建筑声学基本知识.ppt

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1、2022年10月28日建筑声学建筑声学1 1o一、产生和传播的条件一、产生和传播的条件n声音是如何产生的？结论：声音是由物体振动产生的。声音是如何传播的？人耳听觉的产生n声源：由于振动正在发声的物体 宋代学者言：“声者，形气相軋而成也”形振动的物体；气空气媒介；相軋相互作用。n声音产生和传播的条件：（）声源 （）传播的媒介:介质的弹性碰撞第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第一节声音的产生和传播第一节声音的产生和传播第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 2022年10月28日建筑声学建筑声学2 2o二、波阵面、声源的方向性、声线二、波阵面、声源的方向性、声线声线：自声源发

2、出代表能量传播方向的曲线，声的波动限制不计第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第一节声音的产生和传播第一节声音的产生和传播第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 2022年10月28日建筑声学建筑声学3 3n1 1、波波阵阵面面：声波从声源发出，在某一介质内按同一方向传播，在某一时间到达空间各点所包络的面称为波阵面。o球面波：点声源发出的波，波阵面为同心球面的波，声线与波阵面垂直。如人、乐器发出的声波。o平面波：波阵面为与传播方向垂直的平行 平面，如多个线声源或多个点声源叠排。o柱面波：波阵面为同轴柱面，如单个线 声源发出的声波。n2 2、声源的方向性：、声源的方向性：第十

3、章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第一节声音的产生和传播第一节声音的产生和传播2022年10月28日建筑声学建筑声学4 4n三、声速三、声速、波长波长、频率频率 声速声速C：声波在某一介质中传播的速度。单位：m/s c 是指声源振动状态传播的速度，与介质特性有关 声波在空气中声速：在0oC时，C钢=5000m/s,C水=1450m/s 在15oC时，C空气=340m/s 波长波长：在传播途径上，两相邻同相位质点距离。声波完成一次振动所走的距离。单位：m第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第一节声音的产生和传播第一节声音的产生和传播2022年10月28日建筑声学建筑声学5

4、5 频率频率f:f:质点在1秒钟的时间内完成振动的次数。单位：Hz 人耳可听频率范围为20Hz20KHz（听觉范围）20KHz为超声其中，人耳感觉最重要的部分约在100Hz4000Hz,相应的波长约。o 参数间存在如下关系：c=f*或=c/f第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第一节声音的产生和传播第一节声音的产生和传播2022年10月28日建筑声学建筑声学6 6o声波是能量的一种传播形式。人们常谈到声音的大小或强弱，或一个声音比另一个声音响或不响，这就提出了声音强弱的计量。o一、一、声功率、声强、声压声功率、声强、声压n1、声功率W：单位时间内物体向外辐射的能量W。（瓦W或微瓦W

5、）声源声功率包括全部可听频率范围声功率是声源本身的一种重要属性。相关声源的声功率：人正常讲话：50W 100万人同时讲话50W,相当于一个灯泡。训练有素的歌手：500010000 W。汽车喇叭 W,喷气飞机:10KW。应用：应用：在厅堂设计中如何充分利用有限的声功率是很重要的问题。第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第二节声音的计量第二节声音的计量2022年10月28日建筑声学建筑声学7 7n2、声强：单位时间内通过与声波传播方向垂直的单位面积波阵面上的声能的多少。符号：I 单位：w/m 2 可听声强范围10-12 w/m 21 w/m 2 对于点声源有：-距离平方反比定律距离平方

6、反比定律n3、声压：指在某一瞬时压强相对于无声波时的压强变化。符号P 单位N/m 2(牛顿/米2)或Pa(帕斯卡）范围210-5N/m 220 N/m2n4、声强与声压的关系：第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第二节声音的计量第二节声音的计量2022年10月28日建筑声学建筑声学8 8o二、声压级、声功率级、分贝及其叠加二、声压级、声功率级、分贝及其叠加n“级级”（level)level)的概念？的概念？o“级级”：声学中被研究的声学量与其同类基准值之比的常用对数叫“级”。实际应用中，表示声音强弱的单位并不采用声压或声功率的绝对值，而采用相对单位级（类似于风级、地震级）。单位分贝

