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少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤2023/5/19建筑声学建筑声学1第第3篇篇建筑声学建筑声学声音与人声音与人4声音对人的审美感受的作用（利用声音与行为的互动关系来设计环境）声音对人的审美感受的作用（利用声音与行为的互动关系来设计环境）“雨打芭蕉雨打芭蕉”苏州拙政园的苏州拙政园的“留听阁留听阁”“秋阴不散霜飞晚，留得枯荷听雨声秋阴不散霜飞晚，留得枯荷听雨声”“听雨轩听雨轩”“听雨入秋竹，留僧覆旧棋听雨入秋竹，留僧覆旧棋”。“听雨寒更彻，开门落叶深听雨寒更彻，开门落叶深”绝对安静的影响；绝对安静的影响；音乐疗法音乐疗法4声音与人的行为方式声音与人的行为方式音乐节奏与行为的关系音乐节奏与行为的关系4噪声对人的影响噪声对人的影响听力丧失；损害身体和精神健康；噪声与社会生活；噪声对动物的听力丧失；损害身体和精神健康；噪声与社会生活；噪声对动物的影响；噪声的其他危害。影响；噪声的其他危害。声音声音声音声音客观存在客观存在客观存在客观存在主观感受（生理及心理影响主观感受（生理及心理影响主观感受（生理及心理影响主观感受（生理及心理影响）建筑建筑建筑建筑 声学声学声学声学声环境设计:是专门研究如何为建筑使用者是专门研究如何为建筑使用者创造一个合适的声音环境创造一个合适的声音环境n1、音质设计、音质设计主要是音乐厅、剧院、礼堂、报告厅、多功能厅、主要是音乐厅、剧院、礼堂、报告厅、多功能厅、电影院等。电影院等。设计得好设计得好:音质丰满、浑厚、有感染力、为演出和音质丰满、浑厚、有感染力、为演出和集会创造良好效果。集会创造良好效果。设计得不好设计得不好:嘈杂、声音或干瘪或浑浊，听不清、嘈杂、声音或干瘪或浑浊，听不清、听不好、听不见。听不好、听不见。n2、隔声隔振、隔声隔振主要是有安静要求的房间，如录音室、演播室、主要是有安静要求的房间，如录音室、演播室、旅馆客房、居民住宅卧室等等。旅馆客房、居民住宅卧室等等。n4、噪声的防止与治理、噪声的防止与治理了解噪声的标准了解噪声的标准,规划建筑设计阶段如何避免规划建筑设计阶段如何避免噪声、出现噪声如何解决以及交通噪声治理等。噪声、出现噪声如何解决以及交通噪声治理等。n3、材料的声学性能测试与研究、材料的声学性能测试与研究吸声材料：材料的吸声机理、如何测定材料吸声材料：材料的吸声机理、如何测定材料的吸声系数、不同吸声材料的应用等等。的吸声系数、不同吸声材料的应用等等。隔声材料：材料的隔声机理，如何提高材料隔声材料：材料的隔声机理，如何提高材料的隔声性能，如何评定材料的隔声性能，材料隔的隔声性能，如何评定材料的隔声性能，材料隔振的机理，不同材料隔振效果等。振的机理，不同材料隔振效果等。n5、其他、其他电声：随着电子工业日新月异的发展，电声系统电声：随着电子工业日新月异的发展，电声系统在建筑中的应用越来越广泛，电声系统逐渐成为在建筑中的应用越来越广泛，电声系统逐渐成为建筑中满足听闻功能要求的重要设备系统。建筑中满足听闻功能要求的重要设备系统。第第3.1章章基本知识基本知识3.1.1基本概念基本概念n周期周期：声源完成一次振动所经历的时间。：声源完成一次振动所经历的时间。符号：符号：T，单位，单位sn频率频率：一秒钟内振动的次数。符号：一秒钟内振动的次数。符号：f，单位：单位：Hz。人耳可听范围：。人耳可听范围：2020000Hz,大于大于20000Hz为超声，低于为超声，低于20Hz为次声，为次声，250Hz以下的通常称为低频，以下的通常称为低频，250Hz至至500Hz为中频，为中频，1kHz以上的称为高频。以上的称为高频。其中，人耳感觉最重要的部分约在其中，人耳感觉最重要的部分约在100Hz4000Hz,相应的波长约相应的波长约3.4m8.5cm 第第3.1章章基本知识基本知识n波长波长：声波在传播途径上，两个相邻同：声波在传播途径上，两个相邻同相位质点间的距离。符号：相位质点间的距离。符号：，单位：，单位：m。n声速声速：声波在弹性介质中传播的速度。：声波在弹性介质中传播的速度。符号：符号：C,单位：单位：m/s,介质的密度愈大，声介质的密度愈大，声音传播的速度愈快音传播的速度愈快，在真空中的声速为在真空中的声速为0，在，在15C时，在空气中的速度时，在空气中的速度C=340m/s.n在在0时，钢时，钢=5000m/s,水水=1450m/sC=.f或或C=/T(f=1/T)n纵波纵波:质点振动方向与波的传递方向平行。