建筑環(huán)境學(xué)07第7章建筑聲環(huán)境

第七章

建筑聲環(huán)境本章內(nèi)容建筑聲環(huán)境的根本知識(shí)人體對(duì)聲環(huán)境的反響原理與噪聲評(píng)價(jià)聲音傳播與衰減的原理資料與構(gòu)造的聲學(xué)性能噪聲的控制與治理方法2聲環(huán)境控制的意義發(fā)明良好的滿(mǎn)足要求的聲環(huán)境保證居住者的安康提高勞動(dòng)消費(fèi)率保證工藝過(guò)程要求錄音棚、演播室高保真音樂(lè)廳3第一節(jié)

建筑聲環(huán)境的根本知識(shí)聲波的根本物理性質(zhì)聲音的計(jì)量聲音是什么？聲波：聲源振動(dòng)引起彈性媒質(zhì)的壓力變化，并在彈性媒質(zhì)中傳播的機(jī)械波聲源：振動(dòng)的固體、液體、氣體聲壓：空氣壓強(qiáng)的變化量，10-5～10Pa量級(jí)特性：波長(zhǎng)、頻率f、聲速c波長(zhǎng)7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)5聲音的傳播速度聲速與媒質(zhì)的彈性、密度和溫度有關(guān)空氣中的聲速：理想氣體中k絕熱指數(shù)，R氣體常數(shù)，T絕對(duì)溫度?？諝庵新曀偈菧囟鹊膯沃岛瘮?shù)。在建筑環(huán)境領(lǐng)域中變化范圍很小，近似：340m/s固液體中的聲速鋼5000m/s松木3320m/s水1450m/s軟木500m/s7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)6聲音的頻帶人耳可以聽(tīng)見(jiàn)范圍為20~20000Hz人耳聽(tīng)不見(jiàn)的范圍20Hz以下：次聲20000Hz以上：超聲

高頻聲低頻聲中頻聲31.25Hz頻率7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)7聲音的頻帶簡(jiǎn)諧音〔純音〕聲壓變化為只需一個(gè)頻率的余弦函數(shù)的聲音只需求頻率f和聲壓幅值Pm就可以描畫(huà)復(fù)音周期性信號(hào)，含有基頻調(diào)和頻，諧頻是基頻的整倍數(shù)其頻譜圖可以表示為在基頻f0和2f0、3f0、……nf0處的一系列高矮不等的豎直線——線狀譜(離散譜)普通聲響頻譜普通為延續(xù)頻譜7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)8樂(lè)聲的線狀譜音調(diào)的高低取決于基頻，而音色取決于諧頻分量的構(gòu)成7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)基頻諧頻880,1320,1760,2200,2640,3080,3520……9普通聲響頻譜普通為延續(xù)頻譜7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)10聲音的頻帶頻程把聲頻范圍劃分成幾個(gè)頻段，稱(chēng)作頻程或頻帶倍頻程兩個(gè)頻率之比為2:1的頻程。普通用倍頻程劃分頻帶，中心頻率分別為：31.3(31.25)、63(62.5)、125、250、500、1000、2000、4000、8000Hz。7-1.1聲波的根本物理性質(zhì)11聲音的計(jì)量聲功率W：聲源在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)外輻射的聲能，即在全部可聽(tīng)范圍所輻射的功率，單位W。也可特指在某個(gè)有限頻率范圍所輻射的功率，亦稱(chēng)頻帶聲功率。聲強(qiáng)I：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)垂直于傳播方向上單位面積的平均聲功率，W/m2。聲壓p：聲波的壓強(qiáng)與媒質(zhì)的靜壓之差，Pa媒質(zhì)的密度7-1.2聲音的計(jì)量12聽(tīng)覺(jué)范圍——量級(jí)差非常大可聞閾(聽(tīng)閾) ——人耳剛能感受的聲音p0=2×10-5Pa I0=1×10-12W/m2疼痛閾——聞之人耳那么痛，p=200Pa，I=100W/m27-1.2聲音的計(jì)量煩惱閾 ——聞之煩惱不安 p0=20Pa，I0=1W/m213聲音的度量分貝標(biāo)度和聲級(jí)L，單位dB設(shè)立的必要性數(shù)據(jù)范圍太大，如2×10－5Pa~20Pa人的聽(tīng)覺(jué)呼應(yīng)與聲強(qiáng)、聲壓呈對(duì)數(shù)關(guān)系聲強(qiáng)級(jí)聲壓級(jí)聲功率級(jí)可聞閾值1×10-12W7-1.2聲音的計(jì)量14聲源的分散和疊加特性點(diǎn)聲源的聲功率和聲強(qiáng)：聲音球面分散聲強(qiáng)可以直接疊加，故有:總聲壓是各聲壓的均方根:rW7-1.2聲音的計(jì)量球面波平面波15聲源聲級(jí)疊加：非線性！兩個(gè)聲源疊加(I、P、W聲級(jí)同理)：n個(gè)一樣聲源L1疊加：兩個(gè)一樣聲源疊加，聲級(jí)添加了10lg2=3dBL=3dB7-1.2聲音的計(jì)量16兩個(gè)不同聲源疊加，差別超越10~15dB，可以忽略。添加的聲級(jí)數(shù)聲源聲級(jí)差7-1.2聲音的計(jì)量17聲源的指向性在距聲源中心等間隔的不同方向的空間位置處的聲壓級(jí)不相等指向性指數(shù)DI——在離聲源一樣間隔r處，某個(gè)方向的實(shí)踐聲壓級(jí)Lp(r,θ,φ)與參考聲壓級(jí)Lp0(r)之差指向性因數(shù)Q——實(shí)踐聲強(qiáng)I(r,θ,φ)與參考聲強(qiáng)I0(r)的比值。Q與指向性指數(shù)DI的關(guān)系：DI=10lgQ參考聲壓Lp0(r)參考聲強(qiáng)I0(r)無(wú)方向性的點(diǎn)聲源構(gòu)成的聲壓場(chǎng)7-1.3聲源的指向性18S0為聲源面積，f為頻率，I～I(xiàn)V是聲源的4種位置7-1.3聲源的指向性聲源的指向性因數(shù)Q聲源尺寸比波長(zhǎng)大得越多，指向性就越強(qiáng)指向性與邊境對(duì)聲波自在分散的妨礙有關(guān)處于喇叭狀角落，指向性最強(qiáng)19第二節(jié)

