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1、建筑声学与材料建筑声学与材料主讲主讲 戎志丹戎志丹2011.4.192011.4.192本章内容本章内容B 建筑声学建筑声学建筑声学建筑声学发发展展展展简简史史史史B 建筑声学基本知建筑声学基本知建筑声学基本知建筑声学基本知识识B 人体人体人体人体对对声声声声环环境的反境的反境的反境的反应应原理与噪声原理与噪声原理与噪声原理与噪声评评价价价价B 声音声音声音声音传传播与衰减原理播与衰减原理播与衰减原理播与衰减原理B 噪声控制与治理建筑声学材料与噪声控制与治理建筑声学材料与噪声控制与治理建筑声学材料与噪声控制与治理建筑声学材料与结结构构构构B 建筑声学材料与建筑声学材料与建筑声学材料与建筑声学材
2、料与结结构构构构l 为创造安静的环境，降低、隔绝和为创造安静的环境，降低、隔绝和 控制不需要的声音控制不需要的声音 - - 噪声控制噪声控制l 提供良好的听闻环境，满意的音质提供良好的听闻环境，满意的音质 - - 音质设计音质设计主要是音主要是音乐厅、剧院、礼堂、院、礼堂、报告告厅、多功能、多功能厅、电影院等。影院等。设计得好得好:音音质丰丰满、浑厚、有感厚、有感染力、染力、为演出和集会演出和集会创造良好造良好效果。效果。设计得不好:嘈杂、声音或干瘪或浑浊，听不清、听不好、听不见。音质设计音质设计 噪声的判断噪声的判断标准是什么？如何避免噪声？如何解决噪声？准是什么？如何避免噪声？如何解决噪声
3、？ 主要针对有安静主要针对有安静要求的房间，如要求的房间，如录音室、演播室、录音室、演播室、旅馆客房、居民旅馆客房、居民住宅卧室，等住宅卧室，等 环境噪声控制环境噪声控制6噪声控制的意义噪声控制的意义J 保保证居住者的健康居住者的健康J 提高提高劳动生生产率率J 保保证工工艺过程要求程要求第一节第一节建筑声学发展简史建筑声学发展简史音乐厅声学设计理论的出现音乐厅声学设计理论的出现从十九世从十九世纪开始，在开始，在维也也纳、莱比、莱比锡、格拉斯哥和巴塞、格拉斯哥和巴塞尔等城市，都建造了一些供演出的音等城市，都建造了一些供演出的音乐厅，这些十九世些十九世纪建造的音建造的音乐厅已反映出声学上的丰已反
4、映出声学上的丰硕成果，直到今天仍然有参考价成果，直到今天仍然有参考价值。到二十世到二十世纪，赛宾（Wallace Clement Sabine，1868-1919，哈佛大学物理学家、助教），哈佛大学物理学家、助教） 在在1898年第一个提出年第一个提出对厅堂堂物理性物理性质作定量化作定量化计算的公式算的公式混响混响时间公式，并确立了公式，并确立了近代近代厅堂声学，从此，堂声学，从此，厅堂音堂音质设计的的经验主主义时代代结束了。束了。室内声学设计的相关理论室内声学设计的相关理论(A) 马歇尔的侧向声原理：马歇尔的侧向声原理： 马歇歇尔（A. H. Marshall）提提出出了了“早早期期侧向向反
5、反射射声声”对音音质起起重重要要作作用用，认为需需要要有有较多多的的早早期期侧向向反反射射声声，使使听听者者有有置置身身于于音音乐之之中中的的一一种种“空空间印印象象（spatial impression）”感感觉，空空间感感对响响度度及及与与低低音音相关的温暖感很重要。相关的温暖感很重要。(B) IACC两耳互相关函数两耳互相关函数 日日本本声声学学家家安安藤藤四四一一（Y. Ando）教教授授在在70年年代代做做了了一一系系列列模模拟双双耳耳接接收收的的“内内耳耳互互相相关关”实验研研究究，实验表表明明音音质与与反反射射声声的的水水平平方方向向分分布布有有关关。定定义了了“双双耳耳听听觉互
6、互相相关关函函数数(IACC)”，它它表表示示两两耳耳上上的的信信号号之之间的相互关系，的相互关系，这种相互关系又是声种相互关系又是声场空空间感的量度。感的量度。现代的建筑声学现代的建筑声学B 1930年以后出年以后出现了了电影影B 声学材料的大量生声学材料的大量生产和和实验室室实验B 噪声噪声处理理问题在在现代社会中被重代社会中被重视第二节第二节建筑声学基本知识建筑声学基本知识1.1.1.1.声波的基本物理性质声波的基本物理性质声波的基本物理性质声波的基本物理性质2.2.2.2.声音的计量声音的计量声音的计量声音的计量1.声音是什么？声音是什么？BB 在弹性媒质中以声波的在弹性媒质中以声波的
7、在弹性媒质中以声波的在弹性媒质中以声波的方式传送出去的振动波方式传送出去的振动波方式传送出去的振动波方式传送出去的振动波BB 声源：振动的固体、液声源：振动的固体、液声源：振动的固体、液声源：振动的固体、液体、气体体、气体体、气体体、气体BB 声音的特性：波长声音的特性：波长声音的特性：波长声音的特性：波长 、频率频率频率频率 f f f f、声速、声速、声速、声速 c c c c波长波长波长波长 声源声源传声通道传声通道听者听者建筑声学的主要研究对象建筑声学的主要研究对象球面波球面波球面波球面波平面波平面波平面波平面波 13声音的传播速度声音的传播速度B 声速与媒声速与媒声速与媒声速与媒质质
