一注建筑物理与建筑设备_建筑声学讲义.ppt
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1、建筑物理与建筑设备建筑物理与建筑设备建筑声学建筑声学2018.112018.11p建筑声建筑声环环境基境基础础p室内声学原理室内声学原理p吸声材料与吸声吸声材料与吸声结结构构p室内音室内音质设计质设计p噪声与噪声振噪声与噪声振动动控制控制p建筑隔声建筑隔声考试内容考试内容声音与人的听觉声音与人的听觉n人耳听觉特性可听的可听的频频率与声率与声压压范范围围(听(听觉觉范范围围、声音的三要素)、声音的三要素)声音声音旳旳主主观观响度响度(等响曲(等响曲线线)双耳听双耳听闻闻效效应应(声源的方位感)(声源的方位感)时时差效差效应应与回声感与回声感觉觉(混响、回声)(混响、回声)掩蔽效掩蔽效应应(掩蔽量
2、的(掩蔽量的3个特点:个特点:频频率相同、声率相同、声压级压级高、低高、低频对频对高高频频)建筑声环境建筑声环境n音质设计主要是主要是针对观针对观演建筑(音演建筑(音乐厅乐厅、剧剧院、院、报报告告厅厅、多功能、多功能厅厅、电电影院等)影院等)u满满意:意:音音质质丰丰满满、浑浑厚、有感染力、厚、有感染力、为为演出和集会演出和集会创创造良好效果造良好效果u不不满满意:意:嘈嘈杂杂、声音或干、声音或干瘪瘪或或浑浊浑浊,听不清、听不好、听不,听不清、听不好、听不见见n隔声隔振主要主要针对针对有安静要求的房有安静要求的房间间(录录音室、演播室、旅音室、演播室、旅馆馆客房、居民住宅客房、居民住宅卧室等)
3、卧室等)u对对于隔声隔振要求非常高的声学建筑,需要于隔声隔振要求非常高的声学建筑,需要专门专门的声学的声学设计设计u对对于非常重于非常重视视安静的安静的场场所,需要特所,需要特别别考考虑虑隔声隔声问题问题建筑声环境建筑声环境n材料的声学性能测试与研究u吸声材料:研究材料的吸声机理、吸声材料:研究材料的吸声机理、测测定材料的吸声系数、研究吸声材定材料的吸声系数、研究吸声材料的料的应应用等用等u隔声材料:研究材料的隔声机理,隔声材料:研究材料的隔声机理,测测量材料的隔声量、提高材料的隔量材料的隔声量、提高材料的隔声性能,以及研究材料隔振的机理,不同材料隔振效果等声性能,以及研究材料隔振的机理,不同
4、材料隔振效果等n噪声的防止与治理u对对噪声的声源、噪声的声源、传传播播规规律、律、对对人的影响人的影响进进行研究。行研究。u内容广泛涉及声学技内容广泛涉及声学技术术、建筑、建筑设计设计、法、法规规规规范、心理学、社会学、法范、心理学、社会学、法律等律等声音的基本性质声音的基本性质声音的计量声音的计量声音的反射、折声音的反射、折射和绕射,频程射和绕射,频程人的主观听音人的主观听音特性特性声环境设计的基本知识声环境设计的基本知识声音的基本性质声音的基本性质振动的物体是声源声声由声源由声源发发出,出,音音在在传传播介播介质质中向外中向外传传播播(介介质弹质弹性、密度、温度性、密度、温度)频频率、波率
5、、波长长与声速与声速关系关系0oCC钢钢=5000m/sC水水=1450m/s15oCC空气空气=340m/s人耳可听人耳可听频频率范率范围为围为20Hz20kHz,20kHz为为超声超声l光的光的传传播需要介播需要介质吗质吗?光速?光速?l声的声的传传播特性?光呢?播特性?光呢?(衰减、反射、折射、衍射、透射与吸收衰减、反射、折射、衍射、透射与吸收)l若气温改若气温改变变,声音的,声音的传递传递速度速度和周期也会跟着改和周期也会跟着改变变?c=f 或或=c/f频率、波长与声速频率、波长与声速 关系关系1.以下光与音之比较,何者正确?以下光与音之比较,何者正确?(A)A声音的波长远大于可见光的