（声波）质点振动方向与波的传递方向平行。（声波）n横波横波:质点振动方向与波的传递方向垂直。质点振动方向与波的传递方向垂直。（水波）（水波）n波阵面波阵面：声波从声源发出，在同一介质中按一定方向传播，在声波从声源发出，在同一介质中按一定方向传播，在某一时刻，波动所到达的各点的包迹面称为某一时刻，波动所到达的各点的包迹面称为波阵面波阵面n平面波平面波：波阵面平行于传播方向垂直的平面的波：波阵面平行于传播方向垂直的平面的波面声源面声源n球面波：球面波：波阵面为同心球面的波波阵面为同心球面的波点声源点声源n柱面波：柱面波：波阵面为同轴柱面的波波阵面为同轴柱面的波线声源线声源声线：声线：声线：声线：声波的传播方向可声波的传播方向可声波的传播方向可声波的传播方向可用声线来表示。声线是假用声线来表示。声线是假用声线来表示。声线是假用声线来表示。声线是假想的垂直于波阵面的直线，想的垂直于波阵面的直线，想的垂直于波阵面的直线，想的垂直于波阵面的直线，主要用于几何声学中对声主要用于几何声学中对声主要用于几何声学中对声主要用于几何声学中对声传播的跟踪。传播的跟踪。传播的跟踪。传播的跟踪。n声源的方向性声源的方向性n声波的传播是能量的传递，而声波的传播是能量的传递，而非质点的转移。空气质点总是非质点的转移。空气质点总是在其平衡点附近来回振动，而在其平衡点附近来回振动，而不传向远处。不传向远处。n一般用声源的方向性来描述声一般用声源的方向性来描述声源向空间各个方向辐射声波的源向空间各个方向辐射声波的能力，多用能力，多用“极坐标图极坐标图”来表示。来表示。n声源的方向性强弱一方面与声源的方向性强弱一方面与声源本身有很大关系，另一方声源本身有很大关系，另一方面，与声波的频率有关。频率面，与声波的频率有关。频率越高方向性越强。越高方向性越强。n频带频带：人耳可听的频率范围相当（：人耳可听的频率范围相当（20Hz20kHz），），不可能处理某一单个的频率，只能将整个可听声音不可能处理某一单个的频率，只能将整个可听声音的频率范围划分成为许多频带，以便研究与声源频的频率范围划分成为许多频带，以便研究与声源频带有关的建筑材料和围蔽空间的声学特性。带有关的建筑材料和围蔽空间的声学特性。n简单地说，频带是两个频率限值之间的连续频率，简单地说，频带是两个频率限值之间的连续频率，频带宽度是频率上限值与下限值之差。例如，假设频带宽度是频率上限值与下限值之差。例如，假设任意选择的频带宽度为任意选择的频带宽度为200Hz，第一个频带的下限频，第一个频带的下限频率为率为20Hz，上限频率为，上限频率为220Hz；后续的频带的下限；后续的频带的下限频率和上限频率分别是频率和上限频率分别是220Hz和和420Hz以及以及420Hz和和620Hz，等等。，等等。n在建筑声环境的研究中，借助音乐的概念把整个可听频在建筑声环境的研究中，借助音乐的概念把整个可听频率范围划分为许多倍频带。倍频带的上限频率是下限频率范围划分为许多倍频带。倍频带的上限频率是下限频率的率的2倍，例如从倍，例如从200Hz至至400Hz是一个倍频带，其相邻是一个倍频带，其相邻的一个较高的倍频带是的一个较高的倍频带是400Hz至至800Hz。n因为顺序的倍频带带宽都不相等，而是增加为因为顺序的倍频带带宽都不相等，而是增加为2倍。例如倍。例如从从200Hz到到400Hz的频带，带宽是的频带，带宽是200Hz；从；从400Hz到到800Hz频带，带宽则为频带，带宽则为400Hz。n因此，因此，倍频带的中心频率须由上限频率与下限频率的几倍频带的中心频率须由上限频率与下限频率的几何平均值求得，就是上限频率与下限频率乘积的平方根。何平均值求得，就是上限频率与下限频率乘积的平方根。范围在范围在200Hz至至400Hz的频带，其中心频率是的频带，其中心频率是283Hz（可（可由算式求得）。由算式求得）。n将可听频率范围的声音分段测量，以中心频率将可听频率范围的声音分段测量，以中心频率作为本段的名称，分为：作为本段的名称，分为：n倍频程（倍频带）倍频程（倍频带）：f2/f1=2n,n=1，中心频率：，中心频率：125，250，500，1000，2000，4000Hz。n1/3倍频程（倍频程（1/3倍频带）倍频带）：f2/f1=2n,n=1/3n100,125,160;200,250,315;400,500,630;n中心中心频频率是上限和下限的几何平均率是上限和下限的几何平均值值 f=f1 f2 f1=f 2nn求上限和下限频率：如中心频率为求上限和下限频率：如中心频率为500 Hz的的n下限频率为下限频率为f1=356Hz;上限频率为上限频率为f2=710Hzn n例如，把中心频率为125Hz的倍频带分为3个1/3倍频带时，它们的中心频率分别是100Hz（由125Hz被1.26除）、125Hz及160Hz（由125Hz乘1.26）。