第一講 引言及聲環(huán)境概論_conv.doc

第一講 建筑聲環(huán)境概論一.聲環(huán)境設計的意義： 聲音是人類行為中重要的組成部分。 人們可以聽到的聲音都屬于聲環(huán)境范疇聲環(huán)境設計是專門研究如何為建筑使用者創(chuàng)造一個合適的聲音環(huán)境。 二.建筑聲環(huán)境研究的內容1.音質設計主要是音樂廳、劇院、禮堂、報告廳、多功能廳、電影院等2.隔聲隔振主要是有安靜要求的房間，如錄音室、演播室、旅館客房、居民住宅臥室等 3.材料的聲學性能測試與研究吸聲材料：材料的吸聲機理、如何測定材料的吸聲系數、不同吸聲材料的應用等等。如劇場座椅吸聲量的測試，天花板吸聲性能的設計等。隔聲材料：材料的隔聲機理，如何提高材料的隔聲性能，如何評定材料的隔聲性能，材料隔振的機理，不同材料隔振效果等。4.噪聲的防止與治理掌握了解噪聲的標準、規(guī)劃階段如何避免噪聲、出現噪聲如何解決以及交通噪聲治理等。5.其他電聲 聲學測量的方法聲音本身性質的測定、房間聲學的測定、材料聲學性質的測定。聲學實驗室的設計研究。三.建筑聲學發(fā)展簡史1. 古希臘、古羅馬的露天劇場 埃比道魯斯劇場 阿波羅圣地劇場露天劇場存在的問題是：1、露天狀態(tài)下，聲能下降很快。2、相當大的聲能被觀眾吸收。3、噪聲干擾。解決方法：加聲反射罩； 控制演出時周圍的噪聲干擾。2.中世紀教堂建筑 自從羅馬帝國被推翻后，中世紀建造的主要廳堂就是教堂。中世紀的室內聲學知識主要來源于經驗，科學的成分很少。教堂的聲學環(huán)境的特點是：音質特別豐滿，混響時間很長，可懂度很差。3.十六世紀的劇場 十六世紀后歐洲建了很多劇場，有些劇場的觀眾容量很大。如意大利維琴察市（維琴察古城于1994年成為聯合國教科文組織世界文化遺產。），由帕拉迪奧設計的奧林匹克劇院，建于1579_1584，有3000個座位。又如1618年由亞歷迪奧設計的意大利帕爾馬市的法內斯劇場，可容納觀眾2500人。從掌握的資料來看，雖然這個時代的建筑師幾乎沒有任何室內聲學知識，但這個時代建造的幾座劇院和其他廳堂沒有發(fā)現任何顯著的音質缺陷。主要的原因是由于觀眾的吸聲和劇場內華麗的表面裝飾起到了擴散作用，使劇場的混響時間控制比較合理，聲能分布也比較均勻。 4.17世紀的馬蹄形歌劇院 十七世紀，出現了馬蹄形歌劇院。這種歌劇院有較大的舞臺以及環(huán)形包廂或臺階式座位，排列至接近頂棚。這種劇院的特點是利用觀眾坐席大面積吸收聲音，使混響時間比較短，這種聲學環(huán)境適合于輕松愉快的意大利歌劇演出。 在十七世紀開始有人研究室內聲學。十七世紀的阿柯切爾所著的聲響,最早介紹了室內聲學現象，并論述了早期的聲學經驗和實踐。十九世紀初，德國人E.F.弗里德利科察拉迪所著的聲學一書中，致力于解釋有關混響的現象。5.19世紀的音樂廳 音樂廳早期發(fā)展階段是在十七世紀中后到十九世紀，包括：早期音樂演奏室、娛樂花園和大尺度的音樂廳，古典“鞋盒型”音樂廳就是在這一時期逐漸發(fā)展起來的。 19世紀前作曲家所做的音樂作品是與其表演空間相適應的，這一時期的演奏空間基本是矩形空間。19世紀以后，隨著浪漫主義音樂及現代音樂的產生，演出空間變得豐富多彩，出現了扇形、多邊形、馬蹄形、橢圓形、圓形等多種形狀，其混響時間及室內裝飾風格也各不相同。 在這一時期，音樂廳的聲學設計仍然沒有太多的理論可以遵循。6.聲學設計理論a.賽賓的混響時間 到二十世紀，賽賓（Wallace Clement Sabine，1868-1919）（哈佛大學物理學家、助教） 在1898年第一個提出對廳堂物理性質作定量化計算的公式混響時間公式，并確立了近代廳堂聲學，從此，廳堂音質設計的經驗主義時代結束了。 b.馬歇爾的側向聲原理 1967年，新西蘭聲學家馬歇爾教授最先將人的雙耳收聽原理同音樂廳的聲學原理結合起來，認為19世紀“鞋盒型”音樂廳的絕佳音質，除緣于混響時間及聲擴散以外，直達聲到達聽眾后的前5080ms的早期側向反射聲起著極為重要的作用。在這些音樂廳中每個聽眾都接受到強大的早期反射聲能，其中側向反射比來自頭頂的反射聲更為重要，因為它提供給聽眾更強的三維空間感和音樂的環(huán)繞感。 1968年，馬歇爾提出了“早期側向反射聲”對音質起重要作用，認為需要有較多的早期側向反射聲，使聽者有置身于音樂之中的一種“空間印象”感覺，空間感對響度及與低音相關的溫暖感很重要。由于聲音向后傳播時，觀眾頭頂的掠射吸收使聲能衰減，必須靠側向反射將聲音傳至觀眾席后部。這些發(fā)現意義重大，從此開始了將反射聲的空間分布與時間系列相結合的新的研究階段。該理論已成為近期影響音樂廳形狀設計的主要理論，使新建音樂廳開始注重并應用側向反射聲。