6、波长声音的波长远大于可见光的波长B光速与音速大致相等光速与音速大致相等C水是声音的良好吸声材料水是声音的良好吸声材料D人行道上的树木有显著的遮光与隔音效果人行道上的树木有显著的遮光与隔音效果2.有关声音的叙述,下有关声音的叙述,下何者错误?何者错误?(A)A建筑声学通常以建筑声学通常以125Hz2kHz为探讨范围为探讨范围B响响级(级(phon)表示音)表示音之大小之大小C响响单位(单位(sone)表示纯音音)表示纯音音之感觉单位之感觉单位D韦伯韦伯费科纳定费科纳定表示感觉表示感觉与与激激成对数比之关系成对数比之关系声:声:0.01717m光:光:380780nm声:声:340m/s;真空光:
7、;真空光:3108m/s建筑音响通常以建筑音响通常以125、250、500、1000、2000、4000Hz频率、波长与声速频率、波长与声速 关系关系3.人耳所能听到的波长范围是人耳所能听到的波长范围是(C)。A20cm20000mB1.7cm340mC1.7cm17mD1.7cm20m4.声音频率声音频率100Hz之波长与频率之波长与频率200Hz之波长相比较,两者波长差多少?之波长相比较,两者波长差多少?(声音速度为(声音速度为340m/s)(B)A2.7mB1.7mC3.4mD1.0m声波的绕射、反射和散射声波的绕射、反射和散射p声波的声波的绕绕射射声波在声波在传传播播过过程中遇到程中遇
8、到障碍障碍或或孔洞孔洞时时将将发发生生绕绕射。射。绕绕射的情况与声波射的情况与声波的波的波长长和障碍物(或孔)的尺寸有关。和障碍物(或孔)的尺寸有关。小孔对声波的影响小孔对声波的影响 大孔对声波的影响大孔对声波的影响 小障碍板对声波的影响小障碍板对声波的影响 声波的绕射声波的绕射声波的绕射、反射和散射声波的绕射、反射和散射p声波的反射声波的反射当声波遇到一当声波遇到一块块尺寸尺寸比波比波长长大得多大得多的障碍的障碍时时,声波将被反射。,声波将被反射。反射的反射的规则规则声波的绕射、反射和散射声波的绕射、反射和散射p散射散射当障碍物的尺寸当障碍物的尺寸与声波相当与声波相当时时,将不会形成定向反射
9、,而以障碍物,将不会形成定向反射,而以障碍物为为一子波源,形成散射一子波源,形成散射空气温度差产生的曲折空气温度差产生的曲折p白天白天,声音向天空弯曲传播,所以在远处听不到。相反,夜间声音向地声音向天空弯曲传播,所以在远处听不到。相反,夜间声音向地面弯曲,远处也可以听到。面弯曲,远处也可以听到。产生声音的阴影,声音在远处听不到产生声音的阴影,声音在远处听不到。声音传的更远。声音传的更远。白白白白 天天天天夜夜夜夜 晚晚晚晚习题习题5.设计声屏障时,通常不考虑的声现象是(设计声屏障时,通常不考虑的声现象是(D)。)。A衍射衍射B透射透射C反射反射D干涉干涉p提示:设计声屏障时,通常要考虑隔声的效
10、果,与声音的透射、反射提示:设计声屏障时,通常要考虑隔声的效果,与声音的透射、反射有关;要考虑屏障的范围,与声音的衍射有关;不考虑声音的干涉。有关;要考虑屏障的范围,与声音的衍射有关;不考虑声音的干涉。声能分析声能分析声波具有能量,声波具有能量,简简称声能称声能当声波碰到室内某一界面后(如天花、当声波碰到室内某一界面后(如天花、墙墙),一部分声能被反射,一),一部分声能被反射,一部分被吸收(主要是部分被吸收(主要是转转化成化成热热能),一部分穿透到另一空能),一部分穿透到另一空间间。不同材料,不同的构造不同材料,不同的构造对对声音具有不同的性能。在隔声中希望用透射声音具有不同的性能。在隔声中希
