建筑物理复习摘要.docx
《建筑物理复习摘要.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑物理复习摘要.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
建筑物理复习摘要
第一章建筑声学基本知识
1、了解声音的基本性质，明确声功率、声强、声压、声功率级、声强级、声压级、频程和频谱等有关建筑声学物理概念及计算方法。
声功率：
声源在单位时间内向外辐射的声能，符号：
W，单位：
瓦（W），微瓦（μW）
声强：
在单位时间内，垂直于声波传播方向的单位面积所通过的声能。
符号：
I，单位：
（W/m2），
声强与声功率的计算：
I=w/s
声压：
某瞬时，介质中的压强相对于无声波时压强的改变量。
符号：
p,单位：
N/m2,Pa（帕），μb（微巴）。
1N/m2=1Pa=10μb
声压级：
一个声音的声压与基准声压之比的常用对数乘以20。
Ｌp=20lg（p/p0）（dB）（在0~120分贝之间）
式中
p０——参考声压（基准声压），p０＝２´１０－５Ｎ／m2，使人耳感到疼痛的上限声压为２０Ｎ／m2
声强级：
一个声音的声强与基准声强之比的常用对数乘以10。
ＬI=10lg（I/I0）（dB）（在0~120分贝之间）
式中I0——参考声强（基准声强），I0＝１０－１２W/m2，使人耳感到疼痛的上限声压为１W/m2。
声功率级：
一个声音的声功率与基准声功率之比的常用对数乘以10。
ＬW=10lgW/WO（dB）（在0~120分贝之间）
式中 Ｗ０——参考声功率（基准声功率），Ｗ０＝１０－１２W
声音的叠加：
P270-271公式
频谱表示某声音频率组成及各频率音量的大小
倍频程（倍频带）：
f2/f1=2n,n=1，中心频率：
125，250，500，1000，2000，，4000…Hz。
1/3倍频程（1/3倍频带）：
f2/f1=2n,n=1/3
2.掌握声音在户外的传播的规律和计算
（一）点声源随距离的衰减
在自由声场中，声功率为W的点声源，在与声源距离为r处的声压级Lp和距离r的关系式：
Lp=Lw–11–20lgr（dB）
从上式可以看出，观测点与声源的距离增加一倍，声压级降低6dB，
（二）线声源随距离的衰减
线声源，如公路上的车辆，声波以圆柱状向外传播，当线声源单位长度的声功率为W，在与声源距离为r处的声强为
声压级为：
Lp=Lw–8–10lgr（dB）
因此，观测点与声源的距离每增加一倍，声压级降低3dB。
（三）面声源随距离的衰减
如果观测点与声源的距离比较近，声能没有衰减，在距声源较远的观测点有3~6dB的衰减。
3.理解声音的三要素；掌握声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射等概念；理解驻波和房间共振现象以及克服此现象的措施。
（一）声反射
声波在传播过程中，遇到一块其尺度比波长大得多的障板时，声波将被反射。
对于平面，反射声波呈球状分布，曲率中心就是声源的“像”。
凹面使声波聚集，凸面使声波发散。
（二）声折射
声波在传播过程中，遇到介质密度变化时还会发生折射。
声波在空气中传播时，白天由于近地面的气温较高，声速较大，声速随地面高度的增加而减少导致传播方向向上弯曲；夜晚相反。
（三）声衍射
声音在传播的过程中，如果遇到比波长大的障壁或构件时，声音绕到障板的背后改变原来的传播方向，在它的背后继续传播的现象叫声衍射。
同样尺寸的反射板对低频声的衍射作用较大，反射作用较少。
（四）声扩散
声波在传播过程中，如果遇到凸的表面，其突出的部分如果不小于入射声波波长的1/7时，会发生声扩散。
（五）声吸收