7、(dB):是贝尔的十分之一n 为什么要采用为什么要采用“级级”的计量方法？的计量方法？o1）声压对人耳感觉的变化非常大，1000Hz的声音，听觉下限Po=210-5N/m2,上限P=20N/m2,相差106倍。o2）人耳对声音强弱的变化的感受并不与声压成正比，而与声压的对数成正比，两个同样的声源放在一起，感觉并不是响一倍。第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第二节声音的计量第二节声音的计量2022年10月28日建筑声学建筑声学9 9n1、声压级、声压级(sound pressure level)：Lp取参考声压为Po=210-5N/m2为基准声压，任一声压P的Lp为：听觉下限：p=

8、210-5N/m2 0dB 能量提高100倍的P=210-3N/m2 40dB听觉上限：P=20N/m2 120dBn2、声功率级、声功率级(sound power level):Lw 取Wo为10-12W，任一声功率W的声功率级Lwn3、声强级、声强级(sound intensity level)LI 第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第二节声音的计量第二节声音的计量2022年10月28日建筑声学建筑声学1010n声压级的叠加声压级的叠加 10dB+10dB=?0dB+0dB=?0dB+10dB=?答案分别是：13dB、3dB、10dB.声压是各声源贡献的声压平方和的开根号。即

9、：第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第二节声音的计量第二节声音的计量2022年10月28日建筑声学建筑声学1111o思考：n1）两个相同声压级的声音加起来声压级是多少？多个相同声压级的声音加起来声压级是多少？n2）两个或多个不同的声压级的声音加起来声压级是多少？（见例题）n3）70、81、81、84、87、90dB六个声音加起来声压级是多少？o例题1 两辆汽车声压级分别77dB和80dB，求总声压级o例题2 车间总声压级92dB，停止运转一台设备，背景噪声为88dB，求该设备运转时的噪声级。第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第二节声音的计量第二节声音的计量2022年

10、10月28日建筑声学建筑声学1212第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 2022年10月28日建筑声学建筑声学1313第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 2022年10月28日建筑声学建筑声学1414第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第三节频谱第三节频谱、频率、音乐和噪声、频率、音乐和噪声一、现代信号处理技术证明：理论上任何振动的波形都可以分解为若干单频简谐振动的合成。分立谱：如弦振动产生的声音。连续谱：谈话、机器的噪声频率和频谱 频谱表示某种声音 频率成分及其声压级组成情况的图形，傅立叶理论及，大多的自然声。频谱通常根据需要分成若干个频带，带宽（Band

11、)可宽可 窄。最常用的有倍频带和1/3倍频带。n倍频程：f2=2f1通常将可闻频率范围内2020Hz分为十个倍频带，其中心频率按2倍增长，共十一个，为：16 31.5 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K 16Kn1/3倍频程：f2=21/3f1将倍频程再分成三个更窄的频带，使频率划分更加细化，其中心频率按倍频的1/3增长，为：12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160.2022年10月28日建筑声学建筑声学1515第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 二、音乐和噪声：音乐：由基因和谐音组成，其音符频率组成有着明确的规律。噪声

12、：声音的组成没有任何规律2022年10月28日建筑声学建筑声学1616第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 2022年10月28日建筑声学建筑声学1717o声波在室外空旷地带的传播规律随与声源距离的增加，声能发生衰减。对于点声源，有：Lp=LW-20lgr-11 对于无限长线声源，单位长度内:I=W2r Lp=LW-10lgr-8 对于有限长线声源：距离近，同无限长线声源规律相同 距离远，同点声源规律相同 对于面声源，距离很远，声压级衰减36dB第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第四节声音在户外的传播第四节声音在户外的传播2022年10月28日建筑声学建筑声学1818o

