建筑聲環(huán)境及其測量

建筑聲環(huán)境及其測量1第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月聲音及其表征聲音的特征參數(shù)；噪聲(noise)及其來源和危害衡量噪聲的物理(量度)參數(shù)：主觀評價和噪聲標準；噪聲測量的方法、儀表。

學習和掌握的內(nèi)容(Keys)2第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.1環(huán)境噪聲及其危害

聲音產(chǎn)生、傳播的條件聲源:振動的固體、液體、氣體；傳播介質(zhì)：彈性媒質(zhì)或介質(zhì)，如空氣，水等聲音：源自物體的振動(聲源)而產(chǎn)生的，通過彈性介質(zhì)向外傳播的一種機械波。

因此，當該機械波傳入人耳，引起鼓膜振動，經(jīng)過聽覺器官的“譯碼”，轉(zhuǎn)換并且傳送“信息”到聽覺神經(jīng)，從而產(chǎn)生聽到“聲音”的感覺。聲音是什么？波長

Note：

聲音不在真空環(huán)境中傳播3第3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

基于能量角度，它是交變壓力波，如圖所示，聲源的質(zhì)點是振動非移動，向外傳播聲能。由于空氣分子的振動方向和聲波的傳播方向是相同的，聲音是縱波。周期，T：聲源完成一次振動所需的時間，s；頻率，f：1/T，Hz;人耳的聲音頻率范圍：20~20kHz。帶寬⊿f=fH-fL。中心頻率fc=(fH×

fL)1/2波長，λ：一個周期內(nèi)，聲波所傳播的距離，m；聲速，C：聲音傳播的快慢程度，m/s，λ=C×T。在空氣中，

一般所涉及聲速C是指在聲音在彈性媒質(zhì)~空氣中的傳播速度。4第4頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月聲音以擴散波的形式傳播，當其遇到兩種彈性介質(zhì)的分界面時，會產(chǎn)生反射、透射和吸收現(xiàn)象。因此，反射率r較小和吸收率τ較大的材料，適合做消聲材料。表征聲音品質(zhì)的參數(shù)：1.音量(又稱音強)

:是指人耳對所聽到的聲音大小強弱的主觀感受;2.音調(diào):是指聲音頻率的高低；3.音色(又稱聲音的特色)：泛指人耳對聲音的綜合感覺特性；

噪聲(Noise)：凡是人們“不愿意”聽到的各種聲音的統(tǒng)稱，是聲音的特殊表現(xiàn)形式。5第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月建筑物內(nèi)噪聲的來源室外環(huán)境噪聲的傳入

主要有交通運輸工具(包括公路車輛、鐵路火車、航空飛機、船舶等)運行、工廠噪聲、建筑施工噪聲、商業(yè)噪聲和社會生活噪聲等。透射能量Eα

經(jīng)空氣和圍護結(jié)構(gòu)傳播。

建筑自身內(nèi)部的噪聲

主要有建筑設備(如中央空調(diào)系統(tǒng)的各種設備，電梯等)運行的噪聲、辦公設備運行的噪聲、家電運行的噪聲以及樓宇內(nèi)的娛樂場所經(jīng)營所產(chǎn)生的噪聲，傳入工作或者休息的室內(nèi)。

房間圍護結(jié)構(gòu)的撞擊噪聲

主要有室內(nèi)撞擊聲(人員活動所產(chǎn)生的樓板撞擊聲)，室內(nèi)水管，燃氣管道中流體介質(zhì)流動所產(chǎn)生的噪聲等。6第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

環(huán)境噪聲的危害

對聽覺器官的損害(感覺難受，耳鳴，噪音性或爆震性耳聾。)引發(fā)多種疾病(作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，導致1.大腦皮層的興奮和抑制失衡；2.頭疼，昏暈，失眠，乏力和神經(jīng)衰弱；3.心血管疾病。)對正常生活的影響(降低睡眠質(zhì)量，縮短睡眠時間。引發(fā)神經(jīng)衰弱，阻礙兒童的健康成長。)降低勞動生產(chǎn)率

(導致人們心煩意亂，反應遲鈍，工作極易疲勞，工作質(zhì)量和效率大為降低，還容易引起工傷事故。)能造成生物死亡(導致生物的生物鐘紊亂，產(chǎn)生恐慌和驚悸等。)損壞建筑物

