第6章 建筑声环境与材料.ppt
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1、建筑声学与材料建筑声学与材料主讲主讲 戎志丹戎志丹2011.4.192011.4.192本章内容本章内容B 建筑声学发展简史建筑声学发展简史建筑声学发展简史建筑声学发展简史B 建筑声学基本知识建筑声学基本知识建筑声学基本知识建筑声学基本知识B 人体对声环境的反应原理与噪声评价人体对声环境的反应原理与噪声评价人体对声环境的反应原理与噪声评价人体对声环境的反应原理与噪声评价B 声音传播与衰减原理声音传播与衰减原理声音传播与衰减原理声音传播与衰减原理B 噪声控制与治理建筑声学材料与结构噪声控制与治理建筑声学材料与结构噪声控制与治理建筑声学材料与结构噪声控制与治理建筑声学材料与结构B 建筑声学材料与结
2、构建筑声学材料与结构建筑声学材料与结构建筑声学材料与结构l 为创造安静的环境,降低、隔绝和为创造安静的环境,降低、隔绝和 控制不需要的声音控制不需要的声音 -噪声控制噪声控制l 提供良好的听闻环境,满意的音质提供良好的听闻环境,满意的音质 -音质设计音质设计主要是音乐厅、剧院、礼堂、报主要是音乐厅、剧院、礼堂、报告厅、多功能厅、电影院等。告厅、多功能厅、电影院等。设计得好设计得好:音质丰满、浑厚、有感音质丰满、浑厚、有感染力、为演出和集会创造良好染力、为演出和集会创造良好效果。效果。设计得不好:嘈杂、声音或干瘪或浑浊,听不清、听不好、听不见。音质设计音质设计 噪声的判断标准是什么?如何避免噪声
3、?如何解决噪声?噪声的判断标准是什么?如何避免噪声?如何解决噪声?主要针对有安静要主要针对有安静要求的房间,如录求的房间,如录音室、演播室、音室、演播室、旅馆客房、居民旅馆客房、居民住宅卧室,等住宅卧室,等 环境噪声控制环境噪声控制6噪声控制的意义噪声控制的意义J 保证居住者的健康保证居住者的健康J 提高劳动生产率提高劳动生产率J 保证工艺过程要求保证工艺过程要求第一节第一节建筑声学发展简史建筑声学发展简史音乐厅声学设计理论的出现音乐厅声学设计理论的出现 从十九世纪开始,在维也纳、莱比锡、格拉斯哥和巴塞尔等城从十九世纪开始,在维也纳、莱比锡、格拉斯哥和巴塞尔等城市,都建造了一些供演出的音乐厅,
4、这些十九世纪建造的音乐厅市,都建造了一些供演出的音乐厅,这些十九世纪建造的音乐厅已反映出声学上的丰硕成果,直到今天仍然有参考价值。已反映出声学上的丰硕成果,直到今天仍然有参考价值。到二十世纪,赛宾(到二十世纪,赛宾(Wallace Clement SabineWallace Clement Sabine,1868-19191868-1919,哈佛,哈佛大学物理学家、助教)大学物理学家、助教)在在18981898年第一个提出对厅堂物理性质作定年第一个提出对厅堂物理性质作定量化计算的公式量化计算的公式混响时间混响时间公式,并确立了近代厅堂声学,公式,并确立了近代厅堂声学,从此,厅堂音质设计的经验主
5、义时代结束了。从此,厅堂音质设计的经验主义时代结束了。室内声学设计的相关理论室内声学设计的相关理论(A)(A)马歇尔的侧向声原理:马歇尔的侧向声原理:马马歇歇尔尔(A.A.H.H.MarshallMarshall)提提出出了了“早早期期侧侧向向反反射射声声”对对音音质质起起重重要要作作用用,认认为为需需要要有有较较多多的的早早期期侧侧向向反反射射声声,使使听听者者有有置置身身于于音音乐乐之之中中的的一一种种“空空间间印印象象(spatial spatial impressionimpression)”感感觉觉,空空间间感感对对响响度度及及与与低低音音相相关关的的温暖感很重要。温暖感很重要。(B
