建筑聲學(xué)

講課內(nèi)容建筑聲學(xué)基本知識(shí)吸聲與隔聲噪聲控制室內(nèi)聲學(xué)內(nèi)容提要聲音與聲源的方向性

聲功率聲強(qiáng)聲壓和分貝

頻率和頻譜

音樂噪聲聲波的反射折射衍射擴(kuò)散吸收和透射人對(duì)聲音的感受二、波陣面聲波從聲源發(fā)出，在同一介質(zhì)中按一定方向傳播，在某一時(shí)刻，波動(dòng)所到達(dá)的各點(diǎn)的包跡面稱為波陣面。波陣面為平面的稱為平面波，波陣面為球面的稱為球面波。在傳播途徑上，兩相鄰?fù)辔毁|(zhì)點(diǎn)之間的距離稱為波長(zhǎng)，記作λ，單位是m。聲波在彈性介質(zhì)中的傳播速度稱為聲速，記作c,單位m/s。聲速是振動(dòng)傳播的速度，與介質(zhì)的彈性、密度以及溫度有關(guān)。聲速、波長(zhǎng)和頻率有以下的關(guān)系：c=fxλ。人耳能感受到的聲波的頻率范圍大約在20－20000Hz之間。低于20Hz聲波成為次聲波，高于20000Hz稱為超聲波。次聲波和超聲波都不會(huì)形成聽覺。聲波的傳播方向可用聲線來(lái)表示。聲線是假想的垂直于波陣面的直線，主要用于幾何聲學(xué)中對(duì)聲傳播的跟蹤。點(diǎn)聲源——波陣面為球面，聲音強(qiáng)度隨著傳播距離的增加而迅速減弱；當(dāng)聲源的尺寸較距離小很多時(shí)，可認(rèn)為點(diǎn)聲源。線聲源——波陣面為柱面，聲音強(qiáng)度隨著傳播距離的增加而逐漸減弱；如很長(zhǎng)的火車。面聲源——波陣面為平面，聲音強(qiáng)度不隨傳播距離的增加而減弱。海嘯屬。三、聲源的方向性一般用聲源的方向性來(lái)描述聲源向空間各個(gè)方向輻射聲波的能力，多用“極坐標(biāo)圖”來(lái)表示。

聲源的方向性強(qiáng)弱一方面與聲源本身有很大關(guān)系，另一方面，與聲波的頻率有關(guān)。頻率越高方向性越強(qiáng)。一、聲功率、聲強(qiáng)、聲壓

聲功率是指聲源在單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的聲能量，記作W，單位為瓦(w).

聲強(qiáng)是指在單位時(shí)間內(nèi)在垂直于聲波傳播方向的單位面積上的所通過(guò)的聲能，記作I,單位是W/m2。

聲壓是指某瞬間介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對(duì)于無(wú)聲波時(shí)的壓強(qiáng)的改變量，所以聲壓的單位就是壓強(qiáng)的單位，即牛頓/米2(N/m2)或微巴(μb)。每一瞬間的聲壓叫瞬時(shí)聲壓，某段時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)聲壓的平均值稱為有效聲壓，用它的均方根來(lái)表示。三、聲音的疊加

兩個(gè)數(shù)值相等的聲壓級(jí)疊加后，只比原來(lái)增加3dB，而不是增加一倍。

一、頻率和頻譜

在建筑聲環(huán)境的研究和設(shè)計(jì)中，除了要知道聲源在某一點(diǎn)的聲壓級(jí)外，還要知道一定頻率范圍內(nèi)里各組成頻率的聲壓級(jí)，這種以頻率范圍為橫坐標(biāo)與其相對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)作為縱坐標(biāo)所組成的圖形稱為聲源的頻譜。由一些離散頻率組成的譜稱為線譜。在一定頻率范圍內(nèi)含有連續(xù)頻率成分的譜稱為連續(xù)譜。二、音樂(樂音)音調(diào)主要決定于聲音的頻率，頻率越高，音調(diào)就越高；但它還和聲壓級(jí)和組成成分有關(guān)。樂器發(fā)出的復(fù)合聲系由基音和諧音組成的，所有諧音的頻率都是基音頻率的整數(shù)倍，這樣的復(fù)合聲即使基音成分很弱，某音調(diào)的高度也是由基音頻率決定的。

一、聲反射、聲折射、聲衍射和擴(kuò)散1.平面的反射

光滑表面對(duì)聲波的反射遵循平方反比定律。反射波的強(qiáng)度取決于它們與“像”的距離以及反射表面對(duì)聲波吸收的程度。2.曲面的反射

與平面反射相比，凹面反射波的強(qiáng)度較弱強(qiáng)，凸面反射波的強(qiáng)度較弱。

一、聲反射、聲折射、聲衍射和擴(kuò)散3.聲折射:

聲波在傳播的過(guò)程中，遇到不同介質(zhì)的分界面時(shí)，除了反射外，還會(huì)發(fā)生折射，從而改變聲波的傳播方向。溫度與風(fēng)向?qū)β曇舻膫鞑シ较虍a(chǎn)生影響。一、聲反射、聲折射、聲衍射和擴(kuò)散4.聲衍射:

聲波通過(guò)障板上的孔洞時(shí)，并不象光線那樣直線傳播，而能繞到障板的背后改變?cè)瓉?lái)的傳播方向，在它的背后繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象稱為繞射（亦稱為衍射）。當(dāng)聲波在傳播過(guò)程中遇到一塊其尺度比波長(zhǎng)大得多的障板時(shí)，聲波將被反射。如聲源發(fā)出的是球面波經(jīng)反射后仍為球面波。5.聲擴(kuò)散:

聲波在傳播過(guò)程中，如果遇到一些凸形的界面就會(huì)倍分解成許多小的比較弱的反射聲波，這種現(xiàn)象稱為聲擴(kuò)散。三、聲透射

聲波入射到建筑構(gòu)件時(shí)，聲能的一部分被反射，一部分被吸收，還有一部分透過(guò)建筑部件傳到另一側(cè)空間去。材料的透聲能力一般用透射系數(shù)τ來(lái)表示，在工程中習(xí)慣用隔聲量R來(lái)表示，R＝10lg1/τ。R越大則隔聲量越大。一、人耳的聽覺、響度級(jí)、A聲級(jí)1.人耳的聽覺

當(dāng)聲波的交變壓力到達(dá)外耳時(shí)，使耳膜按入射聲波的頻率振動(dòng)，這些振動(dòng)自中耳的幾個(gè)聽小骨中放大，并通過(guò)內(nèi)耳中的液體傳遞到內(nèi)耳的神經(jīng)末梢，分析整理成信號(hào)傳至大腦，產(chǎn)生了不同音調(diào)和強(qiáng)度的聲音感受，這就是聽覺過(guò)程。

2.響度級(jí)聲級(jí)計(jì)和A聲級(jí)

如果某一聲音與已選定的1000Hz的純音聽起來(lái)同樣響，這個(gè)1000Hz純音的聲壓級(jí)值就定義為待測(cè)聲音的“響度級(jí)”。響度級(jí)的單位為方(phon)。對(duì)一系列純音都用標(biāo)準(zhǔn)音來(lái)作上述比較，就可以得到純音等響曲線。對(duì)于復(fù)合聲，不直接用純音等響曲線，其響度級(jí)需要通過(guò)計(jì)算求得。目前在測(cè)量聲音響度級(jí)時(shí)使用的儀器稱為“聲級(jí)計(jì)”，讀數(shù)為“聲級(jí)”，單位是分貝(dB)。在聲級(jí)計(jì)中設(shè)有A、B、C三個(gè)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，這三種計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是大致參考某幾條等響曲線而設(shè)計(jì)的。模擬人耳對(duì)不同頻率聲音的反應(yīng)。A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)參考40方等響曲線，對(duì)500Hz以下的聲音由較大的衰減，以模擬人耳對(duì)低頻不敏感的特性。用A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)得的聲壓計(jì)稱為A聲級(jí)，記作LA。C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)具有接近線形的較平坦的特性，在整個(gè)可聽范圍內(nèi)幾乎不衰減，以模擬人耳對(duì)85方以上純音的響應(yīng)，因此可以代表總聲壓級(jí)。

二、噪聲對(duì)人的影響

1.掩蔽、環(huán)境噪聲、干擾噪聲

一個(gè)聲音的聽閾因另一個(gè)掩蔽聲音的存在而上升的現(xiàn)象稱為掩蔽，上升的分貝數(shù)則是掩蔽的程度。一般來(lái)說(shuō)，低頻聲對(duì)高頻聲的掩蔽作用較大，高頻聲對(duì)低頻聲的掩蔽作用較小，但是聽者對(duì)某個(gè)聲音的注意力也會(huì)影響其他聲音的掩蔽作用。

環(huán)境噪聲是指出現(xiàn)在聽者所處環(huán)境里的總噪聲級(jí)，往往是由多個(gè)聲源產(chǎn)生。

干擾噪聲是指由室外傳入的噪聲或是由建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞的來(lái)自建筑物其他部分的噪聲。

2.決定聲音對(duì)人干擾的程度的因素:

1）聲壓級(jí)或聲級(jí)；

2）聲音的持續(xù)時(shí)間；

3）聲現(xiàn)象隨時(shí)間的變化情況；

4）復(fù)合聲的頻譜成分。

3.噪聲對(duì)健康和各種活動(dòng)的影響

1）噪聲對(duì)健康的影響

高強(qiáng)度的噪聲對(duì)聽覺器官會(huì)造成損傷，還會(huì)影響人的睡眠。

2）噪聲對(duì)各種活動(dòng)的影響

(A)噪聲與語(yǔ)言干擾

人們對(duì)語(yǔ)言聽聞的好壞決定于語(yǔ)言的聲功率和清晰度。如果環(huán)境的噪聲過(guò)高，就掩蔽了需要聽的聲音。如果室內(nèi)混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則就會(huì)降低清晰度。

(B)噪聲與效率

噪聲對(duì)人們工作效率的影響隨工作性質(zhì)的不同而有所不