8、的的的的弹弹性、密度和温度有关性、密度和温度有关性、密度和温度有关性、密度和温度有关B 空气中的声速：理想气体中空气中的声速：理想气体中空气中的声速：理想气体中空气中的声速：理想气体中JJ k k 绝热绝热指数，指数，指数，指数，R R 气体常数，气体常数，气体常数，气体常数，T T 绝对绝对温度。温度。温度。温度。JJ 空气中声速是温度的空气中声速是温度的空气中声速是温度的空气中声速是温度的单值单值函数。在建筑函数。在建筑函数。在建筑函数。在建筑环环境境境境领领域中域中域中域中变变化范化范化范化范围围很小，近似：很小，近似：很小，近似：很小，近似：340 340 m/sm/s B 固液体中的
9、声速固液体中的声速固液体中的声速固液体中的声速JJ 钢钢 5000 5000 m/sm/sJJ 松木松木松木松木 3320 3320 m/sm/sJJ 水水水水 1450 1450 m/sm/sJJ 软软木木木木 500 500 m/sm/s14声音的频带声音的频带B 人耳可以听人耳可以听人耳可以听人耳可以听见见范范范范围为围为 20 20000Hz20 20000HzB 人耳听不人耳听不人耳听不人耳听不见见的范的范的范的范围围JJ 20 Hz 20 Hz 以下：次声以下：次声以下：次声以下：次声JJ 20000 Hz 20000 Hz 以上：超声以上：超声以上：超声以上：超声 高频声高频声高
10、频声高频声低频声低频声低频声低频声中频声中频声中频声中频声31.25 Hz频率频率15声音的频带声音的频带BB 简谐简谐音（音（音（音（纯纯音）音）音）音）JJ 声声声声压变压变化化化化为为只有一个只有一个只有一个只有一个频频率的余弦函数的声音率的余弦函数的声音率的余弦函数的声音率的余弦函数的声音JJ 只需要只需要只需要只需要频频率率率率f f 和声和声和声和声压压幅幅幅幅值值P Pmm就可以描述就可以描述就可以描述就可以描述BB 复音复音复音复音JJ 周期性信号，含有基周期性信号，含有基周期性信号，含有基周期性信号，含有基频频和和和和谐频谐频，谐频谐频是基是基是基是基频频的整的整的整的整倍数
11、倍数倍数倍数JJ其其其其频谱图频谱图可以表示可以表示可以表示可以表示为为在基在基在基在基频频f f0 0和和和和2 2f f0 0、3 3f f0 0、 nfnf0 0 处处的一系列高矮不等的的一系列高矮不等的的一系列高矮不等的的一系列高矮不等的竖竖直直直直线线线线状状状状谱谱( (离散离散离散离散谱谱) )BB普通声响普通声响普通声响普通声响频谱频谱一般一般一般一般为连续频谱为连续频谱16乐声的线状谱乐声的线状谱B音音调的高低取决于基的高低取决于基频，而音色取决于，而音色取决于谐频分量的构成分量的构成基频基频谐频谐频880, 1320, 1760, 2200, 880, 1320, 1760
12、, 2200, 2640, 3080, 35202640, 3080, 352017普通声响频谱一般为连续频谱普通声响频谱一般为连续频谱18B 频频程程程程J把声把声把声把声频频范范范范围围划分成几个划分成几个划分成几个划分成几个频频段，称作段，称作段，称作段，称作频频程程程程或或或或频带频带B 倍倍倍倍频频程程程程J两个两个两个两个频频率之比率之比率之比率之比为为2:12:1的的的的频频程。一般用倍程。一般用倍程。一般用倍程。一般用倍频频程划分程划分程划分程划分频带频带，中心，中心，中心，中心频频率分率分率分率分别为别为：31.3(31.25)31.3(31.25)、63(62.5)63(6
13、2.5)、125125、250250、500500、10001000、20002000、4000 4000 、8000 Hz8000 Hz。192. 声音的计量声音的计量B 声功率声功率声功率声功率WW：声源在：声源在：声源在：声源在单单位位位位时间时间内内内内对对外外外外辐辐射的声能，射的声能，射的声能，射的声能，即在全部可听范即在全部可听范即在全部可听范即在全部可听范围围所所所所辐辐射的功率，射的功率，射的功率，射的功率，单单位位位位WW。也。也。也。也可特指在某个有限可特指在某个有限可特指在某个有限可特指在某个有限频频率范率范率范率范围围所所所所辐辐射的功率，亦射的功率，亦射的功率，亦射
14、的功率，亦称称称称频带频带声功率。声功率。声功率。声功率。B 声声声声强强 I I：单单位位位位时间时间内通内通内通内通过过垂直于垂直于垂直于垂直于传传播方向上播方向上播方向上播方向上单单位面位面位面位面积积的平均声功率，的平均声功率，的平均声功率，的平均声功率，W/mW/m2 2。B 声声声声压压 p p：声波的：声波的：声波的：声波的压强压强与媒与媒与媒与媒质质的静的静的静的静压压之差，之差，之差，之差，Pa Pa 媒质的密度媒质的密度媒质的密度媒质的密度（c为声速）20听觉范围听觉范围量级差非常大量级差非常大BB 可可可可闻阈闻阈( (听听听听阈阈) ) 人耳人耳人耳人耳刚刚能感受的声音
