第7章建筑声环境

5－1第5章建筑声环境1.掌握声学各物理参数基本概念和内在联系，并能描述声环境知识要点：4.掌握常用的噪声控制方法及设计原理2.了解人与听觉环境的关联，掌握不同光环境评价及方法3.掌握空调系统的噪声源形式、传播途径及一般的控制方式5－2声音的度量声音的传播特性建筑声环境声音的基本特性声环境基本概念及特性第5章建筑声环境知识框架室内声学特性环境噪声控制的基本方法人的听觉特性及其对环境噪声的反应环境噪声控制人耳的听觉特征室内环境噪声特征噪声的危害环境噪声评价噪声控制的主要途径吸声减噪房间的隔声降噪隔振与减振降噪通风空调系统的噪声控制消声降噪室内音质设计基础5－35.1声音的基本概念及特性5.1.1声音的基本特性新建筑物理FIG3.1-1大气压声压声波从物理方面：声音是一种机械波，是机械震动在弹性介质中传播——客观声音从心理方面：上述物理波动现象而引起的听觉感觉——主观声音声波在空气中对空气质点的膨胀压缩形成了空气的压力波动，压力的起伏变化依次作用人的耳膜，形成了声音的感觉。压力波的传递，属非空气介质的传递，与空气流动方向无关。扬声器膜辐射的声波声音的分类：表5-1/固液气、表5-2/点线面体1。声波的概念5－4高频声低频声中频声31.25Hz次声10-4～20可听声20～2×104超声2×104～5×108特超声5×108～10125.1声音的基本概念及特性5.1.1声音的基本特性2。声波的频率特性声音按频率高低分类声波的频率、波长和声速的关系为：l=?cf5－5单一频率的声音不同频率的有序组合基音(基频)谐音(n×基频)研究方法：将频率分成带，即研究某一频率带范围内的声压（振动能量）情况。纯音、音乐、噪声频率杂乱无章组合的声波或主观不愿意接受或对人体有害的声音5.1声音的基本概念及特性5.1.1声音的基本特性2。声波的频率特性按频率组成分类泛音谐音是泛音，但泛音并不一定是谐音：较高频率5－6理想气体：k绝热指数，R气体常数，T绝对温度。建筑环境中的气体：常温常压下：一般取c=340m/scfl=?空气中的声速/与传播媒介温度：固、液体中的声速（竟远大于空气中的声速）钢：5000m/s松木：3320m/s=ckRT水：1450m/s软木：500m/s5.1声音的基本概念及特性5.1.1声音的基本特性3。声波的速度特性()331.31331.30.61273tctt=+?5－75.1.1声音的基本特性4。声音的频谱表征声音的特性量随频率变化的曲线基频为440Hz的小提琴频谱图单线谱图FIG7-2几种噪声频谱普通声频谱一般为连续频谱，无单线谱图特征。音乐为非连续频谱，只含有基频和谐频，而谐频是基频的整倍数。连续谱图单线谱与连续谱5－8频带——表格(离散值)倍频程频带划分常用频程f中F下限F上限倍频程f中2/f中1=2f中/f中1/3倍频程f中2/f中1=f中/f中f上限×f下限＝f中222326262IEC规格中心频率频率范围6312525050010002000400080004590180355710140028005600112005.1.1声音的基本特性4。声音的频谱常用频谱IEC：InternationalElectrotechicalCommission/国际电工委员会5－9（1）空气密度变化大小——音量(响度)指人耳感觉到的声音强弱声音的大小→声压,声强响度的大小决定于声音接受处的波幅同一声源,波幅传播得愈远,响度愈小.同样声源：音量↑→传播距离↑（2）声波每秒振动的次数——音调(频率)声音的高低→频率频率↑→音调↑（3）频率的混合状态——声音是由各种频率的声音混合而成，不同混合状态感觉不同——音色(音质)。声音的组合→频谱5.1声音的基本概念及特性5.1.1声音的基本特性5。声音的三要素思考：音乐与噪声在客观和主观上的有何不同？5－10声功率W/W：声源在单位时间内向外辐射的声音能量，即在全部可听范围所辐射的功率，也可特指在某个有限频率范围所辐射的功率，亦称频带声功率。