人體對(duì)聲環(huán)境的反響原理與噪聲評(píng)價(jià)人的客觀聽(tīng)覺(jué)特性噪聲的評(píng)價(jià)噪聲的規(guī)范人的客觀聽(tīng)覺(jué)特性什么是噪聲？人們不情愿聽(tīng)到的任何聲音空氣聲：經(jīng)空氣和圍護(hù)構(gòu)造傳播固體聲：振動(dòng)噪聲7-2人體對(duì)聲環(huán)境的反響原理與噪聲評(píng)價(jià)21聽(tīng)覺(jué)機(jī)構(gòu)7-2人體對(duì)聲環(huán)境的反響原理與噪聲評(píng)價(jià)

自在場(chǎng)最小可聽(tīng)閾煩惱閾疼痛閾22人耳的聽(tīng)覺(jué)特征特征：對(duì)高頻聲比對(duì)低頻聲敏感響度級(jí)：用1000Hz純音的聲壓級(jí)代表其等響曲線的響度級(jí)，單位Phon等響曲線聽(tīng)閾痛閾7-2.2聽(tīng)覺(jué)特性23聲級(jí)計(jì)：A、B、C、D計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)聲級(jí)計(jì)為模擬人耳聽(tīng)覺(jué)而進(jìn)展濾波，分別模擬人耳對(duì)40方、70方和100方純音的反響而得到A、B、C三種計(jì)權(quán)方式。D計(jì)權(quán)用于丈量航空噪聲。對(duì)不同的頻率有不同的衰減。1000Hz的衰減均為是0。7-2.2聽(tīng)覺(jué)特性24掩蔽效應(yīng)一種聲音存在提高了另一種聲音的可聞閾頻率相近那么掩蔽作用顯著對(duì)高頻掩蔽作用比對(duì)低頻掩蔽作用大有利有弊弊：聽(tīng)不清要聽(tīng)的內(nèi)容，降低任務(wù)效率利：防止一些噪聲的干擾，提高任務(wù)效率掩蔽音的聲壓級(jí)被掩蔽音的聲壓級(jí)dB7-2.2聽(tīng)覺(jué)特性25掩蔽效應(yīng)適宜的掩蔽背景聲的特點(diǎn)無(wú)表達(dá)含義響度不大延續(xù)無(wú)方位感掩蔽背景聲低響度的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)噪聲往往是很好的掩蔽背景聲細(xì)微的音樂(lè)聲隱約的言語(yǔ)聲7-2.2聽(tīng)覺(jué)特性26日本辦公樓噪聲干擾覺(jué)得的調(diào)查7-2.2聽(tīng)覺(jué)特性27噪聲評(píng)價(jià)：A聲級(jí)用A計(jì)權(quán)方式測(cè)得的噪聲級(jí)稱(chēng)作A聲級(jí)，是一個(gè)綜合疊加得到的單一的數(shù)值。環(huán)境噪聲響度多在40方上下，故A聲級(jí)可以較好地反映人對(duì)噪聲的客觀反響。A聲級(jí)LA(或LpA)針對(duì)穩(wěn)態(tài)噪聲。對(duì)于一個(gè)噪聲的倍頻帶譜：7-2.3噪聲的評(píng)價(jià)28噪聲評(píng)價(jià)：A聲級(jí)等效延續(xù)A聲級(jí)針對(duì)聲級(jí)隨時(shí)間變化的噪聲，在一段時(shí)間內(nèi)能量平均的等效聲級(jí)累積分布聲級(jí)LX用隨機(jī)噪聲聲級(jí)出現(xiàn)的累積概率來(lái)表示:例如L10＝70dB，表示有10%的丈量時(shí)間內(nèi)聲級(jí)超越70dB7-2.3噪聲的評(píng)價(jià)離散噪聲29噪聲評(píng)價(jià)曲線：NR