6、)IACC(B)IACC两耳互相关函数两耳互相关函数 日日本本声声学学家家安安藤藤四四一一(Y.Y.AndoAndo)教教授授在在7070年年代代做做了了一一系系列列模模拟拟双双耳耳接接收收的的“内内耳耳互互相相关关”实实验验研研究究,实实验验表表明明音音质质与与反反射射声声的的水水平平方方向向分分布布有有关关。定定义义了了“双双耳耳听听觉觉互互相相关关函函数数(IACC)”(IACC)”,它它表表示示两两耳耳上上的的信信号号之之间间的相互关系,这种相互关系又是声场空间感的量度。的相互关系,这种相互关系又是声场空间感的量度。现代的建筑声学现代的建筑声学B 1930 1930年以后出现了电影年以
7、后出现了电影B 声学材料的大量生产和实验室实验声学材料的大量生产和实验室实验B 噪声处理问题在现代社会中被重视噪声处理问题在现代社会中被重视第二节第二节建筑声学基本知识建筑声学基本知识1.1.1.1.声波的基本物理性质声波的基本物理性质声波的基本物理性质声波的基本物理性质2.2.2.2.声音的计量声音的计量声音的计量声音的计量1.声音是什么?声音是什么?BB 在弹性媒质中以声波的在弹性媒质中以声波的在弹性媒质中以声波的在弹性媒质中以声波的方式传送出去的振动波方式传送出去的振动波方式传送出去的振动波方式传送出去的振动波BB 声源:振动的固体、液声源:振动的固体、液声源:振动的固体、液声源:振动的
8、固体、液体、气体体、气体体、气体体、气体BB 声音的特性:波长声音的特性:波长声音的特性:波长声音的特性:波长 、频率频率频率频率 f f f f、声速、声速、声速、声速 c c c c波长波长波长波长 声源声源传声通道传声通道听者听者建筑声学的主要研究对象建筑声学的主要研究对象球面波球面波球面波球面波平面波平面波平面波平面波 13声音的传播速度声音的传播速度B 声速与媒质的弹性、密度和温度有关声速与媒质的弹性、密度和温度有关声速与媒质的弹性、密度和温度有关声速与媒质的弹性、密度和温度有关B 空气中的声速:理想气体中空气中的声速:理想气体中空气中的声速:理想气体中空气中的声速:理想气体中JJ
9、k k k k 绝热指数,绝热指数,绝热指数,绝热指数,R R R R 气体常数,气体常数,气体常数,气体常数,T T T T 绝对温度。绝对温度。绝对温度。绝对温度。JJ 空气中声速是温度的单值函数。在建筑环境空气中声速是温度的单值函数。在建筑环境空气中声速是温度的单值函数。在建筑环境空气中声速是温度的单值函数。在建筑环境领域中变化范围很小,近似:领域中变化范围很小,近似:领域中变化范围很小,近似:领域中变化范围很小,近似:340 340 340 340 m/sm/sm/sm/s B 固液体中的声速固液体中的声速固液体中的声速固液体中的声速JJ 钢钢钢钢 5000 5000 5000 500
10、0 m/sm/sm/sm/sJJ 松木松木松木松木 3320 3320 3320 3320 m/sm/sm/sm/sJJ 水水水水 1450 1450 1450 1450 m/sm/sm/sm/sJJ 软木软木软木软木 500 500 500 500 m/sm/sm/sm/s14声音的频带声音的频带B 人耳可以听见范围为人耳可以听见范围为人耳可以听见范围为人耳可以听见范围为 20 20000Hz20 20000Hz20 20000Hz20 20000HzB 人耳听不见的范围人耳听不见的范围人耳听不见的范围人耳听不见的范围JJ 20 Hz 20 Hz 20 Hz 20 Hz 以下:次声以下:次声
