建筑物理(聲)課堂筆記

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院建筑物理（聲）課堂筆記 教師：張卷舒建筑物理（聲）課堂筆記第一章 基礎(chǔ)知識建筑聲學(xué)的兩大任務(wù)：噪聲控制，音質(zhì)設(shè)計(jì)。課程內(nèi)容：1、聲音的基本性質(zhì)：聲音的產(chǎn)生和傳播2、人對聲音的感知和評價：心理和生理聲學(xué)3、室內(nèi)傳聲質(zhì)量4、材料和構(gòu)件的吸聲和隔聲性能5、建筑物內(nèi)外噪聲控制當(dāng)前建筑設(shè)計(jì)中存在的若干聲學(xué)問題：1、 大量住宅建設(shè)中的隔聲問題2、 各類廳堂中的室內(nèi)音質(zhì)問題3、 輕薄結(jié)構(gòu)和預(yù)制構(gòu)件帶來的隔聲新問題4、 施工和建筑內(nèi)的機(jī)械設(shè)備5、 城市噪聲環(huán)境6、 重造型、輕功能聲環(huán)境控制的意義：創(chuàng)造良好的滿足要求的聲環(huán)境1、 保證良好的聽聞條件2、 保證安靜的環(huán)境，防止噪聲干擾3、 保

2、證工藝過程要求（錄音棚、演播室等）聲音的產(chǎn)生是物體振動的結(jié)果，這些物理波動現(xiàn)象引起聽覺感覺。建筑聲學(xué)考慮的問題都與主觀聽覺有關(guān)，因此頻率、強(qiáng)度有限聽覺的頻率范圍：2020000Hz,正常頻率1008000Hz小于20Hz是次聲波，如潛艇；大于20000Hz是超聲波，如海豚。100Hz聲學(xué)工程中的一般極限440Hz音樂中的標(biāo)準(zhǔn)音1000Hz聲學(xué)工程中標(biāo)準(zhǔn)參考音4000Hz鋼琴的最高音階聲學(xué)的頻帶：把聲頻范圍劃分成幾個頻段，叫做頻帶，度量單位為頻程。頻帶寬度：f=f2-f1頻帶中心頻率：f c= 倍頻程：兩個頻率之比為2:1的頻程聲音的傳播聲速與媒質(zhì)的彈性、密度和溫度有關(guān)?？諝庵械穆曀伲豪硐霘怏w中

3、c=聲壓是空氣壓強(qiáng)的變化量而不是空氣壓強(qiáng)本身。聲音傳播過程是一個狀態(tài)傳播過程，而不是空氣質(zhì)點(diǎn)的輸運(yùn)過程。本質(zhì)是能量的傳播。聲源的種類：1、點(diǎn)聲源（如嘴巴），尺寸小于1/7波長，波陣面為球面； 2、線聲源（如西大直街），單一尺寸小于1/7波長，波陣面為柱面； 3、面聲源，波陣面為平面。波陣面是波形中振動相同的點(diǎn)所組成的面。反射定律：1、入射角=反射角；2、入射線與反射線在法線兩側(cè)；3、入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)。透射系數(shù)：=E/E0 ；反射系數(shù)：=E/E0 ；吸聲系數(shù)：=1-=1- E/E0 一般情況下，透射部分的能量要小于反射部分的能量。小的材料成為“隔聲材料”，小的材料稱為“吸聲材料”

4、。聲功率：聲源在單位時間內(nèi)對外輻射的聲能，單位為W。鐵錘敲鐵釘?shù)穆暪β蕿?W，人耳隱約聽見的聲功率為1×10-12 W。聲強(qiáng)I：單位面積上的聲功率分布，W/。點(diǎn)聲源：I=dW /dS =W/4r2 面聲源的聲強(qiáng)與距離無關(guān)。聲壓P：聲源發(fā)出能量后引起的聲場大氣壓的改變量，單位為Pa。自由聲場中，I=P2/0c分貝即聲功率級LW=10lg，W0=1×10-12 W，本無量綱，人為加上dB作為單位。聲強(qiáng)級：LI=10lg，聲壓級：LP=20lg聲強(qiáng)可以疊加，I=總聲壓是各聲壓的均方根：P= 聲源聲級的疊加式非線性的。聽力痛點(diǎn)140dB，飛機(jī)發(fā)動機(jī)下；正常7080dB。兩個聲源疊加

