建筑聲學基本知識課件

第三篇建筑聲學第3.1章建筑聲學基本知識3.1.1聲音聲源的方向性3.1.1.1聲音空氣中的聲波聲音：人的聽覺器官對彈性介質(zhì)的振動或壓力的迅速而微小的起伏變化的生理反應(yīng)。聲音產(chǎn)生于振動，振動的物體是聲源。聲波為縱波，介質(zhì)（空氣等）的質(zhì)點振動方向平行聲波傳播方向（疏密變化）。聲音與聲源的關(guān)系：振動→傳播→人耳感知→聲音聲音傳播的實質(zhì)：能量的傳播，而非物質(zhì)的傳播

3.1.1.2波陣面聲波在同一時刻到達的球面稱為波陣面。聲波的傳播方向可以用聲線表示。聲源的類型：點聲源、線聲源、面聲源↓↓↓↓波陣面球面波柱面波平面波3.1.2聲功率聲強聲壓和分貝3.1.2.1聲功率聲強聲壓（宏觀物理計量法、“級”的計量法）

聲功率W：聲源在單位時間內(nèi)向外輻射的聲能（輸出功率），單位為W（瓦）。聲強I：每單位面積波陣面上通過的聲功率稱為聲強，單位為W/m2，衡量聲音強弱的物理量。平面聲波的波陣面都一樣大小，傳過的功率相同，所以聲強不變。但球面波隨著與聲源的距離r而變，因此球面波的強度與距離平方成反比，越遠越弱，這稱為平方反比定律。聲強（聲場中某一點聲強）的計算：I=W/S（S為聲能通過的面積）當在無反射的自由聲場中，點聲源發(fā)出的球面波均勻向四周輻射聲能，因此距聲源中心為r的球面上的聲強：I=W/4πr2，可見對球面波（點聲源）聲能與聲功率正比，與距離平方反比！而平面波（面聲源）的聲線互相平行，同一束聲能通過與聲源距離不同的波陣面時，聲能沒有變化，所以聲強不變，與距離無關(guān)，也可以理解為S沒有變，故I不變。聲壓P：空氣質(zhì)點因聲波作用而引起振動時產(chǎn)生的大氣壓力的微小起伏變化，即聲波的壓強與媒介的靜壓之差。

I＝P2/ρ0cΡ0c=空氣密度×空氣中的聲速因此：在自由聲場中，測得聲壓和已知測點與聲源的距離就不難算出聲強和聲功率！常溫下空氣的密度：1.2kg/m3。聲源聲級的疊加：非線性，按對數(shù)運算規(guī)律進行。當幾個非相干的聲源同時作用時，某處的聲強為各個聲強的代數(shù)和：I=I1+I2+…+Ii；聲壓為各聲壓的均方根；但聲強級、聲壓級疊加不能進行簡單的代數(shù)運算，而是按對數(shù)運算規(guī)律進行。如果兩個聲源的聲壓相等，則疊加后的總聲壓級為：在分貝標度中，聲壓每加1倍，聲壓級增加6dB；聲壓每乘10，聲壓級增加20dB；聲壓級每增加10dB，人耳主觀聽聞的響度大致增加1倍。3.1.3頻率和頻譜音樂噪聲

3.1.3.1頻率和頻譜f：頻率：質(zhì)點在1秒鐘內(nèi)的完全振動次數(shù)，單位Hz(赫茲）。

頻率決定聲音的音調(diào)，高頻聲音是高音調(diào)，低頻聲音是低音調(diào)。：波長：聲波在每次完全振動周期所傳播的距離，單位m

聲波完成一次振動所走的距離。C：聲速：聲波在某一介質(zhì)中傳播的速度。單位m/s。在0oC時，C鋼=5000m/s,C水=1450m/s

在15oC時，C空氣=340m/s

參數(shù)間存在如下關(guān)系：c=f×或=c/fuser:聲源、介質(zhì)質(zhì)點、聲接收點的振動頻率相同；傳播的是振動形式而非質(zhì)點。聲音的頻譜

頻譜——表示某種聲音頻率成分及其聲壓級組成情況的圖形

傅立葉理論及現(xiàn)代信號處理技術(shù)證明：

理論上，任何振動的波形都可以分解為若干單頻簡諧振動的合成。

在進行聲音計量和頻譜表示時，往往使用中心頻率作為頻帶的代表，聲壓級值使用整個頻帶聲壓級的疊加。倍頻程：通常將可聞頻率范圍內(nèi)20~20Hz分為十個倍頻帶，其中心頻率按2倍增長，共十一個，為：