声波入射到建筑构件时，声能的一部分被反射，一部分透过构件，还有一部分由于构件的振动或声音在其中传播时介质摩擦、热传导而被损耗，我们通常说它被材料吸收。
吸声系数是指被吸收的声能（即没有被表面反射的部分）与入射声能之比。
材料的吸声量：
材料表面的面积（平方米）乘以材料的吸声系数。
单位为平方米（m2）
六）声透射
材料的透声能力以透射系数τ表示，材料的透声能力愈强（τ值大），材料的隔声能力愈差。
工程中用隔声量表示建筑构件的隔声性能。
七）驻波
当两列相同的波在同一直线上相向传播时，叠加后产生的波。
房间共振现象
房间受到声源激发时，将按照它本身所具有的共振频率而振动的现象叫做房间共振现象。
当某些振动方式的共振频率相同时，即出现了共振频率重叠的现象，叫做简并现象。
措施：
（1）选择合适的房间尺寸、比例，房间的三个尺度不相等或不成整数倍
（2）用不规则表面做声以及适当布置扩散吸声材料。
（3）将房间做成不规则的形状。
4.理解混响时间的概念及其对室内音质的影响，掌握混响时间的计算方法。
混响时间：
当室内声场达到稳态，声源停止发声后，声音衰减60dB所经历的时间叫混响时间，符号：
T60，单位：
s
混响时间与音质的丰满度和清晰度有关。
一般而言，混响时间长则丰满度增加，而清晰度下降。
（一）赛宾（Sabine）混响时间计算公式
（α<0.2）
式中V——房间容积，m3；
A——室内总吸声量，A=S•α；m2
S——室内总表面积，m2；
α——室内平均吸声系数。
α1S1+α2S2+···+αnSn
α=———————————
S1+S2+···+Sn
式中α1，α2···αn——不同材料的吸声系数；
S1，S2···Sn——室内不同材料的表面积，m2。
赛宾（Sabine）混响时间计算公式只适用于室内平均吸声系数较小（α<0.2）的房间的混响时间计算，否则计算误差较大。
（二）©伊林（Eyring）混响时间计算公式（用于工程计算）
0.161V
T60=———————————（s）
–S•ln（1–α）+4mV
式中V——房间容积，m3；
A——室内总吸声量，A=S•α；m2
S——室内总表面积，m2；
α——室内平均吸声系数。
式中4m——空气吸收系数：
空气中的水蒸汽、灰尘的分子对波长较小，一般指1000Hz以上的高频声音的吸收作用，查附录（参见教材P394）波长小于1000Hz时，此项为0（4m=0）。
5.掌握室内声压级计算
Q4
Lp=10lgW+10lg（——+——）+120（dB）
4πr2R
或写为
Q4
Lp=Lw+10lg（——+——）（dB）（Lw=10lgW+120）
4πr2R
式中W——声源的声功率，W；
r——测点和声源间的距离，m；
S•α
R——房间常数，R=——（m2）
1-α
α值趋近1时，Lp=Lw–11–20lgr（与自由声场相同）
α——室内平均吸声系数；
S——室内总表面积，m2；
Q——声源的指向性因数，
6.了解人对声音的感受，理解响度级、A声级的概念；了解噪声对人的影响。
人对声音的感受
音调的高低：
由频率决定
音量的大小：
由声压级或声强级决定
音色的好坏：
由频谱决定
（一）时差效应：
人耳的听觉暂留为50ms，如果直达声和反射声的时间差大于50ms，即声程差大于17m（0.05s×340m/s）,可能听到回声。
（二）响度级：
如果某一声音与已定的1000Hz的纯音听起来一样响，这个1000Hz纯音的声压级就定义为待测声音的响度级，单位是方（Phon）。
等响曲线
（1）当声音的声压级较小时，人对高频声敏感。
（2）当声音的声压级较大时人对高、低频声响度感觉比较一致。
（三）、掩蔽作用
人的听觉器官能够分辨同时存在的几个声音，但是若某一个声音增大，别的声音就难以听清甚至是听不到。
低频声能够有效的掩蔽高频声，但高频声对低频声掩蔽作用不大。