是声源本身的特性,不因环境不同而变化声源声场声压P/Pa：空气质点因声波作用产生振动时超过大气压力值，声波的压强与媒质的静压之差。常指有效声压（瞬时声压的均方根）简谐声波：声强I/W/m2：声波传播方向上单位面积波面上通过的平均声功率。三参数关系：点声源-球状波面：线声源-柱状波面：线声源-柱状波面：5.1声音的基本概念及特性5.1.2声音的度量1。基本参数=max2pprW5－11联系：=020lgpPLP010lgIILI=010lgWWLW=绝对量/单位闻阈值/刚能听痛阈值/耳疼痛绝对量相对值绝对量相对值声压P/N/m22×10-5020120声强I/W/m210-1201120声功率W/W10-1201120三参数对数转换（相对）值——分贝（dB）声压级声功率级声强级闻阈值可闻阈(听阈)——人耳刚能感受的声音，p0=2×10-5Pa，I0=1×10-12W/m2痛阈——闻之人耳则痛，p=20Pa，I=1W/m25.1声音的基本概念及特性5.1.2声音的度量2。声学量的表示及运算“级”的概念的引出5－12声压级用于描述声场声量的大小；声强级反映声源在空间传递声能量的大小，具有方向性；声功率级仅表示声源发声能力的大小。三者之间可相互换算。5－13总声强为各声强代数和，总声压为各声压的均方根值=++=å12i=++=å12iIIII22212iPPPP=++=å1220.10.12010lg10lg(1010)PPZLLZPPLP==++==+0.110lg(10)10lgPiZLPPiLnLn相应的相对值为：如声压级：声级的叠加5.1声音的基本概念及特性5.1.2声音的度量2。声学量的表示及运算所有叠加的计算公式源L=3dB声源声级叠加：非线性！5－14易记精确计算式：120.10.10.110(1010)PZPPLLL=++简化计算：131120.1()0.10.1()110lg[10(11010)]PPPPPZLLLLLPPLLL----=+++=+D注意：1.一般取n=2计算，逐次二二计算；2.取较大者为LP11.②③△Lp=4dB，△L=1.45dB，Lp23=85.45→④2.①④△Lp=8.45dB△L=0.57dB，Lp14=Lp123=86.02dB86.03dB声级叠加的实际应用5.1声音的基本概念及特性5.1.2声音的度量2。声学量的表示及运算举例已知噪声源声压级①77、②80、③84dB，求总声压级。图5-5易记精确计算式：例5-1№185－15两个不同声源叠加，差别超过10~15dB，可以忽略。增加的声级数L声源声级差=+D1ZPpLLL声级叠加的简化计算5.1声音的基本概念及特性5.1.2声音的度量2。声学量的表示及运算5－16风机噪声测定方法：本底噪声：声源停止发声后，环境声压级的大小。一般噪声测定是在一定环境中进行的，所测值是噪声源与本底噪声之和，欲求噪声源自身噪声级，采用分解便可求得。=-DACppLLLACB0.10.10.1101010pppLLL=-例：现场实测空调机房（2台性能相同的机组）开机与停机时的声压级分别为77dB和60dB，试求空调机房该型号风机本身声压级。CB()ppLfLLD=-声级分解及应用5.1声音的基本概念及特性5.1.2声音的度量2。声学量的表示及运算设：A→噪声源本身噪声；B→本底噪声；C→合成噪声分析——计算方案——实施计算5－171。声音遇到障碍物时的特性5.1声音的基本概念及特性5.1.3声音的传播特性AE障碍物相对波长的尺度由大至小的特点5－181。声音遇到障碍物时的特性声反射=0rErE声反射系数：5.1声音的基本概念及特性5.1.3声音的传播特性5－19由能量守恒定律：E0=Er+E+EE0ErEE材料的吸声系数：=f（入射角，频率，材料吸声特性）000rEEEEEEata-+==材料的透射系数：tt=0EE——反映材料的吸声性能——反映材料的隔声性能=1：全部吸收；1：部分吸收110lgRt=材料隔声量：1。