15、能感受的声音能感受的声音能感受的声音p p0 0=210=210-5 -5 PaPaI I0 0=110=110-12 -12 W/mW/m2 2BB 疼痛阈疼痛阈疼痛阈疼痛阈 闻之闻之闻之闻之人耳则人耳则人耳则人耳则痛痛痛痛，p p p p=200 Pa=200 Pa=200 Pa=200 Pa，I I I I =100 W/m=100 W/m=100 W/m=100 W/m2 2 2 2BB 烦恼阈烦恼阈烦恼阈烦恼阈 闻之烦恼不安闻之烦恼不安闻之烦恼不安闻之烦恼不安p p p p0 0 0 0=20=20=20=20 PaPaPaPa，I I I I0 0 0 0=1W/m=1W/m=1W
16、/m=1W/m2 2 2 221声音的度量声音的度量B 分分贝标度和声度和声级L ，单位位dBJ 设立的必要性立的必要性 数据范数据范数据范数据范围围太大，如太大，如太大，如太大，如 2102105 5Pa 20PaPa 20Pa 人的听人的听人的听人的听觉觉响响响响应应与声与声与声与声强强、声、声、声、声压压呈呈呈呈对对数关系数关系数关系数关系J 声声强级J 声声压级J 声功率声功率级可闻阈值可闻阈值可闻阈值可闻阈值110110-12-12WW22声源的扩散和叠加特性声源的扩散和叠加特性B 点声源的声功率和声点声源的声功率和声点声源的声功率和声点声源的声功率和声强：声音球面扩散强：声音球面扩
17、散强：声音球面扩散强：声音球面扩散B 声强可以直接叠加，声强可以直接叠加，声强可以直接叠加，声强可以直接叠加，故有故有故有故有: : : : B 总声压是各声压的均总声压是各声压的均总声压是各声压的均总声压是各声压的均方根方根方根方根: : : :r rWW如何利用声压得到如何利用声压得到如何利用声压得到如何利用声压得到声强和声功率呢？声强和声功率呢？声强和声功率呢？声强和声功率呢？ 在自由声场中测声压在自由声场中测声压在自由声场中测声压在自由声场中测声压p p 距声源的距离距声源的距离距声源的距离距声源的距离r r23声源声级叠加：非线性！声源声级叠加：非线性！B 两个声源叠加两个声源叠加两
18、个声源叠加两个声源叠加( (I I、P P、W W 声声声声级级同理同理同理同理) )：B n n 个相同声源个相同声源个相同声源个相同声源L L1 1叠加：叠加：叠加：叠加：B 两个相同声源叠加，声两个相同声源叠加，声两个相同声源叠加，声两个相同声源叠加，声级级增加了增加了增加了增加了 1010lglg2 = 3 dB 2 = 3 dB L = 3 dBL = 3 dB24声源的指向性声源的指向性BB在距声源中心等距离的不同在距声源中心等距离的不同在距声源中心等距离的不同在距声源中心等距离的不同方向的空间位置处的声压方向的空间位置处的声压方向的空间位置处的声压方向的空间位置处的声压级不相等级
19、不相等级不相等级不相等BB指向性指数指向性指数指向性指数指向性指数DIDIDIDI在离声源在离声源在离声源在离声源相同距离相同距离相同距离相同距离r r r r 处，某个方向的处，某个方向的处，某个方向的处，某个方向的实际声压级实际声压级实际声压级实际声压级L L L Lp p p p( ( ( (r r r r, , ), , ), , ), , )与与与与参考声压级参考声压级参考声压级参考声压级L L L Lp0p0p0p0( ( ( (r r r r) ) ) )之差之差之差之差BB 指向性因数指向性因数指向性因数指向性因数Q Q Q Q 实际声实际声实际声实际声强强强强I I I I
20、( ( ( (r r r r, , ), , ), , ), , )与参考声与参考声与参考声与参考声强强强强I I I I0 0 0 0( ( ( (r r r r ) ) ) )的的的的比值比值比值比值。BBQ Q Q Q与指向性指数与指向性指数与指向性指数与指向性指数DIDIDIDI的关系：的关系：的关系：的关系：DI = 10 DI = 10 DI = 10 DI = 10 lglglglg Q Q Q Q 参考声压参考声压参考声压参考声压L L L Lp0p0p0p0( ( ( (r r r r) ) ) )参考声强参考声强参考声强参考声强I I I I0 0 0 0( ( ( (r
21、r r r) ) ) )无方向性的点声源形成的声压场无方向性的点声源形成的声压场无方向性的点声源形成的声压场无方向性的点声源形成的声压场25S0为声源面积，为声源面积，f 为频率，为频率，IIV是声源的是声源的4种位置种位置指向性因数指向性因数Q QB 声源尺寸比波声源尺寸比波声源尺寸比波声源尺寸比波长长大得越多，指向大得越多，指向大得越多，指向大得越多，指向性就越性就越性就越性就越强强 B 指向性与指向性与指向性与指向性与边边界界界界对对声波自由声波自由声波自由声波自由扩扩散散散散的阻碍有关的阻碍有关的阻碍有关的阻碍有关 B 处处于喇叭状角于喇叭状角于喇叭状角于喇叭状角落，指向性最落，指向性
22、最落，指向性最落，指向性最强强第三节第三节人体对声环境的反应人体对声环境的反应原理与噪声评价原理与噪声评价1.1.人的主观听觉特性人的主观听觉特性人的主观听觉特性人的主观听觉特性2.2.噪声的评价噪声的评价噪声的评价噪声的评价3.3.噪声的标准噪声的标准噪声的标准噪声的标准27人的主观听觉特性人的主观听觉特性B 什么是噪声？什么是噪声？什么是噪声？什么是噪声？ 人人人人们们不愿意听到的任何声音不愿意听到的任何声音不愿意听到的任何声音不愿意听到的任何声音空气声：经空气和空气声：经空气和空气声：经空气和空气声：经空气和围护结构传播围护结构传播围护结构传播围护结构传播固体声：振动噪声固体声：振动噪声
