大三下課件-建筑聲學(xué)

福州大學(xué)建筑學(xué)院陳沂內(nèi)容二、建筑吸聲擴散反射建筑隔聲三、聲環(huán)境規(guī)劃與噪聲控制一、聲音的物理性質(zhì)及人對聲音的感受四、室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計五、聲學(xué)實驗3.2建筑吸聲擴散反射建筑隔聲3.2.1建筑吸聲吸聲材料和構(gòu)造的分類多孔吸聲材料共振吸聲構(gòu)造特殊吸聲構(gòu)造（空間吸聲體、吸聲尖劈）如何評價吸聲材料和構(gòu)造吸聲系數(shù)>0.8——強吸聲材料吸聲系數(shù)=1——全吸收材料吸聲系數(shù)=0——全反射材料多孔材料多孔材料：多孔材料是一種由相互貫通或封閉的孔洞構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料?？捉Y(jié)構(gòu)有：二維“蜂窩”材料；三維“泡沫”材料。常用多孔吸聲材料毛地毯玻璃棉巖棉聚氨酯泡沫塑料發(fā)泡纖維鋁板陶瓷吸聲磚多孔材料的吸聲機理聲波順著孔隙進入材料內(nèi)部，引起空隙中空氣分子的振動。由于空氣的粘滯阻力、空氣分子與孔隙壁的摩擦，使聲能轉(zhuǎn)化為摩擦熱能而吸聲。多孔材料吸聲的必要條件是：材料有大量空隙；空隙之間互相連通，孔隙深入材料內(nèi)部。表面粗糙的材料，如拉毛水泥等，是否具有良好的吸聲性能？內(nèi)部存在大量孔洞（單個閉合、互不連通）的材料，如聚苯、聚乙烯、閉孔聚氨脂等，是否具有良好的吸聲性能？影響多孔材料吸聲特性的因素空氣流阻空氣流阻：單位厚度時，微量空氣流穩(wěn)定地流過材料時，材料兩邊的靜壓差和空氣流動速度之比。反映空氣通過多孔阻力的大小。空氣流阻是影響多孔吸聲材料最重要的因素。流阻太小，說明材料稀疏，空氣振動容易穿過，吸聲性能下降；流阻太大，說明材料密實，空氣振動難于傳入，吸聲性能亦下降。存在最佳流阻?？紫堵士紫堵剩翰牧现械目諝怏w積和總體積之比?？紫堵市?，流阻大。材料厚度厚度增加，吸聲頻率范圍擴大，中、低頻聲音吸收增加多。增加到一定厚度后，高頻吸收增加很少。材料后的空氣層材料后設(shè)置空氣層，也可以增加對低頻聲音的吸收?？纱嬖黾雍穸鹊淖龇?。表觀密度將含有閉孔材料的密度稱為“表觀密度”。表觀密度=材料的質(zhì)量/（實質(zhì)部分的容積+閉孔容積）同一材料，厚度一樣時，表觀密度不同，吸聲頻率特性也會有所改變。聲波的頻率和入射條件頻率高，吸聲系數(shù)大。垂直入射與無規(guī)則入射。飾面多孔材料往往需要進行表面處理。相比涂刷，噴刷對于吸聲頻率特性的影響較小。吸濕、吸水含水率=（濕重-干重）/干重×100%共振吸聲結(jié)構(gòu)薄膜吸聲結(jié)構(gòu)：不透氣輕質(zhì)膜狀材料，與其背后的封閉空氣層形成一個質(zhì)量——彈簧共振系統(tǒng)。在該系統(tǒng)共振頻率附近具有最大的聲吸收。式中：

f0——共振頻率，Hz；m——薄膜的單位面積重量，kg/m2；

L——薄膜背后空氣層厚度，cm。共振頻率與薄膜的單位面積重量和空氣層厚度的關(guān)系？體育場內(nèi)屋頂覆蓋的白色薄膜薄板吸聲結(jié)構(gòu)：式中：