n将可听频率范围的声音分段测量，以中心频率作为本段的名称，将可听频率范围的声音分段测量，以中心频率作为本段的名称，分为：分为：n倍频程（倍频带）倍频程（倍频带）：f2/f1=2n,n=1，中心频率：，中心频率：125，250，500，1000，2000，4000Hz。n1/3倍频程（倍频程（1/3倍频带）倍频带）：f2/f1=2n,n=1/33.1.2声能分析声能分析透射系数透射系数：=，小为隔声材料小为隔声材料反射系数反射系数：=，小为吸声材料小为吸声材料吸声系数：吸声系数：=1-=1-=吸声系数吸声系数是指被吸收的声能（即没有被表面反射的部分）与入射是指被吸收的声能（即没有被表面反射的部分）与入射声能之比。声能之比。n nE E 0n nE E n nE E n nE E n nE E n nE E 0n nE E n nE E 0n nE E n nE E 0n nE E 0n nE E+E E 3.1.3声音的计量n声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声音能量，记声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声音能量，记作作W，单位为瓦（，单位为瓦（W）或微瓦（）或微瓦（W）。在建筑声学中，）。在建筑声学中，对声源辐射的声功率，一般可看作是不随环境条件而改对声源辐射的声功率，一般可看作是不随环境条件而改变的、属于声源本身的一种特性。变的、属于声源本身的一种特性。n所有声源的平均声功率都是很微小的。一个人在室内说所有声源的平均声功率都是很微小的。一个人在室内说话，自己感到比较合适时，其声功率大致是话，自己感到比较合适时，其声功率大致是1050W，400万人同时大声讲话产生的功率只相当于一只万人同时大声讲话产生的功率只相当于一只40W灯泡的电功率，独唱或一件乐器辐射的声功率为几百至灯泡的电功率，独唱或一件乐器辐射的声功率为几百至几千微瓦。充分而合理地利用人们讲话、演唱时发出的几千微瓦。充分而合理地利用人们讲话、演唱时发出的有限声功率，是室内声学研究的主要内容之一。有限声功率，是室内声学研究的主要内容之一。3.1.3.1声功率、声强、声压、声能密度声功率、声强、声压、声能密度n声功率：声功率：声源在单位时间内向外辐射的声能，符号：声源在单位时间内向外辐射的声能，符号：W，单位：瓦（，单位：瓦（W），），微瓦（微瓦（W）n声强声强：在单位时间内，垂直于声波传播方向的单位面：在单位时间内，垂直于声波传播方向的单位面积所通过的声能。符号：积所通过的声能。符号：I，单位：（，单位：（W/m2），），在自由声场，点声源的声强随距离的平方呈反比，遵循在自由声场，点声源的声强随距离的平方呈反比，遵循平方反比定律：平方反比定律：I=(W/m2）平面波声强不变。平面波声强不变。I=(W/m2）线声源的柱面波声强：线声源的柱面波声强：I=(W/m2）WW4 4rr2 2 WW2 2rr1m1mWWS SS Sn声压声压：某瞬时，介质中的压强相对于无声波时压强：某瞬时，介质中的压强相对于无声波时压强的改变量。符号：的改变量。符号：p,单位：单位：N/m2,Pa（帕），（帕），b（微巴）。（微巴）。1N/m2=1Pa=10b在自由声场在自由声场,声压与声强的关系声压与声强的关系:I=(W/m2)式中式中:p有效声压，有效声压，N/m2；0空气密度空气密度，kg/m3,一般取一般取1.225kg/m3；c空气中的声速，空气中的声速，340m/s;0c介质的特性阻抗，介质的特性阻抗，20C时为时为415NS/m3。