23、固体声：振动噪声固体声：振动噪声28听觉机构听觉机构 自由场最小可听阈自由场最小可听阈自由场最小可听阈自由场最小可听阈烦恼阈烦恼阈烦恼阈烦恼阈疼痛阈疼痛阈疼痛阈疼痛阈29人人耳耳的的听听觉觉特特征征BB 特征：特征：特征：特征：对对高高高高频频声比声比声比声比对对低低低低频频声敏感声敏感声敏感声敏感BB响度响度响度响度级级：用：用：用：用1000 Hz 1000 Hz 纯纯音的声音的声音的声音的声压级压级代表其代表其代表其代表其等响曲等响曲等响曲等响曲线线的响度的响度的响度的响度级级，单单位位位位PhonPhon（方）（方）（方）（方）等响曲线等响曲线等响曲线等响曲线听阈听阈痛阈痛阈30声级计
24、声级计：A A、B B、C C、D D计权网络计权网络 BB声声声声级计为级计为模模模模拟拟人耳听人耳听人耳听人耳听觉觉而而而而进进行行行行滤滤波，分波，分波，分波，分别别模模模模拟拟人耳人耳人耳人耳对对4040方方方方、7070方和方和方和方和100100方方方方纯纯音的反音的反音的反音的反应应而得到而得到而得到而得到A A、B B、C C三种三种三种三种计权计权方式方式方式方式。D D计权计权用用用用于于于于测测量航空噪声。量航空噪声。量航空噪声。量航空噪声。BB对对不同的不同的不同的不同的频频率有不同的衰减。率有不同的衰减。率有不同的衰减。率有不同的衰减。1000Hz1000Hz的衰减均
25、的衰减均的衰减均的衰减均为为是是是是0 0。 31掩蔽效应掩蔽效应BB 一种声音存在提高了一种声音存在提高了一种声音存在提高了一种声音存在提高了另一种声音的可闻阈另一种声音的可闻阈另一种声音的可闻阈另一种声音的可闻阈BB 频率频率频率频率相近则掩蔽作用相近则掩蔽作用相近则掩蔽作用相近则掩蔽作用显著；对高频掩蔽作用显著；对高频掩蔽作用显著；对高频掩蔽作用显著；对高频掩蔽作用比对低频掩蔽作用大比对低频掩蔽作用大比对低频掩蔽作用大比对低频掩蔽作用大BB 有利有弊有利有弊有利有弊有利有弊JJ 弊：听不清要听的弊：听不清要听的弊：听不清要听的弊：听不清要听的内容，降低工作效内容，降低工作效内容，降低工作
26、效内容，降低工作效率率率率JJ 利：避免一些噪声利：避免一些噪声利：避免一些噪声利：避免一些噪声的干扰，提高工作的干扰，提高工作的干扰，提高工作的干扰，提高工作效率效率效率效率掩蔽音的声压级掩蔽音的声压级被掩蔽音的声压级被掩蔽音的声压级dB32掩蔽效应掩蔽效应B 适合的掩蔽背景声的特点适合的掩蔽背景声的特点适合的掩蔽背景声的特点适合的掩蔽背景声的特点JJ 无表达含无表达含无表达含无表达含义义JJ 响度不大响度不大响度不大响度不大JJ 连续连续JJ 无方位感无方位感无方位感无方位感B 掩蔽背景声掩蔽背景声掩蔽背景声掩蔽背景声JJ 低响度低响度低响度低响度的空的空的空的空调调通通通通风风系系系系统
27、统噪声往往是很好的掩噪声往往是很好的掩噪声往往是很好的掩噪声往往是很好的掩蔽背景声蔽背景声蔽背景声蔽背景声JJ 轻轻微的音微的音微的音微的音乐乐声声声声JJ 隐约隐约的的的的语语言声言声言声言声33日本办公楼噪声干扰感觉的调查日本办公楼噪声干扰感觉的调查34我国的室内噪声标准我国的室内噪声标准 房房房房间类间类型型型型NR(dBNR(dB) ) A A声声声声级级dB(AdB(A) ) 卧室、卧室、卧室、卧室、书书房、病房房、病房房、病房房、病房3545 3545 4050 4050 起居室起居室起居室起居室40454045 4050 4050 语语言教室言教室言教室言教室3535 40 40
28、 一般教室一般教室一般教室一般教室4545 50 50 门诊门诊室室室室5055 5055 5560 5560 手手手手术术室室室室40454045 4050 4050 宾馆宾馆客房客房客房客房30453045 3550 3550 会会会会议议室室室室3030 35 35 学学学学术报术报告告告告厅厅、阅览阅览室室室室2525 30 30 室内室内室内室内乐乐、演唱、演唱、演唱、演唱厅厅2020 25 25 办办公室公室公室公室3535 40 40 宴会宴会宴会宴会厅厅3535 40 4035噪声评价：噪声评价：A A声级声级B用用用用A A A A计权方式计权方式计权方式计权方式测得的噪声级
29、称作测得的噪声级称作测得的噪声级称作测得的噪声级称作A A A A声级，是一声级，是一声级，是一声级，是一个综合叠加得到的单一的数值。个综合叠加得到的单一的数值。个综合叠加得到的单一的数值。个综合叠加得到的单一的数值。B环境噪声响度多在环境噪声响度多在环境噪声响度多在环境噪声响度多在40404040方方方方上下，故上下，故上下，故上下，故A A A A声级能够声级能够声级能够声级能够较好地反映人对噪声的主观反应。较好地反映人对噪声的主观反应。较好地反映人对噪声的主观反应。较好地反映人对噪声的主观反应。B A A A A声级声级声级声级L L L LA A A A( ( ( (或或或或L L L