c.IACC兩耳互相關函數 80年代，日本聲學家安藤四一教授在德國哥廷根大學的研究引入了唯一的雙耳（空間）評價標準雙耳聽覺互相關函數(IACC)，它表示兩耳上的信號之間的相互關系，這種相互關系又是聲場空間感的量度。雙耳聽聞效應屬心理和生理聲學研究范疇，它提示了音樂廳中側向反射的重要性，既使人了解到“鞋盒形”音樂廳音質良好的原因，同時也掌握了“鞋盒形”以外的其它有效的聲學設計造型。 IACC作為評價空間感的指標，它開辟了音質研究的一個新途徑，也使音樂廳的音質評價建立在更為科學的基礎上。但在技術上還存在不少問題，例如指向性傳聲器的選擇，測定用聲源的選擇（聲源信號不同，結果大不相同）等等。第二講 聲音的基本知識一.振動與聲波1. 聲音的產生 1）聲音來源于振動。 聲源：產生聲音的振動物體稱為聲源，所有的聲音都是物體的振動所產生的。 振動在空氣中的傳播聲波，傳播聲音的物質稱為傳聲介質 2）所有的聲音都是物體的振動產生的。聲音在空氣中傳播時，傳播的只是振動的能量，空氣質點不傳到遠處。2. 波陣面 1）有聲波存在的空間稱為聲場。 波陣面：聲波在同一時刻到達空間的各個點的包跡面。 2）點聲源：單個的聲源，聲源的尺度比所輻射的聲波波長小很多。 線聲源：把許多很靠近的單個聲源沿一直線排列而形成的聲源。 面聲源：把許多距離很近的聲源放置在一平面上而形成的聲源。二.頻率、波長與聲速1. 頻率 1）周期：聲源完成一次振動所經歷的時間（T），單位 s 2）頻率：聲源每秒振動的次數稱為頻率（f），單位為Hz。 3）頻率決定了聲音的音調，高頻率聲音是高音調，低頻率的聲音是低音調。 4）可聽聲范圍：人耳聽到的聲音的頻率范圍20Hz20000Hz 5）計算： f=1/T2.波長波長：聲源振動一個周期聲波傳播的距離稱為波長（ l ），單位為m。3.聲速 1）聲速：聲波在傳聲介質中的傳播速度稱為聲速（C）,單位m/s。 2）聲速不是質點的振動速度，而是振動的傳播速度。它的大小與聲源無關，而與介質的彈性，密度和溫度有關。 3）計算： 空氣中的聲速與溫度的關系： C=331.4+0.607t t：攝氏溫度, 。 三.聲音的計量（一）聲功率、聲強、聲壓1.聲功率：單位時間內聲源聲源向外輻射的總聲能量。記為W，單位w或w 1w=106 w聲源的聲功率是很微小的。 2.聲強：在聲波的傳播過程中，每單位面積波陣面上通過的聲功率稱為聲強，記為I，單位為w/m2。 平面波： 球面波： 3.聲壓：空氣質點由于聲波作用而產生振動時所引起的大氣壓力起伏稱為聲壓，記作p，單位是N/m2。1)瞬時聲壓:聲波在空氣中傳播時，聲壓P實際上隨時間而迅速變化，這種對應于某一瞬時的起伏變化稱為瞬時聲壓。 峰值聲壓:在一定時間間隔中最大的瞬時聲壓稱為峰值聲壓。2)聲壓與聲強有密切的關系，在自由聲場中，某處的聲強I與該處聲壓的平方成正比，而與介質密度和聲速的乘積成反比。3)可聽閾人耳剛剛能感受到聲音。 P0=210-5Pa I0=110-12W/m2疼痛閾人耳感到痛的聲壓。 P=20Pa I=1W/m2（二）聲功率級、聲強級、聲壓級1.聲功率級：聲功率與基準聲功率之比取以10為底的對數乘以10，用Lw表示，單位為dB。聲功率級：-基準聲功率值 110-12W2.聲強級：聲強與基準聲強之比取以10為底的對數乘以10，用LI表示，單位為dB。聲強級：-基準聲強值 110-12W/m23.聲壓級：聲壓與基準聲壓之比取以10為底的對數乘以20，用Lp表示，單位為dB。四.聲音在戶外的傳播1.點聲源隨距離的衰減 在點聲源向自由空間輻射聲能的條件下，距聲源r米處聲壓級與聲功率級的關系為：2.線聲源隨距離的衰減：無限長線聲源的聲壓級 有限長線聲源的聲壓級：距離較近時，距離每增加一倍，聲壓級降低3dB；距離較遠時，距離每增加一倍，聲壓級降低6dB。3.面聲源隨距離的衰減 觀測點與聲源的距離較近，聲能沒有衰減；當距離較遠時，聲壓級降低的數值為3-6dB。五.聲波的反射、衍射和擴散（一）聲波的反射1.條件：當聲波遇到一塊尺寸比波長大得多的障礙時，聲波將被反 射。即Ll 2.反射的規(guī)則：1）入射線、反射線法線在同一側。2）入射線和反射線分別在法線兩側。3）入射角等于反射角。Li=Lb （二）聲波的衍射1.條件：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。與原來的波形無關。 2.特性：能繞到障礙物的背后改變原來的傳播方向繼續(xù)傳播。（三）聲波的擴散1.條件：a.聲波在傳播過程中遇到一些凸形的界面就會被分解成許多小的比較弱的反射聲波。b.凸形界面的突出部分，最小需相當于入射波長的1/7才能起到擴散作用。2.作用：a.促進聲音在圍蔽空間里的均勻分布；b.防止一些聲學缺陷。 六.