或相相当当于于反反射射板板的的尺尺寸寸凹凹面面声声聚聚焦焦凸凸面面声声扩扩散散平平面面反反射射吸声系数点声源面声源2323问题：问题：1、楼上楼下的住户之间传声，你认为是由、楼上楼下的住户之间传声，你认为是由 于存在孔洞声音通过绕射现象造成的还于存在孔洞声音通过绕射现象造成的还 是通过金属管由于金属传声很快造成的是通过金属管由于金属传声很快造成的2、绕射现象会造成哪些危害？与建筑设计、绕射现象会造成哪些危害？与建筑设计 有哪些联系？有哪些联系？3、反射现象会造成哪些危害？又有哪些好、反射现象会造成哪些危害？又有哪些好 处？与建筑环境设计有哪些联系？处？与建筑环境设计有哪些联系？4、每种材料都有吸声的特性，你认为这种特、每种材料都有吸声的特性，你认为这种特 性在建筑环境设计中会有哪些用途？性在建筑环境设计中会有哪些用途？24241、声功率W：声源单位时间内声源向外辐射的声能（W瓦，W微瓦），声功率不等于电功率。
声功率不等于电功率1W声声功率是最大值功率是最大值第2节 声的计量与人的听觉特性一、声功率W、声强I、声压P25252.声强I：1）定义：单位时间通过垂直于声传播方向单位面积的声能量2）符号：I单位：W/m23）运算：I=W/S声强描述了声能在空间的分布声强描述了声能在空间的分布点声源、自由声场（如点声源、自由声场（如a图）图）：对于平面波，声线平行，声能无聚集或离散，对于平面波，声线平行，声能无聚集或离散，声强不变，与距离无关声强不变，与距离无关（如（如b图）图）：2626声强与声功率的关系I=W/S W:声功率 S：波阵面面积球面波声强与距离的平方成反比每倍距离衰减6dB27273.声压 1）定义：声波存在时的压强与无声波时压强间的差值声波通过时，大气压强的逾量值 符号：单位：Pa,帕斯卡 2）特点：标量3）分类（测量）瞬时、峰值、有效值4）声强与声压的关系：C C空气特性阻抗，空气特性阻抗，C=415 N.s/mC=415 N.s/m3 328285）运算：由能量相加推导出声压运算规律加法I=I1+I2减法平均29291.级的引入：1）声压变化数值范围大2)人耳对声的感觉特性 人对声的感觉量近似与声压值的对数成正比。
二、声功率级、声压级、声强级二、声功率级、声压级、声强级3030声强的变化范围大约:1万亿倍声压的变化范围大约:1百万倍用声强、声压计量很不方便人耳的感觉变化与声强和声压不成正比例，人耳的感觉变化与声强和声压不成正比例，而是近似地与他们的对数值成正比而是近似地与他们的对数值成正比由此引入了“级级”的概念级：主观与客观的结合31311.1.声功率级声功率级 (d dB)B)基准声功率级基准声功率级 W0=1012W 2.2.声强级声强级(d dB)B)基准声强基准声强 I0=1012W/m23.3.声压级声压级 (d dB)B)基准声压基准声压 p0=2105N/m2可闻阀值3232E、级的运算 实际问题中提出多个声源发声时相关的计量问题，如70dB与70dB的声叠加问题33333434 总声强 用声压运算 按级的定义推导级的运算法则1、n个相同声压相加：2、两个声压级分别为Lp1 和Lp2（设 ）总声压级：(10-22)(10-23)3535声源声级叠加：非线性！l l 两个声源叠加(I、P、W 声级同理)：l l n 个相同声源L1叠加：l l 两个相同声源叠加，声级增加了 10 lg2=3 dB L=3 dBL=3 dB36364、运算特点：1）不同声压级叠加，总声压级较其中大者的增加值3dB。
2）两个声压级间差值10dB 以上，总声压级较大者的增值0.5dB，增值很小，可忽略实际问题中的意义是：较小声级可忽略不计即对“干扰 与不干扰问题问题：0分贝与0分贝相叠加，声压级为多少？声压增加1倍，声压级增加多少分贝？3737两个不同声源叠加，差别超过两个不同声源叠加，差别超过1015 dB1015 dB，可以忽略可以忽略增加的声级数增加的声级数声源声级差声源声级差38383939【例10-1】测得某机器的噪声频带声压级如下：倍频程中心频率（HZ）631252505001000200040008000声压级（dB）90951009382757070声压级的大小排序 100、95、93、90、82dB100-95=5.0 查10-3表得1.2 +100=101.2101.2-93=8.2 查10-3表得0.6 +101.2=101.8101.8-90=11.8 查10-3表得0.3 +101.8=102.1102dB40401、声音既是一个客观物理量又是一个主观量频率相同，强度（声压级）不同频率相同，强度（声压级）不同响度不同响度不同 强度（声压级）相同，频率不同强度（声压级）相同，频率不同响度不同响度不同例：Lp=40dBf：1000Hz响52dB 100Hz判断：频率不同，声压级（强度）不同的两个判断：频率不同，声压级（强度）不同的两个 声音其响度一定不同吗？声音其响度一定不同吗？三、响度级、总声级和A声级41412、定义响度级、定义响度级A、选定标准声音：选定标准声音：1000Hz（纯音）纯音）Lp=50dBB、f1(2000Hz)（待测）待测）Lp48dB f2(100Hz)(待测）待测）Lp59dB 他们的响度级都是：他们的响度级都是：50方方定义：某频率声音的定义：某频率声音的响度级响度级等于根据听音判断为等于根据听音判断为等响的等响的1KHz 的声压级。
的声压级单位：单位：方方 1KHz的声压级为响度级的声压级为响度级42423、等响曲线1）现象：人耳对不同频率的声音，同频率声压级强度不同的声音均有不同的感觉。