建筑聲學(xué) 復(fù)習(xí)資料公開課一等獎(jiǎng)?wù)n件省課獲獎(jiǎng)?wù)n件

建筑聲環(huán)境

ArchitecturalAcoustics

李寧第1頁本篇知識(shí)構(gòu)架第1章建筑聲學(xué)基本知識(shí)第2章室內(nèi)聲學(xué)原理第3章材料和構(gòu)造聲學(xué)特性第4章噪聲控制第5章室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)第2頁第1章建筑聲學(xué)基本知識(shí)第3頁聲波繞射當(dāng)聲波在傳輸過程中遇到障礙或者一塊有小孔障板時(shí)，將發(fā)生繞射聲波反射當(dāng)聲波在傳輸過程中遇到一塊尺寸比波長大得多障板時(shí)，將發(fā)生反射。凸形界面：聲波擴(kuò)散；凹形界面：聲波匯聚第4頁聲波散射當(dāng)聲波在傳輸過程中遇到障礙物起伏尺寸與波長接近或更小時(shí)，將使聲能散播在空間中，稱為散射，或衍射。聲波折射當(dāng)傳聲介質(zhì)條件發(fā)生變化（介質(zhì)變化或同種介質(zhì)中溫度變化等），在不足以引發(fā)反射時(shí)，聲速發(fā)生變化，聲波傳輸方向變化，這種由聲速引發(fā)聲傳輸方向變化稱為折射。第5頁聲壓級(jí)基準(zhǔn)聲壓P0：人耳剛才能聽到聲壓2x10-5Pa，要求為0dB，以此為參照定義聲壓級(jí)。聲壓級(jí)人耳聽閾聲壓和痛閾聲壓用聲壓級(jí)表達(dá)，對應(yīng)0dB和120dB聲壓變化10倍，相稱于聲壓級(jí)變化20dB；聲壓變化100倍，相稱于聲壓級(jí)變化40dB；……p——所研究聲音聲壓，PaP0——基準(zhǔn)聲壓，2×10-5Pa可聞聲：頻率范圍是20～20230Hz第6頁聲強(qiáng)級(jí)聲功率級(jí)I——所研究聲音強(qiáng)度，W/m2I0——基準(zhǔn)聲強(qiáng)，10-12W/m2W——所研究聲音功率，WW0——基準(zhǔn)聲功率，10-12W第7頁聲級(jí)疊加聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)疊加運(yùn)算，應(yīng)采取對數(shù)運(yùn)算：1）若n個(gè)聲壓級(jí)為聲壓疊加，總聲壓級(jí)為兩個(gè)相等聲壓級(jí)疊加L=3dB第8頁響度級(jí)：表達(dá)聲音強(qiáng)弱。以1000Hz純音作為標(biāo)準(zhǔn)音，它在不一樣聲壓級(jí)條件下響度不一樣，將待測純音與他比較，二者聽起來同樣響時(shí)，該1000Hz純音聲壓級(jí)值就定義為待測聲音“響度級(jí)”，單位是”方”（phon）。第9頁聲壓級(jí)和響度級(jí)是不同樣。