聲吸收和聲透射聲波入射到建筑構件時，聲能一般分為三個部分： 1.一部分能量被反射； 2.一部分能量透過構件，聲波的振動引起構件相應的振動，然后又傳遞給另一側的傳聲介質，使之發(fā)生同樣的振動。這種現象稱為透射。 3.還有一部分能量由于構件的振動或者聲音在里面?zhèn)鞑r與介質摩擦，熱傳導而被損耗，通常說聲波被吸收。不同的材料對不同的頻率有不同的吸收作用。 （一）聲吸收1.定義：聲波在空氣中傳播時，由于振動的空氣質點之間的摩擦而使一小部分聲能轉化為熱能，常稱為空氣對聲能的吸收。2.聲吸收受到材料的有關特性及其表面狀況、構造等的影響。3.吸聲系數：被吸收的聲能（即沒有被表面反射的部分）與入射 聲能之比，以表示。4.吸聲量：例：一面墻的面積為50m2，某個頻率（如500Hz）的吸聲系數為0.2，則該墻的吸聲量是多少？（二）聲透射1.透射系數： 2.反射系數： 3.吸收系數： 4.隔聲量：七.駐波和房間的共振1.駐波 駐波是波的干涉現象的特殊情況，它是由兩列頻率，振幅相同，但是沿某一軸向相對傳播的波互相疊加而成。 發(fā)生駐波時，波形沒有傳播，只有振幅發(fā)生變化，但振幅最大處波腹與振幅最小處波節(jié)的位置總是不變的。 當聲源持續(xù)發(fā)聲時，則在兩平行界面間始終維持駐波的狀態(tài)，即產生軸向共振。2.房間共振 在一些內裝修材料比價堅硬的矩形房間內，當聲源發(fā)聲時，常會出現駐波，也就是說房間內某些頻率會被大大的加強。我們就說房間出現了共振現象。在三維空間中，除了軸向駐波外，還會出現切向駐波和斜向駐波。 也就是說當室內聲源發(fā)出某一頻率的聲音時，聲波可以沿著室內的軸向，切向，或斜向入射和反射，形成駐波，這時房間共振的機會增加了許多，計算矩形房間共振（包括軸向共振，切向共振，斜向共振三種共振）頻率的普遍公式為：分別為房間的長，寬，高 分別為任意正整數（可以為0，但不能同時為0）由圖中可以看到，某些振動方式的共振頻率相同，即出現了共振頻率重疊的現象，稱為共振頻率的簡并?？梢钥吹?，當三個邊長有兩個相等或全等時，會有許多簡并的現象。 在出現簡并的共振頻率范圍內，將使那些共振頻率的聲音被大大加強，導致原有聲音的頻率畸變。防止簡并現象的根本原則是：使共振頻率分布盡可能均勻。 具體措施有：1）選擇合適的房間尺寸、比例和形狀；2）將房間的墻或天花做成不規(guī)則形狀；3）將吸聲材料不規(guī)則地分布在房間的界面上。 八.混響時間1.混響及混響時間的定義混響和混響時間是室內聲學中最為重要和最基本的概念。 混響：是指聲源停止發(fā)聲后，在聲場中還存在著來自各個界面的遲到的反射聲形成的聲音的“殘留”現象。這種殘留現象的長短以混響時間來表示?；祉憰r間：當室內聲場達到穩(wěn)態(tài)，聲源停止發(fā)聲后，聲壓級降低60 分貝所經歷的時間稱為混響時間。記作T60，單位為秒。 3.混響時間計算的精確性1)混響時間計算公式是假設室內聲場充分擴散，室內聲吸收是均勻的條件下導出的。2)廳堂內各界面的吸聲系數，通常采用混響室內測定的值。在實際的使用中，具體的聲場環(huán)境一般不會完全符合以上的條件。4.計算混響時間的意義 1）“控制性”地指導材料的選擇與布置。 2）預測建筑廳堂室內的聲學效果 3）分析現有的音質問題 九.室內聲壓級 當一點聲源在室內發(fā)聲時，在室內聲場充分擴散的條件下，已知聲源功率則可利用以下穩(wěn)態(tài)聲壓級計算離開聲源不同距離處的聲壓級：十.人對聲音的感受（一）響度級 人耳的靈敏度（響度感覺）在各個頻率都不相同，在較低和較高頻率時靈敏度較低。也就是說，相同聲壓級的不同頻率的聲音，人耳聽起來是不一樣響的。 某個頻率的響度等于等響1000Hz純音的聲壓級，單位是方。也就是用某個頻率一定聲壓級的純音與1000Hz的純音比較，當人感覺兩個聲音的響度相等時，此時1000Hz的聲壓級就是這個頻率的響度值。 如果我們用1000Hz、40分貝的純音作為參考標準，與其它頻率作比較，并把聽上去與這40分貝1000Hz的純音響度相等時的分貝數記下來，最后連成一條曲線。我們稱之為響度級為40方的等響曲線。根據等響曲線得出如下規(guī)律：1.在低聲壓級時（85分貝以下） ，曲線斜率大，并且主要集中在低頻，說明同樣大的響度級，頻率越低，所需要的聲壓級越大。2.在高聲壓級時（85分貝以上），同響的各個頻率的聲壓級差距小，曲線顯得平緩。3.增加相同的響度，低頻增加的聲壓級比高頻增加的聲壓級要小。4.1000Hz時，等響曲線中對應的兩曲線之間相差10dB。（二）A聲級 在進行聲壓級測量時，為了得到比較接近人耳聽聞效果的聲壓級，在聲級計中加入了“頻率計權網絡” 對信號進行處理。