A声级：
在声级计中参考40方等响曲线，对500赫兹以下的声音有较大的衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性。
第二章吸声材料和隔声材料（构造）
一、掌握多孔吸声材料、空腔共振吸声结构、薄膜、薄板吸声结构的吸声基理、吸声特性、吸声特性曲线及其影响因素，了解吸声材料的选用方法。
掌握混响室法测量吸声系数的计算方法。
（一）、多孔吸声材料
1、吸声基理：
多孔吸声材料具有大量内外联通的微小间隙和连续气泡，因而具有通气性，这是多孔吸声材料最基本的构造特征。
当声波入射到多孔吸声材料表面时，声波能顺着微孔进入材料内部，引起孔隙中的空气振动。
由于存在摩擦和空气的粘滞阻力，使一部分声能转变成热能；此外，气体压缩放热、膨胀吸热，因此孔隙中的空气与孔壁、纤维之间进行热交换，也使声能被吸收。
2、吸声特性：
多孔吸声材料的吸声系数随声波的频率的提高而增加。
即对中高频的声音有较大的吸声系数，当背后有空气层时还能吸收低频声。
3、吸声特性曲线
4、影响因素
1.空气流阻：
材料两边静压差和空气流动速度之比称为单位面积流阻。
2.孔隙率：
70%~80%。
上两项测量不便，通常测出材料的厚度和表观密度。
超细玻璃棉的表观密
度为20~25kg/m3，矿棉为120kg/m3。
3.厚度：
厚度增加，中低频吸收增加。
4.背后条件：
后边留空气层与填充同样材料效果近似。
5.吸收频率：
一般用5cm厚，吸收中高频。
材料吸声系数可以用驻波管法测声波垂直入射时的吸声系数。
用混响室法
测无规则入射时的吸声系数。
空腔共振吸声结构
1、吸声基理（p292）：
当孔的深度和孔径比声波波长小得多时，孔颈中空气柱的弹性变形很小，可以作为质量块处理，类似于一个活塞。
空腔中的空气起着空气弹簧的作用。
于是形成了类似于在弹簧下悬挂了一个重物的简单振动系统，当外界入射波的频率等于系统的固有频率时，孔颈中的空气柱就由于共振产生剧烈振动，在振动过程中，由于克服摩擦阻力而消耗声能。
2、吸声特性：
共振频率处吸声系数最大，板后放多孔吸声材料时，能加大声音吸收的频率范围，板后有大空腔（如吊顶）能增加低频吸收。
3、吸声特性曲线
薄膜、薄板吸声结构
1、吸声基理：
薄膜、薄板与在它们背后的空气层构成共振系统，当投射到薄膜、薄板上的声波频率和这一系统的共振
频率一致时，薄膜、薄板就发生共振，由于内部摩擦而吸收声音。
2、吸声特性：
薄膜：
这种系统的共振频率通常是200~1000Hz，最大的吸收系数0.3~0.4，可用作为主要是对中频范围的吸声材料。
薄板：
这种系统的共振频率通常是80~300Hz，其吸收系数约为0.2~0.5，可用作为低频声音的吸声材料。
薄板后的空气层里填放多孔吸声材料时，会使吸收系数的峰值有所增加。
3、吸声特性曲线
（二）、吸声材料的选用方法（了解）
除了考虑建筑声学设计要求外，还应考虑材料的装饰性，材料的强度、防火、防潮、反光、清洁的维护、造价等。
（三）、掌握混响室法测量吸声系数的计算方法
试材未放入混响室时：
赛宾（Sabine）混响时间
试材放入混响室时：
混响时间
试材吸声系数α1：
联立
（1）、
（2）求吸声系数α1：
二、掌握“质量定律”、“吻合效应”的概念。
质量定律：
墙体受到声波激发所引起的振动与其惯性即质量有关,墙体的单位面积重量愈大,透射的声能愈少,隔声量
愈大;对于同一墙体而言,随着声音的频率增加,墙体的隔声量也随之加大。
吻合效应：
声波接触墙板后，墙板除了垂直方向的受迫振动以外，还有沿着板面方向的受迫弯曲振动。
在某个特定频
率以上，受迫弯曲振动将和板固有的自由弯曲振动发吻合，这时板就非常顺从地跟随入射声弯曲，造成声能大量地透