30、 LpApApApA) ) ) )JJ 针对稳态噪声。对于一个噪声的倍频带谱针对稳态噪声。对于一个噪声的倍频带谱针对稳态噪声。对于一个噪声的倍频带谱针对稳态噪声。对于一个噪声的倍频带谱 ：36噪声评价：噪声评价：A A声级声级B 等效等效等效等效连续连续A A声声声声级级JJ 针对针对声声声声级级随随随随时间变时间变化的噪声，在一段化的噪声，在一段化的噪声，在一段化的噪声，在一段时间时间内内内内能量平均的等效声能量平均的等效声能量平均的等效声能量平均的等效声级级B 累累累累积积分布声分布声分布声分布声级级L LX X JJ用随机噪声声用随机噪声声用随机噪声声用随机噪声声级级出出出出现现的累的累
31、的累的累积积概率来表示概率来表示概率来表示概率来表示: :例如例如例如例如L L101070dB70dB，表示有，表示有，表示有，表示有10%10%的的的的测测量量量量时间时间内声内声内声内声级级超超超超过过70dB 70dB 离散噪声离散噪声离散噪声离散噪声37噪声评价曲线：噪声评价曲线：NRNRNRNR( (Noise Rating)Noise Rating)Noise Rating)Noise Rating)BB 单值单值A A声声声声级级不能反不能反不能反不能反映噪声的映噪声的映噪声的映噪声的频谱频谱特性特性特性特性BB NRNR曲曲曲曲线线：中国、：中国、：中国、：中国、欧洲常用，欧
32、洲常用，欧洲常用，欧洲常用，ISOISO推荐推荐推荐推荐BB 考考考考虑虑了低了低了低了低频频噪声噪声噪声噪声难难消除的因素消除的因素消除的因素消除的因素BBL LA A =NR+5 dB =NR+5 dB38噪声评价曲线：噪声评价曲线：NCNCBB NC NC曲曲曲曲线线(Noise (Noise Criterion Curves)Criterion Curves)，BeranekBeranek于于于于19571957年提出，年提出，年提出，年提出，19681968年开始年开始年开始年开始实实施。施。施。施。ISOISO推荐，英、美、日常用。推荐，英、美、日常用。推荐，英、美、日常用。推荐，
33、英、美、日常用。BB 对对低低低低频频的要求比的要求比的要求比的要求比NRNR曲曲曲曲线线苛刻苛刻苛刻苛刻BBL LA A =NC+10 dB =NC+10 dBBB NC NCNRNR5 539噪声评价曲线：噪声评价曲线：PNCPNCBB PNC(PreferredPNC(Preferred Noise Curves)Noise Curves)是是是是对对NCNC曲曲曲曲线进线进行的修行的修行的修行的修正正正正BB 对对低低低低频频部分更部分更部分更部分更进进一一一一步步步步进进行了降低行了降低行了降低行了降低BB PNC=3.5+NCPNC=3.5+NC第四节第四节声音传播与衰减原理声音传
34、播与衰减原理41声音的传播规律声音的传播规律B 遇到障碍物：反射、散射、衍射遇到障碍物：反射、散射、衍射遇到障碍物：反射、散射、衍射遇到障碍物：反射、散射、衍射( (绕绕射射射射) )A AE E 障碍物相对波长的尺度由大至小障碍物相对波长的尺度由大至小障碍物相对波长的尺度由大至小障碍物相对波长的尺度由大至小42声音的透射和吸收声音的透射和吸收吸收吸收透射透射吸收吸收透射透射透射透射 反射反射反射反射 入射入射入射入射透射系数透射系数透射系数透射系数反射系数反射系数反射系数反射系数吸声系数吸声系数吸声系数吸声系数围护结构隔声量：围护结构隔声量：围护结构隔声量：围护结构隔声量：一般情况下，透射部
35、分的能量要小于反射部分的能量一般情况下，透射部分的能量要小于反射部分的能量一般情况下，透射部分的能量要小于反射部分的能量一般情况下，透射部分的能量要小于反射部分的能量 值小的材料称为值小的材料称为值小的材料称为值小的材料称为“隔声材料隔声材料隔声材料隔声材料”; ; ; ; 值小的称为值小的称为值小的称为值小的称为“吸声材料吸声材料吸声材料吸声材料”43情况情况1：在在自由场自由场的声音的传播和衰减的声音的传播和衰减B 对于点声源对于点声源对于点声源对于点声源相对参考值相对参考值相对参考值相对参考值6dB6dB3dB3dB44情况情况2：声音在声音在室内空间室内空间中的传播中的传播 B 室内声
36、场室内声场室内声场室内声场JJ由直达声与多次反射声组成由直达声与多次反射声组成由直达声与多次反射声组成由直达声与多次反射声组成JJ声音比自由声场大，且不随距离声音比自由声场大，且不随距离声音比自由声场大，且不随距离声音比自由声场大，且不随距离平方衰减平方衰减平方衰减平方衰减JJ有有有有“ “混响现象混响现象混响现象混响现象 ” ”B 平均吸声系数平均吸声系数平均吸声系数平均吸声系数B室内声级随时间室内声级随时间室内声级随时间室内声级随时间t t t t 衰减量衰减量衰减量衰减量 房间容积房间容积房间容积房间容积 房间界面总房间界面总房间界面总房间界面总面积面积面积面积 45声能密度声能密度声能