声压和声强有密切的关系，在自由声场中，测得声压和声强有密切的关系，在自由声场中，测得声压和已知测点到声源的距离，就可计算出该测点声压和已知测点到声源的距离，就可计算出该测点之声强和声源的声功率之声强和声源的声功率 p p2 2 0 0c c n声能密度声能密度声强为声强为I的平面波，在单位面积上每秒传播的的平面波，在单位面积上每秒传播的距离为距离为C，则在这一空间中声能密度为：，则在这一空间中声能密度为：nD=（Ws/m3)I I C Cn问题提出问题提出n两个同样的声源放在一起，感觉是否响两个同样的声源放在一起，感觉是否响一倍一倍?3.1.3.2分贝、声功率级、声强级、声压级、声音的分贝、声功率级、声强级、声压级、声音的叠加叠加n对于频率为对于频率为1000HZ的声音，听阈范围的声音，听阈范围下限下限10-12W/m2声强声强上下相差一万亿倍上下相差一万亿倍上限上限1W/m2下限下限210-5N/m2声压声压上下相差一百万倍上下相差一百万倍上限上限20N/m2 因此直接用声强、声压来度量因此直接用声强、声压来度量声音的强弱是很不方便，而且人耳声音的强弱是很不方便，而且人耳对声音大小的感觉并不与声强、声压成正比，即人耳对声音变化的反应对声音大小的感觉并不与声强、声压成正比，即人耳对声音变化的反应不是线性的，而是近似地与它们对数值成正比。不是线性的，而是近似地与它们对数值成正比。如果以如果以10倍为一级，即对比值为倍为一级，即对比值为10,X为级数：为级数：=10 xX=log10=lg（BL贝尔）贝尔）=10lg（dB分贝）分贝）I I I I0 0 I I I I0 0 I I0 0 I I I I0 0 I In声压级：一个声音的声压与基准声压之比的常用对一个声音的声压与基准声压之比的常用对数乘以数乘以20。p=20lg(dB)（在在0120分贝之间）分贝之间）式中式中p参考声压（基准声压），参考声压（基准声压），p m2，使，使人耳感人耳感到到疼痛的上限声压为疼痛的上限声压为m2当当P=m2时时p=20lg=120（dB）从式中可知，声压每增加一倍，声压级就增加从式中可知，声压每增加一倍，声压级就增加dB,声压增声压增加加10倍声压级增加倍声压级增加dB。n 声强级：声强级：一个声音的声强与基准声强之比的常用对一个声音的声强与基准声强之比的常用对数乘以数乘以10。I=10lg(dB)（在在0120分贝之间）分贝之间）式中式中I0参考声强（基准声强），参考声强（基准声强），I0W/m2，使人耳使人耳感到疼痛的上限声压为感到疼痛的上限声压为0W/m2。2020 p p0 0 p p I I I I0 0n 声功率级：声功率级：一个声音的声功率与基准声功率之比的常用对一个声音的声功率与基准声功率之比的常用对数乘以数乘以10。W=10lg (dB)（在0120分贝之间）式中参考声功率（基准声功率），W 作业作业：证明两个数值不相等的声压级叠加（：证明两个数值不相等的声压级叠加（p1Lp2):叠加后的声压级叠加后的声压级Lp=Lp1+10lg(1+10 )(dB)n声音的叠加：声音的叠加不能将分贝值直接相加减，应将声压或声强相加减后再求声压级、声强级。声压级的叠加：Lp=20lg =20lg =Lp1+10lg n (当P1=P2=P3=）二个相同声源声压叠加后（二个相同声源声压叠加后（n=2），总声压级比一个声压级增加），总声压级比一个声压级增加dB，WW WW0 0 L LP1P1L Lp2p2 1010 P P1 12 2+P+P2 22 2+P+P3 32 2+P P0 0 P P0 0 nP nP1 12 2n如果声压级改变如果声压级改变1dB，人们很难察觉这种，人们很难察觉这种变化，因此，对于声压级总是以整数表示。变化，因此，对于声压级总是以整数表示。人耳能判断的声压最小变化是人耳能判断的声压最小变化是3dB，对于，对于5dB的变化则有明显的感觉。的变化则有明显的感觉。在分贝标度在分贝标度中，声压每加中，声压每加1倍，声压级就增加倍，声压级就增加6dB；声；声压每乘压每乘10，声压级就增加，声压级就增加20dB；声压级每声压级每增加增加10dB，人耳主观听闻的响度大致增加，人耳主观听闻的响度大致增加1倍。倍。人们长时间暴露在高于人们长时间暴露在高于80dB的噪声的噪声级下，有可能导致暂时的或永久的听力损级下，有可能导致暂时的或永久的听力损失。失。n声压级相加的简单实用方法包括两个步骤：首声压级相加的简单实用方法包括两个步骤：首先，算出拟相加的两个声压级差；其次，依下先，算出拟相加的两个声压级差；其次，依下表决定拟加到较高一个声压级上的数值表决定拟加到较高一个声压级上的数值.n n例12 在人行道测得2辆汽车声音的声压级分别是77dB和80dB，它们的总声压级是多少？n n解：两个声音的声压级差为80773dB，由表11可知需加在较高一个声压级上的量为2dB，所以总声压级为80282dB。n例例:一个工业车间现有的噪声级为一个工业车间现有的噪声级为87dB，拟在车间新增加，拟在车间新增加5台设备，每台设备台设备，每台设备噪声的声压级各为噪声的声压级各为80dB。求安装新设。求安装新设备后车间噪声的总声压级。