射到另一侧去，形成隔声量的低谷，这种现象被称作吻合效应，这个与材料有关的特定截止频率被称为吻合频率fc。
三、理解双层均质密实墙的隔声原理；掌握提高双层均质密实墙、轻质墙、门和窗隔声效果的具体措施。
（一）双层均质密实墙的隔声原理（理解）：
双层墙能提高隔声量的主要原因是空气间层的作用，可以把空气间层看作
是与两层墙板相联的“弹簧”。
由于空气间层的弹性变形具有减振作用，传递给第二层墙体的振动大为减弱，从而提高
了墙体总的隔声量。
（二）提高双层均质密实墙、轻质墙、门和窗隔声效果的具体措施：
1、双层均质密实墙：
通常采用的空气层厚度至少为5cm，其最佳厚度可选为8~12cm。
为了避免发生波的吻合效应和相
应的固有共振，以便防止隔声能力在某一频带内下降，就需要考虑两个墙体厚度不同或重量不同的双层墙，为了消除
这种共振，可在空气层中悬挂或铺放玻璃棉毡之类的多孔材料。
2、轻质墙：
（1）、将多层密实材料用多孔弹性材料（如玻璃棉或泡沫塑料等）分隔，做成夹层结构，则其隔声量比材
料重量相同的单层墙可以提高很多。
（2）、当多层密实材料的多层资料的各层质量相似相等时，在质量定律控制的范围内可以得到较理想的隔声量。
（3）当将空气间层的厚度增加到7.5cm以上时，在大多数的频带内可以增加隔声量8~10dB。
（4）、用松软的吸声材料填充空气间层，一般可以提高轻墙的隔声量2~8dB。
3、门：
（1）采用隔声门
（2）为了达到较高的隔声量，可以用设置“声闸”的方法
窗：
（1）采用较厚的玻璃；
（2）双层玻璃之间留有较大的间距（10~20cm）；（3）在两层玻璃之间沿周边填放吸声材
料；（4）保证玻璃与窗框、窗框与墙壁之间的密封；
四、掌握提高楼板隔声性能的方法p363
主要措施：
（1）在楼板面层处进行处理，使撞击声能减弱，以降低楼板本身的振动。
（2）在楼板面层受撞击产生振动后，使面层与结构层之间进行减振而减弱振动的传播，并使振动不致传给其他刚性结构。
（3）当楼板整体已被撞击而产生振动时，则可用空气声隔绝的办法来降低楼板产生的固体声。
改善措施：
（1）弹性面层处理
（2）弹性垫层处理（3）楼板做吊顶处理
五、建筑围护结构隔声评价标准（了解）p345
3、了解围蔽空间里的声音传播规律。
4、明确人的主观听音要求。
a.合适的响度语言60~80方，音乐50~100方。
b.较高的清晰度和明晰度
听众正确听到的音节数目
音节清晰度＝——————————— × 100%
测定用的全部音节数目
音节清晰度与听音感觉
＜60% 不满意75%~85% 良好
65%~75% 勉强可以＞85% 优良
对音乐，要求能区别每种声源音色，能听清每个音符。
c.足够的丰满度
n余音悠扬（活跃感）。
每座容积大，硬表面多，混响时间长。
n坚实饱满（亲切感）。
直达声与前次反射声大于20ms。
直达声后20~30ms以内的反射声有加强直达声响度和提高清晰度的作用。
n音色浑厚（温暖感）。
小于250Hz的低频声混响时间长。
d.无噪声干扰、无声学缺陷:
如回声、颤动回声、声聚焦、声遮挡、声染色等影响听音效果及声音音质的缺陷
e.良好的空间感
5、掌握从建筑声学角度进行房间容积的确定、房间体形设计的方法。
（一）房间容积的确定
（1）保证足够的响度
自然声的最大容许容积
n讲演 2000~3000m3
n话剧 6000m3
n独唱、独奏 10000m3
n大型交响乐 20000m3
（2）保证合适的混响时间
每座容积越大，混响时间越长。
n音乐厅 7~10 m3/座
n歌剧院 5~6m3/座
n话剧院 4~4.5m3/座
n戏曲剧院 3.5~4m3/座
n电影院 3.5~5.5m3/座
n多用途厅堂 3.5~5m3/座。
同时建议，以自然声为主的话剧院不宜超过1200座，歌剧院不宜超过1400座。