11、望用透射系数小的材料系数小的材料防止噪声防止噪声。在音。在音质设计质设计中需要中需要选择选择吸声材料,吸声材料,控制室内控制室内声声场场。材料吸声系数定义式声波的吸收声波的吸收习题习题6.某建筑吸声材某建筑吸声材,其反射能量为入射能量的五分之一,透射能量为入射能量的,其反射能量为入射能量的五分之一,透射能量为入射能量的五分之二,则其吸音系数为:五分之二,则其吸音系数为:(A)A0.8B0.4C0.2D0.67.下图为关于声音入射至某墙壁之示意,下列叙述何者错误?(下图为关于声音入射至某墙壁之示意,下列叙述何者错误?(B)A墙壁的吸声率墙壁的吸声率,则则(EEa)/EiBEi为一定值,若墙壁的吸
12、声率为一定值,若墙壁的吸声率越小,则越小,则Er越小越小C墙壁的吸声率墙壁的吸声率,一般会随着入射音,一般会随着入射音Ei的频率不同而异的频率不同而异D一般墙壁每单位面积的质量变大,则墙壁的透过损失一般墙壁每单位面积的质量变大,则墙壁的透过损失TL值也会变大值也会变大Ei:入射声能量:入射声能量Er:反射声能量:反射声能量E:透透过过声能量声能量Ea:吸收声能量:吸收声能量20142014年试题年试题8.如果入射到建筑材料的声能如果入射到建筑材料的声能为为1J,被材料反,被材料反射的声能射的声能为为0.4J,透,透过过材料的声能材料的声能为为0.5J,在材料内部在材料内部损损耗掉的声能耗掉的声
13、能为为0.11J,则图则图中中材料的吸声系数材料的吸声系数为为()。()。AA0.6B0.5C0.4D0.1提示:吸声系数等于提示:吸声系数等于1-反射系数。反射系数。答案:答案:A声音的计量声音的计量声功率W:音源:音源单单位位时间时间内物体向外内物体向外辐辐射的能量。声射的能量。声功率是音源本身的一种重要属性。功率是音源本身的一种重要属性。单单位(位(W,W)声强I:单单位位时间时间内,在垂直于声波内,在垂直于声波传传播方向的播方向的单单位面位面积积上所通上所通过过的声能。声的声能。声强强衡量声衡量声音音强强弱的物理量弱的物理量。单单位位(w/m2)声压P:指在某一瞬:指在某一瞬时压时压强
14、强相相对对于无声波于无声波时时的的压压强强变变化。化。单单位位(N/m2)或或Pa声能密度D:声:声强强为为I的的平面波平面波,在,在单单位面位面积积上每秒上每秒传传播的距离播的距离为为c,则则在在这这一空一空间间中声中声能密度能密度(w s)/m3 或或 J/m3自由声场中,声压与声强的关系自由声场中,声压与声强的关系声源的指向性声源的指向性点声源:点声源:声源尺寸相声源尺寸相对对于声波的波于声波的波长长或或传传播播距离而言比距离而言比较较小、且声源的指向性不小、且声源的指向性不强强时时,则则声源可近似声源可近似视为视为点声源。点声源。线线声源声源:火:火车车噪声、公路上大量机噪声、公路上大
15、量机动车辆动车辆行行驶驶的噪声,或者的噪声,或者输输送管道送管道辐辐射的噪声等,射的噪声等,远远场场分析分析时时可将其看做由可将其看做由许许多点声源多点声源组组成的成的线线状声源。状声源。这这些些线线声源以近似柱面波形式向外声源以近似柱面波形式向外辐辐射噪声。射噪声。面声源:面声源:具有具有辐辐射声能本射声能本领领的平面声源,平的平面声源,平面上面上辐辐射声能的作用射声能的作用处处处处相等。相等。多点声源的组合多点声源的组合各方向辐射的声各方向辐射的声音能量不同,即具有指向性音能量不同,即具有指向性频率越高指向性越强,频率越高指向性越强,指向性越强,则直达声越集中在声指向性越强,则直达声越集中