(聲音是交變的壓力波，聲壓級越高，產(chǎn)生的“轟聲”能量越高，破壞力越強)7第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月決定噪聲對人類影響程度的主要因素噪聲強度(聲壓級或聲強級)人們對噪聲干擾的感覺隨著噪聲強度的增加而增加；還與噪聲本身聲壓級與背景噪聲級的差值相關(guān)，即差值越大，對人們刺激程度越強。

噪聲的持續(xù)時間

噪聲干擾程度不僅隨著聲音強度的增加而加劇，而且，隨著噪聲作用的持續(xù)時間的增長而加強。噪聲隨時間的變化情況

噪聲爆發(fā)得越突然，其干擾程度就越大。也就是說，聲壓的增長越快(dp/dt的變化越大)，所產(chǎn)生的干擾就越強，例如，爆炸聲，槍炮聲等。復合噪聲的頻譜特性在聲壓級相等的情況下，低頻噪聲的干擾比高頻噪聲要小；單一頻率噪聲的干擾比復合頻率噪聲要弱。此外，噪聲所包含的信息量、人們對噪聲的記憶與聯(lián)想，以及人們的年齡、健康狀況等，均影響著噪聲對人們的干擾程度。8第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.聲強I

衡量聲波在傳播的過程中，聲音強弱的物理量。其定義為：在單位時間內(nèi)，通過垂直于聲音的傳播方向上的單位面積上的平均聲功率的大小，W/m2。物理意義：垂直于聲音的傳播方向，在單位時間內(nèi)，通過單位面積上的聲音能量大小，即單位面積上的聲功率的大小。Note：聲源的聲功率(W)，聲源設備的電功率(kW)對于平面波，在無反射的自由聲場里，由于在聲波的傳播過程中，其傳播路線相互平行，聲波通過的垂直它的傳播方向上的所有面積均相同，因此，同一束平面聲波通過與聲源距離不同的表面時，聲強不變。6.2衡量噪聲的物理(量度)參數(shù)9第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月對于球面波(點聲源)，隨著球面波與聲源的距離的增加，其所接觸的面積也隨之增大。所以，I與聲源的能量成正比，與到聲源的距離平方成反比。即，d=r,2r,3r,…,I=I0,I0/4,I0/9,…rW10第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

聲音是一種可以對人耳和大腦產(chǎn)生影響

的氣壓變化，對此，人耳的聽覺范圍有一

個確切的數(shù)據(jù)范圍，該范圍稱之為“闕”

可聞閾(聽閾)--

人耳剛能感受的聲音；

p0=2×10-5Pa，

I0=1×10-12W/m2

痛閾--聞之，人耳則痛；

p=20Pa，

I=1W/m211第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.聲壓p

聲壓是指聲波在(空氣)介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中的壓強相對于無聲波時介質(zhì)壓強的改變量，Pa

聲壓p與聲強I密切相關(guān)。對于球面聲波或平面聲波(即自由聲場)，若測得聲場中某一點的聲強I，該點處介質(zhì)的密度ρ

及聲速v，就可計算出該點的聲壓p。

Exanple:對應于聲強I為10-12W/m2的可聞閾，其聲壓p約為2.0×10-5Pa。12第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

*引入的必要性

1.使用W/m2，Pa時，導致計算數(shù)據(jù)的范圍變化太大，如:1×10－12W/m2~1W/m2

，2×10－5Pa~20Pa，不方便;2.人的聽覺響應與聲強、聲壓呈對數(shù)關(guān)系，引入“級”。聲強級聲壓級聲強級與聲壓級

其中，I0=10-12W/m2，p0=2×10-5Pa

作為參考基準。

LI0=Lp0=0dB。

由定義可知：LI=Lp。在實際噪聲測量中，經(jīng)常使用Lp。13第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月聲強、聲壓和對應的聲強級、聲壓級以及與其相對應的聲學環(huán)境聲強/(W·m-2)聲壓/Pa聲強級或聲壓級/dB相應的環(huán)境102200140離噴氣機口3m處120120痛閾10-12×101/2110風動鉚釘機旁10-22100織布機旁10-42×10-18010-62×10-260相距1m處交談10-82×10-340安靜的室內(nèi)10-102×10-42010-122×10-50人耳最低可聞閾14第14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.聲功率和聲功率級

聲功率W

(表征聲源所發(fā)射聲音能量大小的參數(shù))