f0——共振頻率，Hz；m——薄板的單位面積重量，kg/m2；L——薄板背后空氣層厚度，cm；K——薄板的勁度，kg/m2．s2。如何提高薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率？如何降低呢？把不穿孔的薄板周邊固定在框架上，背后留有一定厚度的空氣層，這就構(gòu)成了薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。薄板相當(dāng)于質(zhì)量塊，板后的空氣層相當(dāng)于彈簧。當(dāng)聲波作用于薄板表面時，在聲壓的交變作用下引起薄板的彎曲振動。由于薄板和固定支點之間的摩擦和薄板內(nèi)部引起的內(nèi)摩擦損耗，使振動的動能轉(zhuǎn)化為熱能而使聲能得到衰減。當(dāng)入射聲波的頻率與振動系統(tǒng)的固有頻率一致時，振動系統(tǒng)就會發(fā)生共振現(xiàn)象，聲能將獲得最大的吸收。產(chǎn)品使用范圍：錄音棚演播室會議室報告廳電影院家庭電影院體育館降噪KTV酒吧工業(yè)降噪酒店音樂廳劇院等吸音系數(shù)0.78。砂巖環(huán)保吸音薄板《建筑隔聲與吸聲構(gòu)造》08J931穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)：式中：

f0——共振頻率，Hz；

c——聲速，34000cm/s；t

——穿孔板厚度，cm；

d——孔徑，cm；

P——穿孔率；L——薄板背后空氣層厚度，cm。

如何提高穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率？如何降低？當(dāng)入射聲波進入到穿孔板以后，穿孔和空腔中的空氣分子就會產(chǎn)生振動摩擦，消耗部分聲能；當(dāng)穿孔中聲音的頻率與空腔內(nèi)聲音的頻率一致時，就會產(chǎn)生劇烈的共振，聲波要克服穿孔和空腔的內(nèi)表面的摩擦阻力做功，于是大量聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌?，從而達(dá)到吸聲的目的。穿孔板吸聲體吸收聲音的特點是只有在共振頻率上具有較大的吸聲系數(shù)，有效吸聲頻率范圍小于1kHz，所以對低頻吸聲效果好。石膏穿孔板鋁板穿孔板空間吸聲體穿孔板外殼，吸聲材料填充。吸聲效果遠(yuǎn)超普通吸聲材料。用吸聲量表示吸聲特性。吸聲尖劈用于消聲室和半消聲室中。用細(xì)鋼筋制成骨架，外包透氣材料，填放吸聲材料。吸聲尖劈的吸聲原理為當(dāng)聲波從尖端入射時，由于吸聲層的逐漸過渡性質(zhì)，材料的聲阻抗與空氣的聲阻抗能較好地匹配，使聲波傳入吸聲體，并被高效地吸收。吸聲系數(shù)為0.99所對應(yīng)的最低頻率，稱為截止頻率。在此頻率以上，統(tǒng)能保證99%的吸聲系數(shù)。截止頻率越低，尖劈的長度要求就越大。吸聲構(gòu)造的選用降噪系數(shù)NRC：吸聲產(chǎn)品的吸聲性能分級：3.2.3建筑隔聲空氣傳聲和固體傳聲空氣傳聲：聲音在空氣中傳播。直接通過空氣傳入室內(nèi)，或經(jīng)由圍護結(jié)構(gòu)的振動后，再通過空氣傳入室內(nèi)（透射）。固體傳聲：圍護結(jié)構(gòu)收到直接的撞擊或振動作用而發(fā)聲。最后仍通過空氣傳至人耳?？諝饴暤母袈暳靠諝饴曇愿袈暳勘硎韭曂干涠嗌?。隔聲量包括了圍護結(jié)構(gòu)隔聲性能和室內(nèi)吸聲條件的共同作用。直接透射與側(cè)向透射空氣聲的透射可分為通過隔墻的直接透射和通過連接部件的側(cè)向透射。如果側(cè)向建筑部件都比隔墻輕，則會使隔墻的隔聲性能降低。用什么方法提高空氣聲隔聲量？3.2.4墻體、門、窗及屋頂隔聲單層勻質(zhì)密實墻質(zhì)量定律：墻體的單位面積重量越大，透射聲能越小。式中：