16、在声源辐射的轴线附近源辐射的轴线附近厅堂形体设计厅堂形体设计及及扬声器布置扬声器布置时,均时,均需考虑到声源的指向性需考虑到声源的指向性声音的计量声音的计量p级级u声声压对压对人耳感人耳感觉觉的的变变化非常大化非常大1000Hz声音,听声音,听觉觉下限下限Po=210-5N/m2,上限上限P=20N/m2,相差相差106倍倍u人耳人耳对对声音声音强强弱的弱的变变化的化的感受感受并不与声并不与声压压成正比,而与声成正比,而与声压压的的对对数数成成正比,两个同正比,两个同样样的声源放在一起,感的声源放在一起,感觉觉并不是响一倍。并不是响一倍。人耳能听到的最小声音的声压级为人耳能听到的最小声音的声压
17、级为0 dB0 dB感觉疼痛的声音的声压级是感觉疼痛的声音的声压级是120 dB120 dB声压每增加一倍,声压级就增加声压每增加一倍,声压级就增加6dB6dB,声压增加声压增加1010倍,声压级增加倍,声压级增加20dB20dB声音的计量声音的计量p声功率级声功率级取取W0=10-12Wp声强级声强级(dB)取取I0=10-12W/m2p声压级声压级取取Po=210-5Pa 听觉下限听觉下限:p=210-5Pa,能量提高能量提高100倍的倍的P=210-3Pa,听觉上限:听觉上限:P=20Pa,为为0dB0dB为为40dB40dB为为120dB120dB声音的计量声音的计量声音的计量声音的计
18、量p声压级的叠加声压级的叠加几个相同声音的叠加几个相同声音的叠加两个声压级相等的声音叠加时,总声压级比一个声压级增加两个声压级相等的声音叠加时,总声压级比一个声压级增加3dB如果两个声音的声压级差超过如果两个声音的声压级差超过10dB,其总声压级等于最大声音的声压级,其总声压级等于最大声音的声压级习题习题9.下列建筑声学单位的叙述,何者错误?下列建筑声学单位的叙述,何者错误?BA声压的单位为声压的单位为PaB声功率的单位为声功率的单位为W/m2C声压级的单位为声压级的单位为dBD声功率级的单位为声功率级的单位为dB声功率声功率W,单位(单位(W,W)声强声强I,单位单位(w/m2)201420
19、14年试题年试题10.下列哪两个声音叠加后,声下列哪两个声音叠加后,声压级为压级为60dB()。()。A54dB的声音与的声音与54dB的声音叠加的声音叠加B57dB的声音与的声音与57dB的声音叠加的声音叠加C54dB的声音与的声音与57dB的声音叠加的声音叠加D30dB的声音与的声音与30dB的声音叠加的声音叠加提示:提示:n个相同声个相同声压级压级LP1加后的声加后的声压级为压级为:L=Lp1+10lgn(dB),两个相同,两个相同声声压级压级的声音叠加后,声的声音叠加后,声压级压级增加增加3dB。答案:答案:B声波在声波在室外空旷地带室外空旷地带的传播规律的传播规律p点声源点声源观测观
20、测点与声源的点与声源的距离增加一倍,声距离增加一倍,声压级压级减少减少6dBp无限无限长长的的线线声源声源观测观测点与声源的点与声源的距离增加一倍,声距离增加一倍,声压级压级降低降低3dBp交通噪声交通噪声观测观测点与声源的距离点与声源的距离增加一倍,声增加一倍,声压级压级降低降低4dB。p面声源面声源观测观测点与声源的点与声源的距离增加,声距离增加,声压级压级不衰减不衰减。习题习题11.某点距离点声源某点距离点声源2m之声压级为之声压级为80dB,将此声源的功率增至,将此声源的功率增至2倍,且倍,且与声源的距离拉长至与声源的距离拉长至4m,则该点声压级会变为多少?,则该点声压级会变为多少?B
