建筑外環(huán)境聲環(huán)境

1、第七章 建筑聲環(huán)境,本章內(nèi)容,建筑聲環(huán)境的基本知識 人體對聲環(huán)境的反應原理與噪聲評價 聲音傳播與衰減的原理 材料與結(jié)構(gòu)的聲學性能 噪聲的控制與治理方法,聲環(huán)境控制的意義,創(chuàng)造良好的滿足要求的聲環(huán)境 保證居住者的健康 提高勞動生產(chǎn)率 保證工藝過程要求 錄音棚、演播室 高保真音樂廳,第一節(jié)建筑聲環(huán)境的基本知識,聲波的基本物理性質(zhì) 聲音的計量,聲音是什么,聲波：聲源振動引起彈性媒質(zhì)的壓力變化，并在彈性媒質(zhì)中傳播的機械波 聲源：振動的固體、液體、氣體 聲壓：空氣壓強的變化量，10-510 Pa量級 特性：波長、頻率 f、聲速 c,7-1.1聲波的基本物理性質(zhì),聲音的傳播速度,聲速與媒質(zhì)的彈性、密度和溫

2、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 絕對溫度。 空氣中聲速是溫度的單值函數(shù)。在建筑環(huán)境領域中變化范圍很小，近似：340 m/s 固液體中的聲速 鋼 5000 m/s 松木 3320 m/s 水 1450 m/s 軟木 500 m/s,7-1.1聲波的基本物理性質(zhì),聲音的頻帶,人耳可以聽見范圍為 20 20000Hz 人耳聽不見的范圍 20 Hz 以下：次聲 20000 Hz 以上：超聲,7-1.1聲波的基本物理性質(zhì),聲音的頻帶,簡諧音（純音） 聲壓變化為只有一個頻率的余弦函數(shù)的聲音 只需要頻率f 和聲壓幅值Pm就可以描述 復音 周期性信號，含有基頻和諧頻，諧頻是基

3、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) 普通聲響頻譜一般為連續(xù)頻譜,7-1.1聲波的基本物理性質(zhì),樂聲的線狀譜,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聲波的基本物理性質(zhì),880, 1320, 1760, 2200, 2640, 3080, 3520,普通聲響頻譜一般為連續(xù)頻譜,7-1.1聲波的基本物理性質(zhì),聲音的頻帶,頻程 把聲頻范圍劃分成幾個頻段，稱作頻程或頻帶 倍頻程 兩個頻率之比為2:1的頻程。一般用倍頻程劃分頻帶，中心頻率分別為：31.3(31.25)、63(62.5)、125、250、500

4、、1000、2000、4000 、8000 Hz,7-1.1聲波的基本物理性質(zhì),聲音的計量,聲功率W：聲源在單位時間內(nèi)對外輻射的聲能，即在全部可聽范圍所輻射的功率，單位W。也可特指在某個有限頻率范圍所輻射的功率，亦稱頻帶聲功率。 聲強 I：單位時間內(nèi)通過垂直于傳播方向上單位面積的平均聲功率，W/m2。 聲壓 p：聲波的壓強與媒質(zhì)的靜壓之差，Pa,7-1.2 聲音的計量,聽覺范圍量級差非常大,可聞閾(聽閾) 人耳剛能感受的聲音p0=210-5 Pa I0=110-12 W/m2,疼痛閾 聞之人耳則痛，p=200 Pa，I =100 W/m2,7-1.2 聲音的計量,煩惱閾 聞之煩惱不安 p0=2

5、0 Pa，I0=1W/m2,聲音的度量,分貝標度和聲級L ，單位dB 設立的必要性 數(shù)據(jù)范圍太大，如 2105Pa 20Pa 人的聽覺響應與聲強、聲壓呈對數(shù)關(guān)系 聲強級 聲壓級 聲功率級,7-1.2 聲音的計量,聲源的擴散和疊加特性,點聲源的聲功率和聲強：聲音球面擴散 聲強可以直接疊加，故有: 總聲壓是各聲壓的均方根,7-1.2 聲音的計量,球面波,平面波,聲源聲級疊加：非線性,兩個聲源疊加(I、P、W 聲級同理)： n 個相同聲源L1疊加： 兩個相同聲源疊加，聲級增加了 10 lg2 = 3 dB,L = 3 dB,7-1.2 聲音的計量,兩個不同聲源疊加，差別超過1015 dB，可以忽略,

6、增加的聲級數(shù),聲源聲級差,7-1.2 聲音的計量,聲源的指向性,在距聲源中心等距離的不同方向的空間位置處的聲壓級不相等 指向性指數(shù)DI在離聲源相同距離r 處，某個方向的實際聲壓級Lp(r, , )與參考聲壓級Lp0(r)之差 指向性因數(shù)Q 實際聲強I (r, , )與參考聲強I0(r )的比值。 Q與指向性指數(shù)DI的關(guān)系：DI = 10 lg Q,7-1.3 聲源的指向性,S0為聲源面積，f 為頻率，IIV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,聲源尺寸比波長大得越多，指向性就越強 指向性與邊界對聲波自由擴散的阻礙有關(guān) 處于喇叭狀角落，指向性最強,第二節(jié)人體對聲環(huán)境的反