1631.5631255001K2K4K8K16K1/3倍頻程：將倍頻程再分成三個更窄的頻帶，使頻率劃分更加細化，其中心頻率按倍頻的1/3增長，為：

12.516202531.540506380100125160...聲源的指向性聲源發(fā)出的聲音在各個方向上分布不均勻，具有指向性。聲源尺寸比波長小得多時，可看作點聲源，無指向性。聲源尺寸比波長差不多或更大時，聲源不再是點聲源，出現(xiàn)指向性。人們使用喇叭，目的是為了增加指向性。人耳可聽頻率范圍（聽域）為20Hz～20KHz,<20Hz為次聲>20KHz為超聲。其中，人耳感覺最重要的部分約在100Hz～4000Hz,相應(yīng)的波長約3.4m～8.5cm3.1.3.3噪聲3.1.4聲音在戶外的傳播3.1.4.1點聲源隨距離的衰減3.1.4.2線聲源隨距離的衰減（1）無限長線聲源（2）有限長線聲源3.1.4.3面聲源隨距離的衰減3.1.5聲波的反射折射衍射擴散吸收和透射聲波作為機械波，具有機械波的所有特征。有繞射、反射、散射和干涉等，有透射、吸收等。3.1.5.1聲反射聲折射聲衍射和聲擴散（1）平面的反射（2）曲面的反射反射的規(guī)則：1）入射線、反射線法線在同一側(cè)。

2）入射線和反射線分別在法線兩側(cè)。

3）入射角等于反射角。Li=L聲波在傳播過程中遇到障礙或孔洞時將發(fā)生衍射。衍射的情況與聲波的波長和障礙物（或孔）的尺寸有關(guān)。（5）聲擴散

當障礙物的尺寸與聲波相當時，將不會形成定向反射，而以障礙物為一子波源，形成擴散。3.1.5.2聲吸收和透射聲波在空氣中傳播時，由于振動的空氣質(zhì)點之間的摩擦而使一小部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能，常稱為空氣對聲能的吸收。當聲波碰到室內(nèi)某一界面后（如天花、墻），一部分聲能被反射，一部分被吸收（主要是轉(zhuǎn)化成熱能），一部分穿透到另一空間。透射系數(shù)：反射系數(shù)：吸聲系數(shù)：不同材料，不同的構(gòu)造對聲音具有不同的性能。在隔聲中希望用透射系數(shù)小的材料防止噪聲。在音質(zhì)設(shè)計中需要選擇吸聲材料，控制室內(nèi)聲場?！锘祉憰r間的計算★混響理論與賽賓（適用與室內(nèi)平均吸聲系數(shù)小于0.2的情況）：T60＝f(V.A)＝K.(V/A)A――室內(nèi)總吸聲量，室內(nèi)總表面積S×平均吸聲系數(shù)；V――房間容積；K――常數(shù)，多取0.161；★伊林公式（本式只考慮了室內(nèi)表面的吸聲作用)不足：當室內(nèi)空間較大，聲音頻率較高（>2000Hz），需要考慮空氣吸聲時，將產(chǎn)生較大的偏差，那就出現(xiàn)了哈里斯公式！★哈里斯公式（本式考慮了空氣的吸聲作用）：空氣吸聲量：將相應(yīng)之吸聲系數(shù)（4m值）×房間容積V?；祉憰r間計算的假設(shè)：室內(nèi)聲場是充分擴散的，即室內(nèi)任一點的聲音強度一樣，而且在任何方向上的強度一樣；室內(nèi)聲能按同樣的比例被各表面吸收，即吸收是均勻的。（2）響度級聲級計和A聲級人耳對不同頻率的聲音敏感程度是不一樣的，對于底于1000Hz和高于4000Hz的聲音，靈敏度降低。不同頻率，相同聲壓級的聲音，人聽起來的響度感覺不一樣。以1000Hz連續(xù)純音作基準，測聽起來和它同樣響的其他頻率的純音的各自聲壓級構(gòu)成一條曲線叫“等響曲線”。響度單位是“方”。隨著聲壓級的提高，對頻率的相對敏感度也不同

聲壓級高，相對變化感覺小；

聲壓級低，相對變化感覺大。2087dB31.575dB6358dB12545dB25043dB50042dB1K40dB2K36dB4K32dB8K48dB40方等響聲級線性聲級（L聲級）

將各個頻帶的聲音級疊加，得到線性聲級。2030dB31.535dB6340dB12545dB25050dB50051dB1K52dB2K52dB4K52dB8K40dB16K38dB20K30dBL聲級58.8dBA聲級A聲級是使用40方等響曲線作為計權(quán)網(wǎng)絡(luò)對頻譜進行加權(quán)，之后再進行頻帶疊加。A聲級對500Hz以下的聲音進行較大衰減，模擬人耳對低頻不敏感的特性。A聲級的數(shù)值單位表示是dB(A),如60dB(A)。頻率聲壓級加權(quán)值加權(quán)后2030dB-50.5-20.531.535dB-39.4-4.46340dB-26.213.812545dB-16.128.925050dB-8.641.450051dB-3.247.81K52dB0522K52dB1.253.24K52dB1.0538K40dB-1.1