這些計權網絡有A、B、C、D四種，其中A、B、C計權網絡分別模仿等響曲線中響度級為40方，70方和100方的曲線特點。D計權主要用于航空測量。 A計權網絡應用最廣。它對信號的加權方式符合人耳對低頻的靈敏度比高頻差的聽覺特點。（三）噪聲對人的影響1.掩蔽效應掩蔽效應：一種聲音的存在提高了另一種聲音的可聽閾。這是由于某個聲音的存在而使人耳對別的聲音聽覺靈敏度降低的現象。這稱為掩蔽效應。掩蔽量：可聽閾提高的分貝數。掩蔽閾：提高后的聽閾。掩蔽效應的特點： a.掩蔽作用不僅取決于這兩個聲音的相對強度和頻率成分， 也與聽眾的心理狀態(tài)有關。 b.頻率相近的聲音掩蔽作用顯著。 c.高頻聲容易被低頻聲掩蔽，而低頻聲很難被高頻聲掩蔽 掩蔽效應的影響：有利有弊 弊：聽不清要聽得內容，降低工作效率 利：可以提高環(huán)境的私密性。2.噪聲 噪聲對聽力的影響決定于噪聲的強度和接觸的時間。聽力損失有一個從聽覺適應、暫時性耳聾到噪聲性耳聾的發(fā)展過程。職業(yè)性耳聾人們長時間處在A聲級為90dB以上的噪聲環(huán)境中。暫時性耳聾短時間暴露在響噪聲環(huán)境中。暫時性耳聾可能出 現在一部分頻率范圍里，可能持續(xù)幾秒鐘，也可 能持續(xù)幾天。第三講 吸聲材料和吸聲結構第一節(jié) 吸聲材料和吸聲結構概述 一.定義： 吸聲材料和吸聲結構，廣泛地應用于音質設計和噪聲控制中。 對建筑師來說，把材料和結構的聲學特性和其他建筑特性如力學性能、耐火性、吸濕性、外觀等結合起來綜合考慮，是非常重要的。 通常把材料和結構分成吸聲的、或隔聲的、或反射的，一方面是按材料分別具有較大的吸聲、或較小的透射、或較大的反射，另一方面是按照使用時主要考慮的功能是吸聲、或隔聲、或反射。但三種材料和結構沒有嚴格的界限和定義。 吸聲材料：材料本身具有吸聲特性。如玻璃棉、巖棉等纖維或 多孔材料。 吸聲結構：材料本身可以不具有吸聲特性，但材料經打孔、 開縫等簡單的機械加工和表面處理，制成某種結 構而產生吸聲。如穿孔FC板、穿孔鋁板吊頂等。 在建筑聲環(huán)境的設計中，需要綜合考慮材料的使用，包括吸聲性能以及裝飾性、強度、防火、吸濕、加工等多方面，根據具體的使用條件和環(huán)境綜合分析比較。 二.作用 吸聲材料最早應用于對聽聞音樂和語言有較高要求的建筑物中，如音樂廳，劇院，播音室等，隨著人們對居住建筑和工作的聲環(huán)境質量的要求的提高，吸聲材料在一般建筑中也得到了廣泛的應用。三.分類： 吸聲材料和吸聲結構的的種類很多，根據材料的不同，可以分為以下幾類第二節(jié) 多孔吸聲材料一.吸聲原理 多孔吸聲材料中有許多連通的間隙或氣泡，聲波入射時，聲波產生的振動引起小孔或間隙的空氣運動，由于與孔壁或纖維表面摩擦和空氣的粘滯阻力，一部分聲能轉變?yōu)闊崮埽孤暡ㄋp；其次，小孔中空氣與孔壁之間還不斷發(fā)生熱交換，也使聲能衰減。二.吸聲特性 主要吸收中、高頻聲三.多孔性吸聲材料必須具備以下幾個條件：（1）材料內部應有大量的微孔或間隙，而且孔隙應盡量細小且分布均勻；（2）材料內部的微孔必須是向外敞開的，也就是說必須通過材料的表面，使得聲波能夠從材料表面容易地進入到材料的內部； （3）材料內部的微孔一般是相互連通的，而不是封閉的。四.基本類型（一）玻璃棉 玻璃棉具有質量輕，中高頻吸聲系數大，阻燃，化學性能穩(wěn)定，安裝加工方便等優(yōu)點。一般小于等于24/m3的玻璃棉稱為吸聲玻璃棉氈，等于大于32 /m3的叫玻璃棉板。通常在外面包一層透聲的織物。（二）木絲吸聲板 用松木等天然材料，經過特殊處理制成纖維狀的木絲，再用天然礦粉等作為粘結劑，壓制成板材。 具有吸聲，隔熱，防潮，防菌等特點，防火性能達到難燃B1級，同時強度和剛度較高。有一定耐撞擊能力。（三）纖維噴涂吸聲材料 纖維噴涂技術是將經過預先特殊工藝處理的無機超細纖維，纖維素，抗火化合物以及粘結劑等原料，通過專用配套的噴涂設備混合，在施工現場噴涂于混凝土，鋼板，石膏板等各種基體表面上，形成具有一定厚度的噴涂層。五.影響多孔材料吸聲性能的因素（一）材料中空氣的流阻 空氣流阻，指空氣流穩(wěn)定的流過材料時，材料兩面的靜壓差和流速之比，空氣粘性越大，材料越厚，越密實，流阻就越大，材料透氣性越低。如果流阻過大，則克服摩擦力，粘滯阻力從而使聲能轉化為熱能的效率就很低。多孔材料存在最佳的空氣流阻。 （二）孔隙率 指材料中的空氣體積和材料總體積之比。一般多孔材料孔隙率在70%以上，多數達到90%左右。（三）材料厚度 同一種材料，隨著厚度的增加，中，低頻范圍的吸聲系數會有所增加，并且吸聲材料的有效頻率范圍也會擴大。1）當材料較薄時，增加厚度，材料的低頻吸聲性能將有較大的提高，但對高頻聲的吸聲性能則影響較小；2）當材料厚度增加到一定程度時，吸聲系數的增加將逐步減小。 