(NoiseRating)單值A(chǔ)聲級(jí)不能反映噪聲的頻譜特性NR曲線：中國(guó)、歐洲常用，ISO引薦思索了低頻噪聲難消除的要素LA=NR+5dB7-2.3噪聲的評(píng)價(jià)30噪聲評(píng)價(jià)曲線：NCNC曲線(NoiseCriterionCurves)，Beranek于1957年提出，1968年開(kāi)場(chǎng)實(shí)施。ISO引薦，英、美、日常用。對(duì)低頻的要求比NR曲線苛刻LA=NC+10dBNC＝NR－57-2.3噪聲的評(píng)價(jià)31噪聲評(píng)價(jià)曲線：PNCPNC(PreferredNoiseCurves)是對(duì)NC曲線進(jìn)展的修正對(duì)低頻部分更進(jìn)一步進(jìn)展了降低PNC=3.5+NC7-2.3噪聲的評(píng)價(jià)32我國(guó)的室內(nèi)噪聲規(guī)范房間類(lèi)型 NR(dB) A聲級(jí)dB(A)臥室、書(shū)房、病房 35~45 40~50起居室 40~45 40~50言語(yǔ)教室 35 40普通教室 45 50門(mén)診室 50~55 55~60手術(shù)室 40~45 40~50賓館客房 30~45 35~50會(huì)議室 30 35學(xué)術(shù)報(bào)告廳、閱覽室 25 30室內(nèi)樂(lè)、演唱廳 20 25辦公室 35 40宴會(huì)廳 35 407-2.4噪聲的規(guī)范33第三節(jié)

聲音傳播與衰減的原理聲音的傳播規(guī)律遇到妨礙物：反射、散射、衍射(繞射)AE妨礙物相對(duì)波長(zhǎng)的尺度由大至小7-3.1聲音傳播與衰減的原理35聲音的透射和吸收吸收透射吸收透射7-3.1聲音傳播與衰減的原理反射入射36在自在場(chǎng)的聲音的傳播和衰減對(duì)于點(diǎn)聲源相對(duì)參考值117-3.2聲音在室外空間的傳播6dB3dB37聲音在室內(nèi)空間中的傳播室內(nèi)聲場(chǎng)由直達(dá)聲與多次反射聲組成聲音比自在聲場(chǎng)大，且不隨間隔平方衰減有“混響景象〞平均吸聲系數(shù)室內(nèi)聲級(jí)隨時(shí)間t衰減的量7-3.3聲音在室內(nèi)空間的傳播房間容積房間界面總面積38聲能密度Dt，J/m3聲音在室內(nèi)的增長(zhǎng)和衰減室內(nèi)吸聲量越大，衰減越快房間容積越大，衰減越慢7-3.3聲音在室內(nèi)空間的傳播停頓發(fā)聲后衰減60dB的時(shí)間稱(chēng)為混響時(shí)間：39rrLpLpLWLWS0為聲源面積，f為頻率，I～I(xiàn)V是聲源的4種位置指向性因數(shù)QAB室內(nèi)的聲壓級(jí)室內(nèi)某點(diǎn)聲壓級(jí)Q－指向性因數(shù)，取決與聲源與接納點(diǎn)的相對(duì)關(guān)系R－房間常數(shù)S－房間總外表積a－平均吸聲系數(shù)40第四節(jié)