声音遇到障碍物时的特性声吸收5.1声音的基本概念及特性5.1.3声音的传播特性声透射5－20声源新声源②障碍物尺度如：角隅、柱子、梁等障碍物①物体尺寸＞＞λ：声波——绕射——继续创波，频率↓→绕射现象越明显声波自障壁顶部的衍射①1。声音遇到障碍物时的特性声绕射与声衍射传播方向变化——绕射绕射＋散射——衍射①②物体尺寸＜＜λ或小孔：新声源——球面波传播，与原波形无关。5－21折射：声波遇到不同介质分界面、不同密度介质时，声波会发生折射，从而改变声波传递的方向。结论：同样的声音，夜间传播的距离比白天要远。1。声音遇到障碍物时的特性声折射5－225.1声音的基本概念及特性5.1.3声音的传播特性2。声音的衰减传播衰减——r=＋－002010lg10lgPwcWLLFp点声源：210lg10lg4Frp=-=21()()6dBppLrLr线声源：面声源：??自由声场非自由声场？f（距离、声源性质）r2=2r15－232。声音的衰减吸收衰减空气吸声量＝4mV绿色植被吸收衰减5.1声音的基本概念及特性5.1.3声音的传播特性日本研究资料：40m宽良好的植被可降低10-15dB5－24山田FIG3.3-3.4吸收衰减：◎空气吸收衰减=f（温度，湿度）◎绿色植被吸收=f（林带宽度，高度，配置……）◎气流和大气温度梯度的吸收低温高温声源声源影影白天晚上影声源风上空(密)地面(疎)上空(疎)地面(密)2。声音的衰减5.1声音的基本概念及特性5.1.3声音的传播特性5－251。封闭空间的声特性及方向性5.1声音的基本概念及特性5.1.4室内声学特性封闭空间的声特性直达声反射声声吸收声扩散或散射衍射或绕射声透射声耗散声传递特点：1。非自由声场1。非自由声场2。混想现象3。声加强与减弱4。回声等5－26声辐射的指向性：高频语言纵向集中，中低频语言较均匀1。封闭空间的声特性及方向性5.1声音的基本概念及特性5.1.4室内声学特性声辐射的方向性声源低频中频高频听闻条件较差的区域平面上人发声的指向性5－27——混响是围蔽空间里的声学现象。2。混响与混响时间5.1声音的基本概念及特性5.1.4室内声学特性混响概念混响——声源停止发声后，声场中还存在着来自各界面的迟到的反射声形成的“残留”现象5－28新建筑物理FIG3.1-23声音停止发声后，室内声能立即开始衰减，声音自稳态声压级衰减60dB所需的时间称为混响时间——评价室内混响特性的参数。混响时间的计算和确定主要用于指导剧院、厅堂、教室等室内建筑材料的选择和布置、预测待建建筑声学效果、分析现有建筑的音质缺陷等。混响时间T60/s声压级LP/dB声音开始切断电源稳态声级2sR60dB2。混响与混响时间5.1声音的基本概念及特性5.1.4室内声学特性混响时间的定义5－29声能密度E(t)，J/m2室内吸声量越大，衰减越快房间容积越大，衰减越慢2。混响与混响时间5.1声音的基本概念及特性5.1.4室内声学特性影响混响时间的主要因素0.161ln(1)4VTSmVa=--+小者大者平均吸声系数5－302。混响与混响时间混响时间的确定②伊林公式：③伊林公式/考虑室内空气吸声：①赛宾公式：A：房间的总吸声量/m2；：室内i表面的面积及其吸声系数iiS,4m：空气吸收系数。600.161sVTA=600.161sln(1)VTSa=-－0.161ln(1)4VTSmVa=--+5－313。房间共振和共振频率5.1.4室内声学特性共振概念：声源频率与房间固有频率接近驻波现象：入射波与反射波相位相同，振幅叠加声音失真5－325.2人的听觉特征及其对环境噪声的反应5.2.1人耳的听觉特性正常青年人的听觉范围建筑声环境FIG1-11=f（年龄，…）语言音乐=f（噪声暴露时间，…）最小可辨阈：一般：△Lp=1dB(在频率为：50～10000Hz,Lp＞50dB时)