R——墻體隔聲量，dB；

f——入射聲波的頻率，Hz；

m——墻體的面密度，kg/m2；

k——常數(shù)，聲波無規(guī)則入射時，k=-48。墻體的單位面積重量增加一倍，隔聲量增加多少dB？單靠增加墻體重量能否達(dá)到期望的隔聲要求？吻合效應(yīng)：板在斜入射聲波激發(fā)下產(chǎn)生的受迫彎曲波。墻體本身存在著隨著頻率而變的自由彎曲波。受迫彎曲波的傳播速度等于自由彎曲波傳播速度，則稱為發(fā)生了“吻合”，這時板就非?！绊槒摹钡馗S入射聲波彎曲，使入射聲能大量地透射到另一側(cè)去。質(zhì)量定律是否完全正確？什么情況下不正確？吻合效應(yīng)：產(chǎn)生吻合效應(yīng)的入射聲波的頻率，稱為吻合頻率。隨著入射聲波的角度不同，有無數(shù)個吻合頻率。其中最小的是“臨界頻率”。當(dāng)吻合效應(yīng)出現(xiàn)在隔聲頻率范圍內(nèi)時，墻體隔聲量將減小。輕質(zhì)薄墻尤其因注意。采用硬而厚的墻體來降低臨界頻率。采用軟而薄的板來提高臨界頻率，使之不出現(xiàn)在重要頻率范圍內(nèi)。墻上孔洞：單層勻質(zhì)墻的隔聲頻率特性曲線剛度控制

單層勻質(zhì)墻的隔聲量與入射聲波的頻率關(guān)系很大

剛度和阻尼控制區(qū)質(zhì)量控制區(qū)

吻合效應(yīng)區(qū)

第一共振頻率

臨界吻合頻率

墻板的隔聲量隨著入射聲波頻率的增加而以每倍頻程6dB的斜率下降。

聲波頻率與墻板固有頻率相同時，引起共振，隔聲量最小。隨著聲波頻率的增加，共振減弱，直至消失，隔聲量總趨勢上升。共振區(qū)的大小與墻板的面密度、形狀、安裝方式和阻尼有關(guān)。隔聲構(gòu)件，共振區(qū)越小越好。阻尼越大，對共振的抑制越強，一般采用增加墻板的阻尼來抑制共振現(xiàn)象。

頻率大于fn,共振影響消失,墻板的隔聲量受墻板慣性質(zhì)量影響。墻板的面密度愈大，即質(zhì)量愈大，隔聲量愈高。隔聲量隨入射聲波頻率的增加，而以斜率為6dB／倍頻程直線上升。

隨入射聲波頻率繼續(xù)升高，隔聲量反而下降，曲線上出現(xiàn)低谷，這是吻合效應(yīng)的緣故。越過低谷后，隔聲量以每倍頻程10dB趨勢上升，接近質(zhì)量控制的隔聲量。增加板的厚度和阻尼，可使隔聲量下降趨勢得到減緩。雙層勻質(zhì)密實墻與單層墻相比，可減輕結(jié)構(gòu)重量?？煽醋魇琴|(zhì)量——彈簧——質(zhì)量系統(tǒng)。固有振動頻率：式中：

f0——墻體的固有振動頻率，Hz；m1，m2

——分別為每層墻體的面密度，kg/m2；

L——空氣間層的厚度，cm。當(dāng)入射聲波的頻率與雙層墻的固有振動頻率相等時，聲能容易透射，隔聲量最小。單層墻有沒有固有振動頻率，為什么？雙層GRC輕墻比單層GRC輕墻好，可達(dá)到240磚墻的隔音效果。還要考慮其固有振動頻率?？諝鈱雍穸葘Ω袈暳坑绊戯@著?？諝鈱討?yīng)大于4cm，隔聲效果才可有明顯改進。普通中空玻璃窗的隔音效果能否比單層玻璃窗顯著改進？雙層墻存在吻合效應(yīng)，兩層墻的面密度應(yīng)不同，以平滑隔聲特性曲線。如雙層墻之間有剛性連接，則稱為聲橋。應(yīng)避免聲橋。雙層墻隔聲特性曲線c—滿鋪吸聲材料b—有少量吸聲材料d—雙層墻隔聲量a—無吸聲材料e—單層墻隔聲量共振頻率