21、A74dBB77dBC80dBD83dB解:依据解:依据,当功率为,当功率为1W时,时,2m之声压级为之声压级为80dB,当功率为,当功率为2W时,时,2m之音压级为之音压级为83dB,且与声源之距离拉长至且与声源之距离拉长至4m,即,即83-6=77dB习题习题12.有关声音传播及合成之叙述,下列何者有关声音传播及合成之叙述,下列何者错误错误错误错误?BA离点声源之距离加倍时,声压级会减少离点声源之距离加倍时,声压级会减少6dBB离点声源之距离加倍时,声压级会减少离点声源之距离加倍时,声压级会减少3dBC离线声源之距离加倍时,声压级会减少离线声源之距离加倍时,声压级会减少3dBD相同相同dB
22、值之两声源,其合成声只增加值之两声源,其合成声只增加3dB20142014年试题年试题13.在开在开阔阔的混凝土平面上有一声源向空中的混凝土平面上有一声源向空中发发出球面声波,声波从声源出球面声波,声波从声源传传播播4m后,声后,声压级为压级为65dB,声波再,声波再传传播播4m后,声后,声压级压级是()。是()。A65dBB62dBC59dBD56dB提示:在自由声提示:在自由声场场中,点声源空中,点声源空间间某点的声某点的声压级计压级计算公式算公式为为:LP=LW-201gr-11(dB),从式中可以看出,点声源的,从式中可以看出,点声源的传传播距离增加一播距离增加一倍,声倍,声压级压级降
23、低降低6dB。65dB衰减衰减6dB为为59dB。答案:答案:C例题例题A=10dBB=10dBABA+B=?A=0dBB=0dBA=10dB B=0dB13dB,3dB,10dB声音的频谱声音的频谱在在进进行声音行声音计计量和量和频谱频谱表示表示时时,往往,往往使用中心使用中心频频率作率作为频带为频带的代表,声的代表,声压压级值级值使用整个使用整个频带频带声声压级压级的叠加。的叠加。倍倍频频程:程:通常将可通常将可闻频闻频率范率范围围内内2020kHz分分为为十个倍十个倍频带频带,其中心,其中心频频率按率按2倍增倍增长长,共十一个,共十一个,为为:1631.5631252505001k2k4
24、k8k16k1/3倍倍频频程:程:将倍将倍频频程再分成三个更窄的程再分成三个更窄的频带频带,使,使频频率划分更加率划分更加细细化,化,其中心其中心频频率按倍率按倍频频的的1/3增增长长人耳的主观听觉特性人耳的主观听觉特性哈斯哈斯(Hass)效应效应u人耳有人耳有听觉暂留听觉暂留听觉暂留听觉暂留现象,人对声音的感觉在声音消失后会暂留一小段时间。如果现象,人对声音的感觉在声音消失后会暂留一小段时间。如果到达人耳的两个声音的时间间隔小于到达人耳的两个声音的时间间隔小于50ms,那么就不会觉得声音是断续的。,那么就不会觉得声音是断续的。人耳频率响应与等响曲线人耳频率响应与等响曲线u人耳对不同频率的声音
25、敏感程度是不一样的,对于低于人耳对不同频率的声音敏感程度是不一样的,对于低于1000Hz和高于和高于4000Hz的声音,灵敏度降低。的声音,灵敏度降低。u不同频率,相同声压级的声音,人听起来的响度感觉不一样。不同频率,相同声压级的声音,人听起来的响度感觉不一样。u以以1000Hz连续纯音作基准,测听起来和它同样响的其他频率的纯音的各自声连续纯音作基准,测听起来和它同样响的其他频率的纯音的各自声压级构成一条曲线叫压级构成一条曲线叫“等响曲线等响曲线”,单位是方。,单位是方。人耳的主观听觉特性人耳的主观听觉特性u纯纯音音等响曲等响曲线线2087dB31.575dB6358dB12545dB2504
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