备后车间噪声的总声压级。n解：依前式可以算得新增解：依前式可以算得新增5台设备的总台设备的总声压级为声压级为8010lg5=87dB。依表。依表11可可知安装新设备后车间噪声的总声压级为知安装新设备后车间噪声的总声压级为90dB。由前述可知，。由前述可知，3dB的增加是人耳的增加是人耳能判断的变化。能判断的变化。n n以上诸例说明：由许多声音组成的总声压级，并不与所组成的声源数量多少成比例，随着声压级的相加，各个声源在总的声压级增量中所起的作用逐渐减小；如果两个声音的声压级相等，总声压级比单个的声压级增加3dB,当声压级差大于10dB,总声压级就不在增加.n声强级叠加：LI=10 lg =10 lg(+)3.1.4声音在户外的传播（一）点声源随距离的衰减 在自由声场中，声功率为在自由声场中，声功率为W的点声源，在与声源距离为的点声源，在与声源距离为r处的声处的声压级压级Lp和距离和距离r的关系式：的关系式：Lp=L I=10 lg =10 lg =10 lg Lp=Lw 20 lg r 11（dB）点声源在地面时：Lp=Lw 20 lg r 8（dB）从上式可以看出，观测点与声源的距离增加一倍，声压级降低从上式可以看出，观测点与声源的距离增加一倍，声压级降低6dB，I I1 1+I+I2 2+I+I3 3+I I0 0 I I0 0 I I1 1 I I2 2 I I3 3 I I0 0 I I0 0WW I I I I0 04 4rr2 2 WW 1 14 4rr2 2 （二）线声源随距离的衰减 线声源，如公路上的车辆，声波以圆柱状向外传播，当线线声源，如公路上的车辆，声波以圆柱状向外传播，当线声源单位长度的声功率为声源单位长度的声功率为W，在与声源距离为，在与声源距离为r处的声强为处的声强为WI=2r声压级为：声压级为：Lp=Lw10lgr8（dB）因此，观测点与声源的距离每增加一倍，声压级降低因此，观测点与声源的距离每增加一倍，声压级降低3dB。（三）面声源随距离的衰减 如果观测点与声源的距离比较近，声能没有衰减，在距声源较远的观测点有3 6dB的衰减。3.1.5声音的三要素 n音调的高度音调的高度由频率决定由频率决定n音量的大小音量的大小由声压级或声强级决定由声压级或声强级决定n音色的好坏音色的好坏由频谱决定由频谱决定频谱表示某声音的频率组成及各频率音量的大小频谱表示某声音的频率组成及各频率音量的大小关系关系。频率频率 声声压压级级 惠更斯（Huygens）原理 克里斯蒂安克里斯蒂安克里斯蒂安克里斯蒂安 惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯(Christiaan Huygens(Christiaan Huygens，16291629年年年年0404月月月月1414日日日日16951695年年年年0707月月月月0808日日日日)荷兰物理荷兰物理荷兰物理荷兰物理学家、天文学家、数学家，他是介于伽利略与牛学家、天文学家、数学家，他是介于伽利略与牛学家、天文学家、数学家，他是介于伽利略与牛学家、天文学家、数学家，他是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱，是历史上最著名顿之间一位重要的物理学先驱，是历史上最著名顿之间一位重要的物理学先驱，是历史上最著名顿之间一位重要的物理学先驱，是历史上最著名的物理学家之一，他对力学的发展和光学的研究的物理学家之一，他对力学的发展和光学的研究的物理学家之一，他对力学的发展和光学的研究的物理学家之一，他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。他的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。他的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。他的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。他建立向心力定律，提出动量守恒原理，并改进了建立向心力定律，提出动量守恒原理，并改进了建立向心力定律，提出动量守恒原理，并改进了建立向心力定律，提出动量守恒原理，并改进了计时器。计时器。计时器。计时器。