在設計上，通常按照中，低頻范圍所需要的吸聲系數值選擇材料的厚度。（四）材料表觀密度（容重） 對于不同的材料，密度對其吸聲性能的影響不盡相同，一般對于同一種材料來說，當厚度不變時，增大密度可提高中低頻的吸聲性能，但比增加厚度所引起的變化要小。 對于每一種不同的多孔性吸聲材料，一般都存在一個理想的密度范圍，在這個范圍內材料的性能較好，密度過低或過高都不利于提高材料的吸聲性能。（五）材料背后空氣層 對于厚度，表觀密度一定的多孔材料，當其與堅實壁面之間留有空氣層時，吸聲特性會有所改變。（六）飾面的影響 為了盡可能的保持原來的吸聲特性，飾面應具有良好的透氣性。例如可以使用金屬網，塑料窗紗，透氣性好的紡織品等，也可以使用厚度小于0.05mm的塑料薄膜，穿孔率在20%以上的薄穿孔板等。使用穿孔板面層，低頻吸聲系數將有所提高，使用薄膜面層，中頻吸聲系數將有所提高。（七）聲波的頻率和入射條件 多孔材料的吸聲系數隨入射頻率的增大而增大。常用的厚度大致為5cm成型多孔材料，對于中高頻有較大的吸聲系數。（八）材料吸濕，吸水 多孔材料吸水后，材料的間隙和小孔中的空氣被水分所代替，使得孔隙率降低，因此會大大改變其吸聲性能。 隨含水率的增加，首先降低了對高頻聲的吸聲系數，繼而逐步擴大其影響范圍。第三節(jié) 共振吸聲結構一.吸聲原理 當吸聲材料和結構的自振頻率與聲波的頻率一致時，發(fā)生共振，聲波激發(fā)吸聲材料和結構產生振動，并使振幅達到最大，從而消耗聲能，達到吸聲的目的，因此共振吸聲材料和結構的吸聲特征呈現峰值吸聲的現象，即吸聲系數在某一個頻率達到最大，在離開這個頻率附近的吸聲系數逐漸降低，在遠離這個頻率的頻段則吸聲系數很低。 二.吸聲特性 主要對中低頻有很好的吸聲特性 。三.基本類型（一）薄膜吸聲結構 皮革，人造革，塑料薄膜等具有不透氣，柔軟，受張拉時有彈性等特征，這些材料與其背后的空氣層形成共振系統(tǒng)，吸收共振頻率附近的聲能。共振頻率的公式為： 通常薄膜的共振頻率在200Hz1000Hz之間，最大吸聲系數為0.30.4，一般可視為中、低頻吸聲材料。（二）薄板吸聲結構1.吸聲特性 膠合板，石膏板，石棉水泥板或金屬板也可以作為共振吸聲結構。 因為低頻聲比高頻聲更容易激起薄板振動，所以它具有低頻的吸聲特性。工程中常用的薄板共振吸聲結構的共振頻率在80-300Hz之間，其吸聲系數為0.2-0.5。共振頻率的公式為： 2.選用薄膜（薄板）吸聲結構應注意如下幾個方面： a.薄板的厚度； b.薄板單位面積的重量； c.空氣層是否填充多孔吸聲材料； d.薄板的飾面處理； e.多孔吸聲材料與薄板共振吸聲結構的組合。（三）亥姆霍茲共振器 最簡單的單腔共振吸聲結構是亥姆霍茲共振器。它是一個封閉的空腔通過一個開口與外部空間相聯系的結構，當入射聲波的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，孔徑中的空氣柱由于共振產生劇烈振動，消耗聲能。亥姆霍茲共振器最大的吸聲系數在其共振頻率附近。（四）穿孔板 穿孔板可以看成是許多個亥姆霍茲共振器組合在一起。它的吸聲特性取決于板厚、孔徑、板的穿孔率、板后面的空腔厚度以及空腔內填充的材料等因素。 增加吸聲頻段寬度的措施: 1.采用微穿孔板 2.穿孔板后面添加多孔材料，共振頻率向低頻移動，吸聲頻率范圍也會增加。穿孔FC板 FC板又稱高壓水泥纖維板，其原料為纖維水泥、經高壓形成板材，無孔FC板多用于內部隔墻和吊頂。穿孔FC板一般厚度為4mm，有圓孔和狹縫兩種形式，可以形成一定的圖案。 穿孔FC板具有良好的防火性能，一般可達到建筑材料燃燒性能分級方法（GB8624-1997）不燃A級，同時還具有良好的防濕、防潮效果。FC板的強度較高，但是比較脆，抗沖擊性較差。穿孔FC板本身呈灰色，但表面可進行噴涂處理，裝修性一般。 木制吸聲板 木制吸聲板基本材料為15mm或18mm厚的防潮中密度板，表面可以有兩種處理方法：一種是單色的三聚氰胺涂飾層，一種是木紋的真木皮飾面。木制吸聲板的開孔一般分為兩層，上面一層為小的圓孔或縫隙，下面一層為大的圓孔。 木制吸聲板在出廠時一般都粘附一層無紡吸聲布，只要安裝時在其后留有一定厚度的空腔，就可以單獨作為吸聲材料使用，有較好的中低頻吸聲特性，如果在空腔內填充一定厚度的多孔性吸聲材料，如玻璃棉等，可以有效地提高整個構造的中高頻吸聲特性。 第四節(jié) 特殊吸聲結構 所謂特殊吸聲結構是指該材料（或結構）具有特殊的吸聲功能，且能適應建筑中某些特殊要求的吸聲結構。 前者如吸聲尖劈，它在50-4000Hz的頻率范圍內，均可達到0.99的吸聲系數，為建造消聲實驗室所必需；后者如微穿孔板的吸聲結構，鋁粉末燒結板吸聲結構、NDC卡羅姆吸聲結構，它們可無需多孔纖維材料，而獲得寬頻帶的聲吸收，同時滿足建筑防潮、防火和衛(wèi)生等方面的要求；還有空間吸聲體，它具有占用面積（處理面積）小但高效的吸聲性能，目前被廣泛應用于大型廳堂的吸聲處理。 