11、以下:次声以下:次声JJ 20000 Hz 20000 Hz 20000 Hz 20000 Hz 以上:超声以上:超声以上:超声以上:超声 高频声高频声高频声高频声低频声低频声低频声低频声中频声中频声中频声中频声31.25 Hz频率频率15声音的频带声音的频带BB 简谐音(纯音)简谐音(纯音)简谐音(纯音)简谐音(纯音)JJ 声压变化为只有一个频率的余弦函数的声音声压变化为只有一个频率的余弦函数的声音声压变化为只有一个频率的余弦函数的声音声压变化为只有一个频率的余弦函数的声音JJ 只需要频率只需要频率只需要频率只需要频率f f f f 和声压幅值和声压幅值和声压幅值和声压幅值P P P Pmm
12、mm就可以描述就可以描述就可以描述就可以描述BB 复音复音复音复音JJ 周期性信号,含有基频和谐频,谐频是基频的整周期性信号,含有基频和谐频,谐频是基频的整周期性信号,含有基频和谐频,谐频是基频的整周期性信号,含有基频和谐频,谐频是基频的整倍数倍数倍数倍数JJ其频谱图可以表示为在基频其频谱图可以表示为在基频其频谱图可以表示为在基频其频谱图可以表示为在基频f f f f0 0 0 0和和和和2 2 2 2f f f f0 0 0 0、3 3 3 3f f f f0 0 0 0、nfnfnfnf0 0 0 0 处的一系列高矮不等的竖直线处的一系列高矮不等的竖直线处的一系列高矮不等的竖直线处的一系列
13、高矮不等的竖直线线状谱线状谱线状谱线状谱(离散离散离散离散谱谱谱谱)BB普通声响频谱一般为连续频谱普通声响频谱一般为连续频谱普通声响频谱一般为连续频谱普通声响频谱一般为连续频谱16乐声的线状谱乐声的线状谱B音调的高低取决于基频,而音色取决于谐频音调的高低取决于基频,而音色取决于谐频分量的构成分量的构成基频基频谐频谐频880,1320,1760,2200,880,1320,1760,2200,2640,3080,35202640,3080,352017普通声响频谱一般为连续频谱普通声响频谱一般为连续频谱18B 频程频程频程频程J把声频范围划分成几个频段,称作频程把声频范围划分成几个频段,称作频程
14、把声频范围划分成几个频段,称作频程把声频范围划分成几个频段,称作频程或频带或频带或频带或频带B 倍频程倍频程倍频程倍频程J两个频率之比为两个频率之比为两个频率之比为两个频率之比为2:12:12:12:1的频程。一般用倍频的频程。一般用倍频的频程。一般用倍频的频程。一般用倍频程划分频带,中心频率分别为:程划分频带,中心频率分别为:程划分频带,中心频率分别为:程划分频带,中心频率分别为:31.3(31.25)31.3(31.25)31.3(31.25)31.3(31.25)、63(62.5)63(62.5)63(62.5)63(62.5)、125125125125、250250250250、500
15、500500500、1000100010001000、2000200020002000、4000 4000 4000 4000、8000 Hz8000 Hz8000 Hz8000 Hz。192.声音的计量声音的计量B 声功率声功率声功率声功率WWWW:声源在单位时间内对外辐射的声能,:声源在单位时间内对外辐射的声能,:声源在单位时间内对外辐射的声能,:声源在单位时间内对外辐射的声能,即在全部可听范围所辐射的功率,单位即在全部可听范围所辐射的功率,单位即在全部可听范围所辐射的功率,单位即在全部可听范围所辐射的功率,单位WWWW。也。也。也。也可特指在某个有限频率范围所辐射的功率,亦可特指在某个有