聲源在單位時間內(nèi)對外所輻射的聲能，即在全部可聽范圍(20~20kHz)所輻射的功率，單位W。也可特指在某個有限頻率范圍(

fL~fH)所輻射的功率，亦稱頻帶聲功率。屬于聲源本身的一種特性，一般可認為是不隨環(huán)境條件而改變的。一般而言，所有聲源的平均聲功率都是很微小的。例如，一個人在室內(nèi)講話，自己感到比較合適時，其聲功率大致是(1～5)×10-5W，400萬人同時大聲講話產(chǎn)生的功率只相當于一只40W

燈泡的電功率。

(基于W的數(shù)量而言)15第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月聲功率級與聲壓一樣，也可以用“級”來表示

幾種不同聲源的聲功率

1×10-12

W聲源種類噴氣飛機氣錘汽車鋼琴女高音日常對話聲功率10kW1W0.1W2×10-3W(1～7.2)×10-3W(1～5)×10-5W16第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

若干個聲源的聲壓級疊加：非線性！

n

個聲源疊加(I、P、W聲級同理)：

當n

個聲源均相同時，可得

Example:兩個相同聲源疊加，聲壓級增加了10lg2=3dB

L=3dB17第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

Note:

兩個不同聲源進行疊加，當它們的聲壓級

差超過10~15dB，可以忽略聲壓級較小的聲音對疊

加音效果的影響。增加的聲級數(shù)兩個聲源的聲壓級差18第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.3噪聲的頻譜特性

頻程：為了便于研究，把聲頻范圍劃分成若干個頻段，如：fL1~fH1，fL2~fH2，…，fLn~fHn，稱作頻程或頻帶。

倍頻程：對于任意兩個帶寬⊿f1=fH1–fL1，⊿f2=fH2–fL2的頻帶而言，⊿f2:⊿f1的比值為整數(shù)比的頻程，如2:1。一般用中心頻率fc=(fH×fL

)1/2來劃分頻帶，其標準值分別為：31.3(31.25)、63(62.5)、125、250、500、1000、2000、4000、8000，16000Hz。這10個倍頻程將人耳可以識別的聲音全部包括進來。一般的噪聲測控，僅8個：fC，Hz63125250500⊿f，Hz45~9090~180180~355355~710fC，Hz1000200040008000⊿f，Hz710~14001400~28002800~56005600~1120019第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月高頻聲低頻聲中頻聲31.25Hz頻率Example:

人耳可以聽見的范圍為20~20000Hz；人耳聽不見的范圍20Hz以下：次聲波；20000Hz以上：超聲波；

純音：單一頻率的聲音；

復合聲：包含多個頻率的聲音。20第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.4噪聲的主觀評價和噪聲標準

響度級、等響曲線由于人耳對聲音的感受不僅與聲壓相關(guān)，也和聲頻有關(guān)。即，聲壓級相同(或不同)而頻率不同(或相同)的聲音聽起來的效果是不一樣的！因此，參照聲壓級，引入與聲頻相關(guān)的參數(shù)~

響度級，單位為方/phon，來綜合描述對聲壓、聲頻對人耳的作用效果。

響度級：將1000Hz的純音作為基準聲音，若某一聲音聽起來與該純音一樣響，則該純音的聲壓級數(shù)值(dB值)就定義為該聲音的響度級(phon值)。例如，若某個聲音聽起來與聲壓級數(shù)值為60dB，頻率1000Hz的純音一樣的響，則該聲音的響度級就是60phon。將頻率不同，聲壓級數(shù)值不同，但是聽起來響度一樣的各種聲音的聲壓級數(shù)值對應地連成曲線，即得到響度(phon)曲線：21第21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

分析可知：圖中每一條曲線的點，其頻率和聲壓級數(shù)值均不同。但是，響度級數(shù)值是一樣的。例如：S1、S2、S3均位于響度值為40phon的曲線上，其中，f1=3500Hz，Lp1=33dB；f2=1000Hz，p2=40dB；f3=100Hz，Lp3=52dB。人耳對高頻聲(2000~5000Hz)比對低頻聲敏感22第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月噪聲評價曲線：NR(NoiseRating)

基于等響曲線，為模擬人耳對聲音響度的感覺特性，在聲學測量儀表~聲(壓)級計上設計了三種不同的計權(quán)網(wǎng)絡，分別模擬人耳對40phon、70phon和100phon的純音的反應，而得到A、B、C三種計權(quán)方式，即LpA，LpB

，LpC。用A

計權(quán)方式測得的噪聲級稱作A聲級，記作dB(A)。由于通常環(huán)境噪聲的響度多在40方上下，故A聲級能夠較好地反映人對噪聲的主觀反應。23第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于實際測量噪聲時，聲級計所獲取的聲壓級數(shù)值為LA，dB(A)