n n3.1.6 3.1.6 声波的反射、折射、绕射、扩散、吸收和透射、干涉声波的反射、折射、绕射、扩散、吸收和透射、干涉声波的反射、折射、绕射、扩散、吸收和透射、干涉声波的反射、折射、绕射、扩散、吸收和透射、干涉 原理的依据原理的依据原理的依据原理的依据：v波动在介质中是波动在介质中是波动在介质中是波动在介质中是逐点逐点逐点逐点传播的传播的传播的传播的v各质点作与波源完全相同的振动各质点作与波源完全相同的振动各质点作与波源完全相同的振动各质点作与波源完全相同的振动说明说明说明说明.知某一时刻波前，可用几何方法决定下一时刻波前；知某一时刻波前，可用几何方法决定下一时刻波前；知某一时刻波前，可用几何方法决定下一时刻波前；知某一时刻波前，可用几何方法决定下一时刻波前；.该原理对非均匀媒质也成立该原理对非均匀媒质也成立该原理对非均匀媒质也成立该原理对非均匀媒质也成立，只是波前的形状和传播方只是波前的形状和传播方只是波前的形状和传播方只是波前的形状和传播方向可能发生变化。向可能发生变化。向可能发生变化。向可能发生变化。(1)(1)(1)(1)行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源；行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源；行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源；行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源；(2)(2)(2)(2)所有子波源各自向外发出许多子波；所有子波源各自向外发出许多子波；所有子波源各自向外发出许多子波；所有子波源各自向外发出许多子波；(3)(3)(3)(3)各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传 播到的新波面。播到的新波面。播到的新波面。播到的新波面。惠更斯原理惠更斯原理惠更斯原理惠更斯原理：3.1.6声波的反射、折射、绕射、扩散、吸收和透射、干涉声波的反射、折射、绕射、扩散、吸收和透射、干涉（一）声反射声反射 声波在传播过程中，遇到介质密度变化时会发生反射。对于声波在传播过程中，遇到介质密度变化时会发生反射。对于平面，反射声波呈球状分布，曲率中心就是声源的平面，反射声波呈球状分布，曲率中心就是声源的“像像”。凹面使声。凹面使声波聚集，凸面使声波发散。波聚集，凸面使声波发散。（二）声折射 声波在传播过程中，遇到介质密度变化时还会发生折射。声波声波在传播过程中，遇到介质密度变化时还会发生折射。声波在空气中传播时，白天由于近地面的气温较高，声速较大，声速随在空气中传播时，白天由于近地面的气温较高，声速较大，声速随地面高度的增加而减少导致地面高度的增加而减少导致传播方向向上弯曲；夜晚相反。传播方向向上弯曲；夜晚相反。S S S S i r Sin Sini Sin Sin =C1 C2（三）声绕射n n声音在传播的过程中，如果遇到比波声音在传播的过程中，如果遇到比波声音在传播的过程中，如果遇到比波声音在传播的过程中，如果遇到比波长大的障壁或构件时，在其背后会出现长大的障壁或构件时，在其背后会出现长大的障壁或构件时，在其背后会出现长大的障壁或构件时，在其背后会出现声影，声音绕过壁边缘进入声影的现象声影，声音绕过壁边缘进入声影的现象声影，声音绕过壁边缘进入声影的现象声影，声音绕过壁边缘进入声影的现象叫叫叫叫声绕射声绕射声绕射声绕射。n n同样尺寸的反射板对低频声的绕射作同样尺寸的反射板对低频声的绕射作同样尺寸的反射板对低频声的绕射作同样尺寸的反射板对低频声的绕射作用较大，反射作用较少用较大，反射作用较少用较大，反射作用较少用较大，反射作用较少。n解释解释解释解释波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出子波包络，得到新的波前。在缝的边缘处，波的传播子波包络，得到新的波前。在缝的边缘处，波的传播子波包络，得到新的波前。在缝的边缘处，波的传播子波包络，得到新的波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。方向发生改变。方向发生改变。方向发生改变。当狭缝缩小，与波长相近时，绕射效果显著。当狭缝缩小，与波长相近时，绕射效果显著。当狭缝缩小，与波长相近时，绕射效果显著。当狭缝缩小，与波长相近时，绕射效果显著。声衍射现象是声波动特征之一。声衍射现象是声波动特征之一。声衍射现象是声波动特征之一。声衍射现象是声波动特征之一。