13、一、一、反射和衍射、扩散透射折射和吸收反射和衍射、扩散透射折射和吸收 一、声波的反射当声波遇到一块尺寸比波长大得多的障碍时，声波将被反射。类似于光在镜子上的反射。反射的能量与反射面有关反射的规则：1）入射线、反射线法线在同一侧。2）入射线和反射线分别在法线两侧。3）入射角等于反射角。i=第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第五节反射和衍射、扩散透射折射和吸收第五节反射和衍射、扩散透射折射和吸收2022年10月28日建筑声学建筑声学1919 二、声波的衍射：当声波在传播的过程中遇到障壁或者建筑部件（如墙角、梁、柱）等，这些构件尺度比波长大，在背后出现“声影区”，也会出现声音绕过障壁边

14、缘进入“声影”继续传播的现象，称之为“衍射”现象。第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 2022年10月28日建筑声学建筑声学2020 三、声波的透射与吸收o声波具有能量，简称声能。o当声波碰到室内某一界面后（如天花、墙），一部分声能被反射，一部分被吸收（主要是转化成热能），一部分穿透到另一空间。第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 透射系数：反射系数：吸声系数：应用：应用：不同材料，不同的构造对声音具有不同的性能。在隔声中希望用透射系数小的材料防止噪声。在音质设计中需要选择吸声材料，控制室内声场。2022年10月28日建筑声学建筑声学2121 四、声波的折射与扩散 声波的

15、折射 声波的扩散第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 2022年10月28日建筑声学建筑声学2222o1、声音的频谱与声源的指向性nA、声音的频谱 频谱表示某种声音 频率成分及其声压级组成情况的图形，傅立叶理论及现代信号处理技术证明：理论上任何振动的波形都可以分解为若干单频简谐振动的合成。分立谱：如弦振动产生的声音。连续谱：谈话、机器的噪声，大多的自然声。频谱通常根据需要分成若干个频带，带宽（Band)可宽可 窄。最常用的有倍频带和1/3倍频带。n倍频程：f2=2f1通常将可闻频率范围内2020Hz分为十个倍频带，其中心频率按2倍增长，共十一个，为：16 31.5 63 125 25

16、0 500 1K 2K 4K 8K 16Kn1/3倍频程：f2=21/3f1将倍频程再分成三个更窄的频带，使频率划分更加细化，其中心频率按倍频的1/3增长，为：12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160.第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第三节人的听觉感觉第三节人的听觉感觉2022年10月28日建筑声学建筑声学2323第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第三节人的主观听觉感觉第三节人的主观听觉感觉 在进行声音计量和频谱表示时，往往使用中心频率作为频带的代表，声压级值使用整个频带声 压 级 的 叠 加。2022年10月28日建筑

17、声学建筑声学24242022年10月28日建筑声学建筑声学2525第三节人的主观听觉感觉第三节人的主观听觉感觉第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 2022年10月28日建筑声学建筑声学2626nB、声源的指向性o声源发出的声音在各个方向上分布不均匀，具有指向性。o声源尺寸比波长小得多时，可看作点声源，无指向性。o声源尺寸比波长差不多或更大时，声源不再是点声源，出现指向性。人们使用喇叭，目的是为了增加指向性。第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第三节人的主观听觉感觉第三节人的主观听觉感觉2022年10月28日建筑声学建筑声学2727o2、人耳的主观听觉特性n人耳的结构：外

18、耳、中耳、内耳、骨传导n听觉范围：最高最低频率可听极限一般地，青少年2020KHz,中年3015KHz,老年10010KHz。n最小最大可听极限人耳有一定的适应性，常人上限为120dB,经常噪声暴露的人有可能达到135140dB。下限频率与频率有关。n最小可辩阈（差阈）一般情况1dB声压级的变化能够察觉：3dB以上有明显感觉；频率变化的察觉：一般是3%，低频时3Hz。第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第三节人的主观听觉感觉第三节人的主观听觉感觉2022年10月28日建筑声学建筑声学2828oA 听觉定位听觉定位n人耳判断声源的远近比较差，但确定声源的方向比较准确。水平方向1030