一.強吸聲結構 吸聲尖劈是消聲室中最常用的強吸聲結構。 吸聲尖劈的吸聲系數一般要求達到0.99以上，在其吸聲的頻率范圍內，能達到此要求的最低頻率稱為截至頻率，吸聲尖劈的截至頻率與尖劈內的多孔材料，及尖劈的形狀尺寸有關。 截至頻率約等于0.25C/L。二.空間吸聲體 把吸聲材料和結構懸吊（或懸挑）在空間被稱為空間吸聲體。由于材料的各個界面全部暴露在空間，即聲場中，比單面暴露接觸聲波的機率大，因此吸聲性能有很大的提高。這樣，在獲得相同吸聲量的情況下，就可減少吸聲處理面積。此外，形形色色的空間吸聲體 ，還可豐富空間的藝術效果。因此，近年來得到廣泛的應用。目前空間吸聲體除最簡單的板式吸聲體外，常見的還有折板式、立板式、圓柱形、圓錐形、方筒形、十字形、球形等。 為了提高吸聲體對低頻的聲吸收，目前常采取如下幾種措施： 1）增加吸聲材料的厚度和密度，例如采用半圓柱、球切面和球狀吸聲體，可以提升對低頻的聲吸收； 2）把成品吸聲板材（通常厚度在15-25mm左右）做成中空的雙層板狀吸聲體，或再把雙層板做成各種形狀的吸聲體； 3）增加多孔性材料的厚度，在板材中設空腔可提升對低頻的聲吸收，但與中高頻的吸聲量仍有很大的差距。 三.微穿孔板吸聲結構 所謂微穿孔板吸聲結構，就是在厚度小于1mm的薄板上，穿孔徑小于1mm的微孔，穿孔率約為1%-3%的微孔板，通過龍骨安裝在剛性結構（墻或樓板）面上，就構成了微穿孔板吸聲結構。為了擴展吸聲頻率范圍，常做成雙層微穿孔板吸聲結構。它的特點是理論嚴格，不需要多孔性吸聲材料，構造簡單，適用于高溫、高速氣流、潮濕及有腐蝕的環(huán)境條件下使用。 微穿孔板吸聲結構最早用于空調系統(tǒng)中的消聲器及高流速的消聲結構中，以及衛(wèi)生要求較高的潔凈車間的吸聲處理；20世紀80-90年代則大量用于游泳館混響時間的控制，如上海游泳館、廣州游泳館和昆明游泳館等工程，取得了良好的聲學和裝修效果。 五.洞口 房間的各種開口以及大型廳堂出挑較深的樓座、舞臺開口等，也吸收聲音。舞臺開口的吸聲系數約為0.3-0.5 。六.人和家具 聽眾對聲音的吸收主要是由于著裝及其孔隙。對中、高頻聲的吸收較明顯。人和家具的吸聲特性用每個人或每件家具的吸聲量表示。七.空氣 空氣吸聲的多少主要與溫度和濕度有關，但只對1000Hz以上頻率的聲音有較顯著的吸收。第五節(jié) 常用吸聲構造方法一.多孔材料1.暴露型a.礦棉板用于天花吊頂 易受潮，受潮后易變形，做防潮處理后，吸聲變差。b.金屬網（窗紗）等+多孔材料用于裝飾性要求不高的場所，如廠房、攝影棚等。如：纖維織物飾面軟包裝飾吸聲板 纖維織物飾面軟包吸聲板的基材為離心玻璃棉板，飾面材料為阻燃織物，通過改變織物飾面的花色和質地，可以使吸聲板具有不同的裝飾效果。具有較高的強度、韌性和平整度，具有一定的抗沖擊能力，防火性能較高,但價格相對較高?？梢杂糜趬γ嫜b修、也可用于吊頂，施工簡便。 3.隱蔽型: 在透聲的屏障后配置多孔材料4.吸聲簾幕: 可調節(jié)吸聲量，分隔空間。二.薄板1.5-7mm夾板做木護墻（墻裙） 2.側墻 3.吊頂三.穿孔板 穿孔板+多孔吸聲材料1.側墻 2.吊頂第四講 建筑隔聲第一節(jié) 建筑隔聲概述 一.建筑隔聲的重要意義 隔聲是控制噪聲的重要措施，效果十分顯著。但目前在很多場合對隔聲還不夠重視，以致對噪聲控制不夠。例如輕型建筑的隔聲已是當前發(fā)展建筑事業(yè)的主要矛盾，很多輕型墻組成的分戶墻其隔聲量只有30dB，這與人們對環(huán)境的要求相差很遠。（一） 人們對室內安靜程度的要求 日常：理想水平，室內應40dB(A)；如果50dB (A)會引起居住用戶的普遍不滿睡眠：理想水平，室內應 35dB(A)；如果 45dB (A)會引起50%居住用戶的不滿 例：住宅 A聲級 dB(A)，民用建筑室內允許噪聲級標準如下表： （二） 建筑隔聲越來越引起人們的重視 1996年，在南京、無錫、蘇州、上海及北京等地調查中，住宅用戶對墻面、地面、頂棚、隔熱、保溫、通風、朝向、采光隔聲等住宅品質反映最強烈的是隔聲。 在瑞典，將分戶墻做成200mm厚的鋼筋混凝土墻，比結構的要求要厚，造價也高,目的是隔聲。 （三） 當前建筑隔聲中存在的諸多問題1、設計問題建筑選址不合理，材料選用不當、施工存在問題等等。最主要的原因是建筑師。 2、材料不合格墻體材料、樓板、門、窗等等隔聲性能不足。3、特別是近年來輕型隔墻材料的使用，以及人們生活水平提高 后對建筑品質要求提高，提出了建筑隔聲的新課題。二.聲波傳入維護結構的三種途徑： 1.經由空氣直接傳播，即通過圍護結構的縫隙和孔洞傳播。