吻合頻率

雙層隔聲墻相當(dāng)于一個由兩層墻體與空氣層組成的振動系統(tǒng)。

當(dāng)入射聲波頻率比雙層墻共振頻率低時，雙層墻板將作整體振動，此時空氣層不起作用，隔聲能力與同樣重量的單層墻沒有區(qū)別。

當(dāng)入射聲波達(dá)到共振頻率時，隔聲量出現(xiàn)低谷。

超過以后，隔聲曲線以每倍頻程18dB的斜率急劇上升，充分顯示出雙層墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性隨著頻率升高，兩墻板間會產(chǎn)生一系列駐波共振，使隔聲特性曲線上升趨勢轉(zhuǎn)為平緩，斜率為12dB倍頻程；

進入吻合效應(yīng)區(qū)后，在臨界吻合頻率處又出現(xiàn)一隔聲量低谷；雙層墻的與吻合效應(yīng)狀況取決于兩層墻的臨界吻合頻率。輕質(zhì)墻影響輕質(zhì)墻隔聲效果的因素：空氣層厚度；空氣層填充；板材的層數(shù)；龍骨做法；采用什么構(gòu)造措施可增強輕質(zhì)墻體的隔聲量？門普通門的隔聲量約為19~25dB。影響普通門隔聲效果的因素：門扇的密度；門縫的密封；設(shè)置聲閘；隔聲門：隔聲量達(dá)到40dB。填芯隔音門：用玻璃棉絲或巖棉填充在門扇芯內(nèi)。外包隔音門：在門扇外面包裹一層人造革，人造革內(nèi)填塞巖棉。隔音防火門：在門扇木框架中嵌填巖棉等吸音材料，外部用石棉板、鍍鋅鐵皮及耐火纖維板鑲包。窗普通窗的隔聲量約為20~30dB。影響普通窗隔聲效果的因素：玻璃厚度；空氣層厚度；密封；共振頻率；隔聲窗必須根據(jù)噪聲源的特點、頻譜、聲級強度、室內(nèi)聲環(huán)境必須達(dá)到水平等條件進行設(shè)計。噪聲源分為：低頻、中低頻、中頻、中高頻、高頻。由于中低頻波長較長，其傳播的距離及穿透能力較強，治理難度較大。通常，墻體、門窗漏聲主要是低頻。目前，不論是道路交通噪聲、鐵路噪聲、機場噪聲，還是工業(yè)噪聲基本都屬于中低頻噪聲，因此在隔聲窗設(shè)計方面要注意提高低頻隔聲量。

通風(fēng)隔聲窗的構(gòu)造，通常包括雙層隔聲窗，并根據(jù)窗型特點利用其中挺和隔聲玻璃隔斷分隔成兩個或兩個以上膨脹腔體，每個膨脹腔體都設(shè)置進風(fēng)口和出風(fēng)口各一個。當(dāng)把外窗一側(cè)的窗戶開啟，風(fēng)經(jīng)過風(fēng)口進入膨脹腔膨脹從而達(dá)到降噪的效果。這種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品隔聲效果顯著，可廣泛用于各種建筑物中。隔聲窗頻率Hz631252505001K2K4KA聲級備注主臥窗外1米71.365.863.764.166.963.149.769.7

次臥窗外1米83.571.464.363.866.662.852.269.8

改造后主臥聲環(huán)境37.13028.521.819.513.411.125.2

次臥雙窗關(guān)閉49.128.226.823.121.415.812.326.9

中華大街高架橋下87.871.568.968.971.369.26275.2無大車通過中華大街高架橋下82.775.573.177.577.276.870.882.1一公交通過該住戶室內(nèi)外的噪音對比表頻率HzdB631252505001K2K4KA聲級窗外1mdB76.974.970.965.764.963.954.771.5改造前室內(nèi)聲環(huán)境dB5751.545.838.433.529.424.150.9改造后室內(nèi)聲環(huán)境dB45.831.326.721.618.517.617.426.6昌運宮小區(qū)緊貼紫竹院路，向北不到二百米就是西三環(huán)和紫竹院路立交橋處。窗外噪音高達(dá)70分貝，關(guān)窗后室內(nèi)生活環(huán)境也在50分貝左右，嚴(yán)重的影響了居民的正常生活。該住戶室內(nèi)外的噪音對比表樓板樓板隔聲主要是指隔絕撞擊聲的性能。改善其性能的主要措施有：提高樓板厚度；鋪彈性面層；浮筑樓板；下設(shè)吊頂；減振墊在樓板表面直接鋪設(shè)地毯等彈性材料，或用彈性