（四）声扩散反射（四）声扩散反射 声波在传播过程中，如果遇到表面有凸声波在传播过程中，如果遇到表面有凸凹变化的反射面，就会被分解成许多小的比凹变化的反射面，就会被分解成许多小的比较弱的反射声波，这种现象称为较弱的反射声波，这种现象称为扩散反射扩散反射。扩散反射扩散反射类似于光由粗糙的粉刷墙面或类似于光由粗糙的粉刷墙面或磨砂玻璃表面的反射。导致声波扩散反射的磨砂玻璃表面的反射。导致声波扩散反射的表面必须很不规则，其不规则的尺度应与声表面必须很不规则，其不规则的尺度应与声波波长相当。波波长相当。（五）声吸收 吸声系数是指被吸收的声能（即没有被表面反射的部分）与入射声能之比。材料的吸声量：材料表面的面积（平方米）乘材料表面的面积（平方米）乘以材料的吸声系数。单位为平方米（以材料的吸声系数。单位为平方米（m2）（六）声透射 材料的透声能力以透射系数材料的透声能力以透射系数表示，材料的透声表示，材料的透声能力愈强能力愈强（值大），材料的隔声能力愈差。工值大），材料的隔声能力愈差。工程中用隔声量表示建筑构件的隔声性能。程中用隔声量表示建筑构件的隔声性能。隔声量:R=10 lg=10 lg =10 lg E0 10 lg E隔声量：墙或构件的一侧入射声能与另一墙或构件的一侧入射声能与另一侧透射声能相侧透射声能相差的分贝值。差的分贝值。1 n nE E 0n nE E（七）波的干涉n波的干涉现象：频率相同的两列波叠加，波的干涉现象：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开，这种现象叫做波的弱的区域相互隔开，这种现象叫做波的干涉现象。干涉现象。1.1.1.1.波的独立作用原理波的独立作用原理波的独立作用原理波的独立作用原理几列波在传播时，无论是否相几列波在传播时，无论是否相几列波在传播时，无论是否相几列波在传播时，无论是否相遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、振动遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、振动遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、振动遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、振动方向）不变，互不干扰地各自独立传播。方向）不变，互不干扰地各自独立传播。方向）不变，互不干扰地各自独立传播。方向）不变，互不干扰地各自独立传播。2.2.2.2.波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理在相遇区域内任一点的振动在相遇区域内任一点的振动在相遇区域内任一点的振动在相遇区域内任一点的振动,为各为各为各为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。(一一一一)波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理1 1、干涉现象、干涉现象、干涉现象、干涉现象两列波相遇区域内振动在空间上出两列波相遇区域内振动在空间上出两列波相遇区域内振动在空间上出两列波相遇区域内振动在空间上出现稳定的周期性的强弱分布的现象。现稳定的周期性的强弱分布的现象。现稳定的周期性的强弱分布的现象。现稳定的周期性的强弱分布的现象。1)1)频率相同；频率相同；频率相同；频率相同；2)2)振动方向相同；振动方向相同；振动方向相同；振动方向相同；3)3)同相或相位差恒定。同相或相位差恒定。同相或相位差恒定。同相或相位差恒定。满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为相干波源。相干波源。相干波源。相干波源。2 2、相干波条件、相干波条件、相干波条件、相干波条件(二二二二)波的干涉现象波的干涉现象波的干涉现象波的干涉现象n驻波的现象驻波的现象 1、一列波在向前传播的途中遇到障碍物或两种介质、一列波在向前传播的途中遇到障碍物或两种介质的分界面时，会发生反射，如果反射波和原来向前的分界面时，会发生反射，如果反射波和原来向前传播的波相互叠加。传播的波相互叠加。（1）波节：弦线上有些始终静止不动的点叫做波节。）波节：弦线上有些始终静止不动的点叫做波节。（2）波腹：在波节和波节之间的那段弦线上，各质点）波腹：在波节和波节之间的那段弦线上，各质点以相同的频率，相同的步调振动，但振幅不同，振以相同的频率，相同的步调振动，但振幅不同，振幅最大的那些点叫波腹。