37、密度声能密度D Dt t，J/mJ/m3 3 声音在室内的增长和衰减声音在室内的增长和衰减B 室内吸声量越大，衰减越快室内吸声量越大，衰减越快室内吸声量越大，衰减越快室内吸声量越大，衰减越快B 房间容积越大，衰减越慢房间容积越大，衰减越慢房间容积越大，衰减越慢房间容积越大，衰减越慢 停止发声后衰减停止发声后衰减停止发声后衰减停止发声后衰减60dB60dB的时间称为混响时间：的时间称为混响时间：的时间称为混响时间：的时间称为混响时间： 混响时间混响时间B混响时间混响时间T T6060：从声源发出声音到衰减了：从声源发出声音到衰减了60dB60dB，声波，声波的能量只剩下百万分之一所需的时间。的能
38、量只剩下百万分之一所需的时间。Lp声压级T衰减时间B 赛宾公式：赛宾公式：B 艾润公式：艾润公式：最佳混响时间最佳混响时间B 对于于语言言，一般混响，一般混响时间要短要短些，以保些，以保证语言的清晰度言的清晰度B 对于音于音乐，混响，混响时间长一些，可以使音一些，可以使音乐更更丰丰满，低音更有力度，低音更有力度B 房房间尺寸小尺寸小时，混响，混响时间比比较短短，反之反之，则要要长些。些。49r rr rL Lp pL Lp pL LWWL LWWS0为声源面积，为声源面积，f 为频率，为频率，IIV是声源的是声源的4种位置种位置指向性因数指向性因数QAB室内的声压级室内的声压级BB 室内某点声
39、室内某点声室内某点声室内某点声压级压级BB QQ指向性因数，指向性因数，指向性因数，指向性因数，取决与声源与接收取决与声源与接收取决与声源与接收取决与声源与接收点的相点的相点的相点的相对对关系关系关系关系BB R R房房房房间间常数常数常数常数BB S S房房房房间总间总表面表面表面表面积积BB a a平均吸声系数平均吸声系数平均吸声系数平均吸声系数室内的声压级室内的声压级B 吸声降噪：吸声降噪：吸声降噪：吸声降噪：JJ当房当房当房当房间间界面吸声系数界面吸声系数界面吸声系数界面吸声系数R R很小很小很小很小时时；进进行吸声行吸声行吸声行吸声处处理，理，理，理，增加界面吸声系数增加界面吸声系数
40、增加界面吸声系数增加界面吸声系数R R ，就可以使，就可以使，就可以使，就可以使LpLp减小，达到减小，达到减小，达到减小，达到降低噪声的效果降低噪声的效果降低噪声的效果降低噪声的效果JJ 但是，吸声增加，不能改但是，吸声增加，不能改但是，吸声增加，不能改但是，吸声增加，不能改变变直达声，即直达声，即直达声，即直达声，即不会改不会改不会改不会改变变第五节第五节 噪声控制与治理噪声控制与治理1.1.1.1.吸声吸声吸声吸声2.2.2.2.消声消声消声消声3.3.3.3.隔声隔声隔声隔声4.4.4.4.隔振与阻尼隔振与阻尼隔振与阻尼隔振与阻尼5.5.5.5.有源减噪技术有源减噪技术有源减噪技术有源
41、减噪技术6.6.6.6.掩蔽掩蔽掩蔽掩蔽7.7.7.7.涂抹阻尼材料涂抹阻尼材料涂抹阻尼材料涂抹阻尼材料B控制噪声的最根本的控制噪声的最根本的办办法法就是就是从声源上控制它从声源上控制它B几种常用的噪声控制技几种常用的噪声控制技术术：吸声、消声、隔声、隔吸声、消声、隔声、隔振、阻尼等。振、阻尼等。 一、吸 声B用吸声材料装用吸声材料装饰饰在房在房间间的内表面的内表面 , , 或在室内或在室内悬悬挂空挂空间间吸声体吸声体 , , 房房间间内的反射声就会被吸掉内的反射声就会被吸掉 , , 房房间间内的噪声内的噪声级级就会降低。就会降低。这这种控制噪声的方法就叫种控制噪声的方法就叫吸声吸声。B吸声材
42、料吸声材料用的是一些多孔、透气的材料用的是一些多孔、透气的材料 , , 如玻璃棉、如玻璃棉、矿矿渣棉、泡沫塑料、毛毡、吸声渣棉、泡沫塑料、毛毡、吸声砖砖、木、木丝丝板、甘庶板等板、甘庶板等B吸声材料吸声材料对对于高于高频频噪声有很好的效果噪声有很好的效果 , , 对对于低于低频频噪声噪声 , , 吸声材料不是很有效。吸声材料不是很有效。B最常最常见见的的共振吸声共振吸声结结构构是穿孔板共振吸声是穿孔板共振吸声结结构构, ,一般可一般可以降低噪声以降低噪声 5 5dBdB-10-10dBdB 二、消 声B消声是消除空气消声是消除空气动动力性噪声的方法。力性噪声的方法。B消声器消声器的作用：的作用
43、：阻止或减弱噪声阻止或减弱噪声传传播而允播而允许许气流通气流通过过B消声器消声器结结构形式很多构形式很多 阻性消声器阻性消声器是利用吸声材料消声的。是利用吸声材料消声的。 对对于低于低频频噪声噪声, ,常采用常采用抗性消声器抗性消声器。 阻抗复合消声器阻抗复合消声器消声量大消声量大 , , 消声消声频频率范率范围宽围宽。三、隔 声B 把把发发声的物体或需要安静的声的物体或需要安静的场场所封所封闭闭在一个小的在一个小的空空间间中中, ,使它与周使它与周围环围环境隔境隔绝绝, ,这这种方法叫隔声。种方法叫隔声。B 典型的隔声措施是典型的隔声措施是：隔声罩、隔声隔声罩、隔声间间、隔声屏、隔声屏 声屏
44、障B我国我国铁路自路自1997年起至今已年起至今已进行了六次大提速，并且行了六次大提速，并且“十一五十一五”期期间将有将有5300多公里路多公里路线时速将达到速将达到200公里以上公里以上B我国近几年已批准立我国近几年已批准立项或开工的客运或开工的客运专线有以下有以下9条：条：武广、武广、郑西、石太、京津、合武、合宁、甬温、温福、西、石太、京津、合武、合宁、甬温、温福、福厦，各条福厦，各条线的速度目的速度目标值为200km/h350km/h。B从从2006年到年到2010年，中国投年，中国投资12500亿元人民元人民币，建，建设17000公里公里铁路新路新线。其中。其中时速速200公里以上的客