如果以使用扩声系统为主则一般不受限制。
（二）房间体形设计的方法
（1）充分利用直达声。
语言、自然声≤30m.。
1.减少直达声传播距离（平面、楼座），观众席最好在声源的140°范围内。
2.避免直达声波遮挡和掠射吸收，每排升起≥8cm，一般前后座位对齐时后排比前排升高9cm，前后座位错开时升高6cm.。
（2）争取和控制前次反射声
©在厅堂设置反射板时，应考虑的要点（参见教材P328）
1.调整顶棚反射面和侧墙反射面的倾角,主要使一次反射声均匀分布于整个观众席。
2.减少一次反射面至声源的距离：
降低顶棚高度，减小二侧墙间的距离。
3.增加扩散反射。
扩散体的尺寸应与其扩散反射声波的波长相接近，声音的频率愈低，声波的波长愈大,要求扩散体的尺寸愈大。
为了使尺寸不致过大，多演出建筑如剧场，扩散声频率的下限可定为200Hz。
扩散体和频率关系
b³0.15a
©（3）消除室内的声学缺陷
声缺陷：
回声、颤动回声、声聚焦、声影、沿边反射（声爬行）。
1.回声：
回声是由于滞后直达声50ms或行程差大于17~20m，而且声级足够强的反射声或其他声音形成。
消除回声的方法：
对于产生回声的表面作吸声处理，布置吸声材料；也可作声扩散处理，或将声音反射到附近的观众席上，减少反射距离。
2.颤动回声：
颤动回声是一连串的回声，它常产生在一对有高度反射性能的平行墙之间或壳顶。
消除颤动回声的方法：
使两对表面间的夹角大于5度，或采用声扩散和吸声处理。
4.声影区：
是由于阻挡而形成的声音不足的区域，如柱子后面或长挑台下，挑台长度应小于挑台下开口高度的2倍；对于音乐厅，挑台长度约等于挑台下开口高度，这样可以避免声影，并且应在挑台下设计反射板以使听众获得足够的反射声。
5.沿边反射：
即声音沿墙壁反射而没有达到观众席的情况，它常在圆形或大的凹面体型中发生，所以在利用圆形、扇形平面时，应注意在沿边增设扩散体等办法。
（4）几何声学法（声线法）
6、掌握房间混响时间设计的步骤和混响时间的计算方法。
（一）混响时间的计算步骤P312
（一）混响时间的计算方法P313计算实例
7、掌握各厅堂音质设计的要点和克服室内声学缺陷的方法。
P317-324
n建筑光学基本知识
8、人眼的视觉特点
人眼对不同波长的单色光敏感程度不同，在光亮环境中人眼对555nm的黄绿光最敏感；在较暗的环境中对507nm的蓝绿光最敏感。
2、光谱光效率、光通量、发光强度、照度、亮度等各光学基本单位的概念及其计算方法
光谱光视效率V（λ）：
表示波长λm和波长λ的单色辐射，在特定光度条件下，获得相同视觉感觉（光通量相同）时，该两个单色辐射通量之比。
λm选在视感觉最大处（明视觉555nm，暗视觉507nm视感度683lm/W其他波长的单色光的视感度都小于683lm/W，或者说其他波长的单色光要达到683lm的光通量，其辐射通量要大于1W）
辐射通量———辐射源在单位时间内发出的能量，单位为瓦（W）
光通量（lm）:
能使观察者获得视觉光亮感的辐射通量，等于各波长的光谱辐射通量与光谱光视效率之积的总和。
（参见教材P136例题2.1-1.2）
发光强度（cd）：
光源光通量在空间的分布密度
照度（lx）：
被照面接收的光通量密度
亮度：
发光体在视线方向上单位投影面积发出的发光强度
发光物体，在眼睛的视网膜上成像，视觉感觉和视网膜上的照度成正比，物像的照度愈大，我们觉得被看的发光物体愈亮。
3、发光强度与照度关系、照度与亮度关系
（1）、发光强度和照度的关系（距离平方反比定律）
用于已知点光源的发光强度求所产生的照度
4、照度与亮度的关系
所谓照度与亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系。
E=LαΩcosα
4、各种材料的光学性质。