19、可辩人耳判断声源的方位主要靠双耳定位，对时间差和强度差进行判断。n人耳的水平方向感要强于竖直方向感。n频率高于1400Hz强度差起主要作用；低于1400Hz时，时间差起主要作用。这就是人为什么对蚊子的定位比较准而对电话铃声的定位比较差的原因。oB、哈斯、哈斯(Hass)效应效应n人耳有声觉暂留现象，人对声音的感觉在声音消失后会暂留一小段时间。n如果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。n直达声到达后50ms以内到达的反射声会加强直达声。直达声到达后50ms后到达 的“强”反射声会产生“回声”哈斯效应。n根据哈斯效应，延时越长干扰大；声压级差小干扰大。频率接近干扰

20、大；低频对高频干扰大。人耳在多声源发声内容相同的情况下，判断声源位置主要是根据“第一次到达”的声音。因此，剧场演出时，多扬声器的情况下要考虑“声象定位”的问题。第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第三节人的主观听觉感觉第三节人的主观听觉感觉2022年10月28日建筑声学建筑声学2929nC、掩蔽效应、掩蔽效应o人耳对一个声音的听觉灵敏度因另外一个声音的存在而降低的现象叫掩蔽效应。o一个声音高于另一个声音10dB,掩蔽效应就很小。o低频声对高频声的掩蔽作用大。o何谓掩蔽量?掩蔽阈?nD、响度与等响曲线、响度与等响曲线o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

21、4000Hz的声音，灵敏度降低。o不同频率，相同声压级的声音，人听起来的响度感觉不一样。o不同频率,不同声压级的声音,人听起来的响度感觉有可能一样。第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第三节人的主观听觉感觉第三节人的主观听觉感觉2022年10月28日建筑声学建筑声学3030n 3、等响曲线等响曲线o等响曲线等响曲线: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压级构成一条曲线叫“等响曲线”。o响度单位是“方”。o随着声压级的提高，对频率的相对敏感度也不同声压级高，相对变化感觉小；声压级低，相对变化感觉大。第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第

22、三节人的主观听觉感觉第三节人的主观听觉感觉2022年10月28日建筑声学建筑声学3131第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第三节人的主观听觉感觉第三节人的主观听觉感觉2022年10月28日建筑声学建筑声学3232nA 声级声级A 声级是使用40方等响曲线作为计权网络对频谱进行加权，之后再进行频带叠加。A声级对500Hz以下的声音进行较大衰减，模拟人耳对低频不敏感的特性。A声级的数值单位表示是dB(A),如60dB(A)。oB:以70方等响曲线作为计权网络，低频衰减比A声级小。C:以85方等响曲线作为计权网络,整个可听范围内衰减小。D:主要用于航空噪声测量。第十章第十章 建筑声学基

23、本知识建筑声学基本知识 第三节人的主观听觉感觉第三节人的主观听觉感觉2022年10月28日建筑声学建筑声学3333频率声压级加权值加权后2030dB-5 0.5-20.531.535dB-39.4-4.46340dB-26.213.812545dB-16.128.925050dB-8.641.450051dB-3.247.81K52dB0522K52dB1.253.24K52dB1.0538K40dB-1.138.916K38dB-6.631.420K30dB-9.320.7A声级 58.1dB2022年10月28日建筑声学建筑声学3434o几个概念：n声场：媒质中有声波存在的区域或有声波存在的空间n自由场：1）均匀各向同性的媒质中边界可以不计的声场2）只有直达声而没有反射声或反射声可以忽略的声场。在自由声场中声强的变化与距离平方成反比n扩散场：能量密度均匀、在各个传播方向作无规则分布。在此声场所接收到的各个方向的声能相等。n半消声场：有一个反射面的自由场第十章第十章 建筑声学基本知识建筑声学基本知识 第三节人的主观听觉感觉第三节人的主观听觉感觉