7、應原理與噪聲評價,人的主觀聽覺特性 噪聲的評價 噪聲的標準,人的主觀聽覺特性,什么是噪聲？ 人們不愿意聽到的任何聲音,空氣聲：經(jīng)空氣和圍護結(jié)構(gòu)傳播,固體聲：振動噪聲,7-2 人體對聲環(huán)境的反應原理與噪聲評價,聽覺機構(gòu),7-2 人體對聲環(huán)境的反應原理與噪聲評價,人耳的聽覺特征,特征：對高頻聲比對低頻聲敏感 響度級：用1000 Hz 純音的聲壓級代表其等響曲線的響度級，單位Phon,等響曲線,7-2.2 聽覺特性,聲級計：A、B、C、D計權(quán)網(wǎng)絡,聲級計為模擬人耳聽覺而進行濾波，分別模擬人耳對40方、70方和100方純音的反應而得到A、B、C三種計權(quán)方式。D計權(quán)用于測量航空噪聲。 對不同的頻率有不同

8、的衰減。1000Hz的衰減均為是0,7-2.2 聽覺特性,掩蔽效應,一種聲音存在提高了另一種聲音的可聞閾 頻率相近則掩蔽作用顯著 對高頻掩蔽作用比對低頻掩蔽作用大 有利有弊 弊：聽不清要聽的內(nèi)容，降低工作效率 利：避免一些噪聲的干擾，提高工作效率,7-2.2 聽覺特性,掩蔽效應,適合的掩蔽背景聲的特點 無表達含義 響度不大 連續(xù) 無方位感 掩蔽背景聲 低響度的空調(diào)通風系統(tǒng)噪聲往往是很好的掩蔽背景聲 輕微的音樂聲 隱約的語言聲,7-2.2 聽覺特性,日本辦公樓噪聲干擾感覺的調(diào)查,7-2.2 聽覺特性,噪聲評價：A聲級,用A計權(quán)方式測得的噪聲級稱作A聲級，是一個綜合疊加得到的單一的數(shù)值。 環(huán)境噪聲

9、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。 A聲級LA(或LpA) 針對穩(wěn)態(tài)噪聲。對于一個噪聲的倍頻帶譜,7-2.3 噪聲的評價,噪聲評價：A聲級,等效連續(xù)A聲級 針對聲級隨時間變化的噪聲，在一段時間內(nèi)能量平均的等效聲級 累積分布聲級LX 用隨機噪聲聲級出現(xiàn)的累積概率來表示:例如L1070dB，表示有10%的測量時間內(nèi)聲級超過70dB,7-2.3 噪聲的評價,離散噪聲,噪聲評價曲線：NR(Noise Rating,單值A聲級不能反映噪聲的頻譜特性 NR曲線：中國、歐洲常用，ISO推薦 考慮了低頻噪聲難消除的因素 LA =NR+5 dB,7-2.3 噪聲的評價,噪聲評價曲線：

10、NC,NC曲線(Noise Criterion Curves)，Beranek于1957年提出，1968年開始實施。ISO推薦，英、美、日常用。 對低頻的要求比NR曲線苛刻 LA =NC+10 dB NCNR5,7-2.3 噪聲的評價,噪聲評價曲線：PNC,PNC(Preferred Noise Curves )是對NC曲線進行的修正 對低頻部分更進一步進行了降低 PNC=3.5+NC,7-2.3 噪聲的評價,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 3545 4050 起居室4045 4050 語言教室 35 40 一般教室45 50 門診室5055 556

11、0 手術(shù)室4045 4050 賓館客房3045 3550 會議室30 35 學術(shù)報告廳、閱覽室25 30 室內(nèi)樂、演唱廳20 25 辦公室35 40 宴會廳35 40,7-2.4 噪聲的標準,第三節(jié)聲音傳播與衰減的原理,聲音的傳播規(guī)律,遇到障礙物：反射、散射、衍射(繞射,AE 障礙物相對波長的尺度由大至小,7-3.1聲音傳播與衰減的原理,聲音的透射和吸收,透射,7-3.1聲音傳播與衰減的原理,反射,入射,在自由場的聲音的傳播和衰減,對于點聲源,相對參考值,11,7-3.2 聲音在室外空間的傳播,聲音在室內(nèi)空間中的傳播,室內(nèi)聲場 由直達聲與多次反射聲組成 聲音比自由聲場大，且不隨距離平方衰減 有