LA=NR+5dB例如，測量值為90dB(A)，相當于NR85(dB)。

ISO提出了將NR曲線作為標準，來合理評價人們對于室外噪聲的反應。如圖所示：NR曲線中的NR值是指曲線通過中心頻率為1000Hz的各聲壓級的數(shù)值。例如，NR100，表明在NR100曲線上，各倍頻程(31.5~16000Hz)的聲壓級允許值為100dB(NR)。目前，我國和歐洲都是使用NR來評價噪聲的危害。24第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

我國的室內(nèi)噪聲標準

房間類型

NR(dB)

A聲級dB(A)

臥室、書房、病房

35~45

40~50

起居室

40~45

40~50

語言教室

35

40

一般教室

45

50

門診室

50~55

55~60

手術(shù)室

40~45

40~50

賓館客房

30~45

35~50

會議室

30

35

學術(shù)報告廳、閱覽室

25

30

辦公室

35

40

宴會廳

35

4025第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.5噪聲的測量一、聲級計(SoundLevelMeter,SLM)聲級計的工作原理聲級計的分類使用聲級計的注意事項二、其它噪聲測量儀器聲級頻譜儀脈沖積分聲級計聲級記錄儀噪聲統(tǒng)計分析儀

三、測量噪聲的方法26第26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.聲級計(SLM)的測量原理

由傳聲器、放大器、衰減器計權(quán)網(wǎng)絡、檢波器、對數(shù)變換器、示波器、聲級記錄儀及顯示儀表等部分組成。測量過程：被測聲音的聲壓由電容傳聲器接收后，將聲壓信號轉(zhuǎn)換成電信號，傳至前置放大器(由于傳聲器接收來的信號一般是微弱的，在進行分析前必須加以放大)進行信號放大且作阻抗變換，再送到輸入衰減器進行量程控制。然后，由計權(quán)網(wǎng)絡(A，B，C)進行計權(quán)，經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出所測聲音對應的聲壓級數(shù)值(dB(A))。27第27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月計權(quán)網(wǎng)絡分為A，B，C幾種，通過計權(quán)網(wǎng)絡，測得的聲壓級，被稱為計權(quán)聲壓級或簡稱為聲壓級；對應不同計權(quán)網(wǎng)絡分別稱為A聲級(LA)，B聲級(LB)和C聲級(LC)。并分別記為dB(A)，dB(B)，和dB(C)。28第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月聲級計的分類根據(jù)精度的不同，分為普通聲級計：如圖所示它對傳聲器要求不高。動態(tài)范圍較狹窄(Δf

)，一般不與帶通濾波器相聯(lián)用；精密聲級計

其傳聲器要求頻響范圍廣，靈敏度高，穩(wěn)定性能好，且能與各種帶通濾波器配合使用，其輸出還可直接和聲級記錄儀、錄音機等相連接，可將噪聲信號顯示或儲存起來。

29第29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月使用聲級計的注意事項聲級計每次使用前，都要用聲級校正設備對其靈敏度進行校正。常用的校正設備有聲級校正器，它發(fā)出一個1000Hz的純音。當其套在傳聲器上時，會在傳聲器膜片處產(chǎn)生一個恒定的聲壓級(通常為94dB)。另一種校正設備為“活塞發(fā)聲器”，其信號頻率為125Hz，同樣產(chǎn)生一個恒定聲壓級(通常為124dB)。所以，在校正時，聲級計的計權(quán)網(wǎng)絡必須放在“線性”檔或“C”檔。除特殊場合外，測量噪聲時，一般傳聲器應離開墻壁、地板等反射面一定的距離。在進行精密測量時，為了避免操作者干擾聲場，可使用延伸電纜，使得操作者遠離傳聲器。測量時，當背景噪聲較大，則會產(chǎn)生測量誤差。若被測噪聲出現(xiàn)的前后，其差值在10dB以上，則可忽略背景噪聲的影響，如背景噪聲無變化則，需進行修正。測量時，若遇上強風，風會在傳聲器邊緣上產(chǎn)生風噪聲，給測量帶來誤差。在室外有風情況下使用，給傳聲器套上防風罩，可減少風噪聲的影響。