聲壓級(jí)是客觀物理量，是無量綱量，單位為分貝（dB）。響度級(jí)是人們對聲音響度感覺，取決于聲音頻率及強(qiáng)度，是主觀物理量。表達(dá)人們響度級(jí)感覺量稱為“方”，其數(shù)值與等響曲線上1000Hz純音dB數(shù)相同。第10頁測量聲音響度級(jí)使用儀器為“聲級(jí)計(jì)”，讀數(shù)稱為“聲級(jí)”，單位dB（分貝）聲級(jí)計(jì)為模擬人耳聽覺特性而設(shè)計(jì)，其中設(shè)有A、B、C三個(gè)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，分別模擬人耳對40方、70方及85方以上純音反應(yīng)而得到。有些尚有D聲級(jí)，用于測量航空噪聲。用聲級(jí)計(jì)不一樣計(jì)權(quán)方式測得聲級(jí)即為A聲級(jí)、B聲級(jí)、C聲級(jí)，分別計(jì)作dB(A)、dB(B)和dB(C)。一般人耳對不太強(qiáng)聲音感覺特性與40方等響曲線很接近，因此A聲級(jí)應(yīng)用最廣泛。常用A聲級(jí)作為評(píng)價(jià)噪聲主要指標(biāo)。第11頁聲源指向性當(dāng)聲源尺度<<聲波波長時(shí)，聲能輻射是各向均勻，可視為無方向性點(diǎn)聲源；當(dāng)聲源尺度與波長相差不多或更大時(shí)，為非點(diǎn)聲源，且具有指向性。聲源尺度比波長大越多，指向性越強(qiáng)。頻率越高，指向性越強(qiáng)，直達(dá)聲聲能越集中于聲源輻射軸附近。第12頁人主觀聽覺特性哈斯（Hass）效應(yīng)——時(shí)差效應(yīng)哈斯效應(yīng)反應(yīng)在人耳聽覺特性兩個(gè)方面：1聽覺暫留若達(dá)到人耳兩個(gè)聲音時(shí)間間隔不大于50ms，則人感覺不到聲音是斷續(xù)聲源在室內(nèi)發(fā)聲，人耳首先接收直接來自聲源直達(dá)聲，然后陸續(xù)聽到各界面反射一系列延遲反射聲。根據(jù)聽覺暫留特性，直達(dá)聲達(dá)到后50ms以內(nèi)達(dá)到反射聲在聽覺上有加強(qiáng)直達(dá)聲作用，而超出50ms后達(dá)到較強(qiáng)反射聲會(huì)被人耳辨別出來，產(chǎn)生“回聲”現(xiàn)象。劇場聲學(xué)設(shè)計(jì)中回聲是一種嚴(yán)重聲學(xué)缺陷。2聲像定位第13頁第2章室內(nèi)聲學(xué)原理第14頁混響：指當(dāng)室內(nèi)聲場達(dá)成穩(wěn)態(tài)，聲源停頓發(fā)聲后，在聲場中還存在著來自各個(gè)界面遲到反射聲形成聲音“殘留”現(xiàn)象。這種殘留現(xiàn)象長短以混響時(shí)間來表征?；祉憰r(shí)間：聲源停頓發(fā)聲，聲能密度從穩(wěn)態(tài)聲能密度衰減60dB所需時(shí)間。記作T60或者RT，單位是秒（s）是音質(zhì)設(shè)計(jì)中能定量估算主要評(píng)價(jià)指標(biāo)混響和混響時(shí)間計(jì)算第15頁1.賽賓混響時(shí)間計(jì)算公式式中：T60——混響時(shí)間，s;K——與聲速有關(guān)常數(shù)，一般取0.161；A——室內(nèi)總吸聲量,,m2;S——室內(nèi)總表面積,m2；——室內(nèi)表面平均吸聲系數(shù);V——房間體積，m3。第16頁當(dāng)房間容積越大，界面吸聲量越小時(shí)，每次反射通過路程就越長，聲音衰變就越慢，混響時(shí)間越長；賽賓公式應(yīng)用于情況，不然將產(chǎn)生較大誤差；第17頁2.依林公式式中：V——房間容積，m3；S——室內(nèi)總表面積,m2；——室內(nèi)表面平均吸聲系數(shù)。S和計(jì)算辦法同上。室內(nèi)表面平均吸聲系數(shù)較?。ǎr(shí)，用賽賓公式與用依林公式可得到相近成果；在室內(nèi)吸聲系數(shù)較大（）時(shí)，只能用依林公式較為精確地計(jì)算室內(nèi)混響時(shí)間。第18頁賽賓公式和依林公式只考慮了室內(nèi)表面吸取作用，對于頻率較高聲音（一般為2023Hz以上），當(dāng)房間較大時(shí)，傳輸過程中，空氣也將產(chǎn)生很大吸取?？紤]了室內(nèi)表面和空氣吸取作用（尤其對高頻聲）依林-努特生公式表述：