5、，I、P、W聲級不變。響度級：將待測聲與1000Hz純音相比較，若一樣響，此時純音聲壓級就是待測聲的響度級，單位為Phon。（對高頻聲比低頻聲敏感）相同響度級低頻聲的聲壓級比高頻聲大。廳堂極限：120dB。聲音的方向性：低頻聲方向性差，頻率越高的聲音方向性越集中在聲源的傳播主軸上。點(diǎn)聲源沒有方向性，線聲源有，面聲源方向性最強(qiáng)。聲音的頻譜倍頻程：復(fù)合聲=基頻（f1）+諧頻（f2），f2 / f1 =2n ，n是自然數(shù)時好聽，反之則為噪聲。白噪聲：是指在較寬的頻率范圍內(nèi)，各等帶寬的頻帶所含的噪聲能量相等的噪聲。粉紅噪聲：（在水平線基礎(chǔ)上，）對白噪聲中的低頻聲的補(bǔ)償。音調(diào)和音色的影響因素：頻率、頻譜

6、、激發(fā)聲源的方式。雙耳聞聽效應(yīng)：雙耳判別聲源位置的功能。時差效應(yīng)混響過程：聲源停止發(fā)聲后，聲場內(nèi)的聲音并不是立即消失，而是逐漸衰減的過程。聲壓級包括直達(dá)聲和反射聲。反射聲與直達(dá)聲到達(dá)時間相差在50ms以內(nèi)（最大路程差340*0.5=17m），反射聲能夠加強(qiáng)直達(dá)聲的聲壓級，即一次反射聲效應(yīng)。反射聲與直達(dá)聲到達(dá)時間相差大于50ms時，反射聲會干擾直達(dá)聲的聽清程度，形成回聲，即二次及以上的多次反射聲效應(yīng)。掩蔽作用：由于某個聲音的存在，若想聽清另一個聲音，須加大此聲音的聲壓級的過程。提高的聲壓級量稱為掩蔽量。低頻掩蔽高頻。相同頻率的聲音掩蔽量最大。適合的掩蔽背景聲的特點(diǎn)：無表達(dá)含義、響度不大、連續(xù)、無

7、方位感。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。還有輕微的音樂聲和音樂的語言聲。第二章 室內(nèi)聲學(xué)原理聲學(xué)的表達(dá)方式：統(tǒng)一學(xué)法、波動學(xué)法、幾何學(xué)法。建筑聲學(xué)一般采用幾何學(xué)法。聲場建立的過程：聲音的增長、穩(wěn)態(tài)與衰竭(混響)。室內(nèi)聲場的特點(diǎn)：（1）相同距離聲強(qiáng)比自由聲場小且不隨距離的平方衰減；（2）混響（衰減）現(xiàn)象。自由聲場中，點(diǎn)聲源距離翻倍，衰減6dB。根據(jù)使用功能和聲音特性設(shè)計(jì)混響過程（確定混響時間）。T60 ：衰減60dB所經(jīng)歷的時間，即混響時間。不同使用功能混響時間不同，聲音被吸收的速度也不同。清晰度要求高的房間T60 小?，F(xiàn)在多用T20 、T30 。賽賓公式：T60 =，k=0.1

8、61（一般），0.14（正形房間）。V：房間容積A：房間吸聲總量，A=·S（平均數(shù)）：房間內(nèi)吸聲材料的平均吸聲系數(shù)，S：吸聲面積討論：當(dāng)0時，計(jì)算結(jié)果T60 ，與實(shí)際情況相符； 當(dāng)=1時，計(jì)算結(jié)果T60 是定值，而實(shí)際情況T60 =0。賽賓公式應(yīng)用條件：0.2，且應(yīng)用于小房間（聲音垂直入射，聲壓級分布均勻）。依林公式：為加權(quán)平均值，T=-0.161室內(nèi)的聲壓級：Lp=Lw+10·lg（+）。Q為聲源指向性因數(shù)；R= ，是房間常數(shù)。自由聲場Q值1個1個2個4個8均勻性廳堂類型允許最大極差/dB小46中68大810房間共振共振頻率公式：fnx，ny，nz =Lx,Ly,Lz為房