30第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月其它噪聲測量儀器噪聲測量中，若需要進行頻譜分析，通常在聲級計中配以倍頻程濾波器。根據(jù)規(guī)定使用十檔，即中心頻率分別為31.5Hz、63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、8000Hz、16000Hz。脈沖積分聲級計脈沖積分聲級計是在一般的聲級計的基礎上增加了CPU，即增加了儲存和計算功能；可以按一定采樣間隔在一段時間內(nèi)連續(xù)采樣，最后計算出統(tǒng)計百分數(shù)聲級和等效連續(xù)A聲級；可以進行等效噪聲級、單爆發(fā)聲暴露級、振動級等測量，實際上已成了一臺噪聲分析儀，用于環(huán)境噪聲的測量十分方便。31第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

聲級記錄儀聲級記錄儀是常用的記錄設備之一。它能記錄直流和交流信號，可用于記錄一段時間內(nèi)噪聲的起伏變化，以便于對環(huán)境噪聲作出準確評價，如分析某時段交通噪聲的變化情況；也可用來記錄聲壓級衰變過程，如測量房間的混響時間。磁帶記錄儀(錄音機)可以把噪聲記錄在磁帶上，加以保存或重放.32第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月噪聲統(tǒng)計分析儀一種數(shù)字式譜線顯示儀，能把測量范圍的輸入信號在短時間內(nèi)同時反映在一系列信號通道顯示屏上，這對于瞬時變化聲音的分析很有用處。通常用于較高要求的研究、測量。型號很多，其中有用干電池可攜帶的小型實時分析儀，并具有儲存功能，對現(xiàn)場測量，特別是測量瞬息變化的聲音很方便。計算機應用于聲學測量越來越廣泛，經(jīng)傳聲器接收、放大器放大后的模擬信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，再經(jīng)數(shù)字濾波器濾波或快速傅利葉變換(FFT)就可獲得噪聲頻譜，對此由計算機作各種運算、處理和分析，可以得到各種所需的信息。最終結(jié)果可以很方便地存貯、顯示或通過打印機打印輸出，做到測量過程自動化，使顯示結(jié)果直觀化，大大節(jié)省人力，提高測量效率?？深A計，將來的環(huán)境噪聲的測量，將把計算機作為接收系統(tǒng)分析、處理數(shù)字信號的核心設備。33第33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、測量噪聲的方法

本專業(yè)經(jīng)常遇到的是通風空調(diào)設備的噪音測量，以及工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中的噪聲測量。工程中所測量的噪聲參數(shù)，常常是指聲源的聲功率和聲壓級兩個參數(shù)。聲功率是衡量聲源每秒所輻射出多少(聲音)能量的數(shù)值，它與測點距離以及外界條件無關(guān)，是噪聲源的重要聲學參數(shù)。測量聲功率的方法有混響室法、消聲室或半消聲室法、現(xiàn)場法。用這三種方法，測量空調(diào)設備或機器噪聲的聲功率，依據(jù)的機理就是聲強

I

的定義：或(即，通過直接測量聲場中的聲壓級，進而計算出被測設備的聲功率)34第34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.現(xiàn)場法一般在設置有聲源設備的機房或車間內(nèi)進行，分為直接測量和比較測量兩種。

直接測量法：假定用一個空心的、且壁面足夠薄的封閉物體將聲源設備包圍起來，測量該物體表面上各測點的聲壓級，求出測量表面的平均聲壓級：然后，就可以計算出聲源設備的聲功率級Lw

。rW35第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

比較測量:采用經(jīng)過實驗室標定過聲功率的任何噪聲源，作為標準噪聲源，LWS已知(一般可用頻帶寬廣的小型高聲壓級的風機)。在現(xiàn)場測量中，將標準噪聲源放在被測聲源設備附近，對標準噪聲源和被測聲源設備，各進行一次同一包圍物體表面上各點的直接測量，然后，比較測量兩者的聲壓級，從而得出被測聲源設備的聲功率大小。36第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

Note：工業(yè)企業(yè)的噪聲測量，分為工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)噪聲測量和對周圍環(huán)境造成影響的噪聲測量。生產(chǎn)車間內(nèi)噪聲的測量包括車間內(nèi)部環(huán)境噪聲和機器本身(噪聲源)輻射噪聲的測量，機器本身噪聲的測量按照前述方法測量。對直接操作機器的工人健康影響的噪聲測量，傳聲器應置于操作人員常在位置，高度約為人耳高處，但測量時人需離開。如為穩(wěn)態(tài)噪聲，則測量A聲級，記為dB(A);如為不穩(wěn)態(tài)噪聲，則測量等效連續(xù)A聲級(是用一個相同時間內(nèi)聲能與之相等的