式中：V——房間容積，m3；S——室內(nèi)總表面積,m2；——室內(nèi)平均吸聲系數(shù)。S和計(jì)算辦法同上。4m——空氣吸取系數(shù)。3.依林-努特生公式第19頁第20頁習(xí)題某演講廳尺寸為16.0m×12.5m×5.0m（高），其混響時(shí)間為1.2s，用依林公式計(jì)算大廳表面平均吸聲系數(shù)。解：依林公式：V=16×12.5×5=1000m3

S=（16×12.5+12.5×5+16×5）×2=685m2代入依林公式得=0.197查表得=0.178第21頁附表第22頁室內(nèi)聲壓級(jí)計(jì)算與混響半徑1.室內(nèi)聲壓級(jí)計(jì)算當(dāng)一點(diǎn)聲源在室內(nèi)連續(xù)發(fā)聲時(shí)，假定聲場充足擴(kuò)散，則利用下列穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)公式計(jì)算離開聲源不一樣距離處聲壓級(jí)，即或Lw－聲源聲功率級(jí)，dB；W－聲源聲功率，W；r－離開聲源距離，m；R－房間常數(shù)，，m2；S－室內(nèi)總表面積，m2；

－室內(nèi)平均吸聲系數(shù)；Q－聲源指向性因數(shù)，取決于聲源與接收點(diǎn)相對關(guān)系。第23頁Q是指向因數(shù)，當(dāng)無指向性聲源在完整自由空間時(shí)，Q=1；假如無指向性聲源是貼在墻面或頂棚面（半個(gè)自由空間）時(shí)，以及在室內(nèi)兩面角（1/4自由空間）或三面角（1/8自由空間）時(shí)，Q詳細(xì)數(shù)值如下：第24頁2.混響半徑根據(jù)上面公式，室內(nèi)聲能密度由兩部分組成：第一部分是直達(dá)聲，相稱于表述部分；第二部分是擴(kuò)散聲（包括第一次及后來反射聲），即表述部分。在離聲源較近處，直達(dá)聲占主要成份，直達(dá)聲大于擴(kuò)散聲，即；伴隨距離增加，擴(kuò)散聲作用逐漸加強(qiáng)；更遠(yuǎn)處，擴(kuò)散聲將起主要作用，此時(shí)，。在直達(dá)聲聲能密度與擴(kuò)散聲能密度相等處，離開聲源距離稱作“混響半徑”，也稱“臨界半徑”。它是辨別直達(dá)聲與擴(kuò)散聲哪個(gè)起主要作用分界點(diǎn)。第25頁房間常數(shù)R越大，則室內(nèi)吸聲量越大，混響半徑越長；R越小，混響半徑越短；在室內(nèi)，若接收點(diǎn)在混響半徑r0之內(nèi)，接收主要是直達(dá)聲，這時(shí)進(jìn)行吸聲處理對聲場特性沒有顯著效果；只有當(dāng)接收點(diǎn)在r0之外時(shí)，變化室內(nèi)吸聲量才會(huì)有顯著意義；對于聽者，當(dāng)距聲源距離不大于r0時(shí)，直達(dá)聲作用大于擴(kuò)散聲，容易得到較高清楚度；而反之，當(dāng)距離大于r0時(shí)，則清楚度減少，混響感提升。r0－混響半徑，m；Q－聲源指向性因數(shù)；R－房間常數(shù)，m2。上式能夠轉(zhuǎn)化為：混響半徑處，應(yīng)有：第26頁例題某觀眾廳體積為20230m3，室內(nèi)總表面積為6257m2，已知500Hz平均吸聲系數(shù)為0.23，演員聲功率為340μW，在舞臺(tái)上發(fā)聲，求距聲源39m處（觀眾廳最后一排座位）聲壓級(jí)，并計(jì)算混響半徑。解：根據(jù)已知條件，求出房間常數(shù)指向性系數(shù)，帶入公式得：混響半徑：第27頁第3章材料和構(gòu)造聲學(xué)特性第28頁吸聲材料和吸聲構(gòu)造分類根據(jù)材料外觀和構(gòu)造分類P296多孔吸聲材料（纖維狀、顆粒狀、泡沫狀）共振吸聲構(gòu)造薄膜、薄板共振吸聲構(gòu)造空腔、穿孔板共振吸聲構(gòu)造特殊吸聲構(gòu)造（空間吸聲體）第29頁多孔吸聲材料——主要吸取中高頻聲多種纖維材料無機(jī)纖維：超細(xì)玻璃棉、巖棉、礦棉有機(jī)纖維：棉、毛、麻、棕絲多孔吸聲材料必備特性：具有大量內(nèi)外連通微小空隙和孔洞。多孔材料飾面應(yīng)具有良好透氣性，不然會(huì)減少材料吸聲系數(shù)實(shí)際使用中，對多孔材料多種表面處理應(yīng)具有良好透氣性玻璃棉巖棉椰子棕絲第30頁共振吸聲構(gòu)造分類：空腔共振吸聲構(gòu)造薄板或薄膜吸聲構(gòu)造薄膜吸聲構(gòu)造能夠用作中頻吸聲構(gòu)造。薄板構(gòu)造能夠用作低頻吸聲構(gòu)造。共振吸聲構(gòu)造第31頁其他吸聲構(gòu)造空間吸聲體：用于調(diào)整混響時(shí)間或減少噪聲（吸聲系數(shù)可大于1）吸聲尖劈：用于消聲室強(qiáng)吸聲構(gòu)造（吸聲系數(shù)接近1）簾幕洞口——洞口朝向室外自由聲場，則從室內(nèi)角度來看，吸聲系數(shù)為1人和家俱——采取個(gè)體吸聲量表達(dá)空氣——對高頻聲吸取較大第32頁使用吸聲材料和構(gòu)造常見錯(cuò)誤解析