資料與構(gòu)造的聲學(xué)性能吸聲資料和吸聲構(gòu)造吸聲資料的吸聲系數(shù)和吸聲量吸聲系數(shù)a：吸收聲占入射聲的比例吸聲特性和聲波入射角度有關(guān)——均勻方向的稱(chēng)作“無(wú)規(guī)入射〞或“分散入射〞室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)中通常用分散入射吸聲系數(shù)而在消聲器設(shè)計(jì)中通常用垂直入射吸聲系數(shù)同一種資料和構(gòu)造對(duì)于不同頻率的聲波有不同的吸聲系數(shù)。吸聲構(gòu)件的實(shí)踐吸聲量與吸聲構(gòu)件的圍蔽面積有關(guān)：A＝aS7-4資料與構(gòu)造的聲學(xué)性能42吸聲資料和吸聲構(gòu)造多孔吸聲資料微孔很多且相互連通，吸收多，反射少，效果好，如纖維板、毛氈、礦棉微孔靠得很近卻不相通，效果不好，如泡沫樹(shù)脂、多孔橡膠共振吸聲構(gòu)造 薄膜、薄板共振吸聲構(gòu)造空腔、穿孔板共振吸聲構(gòu)造空間吸聲體7-4資料與構(gòu)造的聲學(xué)性能43吸聲資料吸聲原理聲波導(dǎo)致空氣在吸聲資料中行進(jìn)、反射、折射過(guò)程中產(chǎn)生摩擦而損耗聲能，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芪曎Y料也容易透聲7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造44吸聲資料的頻譜特性

——高頻較易消除7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造45薄膜薄板共振吸聲構(gòu)造不透氣薄膜薄板與板壁間有一空氣夾層，薄膜、薄板振動(dòng)耗費(fèi)聲能。7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造46共振消聲原理共振構(gòu)造在聲波激發(fā)下振動(dòng)，振動(dòng)的構(gòu)造由于本身的內(nèi)摩擦和與空氣間的摩擦把部分振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗。因此振動(dòng)的構(gòu)造耗費(fèi)聲能，產(chǎn)生吸聲效果。順應(yīng)頻帶：中、低頻共振會(huì)放大聲音嗎？共振共鳴！共鳴：機(jī)械能激發(fā)物體振動(dòng)向空氣輻射聲能共振：空氣中傳播的聲能激發(fā)物體機(jī)械振動(dòng)7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造47空腔共振器空腔孔頸空氣柱由于共振而猛烈運(yùn)動(dòng)，耗費(fèi)能量，腔內(nèi)空氣起彈簧緩沖作用7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造48穿孔板共振器穿孔板與墻間空腔構(gòu)成共振腔7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造49空間吸聲體當(dāng)房間外表缺乏作吸聲外表時(shí)運(yùn)用。吸聲資料7-4.2吸聲資料和吸聲構(gòu)造50隔聲7-4.3隔聲和構(gòu)件的隔聲特性開(kāi)窗單3雙3-100雙3-200雙13單1351不同類(lèi)型的隔聲構(gòu)件的隔聲量7-4.3隔聲和構(gòu)件的隔聲特性304030dB45dB34dB52空氣間層的彈性變形具有減振作用空氣層厚度有一個(gè)最正確值7-4.3隔聲和構(gòu)件的隔聲特性空氣層對(duì)隔聲效果的影響53小孔對(duì)隔聲作用的影響孔徑相對(duì)波長(zhǎng)越大，衍射作用越強(qiáng)=11.7cm=3.4m7-4.3隔聲和構(gòu)件的隔聲特性54第五節(jié)

噪聲的控制與治理方法

聲源控制氣流噪聲的消除噪聲的掩蔽噪聲控制措施降低噪聲源噪聲噪聲源的控制、減振傳播途徑降低噪聲吸聲、隔聲、消聲、隔振掩蔽自動(dòng)參與掩蔽噪聲7-5噪聲的控制與治理方法56降低噪聲的方法吸聲降噪在室內(nèi)天花或墻面上布置吸聲資料，可使混響聲減弱，但直達(dá)聲不會(huì)降低靠吸聲降噪很難把噪聲降低10dB以上在接近聲源處作用很?。褐边_(dá)聲為主減振和隔振隔聲適當(dāng)?shù)母袈曉O(shè)備，能降低噪聲20~50dB7-5.1噪聲源的控制57振動(dòng)與隔振原理振動(dòng)的危害使人煩惱，妨礙任務(wù)產(chǎn)生噪聲損壞建筑物和設(shè)備振動(dòng)傳送比T：輸出的動(dòng)力占振源輸入動(dòng)力的百分比f(wàn)為振源頻率，f0為減振構(gòu)造固有頻率7-5.1噪聲源的