建筑物理声课堂笔记教材.docx

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建筑物理声课堂笔记教材

建筑物理（声）

课堂笔记

第一章基础知识

建筑声学的两大任务：

噪声控制，音质设计。

课程内容：

1、声音的基本性质：

声音的产生和传播

2、人对声音的感知和评价：

心理和生理声学

3、室内传声质量

4、材料和构件的吸声和隔声性能

5、建筑物内外噪声控制

当前建筑设计中存在的若干声学问题：

1、大量住宅建设中的隔声问题

2、各类厅堂中的室内音质问题

3、轻薄结构和预制构件带来的隔声新问题

4、施工和建筑内的机械设备

5、城市噪声环境

6、重造型、轻功能

声环境控制的意义：

创造良好的满足要求的声环境

1、保证良好的听闻条件

2、保证安静的环境，防止噪声干扰

3、保证工艺过程要求（录音棚、演播室等）

声音的产生是物体振动的结果，这些物理波动现象引起听觉感觉。

建筑声学考虑的问题都与主观听觉有关，因此频率、强度有限

听觉的频率范围：

20—20000Hz,正常频率100—8000Hz

小于20Hz是次声波，如潜艇；大于20000Hz是超声波，如海豚。

100Hz

声学工程中的一般极限

440Hz

音乐中的标准音

1000Hz

声学工程中标准参考音

4000Hz

钢琴的最高音阶

声学的频带：

把声频范围划分成几个频段，叫做频带，度量单位为频程。

频带宽度：

△f=f2-f1

频带中心频率：

fc=

倍频程：

两个频率之比为2:

1的频程

声音的传播

声速与媒质的弹性、密度和温度有关。

空气中的声速：

理想气体中c=

声压是空气压强的变化量而不是空气压强本身。

声音传播过程是一个状态传播过程，而不是空气质点的输运过程。

本质是能量的传播。

声源的种类：

1、点声源（如嘴巴），尺寸小于1/7波长，波阵面为球面；

2、线声源（如西大直街），单一尺寸小于1/7波长，波阵面为柱面；

3、面声源，波阵面为平面。

波阵面是波形中振动相同的点所组成的面。

反射定律：

1、入射角=反射角；2、入射线与反射线在法线两侧；3、入射线、法线、反射线在同一平面内。

透射系数：

τ=Eτ/E0；反射系数：

γ=Eγ/E0；吸声系数：

α=1-γ=1-Eγ/E0

一般情况下，透射部分的能量要小于反射部分的能量。

τ小的材料成为“隔声材料”，γ小的材料称为“吸声材料”。

声功率：

声源在单位时间内对外辐射的声能，单位为W。

铁锤敲铁钉的声功率为1W，人耳隐约听见的声功率为1×10-12W。

声强I：

单位面积上的声功率分布，W/㎡。

点声源：

I=dW/dS=W/4πr2

面声源的声强与距离无关。

声压P：

声源发出能量后引起的声场大气压的改变量，单位为Pa。

自由声场中，I=P2/ρ0c

分贝即声功率级LW=10lg

，W0=1×10-12W，本无量纲，人为加上dB作为单位。

声强级：

LI=10lg

，声压级：

LP=20lg

声强可以叠加，I=

总声压是各声压的均方根：

P=

声源声级的叠加式非线性的。

听力痛点140dB，飞机发动机下；正常70—80dB。

两个声源叠加，I、P、W声级不变。

响度级：

将待测声与1000Hz纯音相比较，若一样响，此时纯音声压级就是待测声的响度级，单位为Phon。

（对高频声比低频声敏感）

相同响度级低频声的声压级比高频声大。

厅堂极限：

120dB。

声音的方向性：

低频声方向性差，频率越高的声音方向性越集中在声源的传播主轴上。

点声源没有方向性，线声源有，面声源方向性最强。

声音的频谱

倍频程：

复合声=基频（f1）+谐频（f2），f2/f1=2n，n是自然数时好听，反之则为噪声。

白噪声：

是指在较宽的频率范围内，各等带宽的频带所含的噪声能量相等的噪声。

粉红噪声：

（在水平线基础上，）对白噪声中的低频声的补偿。

音调和音色的影响因素：

频率、频谱、激发声源的方式。

双耳闻听效应：

双耳判别声源位置的功能。

时差效应

混响过程：

声源停止发声后，声场内的声音并不是立即消失，而是逐渐衰减的过程。

声压级包括直达声和反射声。

反射声与直达声到达时间相差在50ms以内（最大路程差340*0.5=17m），反射声能够加强直达声的声压级，即一次反射声效应。

反射声与直达声到达时间相差大于50ms时，反射声会干扰直达声的听清程度，形成回声，即二次及以上的多次反射声效应。

掩蔽作用：

由于某个声音的存在，若想听清另一个声音，须加大此声音的声压级的过程。

提高的声压级量称为掩蔽量。

低频掩蔽高频。

相同频率的声音掩蔽量最大。

适合的掩蔽背景声的特点：

无表达含义、响度不大、连续、无方位感。

低响度的空调通风系统噪声往往是很好的掩蔽背景声。

还有轻微的音乐声和音乐的语言声。

第二章室内声学原理

声学的表达方式：

统一学法、波动学法、几何学法。

建筑声学一般采用几何学法。

声场建立的过程：

声音的增长、稳态与衰竭（混响）。

室内声场的特点：

（1）相同距离声强比自由声场小且不随距离的平方衰减；

（2）混响（衰减）现象。

自由声场中，点声源距离翻倍，衰减6dB。

根据使用功能和声音特性设计混响过程（确定混响时间）。

T60：

衰减60dB所经历的时间，即混响时间。

不同使用功能混响时间不同，声音被吸收的速度也不同。

清晰度要求高的房间T60小。

现在多用T20、T30。

赛宾公式：

T60=

，k=0.161（一般），0.14（正形房间）。

V：

房间容积

A：

房间吸声总量，A=

·S

α（平均数）：

房间内吸声材料的平均吸声系数，S：

吸声面积

讨论：

当

→0时，计算结果T60→∞，与实际情况相符；

当

=1时，计算结果T60是定值，而实际情况T60=0。

赛宾公式应用条件：

≦0.2，且应用于小房间（声音垂直入射，声压级分布均匀）。

依林公式：

为加权平均值，T=-0.161

室内的声压级：

Lp=Lw+10·lg（

+

）。

Q为声源指向性因数；R=

，是房间常数。

自由声场

Q值

1个

1

个

2

个

4

个

8

均匀性

厅堂类型

允许最大极差/dB

小

4—6

中

6—8

大

8—10

房间共振

共振频率公式：

fnx，ny，nz=

Lx,Ly,Lz为房间的长、宽、高；nx，ny，nz为零或任意正整数，但三个数不能同时为零。

简并：

厅堂设计不合理导致复合声中某根频率被加强多次产生声音失真的现象。

厅堂设计不合理只房间的长宽高相同或成倍数或成比例。

尺寸采用黄金分割最好。

第三章吸声材料与吸声结构

吸声材料的作用：

（1）保证室内良好音质状况；

（2）消除音质缺陷。

吸声材料选取原则：

（1）吸声特性

（2）吸声原理

（3）结合室内装修

（4）结合装饰效果及经济性

吸声材料的分类（按吸声机理分）：

（1）多孔性吸声材料

（2）薄板、薄膜共振吸声材料

（3）空腔共振吸声结构

木屑、棉花、空气、石膏板、胶合板、穿孔板、皮革、厚布、窗帘是吸声材料。

海绵、苯板不是吸声材料，因为不存在贯穿的孔。

多孔性吸声材料

多孔性吸声材料的吸声原理：

材料中存在多个贯穿的微孔，声能使孔中空气长生运动，并与周边纤维摩擦生热，消耗声能。

关键词：

多个、贯穿、微孔。

多孔性吸声材料吸声系数的影响因素：

（1）孔隙率：

贯通空隙的体积与材料总体积的比值；

（2）空腔条件：

对低频更有利；

（3）空气流阻

；

（4）厚度；

（5）声音入射条件：

垂直入射的吸声系数大；

（6）材料的容重：

即密度，多孔材料条件下，密度越小，吸声系数越大；

（7）材料的罩面（布或金属网）：

起防护和美观作用（防止有害物质被吸入人体并防止材料损坏）；

（8）材料的含湿状况；湿度越大，吸声系数越小，因为孔被水堵住，因此游泳馆不用多孔吸声材料。

多孔材料的附贴位置：

非潮湿，地板……

贯通孔越小，媒质与孔壁总摩擦越大，耗能越多，吸声系数越大。

空腔共振吸声结构——穿孔板吸声结构

亥姆霍斯共振器

原理：

简谐振动，声能转化为热能

共鸣：

机械能激发物体振动向空气辐射能量

共振：

空气中传播的能量激发物体振动

穿孔板吸声系数的影响因素：

（1）穿孔直径：

d越小，吸声系数越大，因为摩擦越大；

（2）板后空腔填多孔吸声材料：

d＞3cm，主要提高高频；

（3）板后大空腔：

d＞20cm，主要提高低频。

薄板用于墙裙（1.5m）以上。

薄膜、薄板共振吸声系统

原理：

不透气薄膜、薄板与板壁间有一空气间层；薄膜、薄板振动消耗声能。

注意：

（1）板后空腔密闭很重要，形成空气弹簧

（2）采用不同空气厚度/龙骨间距/板材

（3）板后加多孔吸声材料，提高吸声效果

（4）共振频率80-300Hz，吸声系数0.2-0.5

其他吸声结构

空间空间5腔填多孔吸声材料，莫灿越大______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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