誤以為表面凹凸不平就有吸聲功能在某些早期廳堂中經(jīng)常在墻面采取水泥拉毛裝修方式，以為這種表面凹凸不平構(gòu)造對聲音有吸取作用。吸聲主要有兩種方式，即多孔吸聲和共振吸聲，多孔吸聲需要材料內(nèi)部有連通孔，共振吸聲需要有空腔，而類似于水泥拉毛構(gòu)造既沒有內(nèi)部連通孔也沒有空腔，因此基本上對聲音沒有吸取作用。這一點(diǎn)在進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)尤其注意。第33頁常見錯(cuò)誤解析

施工中在多孔性吸聲材料表面刷油漆或涂料，會(huì)破壞其透聲性。

最常見是用于吊頂?shù)V棉裝飾吸聲板。由于施工時(shí)也許將其表面污損，為了美化，將板表面刷涂一層油漆或涂料，這樣做將板面空洞封死，使聲波無法進(jìn)入到吸聲材料內(nèi)部，嚴(yán)重影響了材料吸聲性能。正確辦法是在安裝礦棉裝飾吸聲板時(shí)應(yīng)盡也許保持板表面清潔，在安裝好后不再作處理。第34頁常見錯(cuò)誤解析

誤以為穿孔板都有良好低頻吸聲性能穿孔板組合共振吸聲構(gòu)造必須有兩個(gè)必要條件，一是面板必須有一定穿孔率，二是板后必須有一定厚度空腔，二者缺一不可。有些工程中將穿孔板實(shí)貼在墻面或其他材料上，板后沒有空腔，這是起不到低頻共振吸聲作用。尚有工程使用半穿孔板，使聲波無法通過空洞進(jìn)入空腔內(nèi)，同樣也起不到共振吸聲作用。另外，用于以吸取低頻為主穿孔板組合吸聲構(gòu)造穿孔板穿孔率不能太大，一般不宜大于8%，穿孔率較大穿孔板一般作為透聲飾面材料使用，其低頻共振吸聲作用較弱。第35頁圍蔽構(gòu)造隔絕聲音分兩種形式：若是外部空間聲場聲能，稱為“空氣聲隔絕”；若是使撞擊能量輻射到建筑空間聲能有所減少，稱為“固體聲或撞擊聲隔絕”。隔聲和構(gòu)件隔聲特性第36頁材料（構(gòu)件）隔聲量一般在標(biāo)準(zhǔn)隔聲試驗(yàn)室中按規(guī)范進(jìn)行測量?？紤]到人耳聽覺頻率特性和一般構(gòu)件隔聲頻率特性，使用單一數(shù)值評(píng)價(jià)構(gòu)件隔聲頻率特性，即計(jì)權(quán)隔聲量Rw。第37頁單層墻隔聲頻率特性一般規(guī)律單層勻質(zhì)密實(shí)墻空氣聲隔絕f0勁度控制階段：頻率從低端開始，板隔聲量受勁度控制，隔聲量隨頻率增加而減少；阻尼控制階段：頻率繼續(xù)升高，質(zhì)量效應(yīng)加強(qiáng)，在某些頻率，勁度和質(zhì)量效應(yīng)互相抵消而產(chǎn)生共振現(xiàn)象，在共振基頻f0處，墻振幅很大，隔聲量出現(xiàn)極小值，大小主要取決于構(gòu)件阻尼；第38頁f0fc勁度控制階段；阻尼控制階段；質(zhì)量控制階段：頻率繼續(xù)升高，質(zhì)量起主要控制作用，隔聲量隨頻率增加而增加；而在吻合臨界頻率fc處，隔聲量有一種較大減少，形成一種隔音量低谷，稱為“吻合谷”。