45、公里以上的客运运专线7000公里，公里，300公里以上的客运公里以上的客运专线大大约5457公里。公里。声屏障B在列在列车车速达到一定速达到一定值后，会后，会带来来许多空气多空气动力学力学问题B高速行高速行驶的列的列车使列使列车周周围的空气的空气产生生强烈烈扰动,当行当行驶的列的列车通通过声屏障瞬声屏障瞬间,这一一扰动将会加将会加剧,这将引起声将引起声屏障表面的空气屏障表面的空气压力力发生突生突变,形成一种瞬形成一种瞬态压力冲力冲击,在极短在极短时间内相内相继出出现正、正、负压力峰力峰值 。B德国科隆至法德国科隆至法兰克福段声屏障在克福段声屏障在结构构设计时没有考没有考虑脉脉动力的影响，力的影
46、响，2003年当列年当列车在运行速度超在运行速度超过250km/h时，产生很大的列生很大的列车脉脉动力，声屏障会随之力，声屏障会随之发生波状的振生波状的振动，该振振动使两使两侧的金属声屏障的金属声屏障结构几乎全部受到不同程度构几乎全部受到不同程度的的损伤，金属声屏障背板在脉，金属声屏障背板在脉动力作用下象力作用下象纸片一片一样呈呈波浪形振波浪形振动，铝合金合金单元板跨中断裂，两端元板跨中断裂，两端连接接处遭受遭受破坏破坏四、隔振与阻尼B为为了减少机器振了减少机器振动动通通过过基基础传给础传给其他建筑物其他建筑物 , , 通常的通常的办办法就是防止法就是防止机械基机械基础础与其他与其他结结构的构
47、的刚刚性性连连接接 , , 这这种方法就叫种方法就叫基基础础隔振隔振B主要措施有三种主要措施有三种 在机器基在机器基础础与其他与其他结结构之构之间铺设间铺设具有一定具有一定弹弹性的性的软软材料材料 在机器上安装在机器上安装设计设计合理的减振器。合理的减振器。 在机器周在机器周围围挖一定深度的沟挖一定深度的沟, 也能起到隔振作用也能起到隔振作用 B为为了提高隔振效果了提高隔振效果 , , 可将可将三种措施三种措施综综合利用合利用 五、有源减噪技术B 利用利用电电子子线线路和路和扩扩声声设备产设备产生与噪声的相位生与噪声的相位相反的声音相反的声音反声反声, , 来抵来抵销销原有的噪声而原有的噪声而
48、达到减噪目的的技达到减噪目的的技术术B 有源减噪的有源减噪的仪仪器系器系统统 主要包括主要包括传传声器、放大器、反相装置、功率声器、放大器、反相装置、功率放大器和放大器和扬扬声器。声器。60六、掩蔽Sound MaskBB 用途用途用途用途1 1：大型敞开式：大型敞开式：大型敞开式：大型敞开式办办公室，减少相互干公室，减少相互干公室，减少相互干公室，减少相互干扰扰。BB 可利用适当的空可利用适当的空可利用适当的空可利用适当的空调调系系系系统统的背景噪声。的背景噪声。的背景噪声。的背景噪声。61用途用途2 2 2 2：减少降低外部传入噪声的代价：减少降低外部传入噪声的代价七、涂抹阻尼材料 B阻尼
49、材料就是内阻尼材料就是内损损耗大的材料。耗大的材料。B常常见阻尼材料：阻尼材料： 746 阻尼阻尼浆浆、沥沥青、青、软软橡胶以及一些高分子涂料。橡胶以及一些高分子涂料。 B阻尼材料阻尼材料应应具具备备尽可能高的尽可能高的阻尼系数阻尼系数, 并与金属板能并与金属板能紧紧密粘密粘结结。第六节第六节建筑声学材料与结构建筑声学材料与结构 需要了解需要了解p吸声材料吸声材料：材料的吸声机理、如何：材料的吸声机理、如何测定定材料的吸声系数、不同吸声材料的材料的吸声系数、不同吸声材料的应用，等用，等p隔声材料隔声材料：材料的隔声机理，如何提高：材料的隔声机理，如何提高材料的隔声性能，材料的隔声性能材料的隔声
50、性能，材料的隔声性能评定，材定，材料隔振的机理，不同材料隔振效果，等料隔振的机理，不同材料隔振效果，等65吸声材料和吸声结构吸声材料和吸声结构B 吸声材料的吸声系数和吸声量吸声材料的吸声系数和吸声量吸声材料的吸声系数和吸声量吸声材料的吸声系数和吸声量 JJ 吸声系数吸声系数吸声系数吸声系数a a：吸收声占入射声的比例：吸收声占入射声的比例：吸收声占入射声的比例：吸收声占入射声的比例JJ吸声特性和声波入射角度有关吸声特性和声波入射角度有关吸声特性和声波入射角度有关吸声特性和声波入射角度有关均匀方向均匀方向均匀方向均匀方向的称作的称作的称作的称作“ “无无无无规规入射入射入射入射” ”或或或或“
51、“扩扩散入射散入射散入射散入射” ”室内声学室内声学室内声学室内声学设计设计中通常用中通常用中通常用中通常用扩扩散入射吸声系数散入射吸声系数散入射吸声系数散入射吸声系数而在消声器而在消声器而在消声器而在消声器设计设计中通常用垂直入射吸声系数中通常用垂直入射吸声系数中通常用垂直入射吸声系数中通常用垂直入射吸声系数 JJ 同一种材料和同一种材料和同一种材料和同一种材料和结结构构构构对对于不同于不同于不同于不同频频率的声波有率的声波有率的声波有率的声波有不同的吸声系数。不同的吸声系数。不同的吸声系数。不同的吸声系数。 JJ 吸声构件的吸声构件的吸声构件的吸声构件的实际实际吸声量与吸声构件的吸声量与吸