2.透過圍護結構傳播。經由空氣傳播的聲音遇到密實的墻壁時，在聲波的作用下，墻壁將受到激發(fā)而產生振動，使聲音透過墻壁而傳到鄰室去。 3.由于建筑物中機械的撞擊或振動的直接作用，使圍護結構產生振動而發(fā)聲。 前兩種情況，聲音是在空氣中傳播的，稱為 “空氣傳聲”。而第三種情況，是振動直接撞擊構件使構件發(fā)聲，這種聲音傳播的方式稱為 “固體傳聲”，但最終仍是經空氣傳至接收者。對空氣傳聲與固體傳聲的控制方法是有區(qū)別的。第二節(jié) 墻體隔聲材料（構造）圍護結構對空氣的隔聲量公式：一.單層勻質密實墻的空氣隔聲（一）質量定律 單層勻質密實墻的隔聲量大小主要與入射頻率，和墻的單位面積質量有關，剛度、材料內部阻尼及墻的邊界條件對隔聲量也有影響。質量定律：墻體受到聲波激發(fā)所引起的振動與其慣性即質量有關， 墻體的單位面積重量愈大，透射的聲能愈少。聲波無規(guī)律入射時隔聲量R計算公式為：（二）影響隔聲量的因素1.入射聲波的頻率 入射聲的頻率增加一倍，隔聲量增加6分貝。2.單位面積質量 隔聲材料單位面積質量增加一倍，隔聲量增加6分貝。3.小孔、小洞嚴重影響隔聲；例：面積為10m2的墻面，隔聲量R=60dB，如果在墻面開一個面積為0.01m2的小洞，求開洞后的隔聲量。4.吻合效應 墻體在聲音激發(fā)下會產生受迫振動，振動既有垂直于墻面的也有沿墻面?zhèn)鞑サ?。不同的入射頻率或入射角度將產生不同的沿墻面?zhèn)鞑サ膫鞑ニ俣菴f 。然而，墻體本身存在著固有的自由彎曲波傳播速度Cb。如果板在斜入射聲波激發(fā)下產生的受迫彎曲波的傳播速度Cf等于板固有的自由彎曲波傳播速度Cb時，即出現Cf = Cb時，將產生“吻合效應”，這時，墻板非?！绊槒摹钡馗S入射聲波彎曲，使大量聲能透射到另一側去，形成隔聲量的低谷。 吻合效應是聲波斜入射時在一定的頻率范圍使墻體發(fā)生彎曲共振，這時入射聲波沿墻體激發(fā)的彎曲波的波長在聲波入射方向的投影等于入射聲波的波長。 二.雙層勻質密實墻的空氣隔聲 雙層墻體之間的空氣間層相當于“彈簧”，具有減振作用。即空氣間層會產生一個附加隔聲量，如其間層厚度小于4cm，不會比同樣質量的單層墻有明顯的改進。 如果雙層墻之間有剛性連接，則一側墻體振動的能量將由剛性連接傳至另一側墻體，空氣層將失去彈性，因此剛性連接會影響到墻體的隔聲。 三.輕質墻的空氣隔聲為了提高輕質墻的隔聲性能，可采取以下措施：1.將空氣間層厚度增加到75mm以上； 2.填充多孔材料；3.增加板縫密實程度，可錯孔布置板；4.增加墻體材料的層數。四.門窗的空氣隔聲（一）門1.通常未作隔聲處理可開啟的門，隔聲量約20dB。2.提高門的隔聲能力的措施：a.隔聲門應為面密度較大的復合構造；b.門扇周邊應該密封，可采用橡膠、泡沫塑料條、門碰頭、墊圈等進行密封處理；c.設置“聲閘”。 （二）窗隔聲最薄弱的部件 一般的窗子的隔聲量不超過25dB，專門的隔聲窗一般不能開啟，多用于工廠隔絕車間高噪聲的控制室，以及錄音室、聽力測聽室等。設計時可采用5mm厚以上的玻璃，層數可在兩層以上，各層玻璃厚度應不相同，以錯開吻合谷，同時，兩層玻璃不應平行，避免共振；玻璃之間可以放吸聲材料。五.組合墻體的空氣隔聲 組合墻體是指實體墻和門窗的組合，由于普通門的隔聲量比一般墻體低，所以組合墻體的隔聲量就要比實體墻要低，所以要提高組合墻體的隔聲量，必須要提高門窗的隔聲量。組合墻體的隔聲量R可以通過P318圖3.3-27來查。例：某20m2墻的隔聲量為50dB，墻上有一2m2的門，隔聲量為20dB，求組合墻體的隔聲量。第三節(jié) 固體聲隔聲一.撞擊聲的隔絕措施 撞擊聲是由于振源（打擊源）直接撞擊樓板使樓板產生受迫振動后，將振動傳遞給樓板下的空氣，從而使聲能傳遞給樓板下的房間。要降低撞擊聲就要從聲源和聲源振動的傳播途徑入手：1.降低打擊的強度：（彈性面層 ）這種措施對降低中、高頻撞擊 聲的效果比較顯著2.隔絕振動傳播：彈性墊層（浮筑構造）3. 隔絕撞擊聲的空氣傳播：隔聲吊頂在一些隔聲要求很高的房間，可以將三種措施同時應用。二.不連續(xù)構造 隔絕圍護結構以及設備管道的振動傳遞是通過切斷它們之間的剛性連接來進行的。三.振動的隔離 發(fā)電機，風機，水泵，空調壓縮機等在運轉時都會應為振動產生固體傳聲，對于這些固體傳聲的隔絕措施是在振源與維護結構之間采取隔振措施，例如設置彈簧，橡膠，軟木，塑料等隔振墊。其中彈簧的應用最廣。第五講 廳堂音質設計第一節(jié) 概述 室內音質設計是建筑聲學設計的一項重要內容，其音質設計的成敗往往是評價建筑設計優(yōu)劣的決定性因素。 