12、“混響現(xiàn)象 ” 平均吸聲系數(shù) 室內(nèi)聲級隨時間t 衰減的量,7-3.3聲音在室內(nèi)空間的傳播,聲音在室內(nèi)的增長和衰減,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,停止發(fā)聲后衰減60dB的時間稱為混響時間,室內(nèi)的聲壓級,室內(nèi)某點聲壓級 Q指向性因數(shù)，取決與聲源與接收點的相對關(guān)系 R房間常數(shù) S房間總表面積 a平均吸聲系數(shù),第四節(jié)材料與結(jié)構(gòu)的聲學性能,吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu),吸聲材料的吸聲系數(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)均勻方向的稱作“無規(guī)入射”或“擴散入射” 室內(nèi)聲學設計中通常用擴散入射吸聲系數(shù) 而在消聲器設計中通常用垂直入

13、射吸聲系數(shù) 同一種材料和結(jié)構(gòu)對于不同頻率的聲波有不同的吸聲系數(shù)。 吸聲構(gòu)件的實際吸聲量與吸聲構(gòu)件的圍蔽面積有關(guān)：AaS,7-4 材料與結(jié)構(gòu)的聲學性能,吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu),多孔吸聲材料 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，如泡沫樹脂、多孔橡膠 共振吸聲結(jié)構(gòu) 薄膜、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu) 空腔、穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu) 空間吸聲體,7-4 材料與結(jié)構(gòu)的聲學性能,吸聲材料吸聲原理,聲波導致空氣在吸聲材料中行進、反射、折射過程中產(chǎn)生摩擦而損耗聲能，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?吸聲材料也容易透聲,7-4.2 吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu),吸聲材料的頻譜特性高頻較易消除,7-4.2

14、 吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu),薄膜 薄板共振吸聲結(jié)構(gòu),不透氣薄膜薄板與板壁間有一空氣夾層，薄膜、薄板振動消耗聲能,7-4.2 吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu),共振消聲原理,共振結(jié)構(gòu)在聲波激發(fā)下振動，振動的結(jié)構(gòu)由于本身的內(nèi)摩擦和與空氣間的摩擦把部分振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗。因此振動的結(jié)構(gòu)消耗聲能，產(chǎn)生吸聲效果。 適應頻帶：中、低頻 共振會放大聲音嗎？共振 共鳴！ 共鳴：機械能激發(fā)物體振動向空氣輻射聲能 共振：空氣中傳播的聲能激發(fā)物體機械振動,7-4.2 吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu),空腔共振器,空腔孔頸空氣柱由于共振而激烈運動，消耗能量，腔內(nèi)空氣起彈簧緩沖作用,7-4.2 吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu),穿孔板共振器,穿孔板與墻間空腔形

15、成共振腔,7-4.2 吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu),空間吸聲體,當房間表面不足作吸聲表面時使用,7-4.2 吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu),隔聲,7-4.3 隔聲和構(gòu)件的隔聲特性,不同類型的隔聲構(gòu)件的隔聲量,7-4.3 隔聲和構(gòu)件的隔聲特性,30 40,空氣間層的彈性變形具有減振作用 空氣層厚度有一個最佳值,7-4.3 隔聲和構(gòu)件的隔聲特性,空氣層對隔聲效果的影響,小孔對隔聲作用的影響,孔徑相對波長越大，衍射作用越強,11.7cm,3.4m,7-4.3 隔聲和構(gòu)件的隔聲特性,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、

16、隔聲、消聲、隔振 掩蔽 主動加入掩蔽噪聲,7-5 噪聲的控制與治理方法,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材料，可使混響聲減弱，但直達聲不會降低 靠吸聲降噪很難把噪聲降低10 dB以上 在靠近聲源處作用很?。褐边_聲為主 減振和隔振 隔聲 適當?shù)母袈曉O施，能降低噪聲2050dB,7-5.1 噪聲源的控制,振動與隔振原理,振動的危害 使人煩惱，妨礙工作 產(chǎn)生噪聲 損壞建筑物和設備 振動傳遞比 T：輸出的動力占振源輸入動力的百分比 f 為振源頻率，f 0 為減振結(jié)構(gòu)固有頻率,7-5.1 噪聲源的控制,振動與隔振原理,振動傳遞曲線,7-5.1 噪聲源的控制,隔聲罩綜合措施,7-5.1 噪聲源的控制,氣流噪聲控制：消聲器,消聲器種類 阻性消聲器：利用吸聲材料，中、高頻有效 抗性消聲器：中、低頻有效 擴張型 共振型 復合型消聲器：多種形式組合，寬頻帶消聲,7-5.2 氣流噪聲的消除,阻性消聲：管道內(nèi)加吸聲材料,7-5.2 氣流噪聲的消除,阻性管道消聲器,7-5.2 氣流噪聲的消除,抗性管道消聲器(擴張型,對低中頻噪聲控制有效