52、声构件的吸声量与吸声构件的吸声量与吸声构件的围围蔽蔽蔽蔽面面面面积积有关：有关：有关：有关：A AaSaS 66B 多孔吸声材料多孔吸声材料多孔吸声材料多孔吸声材料JJ 微孔很多且相互微孔很多且相互微孔很多且相互微孔很多且相互连连通，吸收多，反射少，通，吸收多，反射少，通，吸收多，反射少，通，吸收多，反射少，效果好，如效果好，如效果好，如效果好，如纤维纤维板、毛毡、板、毛毡、板、毛毡、板、毛毡、矿矿棉棉棉棉JJ 微孔靠得很近却不相通，效果不好，如泡微孔靠得很近却不相通，效果不好，如泡微孔靠得很近却不相通，效果不好，如泡微孔靠得很近却不相通，效果不好，如泡沫沫沫沫树树脂、多孔橡胶脂、多孔橡胶脂、
53、多孔橡胶脂、多孔橡胶B 共振吸声共振吸声共振吸声共振吸声结结构构构构JJ薄膜、薄板共振吸声薄膜、薄板共振吸声薄膜、薄板共振吸声薄膜、薄板共振吸声结结构构构构JJ 空腔、穿孔板共振吸声空腔、穿孔板共振吸声空腔、穿孔板共振吸声空腔、穿孔板共振吸声结结构构构构B 空空空空间间吸声体吸声体吸声体吸声体67吸声材料吸声原理吸声材料吸声原理BB 声波声波声波声波导导致空气在吸声材料中行致空气在吸声材料中行致空气在吸声材料中行致空气在吸声材料中行进进、反射、折射、反射、折射、反射、折射、反射、折射过过程中程中程中程中产产生摩擦而生摩擦而生摩擦而生摩擦而损损耗声能，耗声能，耗声能，耗声能，转变为热转变为热能能
54、能能BB 吸声材料也容易透声吸声材料也容易透声吸声材料也容易透声吸声材料也容易透声68吸声材料的频谱特性吸声材料的频谱特性高频较易消除高频较易消除吸声材料与结构吸声材料与结构微 穿 孔 板植物纤维环保材料72薄薄膜膜 薄薄板板共共振振吸吸声声结结构构B 不透气薄膜薄板与板壁不透气薄膜薄板与板壁不透气薄膜薄板与板壁不透气薄膜薄板与板壁间间有一空气有一空气有一空气有一空气夹层夹层，薄膜、薄板振，薄膜、薄板振，薄膜、薄板振，薄膜、薄板振动动消耗声能。消耗声能。消耗声能。消耗声能。80300Hz80300Hz共振消声共振消声B原理：原理：原理：原理：JJ共振共振共振共振结结构在声波激构在声波激构在声波
55、激构在声波激发发下振下振下振下振动动，部分振，部分振，部分振，部分振动动能量能量能量能量转转为热为热能而能而能而能而损损耗，消耗声能，耗，消耗声能，耗，消耗声能，耗，消耗声能，产产生吸声效果；生吸声效果；生吸声效果；生吸声效果；JJ在共振（在共振（在共振（在共振（f f声波声波声波声波 f f结结构构构构）时时能量能量能量能量损损耗最多耗最多耗最多耗最多B 适适适适应频带应频带：中、低：中、低：中、低：中、低频频B共振共振共振共振 共共共共鸣鸣！JJ 共共共共鸣鸣：机械能机械能机械能机械能激激激激发发物体振物体振物体振物体振动动向空气向空气向空气向空气辐辐射射射射声能声能声能声能JJ 共振：空
56、气中共振：空气中共振：空气中共振：空气中传传播的播的播的播的声能声能声能声能激激激激发发物体机械物体机械物体机械物体机械振振振振动动74空腔共振器空腔共振器BB 空腔孔颈空气柱由于共空腔孔颈空气柱由于共空腔孔颈空气柱由于共空腔孔颈空气柱由于共振而激烈运动，消耗能振而激烈运动，消耗能振而激烈运动，消耗能振而激烈运动，消耗能量，腔内空气起弹簧缓量，腔内空气起弹簧缓量，腔内空气起弹簧缓量，腔内空气起弹簧缓冲作用冲作用冲作用冲作用75穿孔板共振器穿孔板共振器B 穿孔板与穿孔板与穿孔板与穿孔板与墙间墙间空腔形成共振腔空腔形成共振腔空腔形成共振腔空腔形成共振腔76空间吸声体空间吸声体B 当房间表面不足作当
57、房间表面不足作当房间表面不足作当房间表面不足作吸声表面时使用。吸声表面时使用。吸声表面时使用。吸声表面时使用。吸声材料吸声材料吸声材料吸声材料隔声隔振材料与结构隔声隔振材料与结构78不同类型的隔声构件的隔声量不同类型的隔声构件的隔声量 30 4030dB30dB45dB45dB34dB34dB围护结构隔声围护结构隔声B户间隔声：户间隔声：户间隔声：户间隔声：J质量定律：质量定律：质量定律：质量定律：墙越厚重、越密实，隔声越好墙越厚重、越密实，隔声越好墙越厚重、越密实，隔声越好墙越厚重、越密实，隔声越好J轻质填充墙：要采用双层墙或复合结构轻质填充墙：要采用双层墙或复合结构轻质填充墙：要采用双层墙
58、或复合结构轻质填充墙：要采用双层墙或复合结构J墙上不能有孔洞：孔洞的衍射效应墙上不能有孔洞：孔洞的衍射效应墙上不能有孔洞：孔洞的衍射效应墙上不能有孔洞：孔洞的衍射效应80B空气空气空气空气间层间层的的的的弹弹性性性性变变形具有减形具有减形具有减形具有减振作用振作用振作用振作用B空气空气空气空气层层厚度有厚度有厚度有厚度有一个最佳一个最佳一个最佳一个最佳值值空气层对隔声效果的影响空气层对隔声效果的影响81小孔对隔声作用的影响小孔对隔声作用的影响B 孔径相孔径相孔径相孔径相对对波波波波长长越大，衍射作用越越大，衍射作用越越大，衍射作用越越大，衍射作用越强强 = =11.7cm11.7cm = =3.4m3.4m82课后思考题课后思考题简述影响吸声材料吸声特性的因素有述影响吸声材料吸声特性的因素有哪些？哪些？ 结合合实际工程，工程，试述如何述如何应用声波的反用声波的反射、折射、投射以及吸收特性？射、折射、投射以及吸收特性？