9、間的長、寬、高；nx，ny，nz 為零或任意正整數(shù)，但三個數(shù)不能同時為零。簡并：廳堂設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致復(fù)合聲中某根頻率被加強(qiáng)多次產(chǎn)生聲音失真的現(xiàn)象。廳堂設(shè)計(jì)不合理只房間的長寬高相同或成倍數(shù)或成比例。尺寸采用黃金分割最好。第三章 吸聲材料與吸聲結(jié)構(gòu)吸聲材料的作用：（1）保證室內(nèi)良好音質(zhì)狀況；（2）消除音質(zhì)缺陷。吸聲材料選取原則：（1）吸聲特性（2）吸聲原理（3）結(jié)合室內(nèi)裝修（4）結(jié)合裝飾效果及經(jīng)濟(jì)性吸聲材料的分類（按吸聲機(jī)理分）：（1） 多孔性吸聲材料（2） 薄板、薄膜共振吸聲材料（3） 空腔共振吸聲結(jié)構(gòu)木屑、棉花、空氣、石膏板、膠合板、穿孔板、皮革、厚布、窗簾是吸聲材料。海綿、苯板不是吸聲材料，因

10、為不存在貫穿的孔。多孔性吸聲材料多孔性吸聲材料的吸聲原理：材料中存在多個貫穿的微孔，聲能 使孔中空氣長生運(yùn)動，并與周邊纖維摩擦生熱，消耗聲能。關(guān)鍵詞：多個、貫穿、微孔。多孔性吸聲材料吸聲系數(shù)的影響因素：（1） 孔隙率：貫通空隙的體積與材料總體積的比值；（2） 空腔條件：對低頻更有利；（3） 空氣流阻 ；（4） 厚度；（5） 聲音入射條件：垂直入射的吸聲系數(shù)大；（6） 材料的容重：即密度，多孔材料條件下，密度越小，吸聲系數(shù)越大；（7） 材料的罩面（布或金屬網(wǎng)）：起防護(hù)和美觀作用（防止有害物質(zhì)被吸入人體并防止材料損壞）；（8） 材料的含濕狀況；濕度越大，吸聲系數(shù)越小，因?yàn)榭妆凰伦?，因此游泳館不用

11、多孔吸聲材料。多孔材料的附貼位置：非潮濕，地板貫通孔越小，媒質(zhì)與孔壁總摩擦越大，耗能越多，吸聲系數(shù)越大?？涨还舱裎暯Y(jié)構(gòu)穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)亥姆霍斯共振器原理：簡諧振動，聲能轉(zhuǎn)化為熱能共鳴：機(jī)械能激發(fā)物體振動向空氣輻射能量共振：空氣中傳播的能量激發(fā)物體振動穿孔板吸聲系數(shù)的影響因素：（1） 穿孔直徑：d越小，吸聲系數(shù)越大，因?yàn)槟Σ猎酱螅唬?） 板后空腔填多孔吸聲材料：d3cm，主要提高高頻；（3） 板后大空腔：d20cm，主要提高低頻。薄板用于墻裙（1.5m）以上。薄膜、薄板共振吸聲系統(tǒng)原理：不透氣薄膜、薄板與板壁間有一空氣間層；薄膜、薄板振動消耗聲能。注意：（1）板后空腔密閉很重要，形成空氣彈簧 （

12、2）采用不同空氣厚度/龍骨間距/板材 （3）板后加多孔吸聲材料，提高吸聲效果 （4）共振頻率80-300Hz，吸聲系數(shù)0.2-0.5 其他吸聲結(jié)構(gòu)空間空間5腔填多孔吸聲材料，莫燦越大吸聲體的優(yōu)點(diǎn)：（1） 構(gòu)造簡單；（2） 布置和鋪吊方便；（3） 裝飾性強(qiáng)；（4） 造型多變；（5） 便于上空的管道安裝和裝修；（6） 適應(yīng)頂部采光的場合；（7） 適合大空間內(nèi)的吸聲處理。空間吸聲體的形式：平板式、圓筒式、立體式強(qiáng)吸聲結(jié)構(gòu)（P375）典型結(jié)構(gòu)：消聲室要求盡可能接近自由聲場吸聲尖劈截止頻率簾幕、洞口、人、家具聲波入射到一個表面后，其不反射的聲能部分，均視為吸聲。前提是聲源在同一空間內(nèi)。隔聲則指兩個空間由