幅最大的那些点叫波腹。（3）驻波：波形虽然随时间而改变，但是不向任何方）驻波：波形虽然随时间而改变，但是不向任何方向移动，这种现象叫做驻波。向移动，这种现象叫做驻波。2.驻波的产生：驻波的产生：两列沿相反方向传播的振幅相同，频率相同的波两列沿相反方向传播的振幅相同，频率相同的波叠加时，形成驻波。叠加时，形成驻波。3.驻波是一种特殊的干涉现象。4、驻波是个重要的概念，室内声学中将利用它讨论房间声共振问题。3.1.7.2混响和混响时间计算混响和混响时间计算n混响混响:是指声源停止发声后，在声场中还存在着来是指声源停止发声后，在声场中还存在着来自各个界面的迟到的反射声形成的声音的自各个界面的迟到的反射声形成的声音的“残留残留”现现象。这种残留现象的长短以混响时间来表示象。这种残留现象的长短以混响时间来表示。n混响是在声源停止发声后，声音由于多次反射或散混响是在声源停止发声后，声音由于多次反射或散射而延续的现象；或者声源停止发声后，由于多次射而延续的现象；或者声源停止发声后，由于多次反射或散射而延续的声音。反射或散射而延续的声音。n两个相继到达的声音时差超过两个相继到达的声音时差超过50ms时（相当于直时（相当于直达声与反射声之间的声程差大于达声与反射声之间的声程差大于17m），人耳能分），人耳能分辩出来自不同方向的两个独立的声音，这时有可能辩出来自不同方向的两个独立的声音，这时有可能出现回声。出现回声。室内声音的增长、稳态和衰减室内声音的增长、稳态和衰减 3.1.7.2 混响时间 混响：声源停止发声后，声音由于房间界面的多次反射或散射而逐 渐衰减的现象。声音的增长、稳态、衰减 声声压压级级 时间（时间（s s）衰减衰减 稳态稳态 增长增长60dB60dB混响混响时间（时间（s s）n n混响时间：混响时间：混响时间：混响时间：当室内声场达到稳态，声源停当室内声场达到稳态，声源停当室内声场达到稳态，声源停当室内声场达到稳态，声源停止发声后，声音衰减止发声后，声音衰减止发声后，声音衰减止发声后，声音衰减60dB60dB所经历的时间叫混所经历的时间叫混所经历的时间叫混所经历的时间叫混响时间，符号：响时间，符号：响时间，符号：响时间，符号：T60 T60 ，单位：，单位：，单位：，单位：s s。（一）赛宾（Sabine）混响时间计算公式 T60=(s)(0.2)式中 V 房间容积，m3；A 室内总吸声量，A=S ；m2 S 室内总表面积，m2；室内平均吸声系数。1S1+2S2+nSn =S1+S2+Sn 式中 1，2 n 不同材料的吸声系数；S1，S2 Sn 室内不同材料的表面积，m2。赛宾（Sabine）混响时间计算公式只适用于室内平均吸声系数较小（0.2）的房间的混响时间计算，否则计算误差较大。A A 0.161V 0.161V n第一座按照赛宾的原理进行设计的建筑物是第一座按照赛宾的原理进行设计的建筑物是1900年年10月月15日落成的波士顿音乐厅。此音乐日落成的波士顿音乐厅。此音乐厅被证明是一项巨大的成功。厅被证明是一项巨大的成功。n塞宾公式是建立在室内声场扩散的基础上，该塞宾公式是建立在室内声场扩散的基础上，该式的运用有一定限制。例如一个尺寸为式的运用有一定限制。例如一个尺寸为654m（高）的房间，如果各个表面对入射的（高）的房间，如果各个表面对入射的声能完吸收（即声能完吸收（即A=s s =0），是一个），是一个“沉寂沉寂”的房间（即消声室）。把上述数据代入塞宾公的房间（即消声室）。把上述数据代入塞宾公式，得到混响时间为式，得到混响时间为0.13s而不是而不是0值。值。n为了有一定程度的扩散，房间在声学上必须为了有一定程度的扩散，房间在声学上必须是是“活跃活跃”的，即其表面要有相当的反射率。的，即其表面要有相当的反射率。如果房间表面的平均吸声系数达到如果房间表面的平均吸声系数达到0.2或稍少或稍少一点一点,一般认为这种房间是一般认为这种房间是“活跃活跃”的。换句话的。换句话说，塞宾公式限用于平均吸声系数说，塞宾公式限用于平均吸声系数0.2的房间。如果房间表面都是很好的反射面的房间。如果房间表面都是很好的反射面（即（即=0），正如所预计的，依塞宾式计算），正如所预计的，依塞宾式计算的混响时间是无限长。的混响时间是无限长。n一般的讲演厅、会堂等可以认为是一般的讲演厅、会堂等可以认为是“活跃活跃”的或接近于的或接近于“活跃活跃”的房间，运用塞宾公式计算有效的。对于不的房间，运用塞宾公式计算有效的。对于不“活跃活跃”的房间或吸声材料分布很不均匀的房间以及相对的房间或吸声材料分布很不均匀的房