光的反射、吸收和透射比
反射比ρ=Фρ/Ф
吸收比α=Фα/Ф
透射比τ=Фτ/Ф
Ф=Фρ+Фα+Фτ
ρ+α+τ=1
5、视度就是观看物体时的清晰程度。
影响视度的主要因素有：
（1）、被看物体上的照度或亮度。
（2）、被看物体的尺寸大小。
（3）、被看物体的亮度与它的背景亮度（或颜色）的对比。
（4）、实验表明，观看小尺寸物体，天然光照明比人工光照明的视度高。
（5）、观看时间的长短。
（6）、眩光。
（在视野内由于亮度的颁或范围不适宜，或在空间或在时间上存在着极端的亮度对比，以致起不舒适和降低目标可见度的视觉条件）
第二章天然采光
考试内容：
光气候和采光标准、采光口、侧窗采光、天窗采光、采光设计、中小学教室采光设计、美术展览馆采光设计、采光计算
考试要求：
9、了解天然光的组成和影响因素。
天然光组成：
太阳直射光:
照度高、方向性、阴影。
天空扩散光:
照度低、无方向无阴影。
影响因素：
太阳高度角、云状（南方以低云为主；北向逐渐以中、高云为主）、云量（自北向南逐渐增多）、日照百分率（由北、西北向东南方向逐渐减少，四川盆地最少）
10、理解采光系数的概念及其标准值。
采光系数：
在室内给定平面上的一点，由直接或间接地接收来自假定和已知天空亮度分布的天空漫射光而产生的照度与同一时刻该天空半球在室外无遮挡水平面上产生的天空漫射光照度之比。
采光系数标准值
11、了解光气候分区及其采光系数标准值。
我国光气候分为五区，北京为Ш类光气候区，重庆为V类光气候区。
北京的光气候系数为1.0。
要取得同样照度，І类光气候区开窗面积最小，V类光气候区开窗面积最大。
各光气候区的光气候系数K应按表3.1.4采用。
所在地区的采光系数标准值应乘以相应地区的光气候系数K
12、了解侧窗、天窗的采光特性及影响采光效果的各种因素。
侧窗采光的优点：
构造简单、布置方便、造价低廉、光线具有明确的方向性，有利于形成阴影，适于观看立体感强的物体，并可观看室外景观。
缺点：
照度分布不均匀，（近窗处照度高，离窗远处水平照度下降很快。
）
（当采光面积相等且窗底标高相同时，正方形窗口采光量（指室内各点照度总和）最大，竖长方形次之，横长方形最小。
但从照度均匀性看，竖长方形沿进深方向均匀性最好，横长方形沿宽度方向较均匀。
）
影响室内横向采光均匀性的主要因素是窗间墙。
窗间墙愈宽，横向均匀性愈差。
天窗最大优点是有利于采人光量并使照度均匀分布。
天窗可以有如下几种形式：
（1）矩形天窗：
这种天窗位置较高，不易形成眩光。
为避免直射阳光射人室内，天窗的玻璃最好朝南北向。
（2）横向天窗（横向矩形天窗）：
这种天窗的玻璃也宜朝南北向。
（3）锯齿形天窗：
这种天窗有倾斜的顶棚做反射面，增加了反射光，采光效率比矩形天窗高，窗口一般朝北。
（4）平天窗：
特点是采光效率高，但设计时应注意采取防止光污染、防直射阳光影响和防止结露的措施。
（5）井式天窗：
这种窗主要用于通风兼采光。
影响因素：
天窗宽度、位置、高度。
（不确定）
5、了解中小学教室采光设计、美术展览馆采光设计要点。
P183~193
6、理解采光设计的计算步骤及方法。
一、侧窗采光计算p194
二、顶部采光计算p196
6、建筑照明
考试内容：
人工光源及其光特性、灯具、室内工作照明、.照明计算、室内环境照明设计
考试要求：
1、了解人工光源的种类和特性及其选用方法。
热辐射光源：
（1）白炽灯
（2）卤钨灯
气体放电光源：
（1）荧光灯
（2）荧光高压汞灯（3）金属卤化物灯（4）钠灯（5）氙灯（6）节能型荧光灯（7）无电极荧光灯
了解各种光源的主要特性（参见教材P202~
热辐射光源：
普通白炽灯：
气体放电光源：
荧光灯：
2、了解各类灯具的光的特性和分类。
（1）配光曲线（定义参见教材P200）配光曲线
升级会员 