在一般建筑構(gòu)件中，共振基頻f0很低（低于噪聲頻率），隔聲受質(zhì)量控制，勁度和阻尼影響能夠忽視，從而墻能夠當(dāng)作是無勁度無阻尼柔順質(zhì)量。第39頁質(zhì)量定律第40頁公式表白：墻單位面積質(zhì)量越大，隔聲效果越好；單位面積質(zhì)量每增加一倍，隔聲量增加6dB，這一規(guī)律一般稱為“質(zhì)量規(guī)律”。入射聲頻率每增加一倍，隔聲量也增加6dB。增加單層均質(zhì)密實(shí)墻體厚度，不一定增加隔聲量。只在質(zhì)量定律控制區(qū)和質(zhì)量定律延伸控制區(qū)，增加墻厚增加隔聲量。第41頁雙層墻由兩層墻板和中間空氣層組成。雙層墻提升隔聲能力主要原因是空氣間層作用：中間空氣層具有彈性（可看做與兩側(cè)墻壁相連接“彈簧”），聲波入射到第一層時(shí)，使墻板發(fā)生振動(dòng)，這個(gè)振動(dòng)通過空氣層傳到第二層墻板時(shí)，由于空氣層具有減振作用，振動(dòng)已經(jīng)大大削弱，從而提升了墻體總隔聲量。雙層墻空氣聲隔絕實(shí)際中，兩層墻之間常有剛性連接，他們能較多地傳遞聲音能量，使附加隔聲量減少，這些連接稱為“聲橋”。聲橋過多，將使空氣間層完全失去作用。第42頁注意由于一般門窗隔聲效果比一般墻體差，因此，孤立地提升墻體隔聲能力是沒故意義，應(yīng)當(dāng)按照“等傳聲量設(shè)計(jì)”標(biāo)準(zhǔn)，即較強(qiáng)隔聲構(gòu)件隔聲量略高于較弱構(gòu)件。一般，墻隔聲量只需比門或窗高出10dB左右。若要提升組合構(gòu)件綜合隔聲量，首先要提升隔聲差分構(gòu)件隔聲量；假如組合構(gòu)件中某個(gè)分構(gòu)件隔聲量很差，則單單提升其他構(gòu)件隔聲量也于事無補(bǔ)。第43頁振動(dòng)隔離由振動(dòng)物體直接撞擊構(gòu)造物，如樓板、墻等，使之產(chǎn)生振動(dòng)，并沿著構(gòu)造傳輸開去而產(chǎn)生噪聲。包括：由物體撞擊而產(chǎn)生噪聲，如物體落地、敲打、拖動(dòng)桌椅、撞擊門窗、走路、跑跳等；機(jī)械設(shè)備振動(dòng)產(chǎn)生噪聲；衛(wèi)生設(shè)備及管道使用產(chǎn)生噪聲等。每一種振動(dòng)單體都存在固有頻率，當(dāng)振動(dòng)頻率與固有頻率相同步，發(fā)生共振。隔振就是使振動(dòng)盡也許遠(yuǎn)大于共振頻率倍，最佳設(shè)計(jì)系統(tǒng)固有頻率低于振動(dòng)頻率5~10倍以上。第44頁與空氣聲計(jì)權(quán)隔聲量RW相同，標(biāo)準(zhǔn)同樣要求用單一指標(biāo)體現(xiàn)構(gòu)件撞擊聲隔絕性能，即計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲級(jí)Lpn,wLpn越大，樓板隔絕撞擊聲效果越差；反之越好；撞擊聲隔聲評(píng)價(jià)及其指標(biāo)第45頁撞擊聲隔絕措施撞擊聲產(chǎn)生是由于振動(dòng)源撞擊樓板，使之受撞而振動(dòng)，并通過房屋構(gòu)造剛性連接而傳輸，最后振動(dòng)構(gòu)造向接收空間輻射聲能形成空氣聲傳給接收者。