13、于中間隔斷所引起的聲阻作用，或稱“透射損失”。良好的吸聲未必是良好的隔聲，反之亦然。第四章 噪聲的控制噪聲：人們不愿意聽到的任何聲音。噪聲的類型：生活噪聲、交通噪聲、施工噪聲、生產(chǎn)噪聲。噪聲的危害：（1） 聽覺器官的危害；（2） 身體器官的危害；（3） 降低工作效率；（4） 影響生活質(zhì)量；（5） 影響建筑安全。噪聲的測量方法：用A計(jì)權(quán)方式測得的噪聲級稱作A聲級。噪度級：將待測噪聲與1000Hz白噪聲相比較，若一樣響，此時白噪聲的聲壓級就是待測聲的噪度級。頻率越高越易讓人煩躁?？刂圃肼暤耐緩?1、 降低噪聲源的噪聲：（1） 降低聲源聲功率，改變聲源指向性；（2） 采取隔聲罩、消聲器，減震；（3）

14、 限制作業(yè)時間、遠(yuǎn)離、搬遷等。2、 傳播途徑降低噪聲：吸聲、隔聲、消聲、隔振。隔聲與吸聲的不同：概念、材料、度量單位。3、 對接受者的保護(hù)：（1） 減少接受時間（噪聲暴露時間）；（2） 掩蔽：主動加入掩蔽噪聲。當(dāng)離聲源較近時，以降低聲源噪聲為主（接收直達(dá)聲為主）；當(dāng)離聲源較遠(yuǎn)時，以降低室內(nèi)界面反射能力為主（接收反射聲為主）。建筑設(shè)計(jì)中控制噪聲按噪聲分類：靜室、鬧室、靜鬧兼有。將靜室盡可能遠(yuǎn)離吵鬧房間和外部噪聲源；將靜室盡可能設(shè)置在背離外界噪聲源和輻射噪聲的吵鬧房間的地方；利用建筑物內(nèi)部的交通空間或?qū)翟胍蟛桓叩姆块g，將靜室與室內(nèi)外噪聲源隔離開；將靜室和鬧室分別集中布置。第五章 建筑隔聲房屋隔

15、聲房屋隔聲效果由多方面因素決定：（1） 構(gòu)件本身的隔聲性能；（2） 穿墻的各種管道（尤其是通風(fēng)管）和墻上各種洞口縫隙的影響；（3） 接收室的聲學(xué)條件（背景、噪聲、吸聲情況、房間大小）和使用要求。洞口吸聲稱為“聲漏”，1%大小的洞口能透過25%的聲能。房屋隔聲中有兩大類聲音要考慮：空氣聲、固體撞擊聲。兩者的起因、原理不同空氣聲：聲源直接向空氣輻射能量，射向建筑構(gòu)件（墻和樓板）固體撞擊聲：與結(jié)構(gòu)直接接觸（主要是樓板）空氣聲隔絕：圍蔽結(jié)構(gòu)隔絕外部空氣聲場的聲能。固體聲或撞擊聲隔絕：使撞擊的能量輻射到建筑空間中的聲能有所減少。1、 空氣聲隔絕單層勻質(zhì)墻、雙層墻、輕質(zhì)墻、組合墻特殊墻：門和窗隔聲量R2、

16、 單層、勻質(zhì)、密實(shí)墻的空氣聲隔絕質(zhì)量定律理想狀態(tài)下的單層勻質(zhì)墻：（1） 柔性墻（2） 墻無限大（有邊界會使剛度下降）（3） 聲音垂直入射R與面密度和頻率成正比，f加倍，R增加6dB；m加倍，R增加6dB重墻效果好吻合效應(yīng)3、雙層、勻質(zhì)、密實(shí)墻隔聲提高隔聲能力主要是空氣間層作用在空氣層中填多孔材料，也可減少共振時隔聲量并在全頻帶上提升隔聲量。R不全由質(zhì)量定律決定，聲橋也有影響。影響因素：（1） 雙層墻之間是否有聲橋（2） 空氣層厚度（3） 空氣層厚度增加，共振頻率值下降，對隔聲有利（4） 空腔內(nèi)有駐波，會使曲線出現(xiàn)低谷（5） 對于輕板龍骨隔墻的R，龍骨影響較小，可用橡膠墊或發(fā)泡塑料提高輕板龍骨隔