16、限频率范围所辐射的功率,亦可特指在某个有限频率范围所辐射的功率,亦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。称频带声功率。称频带声功率。称频带声功率。B 声强声强声强声强 I I I I:单位时间内通过垂直于传播方向上单位:单位时间内通过垂直于传播方向上单位:单位时间内通过垂直于传播方向上单位:单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的平均声功率,面积的平均声功率,面积的平均声功率,面积的平均声功率,W/mW/mW/mW/m2 2 2 2。B 声压声压声压声压 p p p p:声波的压强与媒质的静压之差,:声波的压强与媒质的静压之差,:声波的压强与媒质的静压之差,:声波的压强与媒质的
17、静压之差,Pa Pa Pa Pa 媒质的密度媒质的密度媒质的密度媒质的密度(c为声速)20听觉范围听觉范围量级差非常大量级差非常大BB 可闻阈可闻阈可闻阈可闻阈(听阈听阈听阈听阈)人耳刚能感受的声音人耳刚能感受的声音人耳刚能感受的声音人耳刚能感受的声音p p p p0 0 0 0=210=210=210=210-5-5-5-5 PaPaPaPaI I I I0 0 0 0=110=110=110=110-12-12-12-12 W/mW/mW/mW/m2 2 2 2BB 疼痛阈疼痛阈疼痛阈疼痛阈 闻之闻之闻之闻之人耳则人耳则人耳则人耳则痛痛痛痛,p p p p=200 Pa=200 Pa=20
18、0 Pa=200 Pa,I I I I=100 W/m=100 W/m=100 W/m=100 W/m2 2 2 2BB 烦恼阈烦恼阈烦恼阈烦恼阈 闻之烦恼不安闻之烦恼不安闻之烦恼不安闻之烦恼不安p p p p0 0 0 0=20=20=20=20 PaPaPaPa,I I I I0 0 0 0=1W/m=1W/m=1W/m=1W/m2 2 2 221声音的度量声音的度量B 分贝标度和声级分贝标度和声级L L ,单位,单位dBdBJ 设立的必要性设立的必要性 数据范围太大,如数据范围太大,如数据范围太大,如数据范围太大,如 2102102102105 5 5 5Pa 20PaPa 20PaPa
19、 20PaPa 20Pa 人的听觉响应与声强、声压呈对数关系人的听觉响应与声强、声压呈对数关系人的听觉响应与声强、声压呈对数关系人的听觉响应与声强、声压呈对数关系J 声强级声强级J 声压级声压级J 声功率级声功率级可闻阈值可闻阈值可闻阈值可闻阈值110110-12-12WW22声源的扩散和叠加特性声源的扩散和叠加特性B 点声源的声功率和声点声源的声功率和声点声源的声功率和声点声源的声功率和声强:声音球面扩散强:声音球面扩散强:声音球面扩散强:声音球面扩散B 声强可以直接叠加,声强可以直接叠加,声强可以直接叠加,声强可以直接叠加,故有故有故有故有:B 总声压是各声压的均总声压是各声压的均总声压是
20、各声压的均总声压是各声压的均方根方根方根方根:r rWW如何利用声压得到如何利用声压得到如何利用声压得到如何利用声压得到声强和声功率呢?声强和声功率呢?声强和声功率呢?声强和声功率呢?在自由声场中测声压在自由声场中测声压在自由声场中测声压在自由声场中测声压p p 距声源的距离距声源的距离距声源的距离距声源的距离r r23声源声级叠加:非线性!声源声级叠加:非线性!B 两个声源叠加两个声源叠加两个声源叠加两个声源叠加(I I I I、P P P P、W W W W 声声声声级同理级同理级同理级同理):B n n n n 个相同声源个相同声源个相同声源个相同声源L L L L1 1 1 1叠加:叠