隔絕措施主要有三點(diǎn)使振動(dòng)源撞擊樓板引發(fā)振動(dòng)削弱：可通過治理振動(dòng)源和采取隔振措施實(shí)現(xiàn)；也可在樓板上敷設(shè)彈性面層來達(dá)成；阻隔振動(dòng)在樓層構(gòu)造中傳輸：可在樓板面層和承重構(gòu)造之間設(shè)置彈性墊層來達(dá)成，稱為“浮筑樓板”；阻隔振動(dòng)構(gòu)造向接收空間輻射空氣聲：可在樓板下做隔聲吊頂彈性懸吊頂棚浮筑樓板第46頁（1）面層處理在樓板表面鋪設(shè)彈性面層可使撞擊能量削弱。常用材料有地毯、橡膠板、地漆布、塑料地面、軟木地面等。對高頻撞擊聲效果顯著。（2）浮筑樓板隔振原理振動(dòng)在固體中傳輸時(shí)衰減很小，只要固體構(gòu)件始終連接在一起，振動(dòng)將傳輸很遠(yuǎn)（例：耳朵貼鐵軌上可聽到幾公里外火車行駛聲音）。假如固體構(gòu)件是脫離（哪怕只是非常小縫隙），或構(gòu)件之間存在彈性減振墊層，振動(dòng)傳輸將在這些位置受到極大妨礙。浮筑樓板就是在樓板構(gòu)造層與面層之間用彈簧或與彈簧效果類似玻璃棉做減振墊層。在用于隔絕機(jī)器振動(dòng)減震臺(tái)或減振地面時(shí)需要更專業(yè)設(shè)計(jì)，避免減振系統(tǒng)固有頻率與機(jī)器振動(dòng)頻率一致而發(fā)生共振。第47頁（3）彈性隔聲吊頂樓板下做吊頂。必須是封閉吊頂，且最佳采取彈性吊件。（4）房中房是隔聲減振效果最佳建筑形式。即在房間中再建一種房間，內(nèi)層房間位于彈簧或其他減振設(shè)備上，四周墻壁與頂棚與外部房間之間沒有任何連接。若采取聲閘，空氣聲標(biāo)準(zhǔn)計(jì)權(quán)隔聲量可達(dá)成70dB，撞擊聲標(biāo)準(zhǔn)計(jì)權(quán)隔聲量可低于35dB。（5）柔性連接減振構(gòu)造中盡也許使用柔性連接，以減少振動(dòng)傳遞。第48頁建筑中吸聲降噪利用吸聲原理減少噪聲辦法稱為“吸聲降噪”。吸聲降噪只能減少混響聲，面向直達(dá)聲無效，因此不能把房間內(nèi)噪聲“全吸掉”。吸聲降噪效果一般約為6~10dB隔聲能減少噪聲級(jí)20~50dB。隔聲設(shè)施包括采取隔聲墻或樓板等構(gòu)件、隔聲罩、隔聲間、隔聲屏障（主要減少高頻聲）與隔聲幕等。都市中噪聲源主要由交通、建筑（或工業(yè)）組成。第4章噪聲控制第49頁第5章室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)

第50頁體形設(shè)計(jì)標(biāo)