17、聲量的措施：（1） 利用彈性材料或構(gòu)件，使雙層墻之間剛性連接聲橋作用降低（2） 各層板材質(zhì)量或厚度不同，無吻合（3） 增加板片數(shù)，兩側(cè)板厚度或?qū)訑?shù)不同（4） 空氣層間距變化不大，作用不明顯（5） 內(nèi)填多孔吸聲材料（6） 交錯龍骨可減少聲橋影響，平頂、地面?zhèn)髀曂緩?、 窗戶隔聲窗板面、窗縫隙雙層窗交錯開啟是一種簡便有效的措施增加窗的層數(shù)窗縫的密封5、 門的隔聲門板的隔聲門縫的處理維護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲戶間隔聲質(zhì)量定律：墻越厚重、越密實(shí)，隔聲越好輕質(zhì)填充墻：采用雙層墻或復(fù)合結(jié)構(gòu)墻上不能有孔洞：聲橋效應(yīng)樓板撞擊聲現(xiàn)澆樓板重量大、效果好，75dB浮筑樓面：樓板結(jié)構(gòu)層+彈性墊層+面層；高5cm墻體的噪聲降低值NR

18、=L1-L2 =R+10lg dB隔聲指數(shù)固體聲的隔絕措施：彈性面層、彈性墊層、浮筑樓板、隔聲吊頂設(shè)備隔聲隔聲罩的作用消聲器：可以使氣流通過而能降低噪聲的裝置消聲器設(shè)計(jì)選型基本要求：較好的吸聲頻率特性空氣阻力損失小結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，造價低消聲器種類：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(kuò)張型、共振型復(fù)合型消聲器：多種形式組合，寬頻帶消聲第六章 室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)主觀評價標(biāo)準(zhǔn)響度：舒適合適的響度70dB清晰度：聽清音節(jié)數(shù)/聲源發(fā)出全部音節(jié)數(shù)低頻、長混響影響清晰度豐滿度：低頻增加豐滿度，長混響保證豐滿度無音質(zhì)缺陷：聲聚焦、回聲、顫聲等房間容積的確定合適的響度合適的混響時間

19、賽賓公式座椅和觀眾的吸聲占室內(nèi)總吸聲量的70-80%左右房間體形的確定充分利用直達(dá)聲自然聲由直達(dá)聲和反射聲組成（1） 合理的平面形狀；（2）較小的平面尺寸距離聲源的距離越遠(yuǎn)，聲壓級和響度都逐漸降低。爭取前次反射聲1、 反射板的角度調(diào)整：頂棚反射板降低并調(diào)整角度2、帶樓座的廳堂聲影區(qū)的概念：由于遮擋使前次反射聲不能到達(dá)的區(qū)域。（1）樓座后墻往前推；（2）控制樓座出挑尺度：音樂廳、HB，其它、HB/2；（3）樓座下表面傾斜。3、中場聲空白區(qū)：（1）平面做成鐘形或楔形；（2）樓座下表面傾斜。4、側(cè)墻：為避免大廳堂側(cè)墻相距較遠(yuǎn)使聲音反射次數(shù)較多從而造成顫聲現(xiàn)象，平面做成梯形。增加擴(kuò)散體，雜亂的、沒有目

20、的性的（1） 增加聲場聲壓級的均勻性；（2）消除音質(zhì)缺陷，b0.15a。巨大的玻璃吊燈、包廂壁板、各種有意做的空間體、浮雕粗糙墻面不具備聲擴(kuò)散功能（就像拿籃球擊墻一樣）消除音質(zhì)缺陷：1、 回聲：（1）吸聲材料；（2）做擴(kuò)散體；（3）改變體形2、 聲聚焦：3、 顫聲：不平行或鋸齒形墻面4、 長延遲反射聲：混響時間的設(shè)計(jì)最佳混響時間的確定：常以500Hz聲音的混響時間作為房間的最佳混響時間。確定依據(jù)：房間尺寸、（1） 確定最佳混響時間和頻率特征曲線（2） 根據(jù)賽賓公式和依林公式計(jì)算聲場所需吸聲總量（3） 選擇吸聲材料，確定鋪貼面積（4） 核算所選擇材料的吸聲量是否滿足要求（所有倍頻程都計(jì)算）電聲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電聲系統(tǒng)的組成：傳聲器、放大器和揚(yáng)聲器電聲系統(tǒng)最主要作用：增大聲壓級功放功能：調(diào)整混響時間電聲系統(tǒng)的要求：足夠大的功率、在較寬頻帶上有放大功能語言類：1004000Hz，音樂類：5010000Hz。電聲系統(tǒng)的布置：1、 集中式揚(yáng)聲器布置