21、加:叠加:叠加:B 两个相同声源叠加,声级两个相同声源叠加,声级两个相同声源叠加,声级两个相同声源叠加,声级增加了增加了增加了增加了 10101010lg lg lg lg2=3 dB 2=3 dB 2=3 dB 2=3 dB L=3 dBL=3 dB24声源的指向性声源的指向性BB在距声源中心等距离的不同在距声源中心等距离的不同在距声源中心等距离的不同在距声源中心等距离的不同方向的空间位置处的声压方向的空间位置处的声压方向的空间位置处的声压方向的空间位置处的声压级不相等级不相等级不相等级不相等BB指向性指数指向性指数指向性指数指向性指数DIDIDIDI在离声源在离声源在离声源在离声源相同距离
22、相同距离相同距离相同距离r r r r 处,某个方向的处,某个方向的处,某个方向的处,某个方向的实际声压级实际声压级实际声压级实际声压级L L L Lp p p p(r r r r,),),),)与参与参与参与参考声压级考声压级考声压级考声压级L L L Lp0p0p0p0(r r r r)之差之差之差之差BB 指向性因数指向性因数指向性因数指向性因数QQQQ 实际声实际声实际声实际声强强强强I I I I(r r r r,),),),)与参考声强与参考声强与参考声强与参考声强I I I I0 0 0 0(r r r r)的的的的比值比值比值比值。BBQQQQ与指向性指数与指向性指数与指向性指
23、数与指向性指数DIDIDIDI的关系:的关系:的关系:的关系:DI=10 DI=10 DI=10 DI=10 lg lglg lg QQQQ 参考声压参考声压参考声压参考声压L L L Lp0p0p0p0(r r r r)参考声强参考声强参考声强参考声强I I I I0 0 0 0(r r r r)无方向性的点声源形成的声压场无方向性的点声源形成的声压场无方向性的点声源形成的声压场无方向性的点声源形成的声压场25S0为声源面积,为声源面积,f 为频率,为频率,IIV是声源的是声源的4种位置种位置指向性因数指向性因数QQB 声源尺寸比波长声源尺寸比波长声源尺寸比波长声源尺寸比波长大得越多,指向大
24、得越多,指向大得越多,指向大得越多,指向性就越强性就越强性就越强性就越强 B 指向性与边界对指向性与边界对指向性与边界对指向性与边界对声波自由扩散的声波自由扩散的声波自由扩散的声波自由扩散的阻碍有关阻碍有关阻碍有关阻碍有关 B 处于喇叭状角落,处于喇叭状角落,处于喇叭状角落,处于喇叭状角落,指向性最强指向性最强指向性最强指向性最强第三节第三节人体对声环境的反应人体对声环境的反应原理与噪声评价原理与噪声评价1.1.人的主观听觉特性人的主观听觉特性人的主观听觉特性人的主观听觉特性2.2.噪声的评价噪声的评价噪声的评价噪声的评价3.3.噪声的标准噪声的标准噪声的标准噪声的标准27人的主观听觉特性人的
25、主观听觉特性B 什么是噪声?什么是噪声?什么是噪声?什么是噪声?人们不愿意听到的任何声音人们不愿意听到的任何声音人们不愿意听到的任何声音人们不愿意听到的任何声音空气声:经空气和空气声:经空气和空气声:经空气和空气声:经空气和围护结构传播围护结构传播围护结构传播围护结构传播固体声:振动噪声固体声:振动噪声固体声:振动噪声固体声:振动噪声28听觉机构听觉机构 自由场最小可听阈自由场最小可听阈自由场最小可听阈自由场最小可听阈烦恼阈烦恼阈烦恼阈烦恼阈疼痛阈疼痛阈疼痛阈疼痛阈29人人耳耳的的听听觉觉特特征征BB 特征:对高频声比对低频声敏感特征:对高频声比对低频声敏感特征:对高频声比对低频声敏感特征:对
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- 第6章 建筑声环境与材料 建筑 环境 材料
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