室內音質設計應在建筑設計方案初期就同時進行，而且要貫穿在整個建筑施工圖設計、室內裝修設計和施工的全過程中，直至工程竣工前經過必要的測試鑒定和主觀評價，進行適當的調整、修改，才有可能達到預期的效果。一、音質設計的一般要求1.合適的響度語言聲：不低于60-65dB；音樂聲可低到40dB，高到80dB。2.聲能分布均勻 措施：a.體型設計的擴散處理；b.均勻布置吸聲材料3.選擇合適的混響時間4.充分利用近次反射聲設計好天花和側墻反射面，以向觀眾廳提供適當數 量的近次反射聲。5.消除音質缺陷聲聚焦、回聲、顫動回聲、聲影和延時較長的強反射聲二、音質設計的任務及目的 音質設計的任務就是利用室內聲學和噪聲控制的研究成果所提供可科學方法和技術措施來達到預期的音質效果（通常通過客觀音質指標來體現），并接受相應的聲學測量來驗證是否達標。 音質設計的最終目的是滿足人們良好的聽音感受的主觀要求。三、音質設計內容 音質設計內容包括廳堂選址，總平面布置，體積容積的確定，音質指標的考量，反射面的布置，混響設計以及噪聲控制等。四、音質設計的步驟1.廳堂用地的選擇。調查比較各種可供選擇的場地的環(huán)境噪聲和振動狀況，盡可能選擇安靜的場所。2.總平面布置 考慮相應的防噪減震總體平面布置方案，觀眾廳和設備房的關系。 3.觀眾廳容積和體型設計 選擇適當的觀眾廳平面與剖面形式，選擇使廳堂容易達到最佳混響時間，響度和有利于充分利用有效聲能，壁免音質缺陷的方案。4.音質指標的選擇與計算 確定各項音質指標，選定其優(yōu)選值，進行包括混響時間在內的各項指標的計算。必要時可進行計算機仿真或聲學縮尺模型試驗。5.噪聲振動控制 確定圍護結構的隔聲方案，進行包括空調與制冷設備等噪聲源在內的消聲與減震設計。 6.觀眾廳內部的聲學設計 修正觀眾廳體型，從聲學角度參與考慮舞臺，樂池，包廂，樓座及座椅布置等細節(jié)，布置聲反射面，選擇與布置吸聲材料和結構，進行廳堂內部的聲學裝修設計。 7.施工過程的音質測試與調整 必要時，在施工過程中尚應進行音質測試工作，檢驗各項音質指標計算的精度，根據測量結果，進行必要的修正設計。 8.音質評價與驗收 竣工后進行音質評價，包括主觀評價，聽眾調查和客觀音質測量。五. 圍蔽空間里的聲學現象有音質要求的廳堂，可分為以下三類：1）供語言通信2）供音樂演奏用3）多用途廳堂要兼顧語言和音樂的要求，一般采用比較折衷的解決方案，權衡語言和音樂兩方面使用要求的主次。第二節(jié) 供語言通信的廳堂音質設計一.語言聲的主觀評價和客觀參量 對于以語言聲為主的廳堂，在音質設計和主觀評價時，主要考慮以下因素：1.語言聲的特征漢語是單音節(jié)的語言，一個字是一個音節(jié)，每個音節(jié)由元音和輔音組成。元音比輔音容易辨別 。2.語言的音質主觀屬性主 觀 屬 性對 應 詞名 稱主 觀 評 價聲學術語1.響度響度合適 響度不夠、聲音太輕響度2.清晰度、可懂度聽得清 聽不清清晰度、可懂度3.宏亮感聲音宏亮 干澀豐滿度4.講話者自我感不費勁 費勁反應及時性5.回聲沒有回聲 有回聲回聲干擾6.噪聲安靜 太吵噪聲干擾3.語言清晰度語言聽聞條件的主要評定指標之一，是對語言能夠聽清的程度。影響語言清晰度的因素主要有下列幾點：1）響度2）混響時間3）反射聲室內反射聲的分布對語言清晰度有比較重要的影響。在音質設計時，要設法消除延時較長的強反射聲。4）背景噪聲5）近次反射聲能與總的聲能之比。一般認為，在直達聲后50ms以內到達的所有反射聲，對聽音起有利作用，這些反射聲可提高響度和清晰度。二.考慮聽者與聲源的距離演講者的口語聲隨距離的增加而不斷衰減。改變聲音衰減程度的措施： 1.適當裝置反射板 2.設法縮短講臺（聲源）至最后排席位的距離： a.選取較經濟的席位寬度； b.選取較經濟的席位排距； c.在符合疏散安全要求的前提下，經濟地設置廳堂的走道； d.選取聽眾席區(qū)域的最佳分布形狀； e.設置挑臺等。三.考慮聲源的方向性語言可懂度隨聽者與演講者的方向性關系而有所不同。如果SA表示演講者正前方面對的聽眾距離，那么：SA=15m，聽聞不費力；SA=15-20m，良好的可懂度；SA=20-25m，聽聞滿意；SA=30m，不用擴聲系統(tǒng)聽聞距離的極限。我們可以利用可懂度等值線，來設計聽眾席位合理布置方案。四.考慮聽眾對直達聲的吸收 在水平布置作為的觀眾廳，由于對直達聲能的吸收隨著掠過的聽眾席位排數而增加，因此造成觀眾廳后部席位聽聞困難。如果把大廳地面設計成逐排或隔排升起的形狀，可減少聲音的掠射吸收。五.設置有效的反射面正確設置反射面，可以對直達聲的加強起重要作用。設置反射板，應注意以下幾點：1.反射板最好裝于（或懸掛在）大廳的頂棚下，以使反射聲能不致因掠過前部席位聽眾而被吸收。2.反射板盡可能裝得低些，以使聽眾接收直達聲和反射聲之間的時差減到最小。3.根據需要加強大廳后