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1、建筑物理 室内声环境第1页，此课件共57页哦意义：地位：与其他学科的关系：学习方法：阐述基本的物理概念、设计原理；复杂的公式推导从略。绪 论第2页，此课件共57页哦一、意义：1、声音的利用：在音乐厅、歌剧院、体育馆、会议厅、报告厅、审判厅、天象馆、演播室、录音棚等等室内空间是如何利用好声音问题。2、噪声的控制：在住宅邻里之间、工厂机器噪声、街道公路的交通噪声、市场吵闹声等等均属于如何控制噪声的问题。第3页，此课件共57页哦二、地位：建筑声学作为建筑功能的重要方面，它随建筑类别在工程设计中占有不同的地位和作用：在音乐厅、歌剧院、体育馆、会议厅、报告厅、审判厅、天象馆、演播室、录音棚等等这类建筑中
2、，音质的优劣直接关系到它是否能够使用的问题。因此建筑声学在此类工程设计中占主导地位。在其他方面也占有一定的位置。第4页，此课件共57页哦与其他学科的关系：声学的领域很广，它几乎涉及到人类生活的各个方面，如图所示。而建筑声学则是声学的一个分支，是一个边缘科学。同时与声学密切相关，还有与生理、心理、音乐、语言、电子、机械、自动控制、计算机等学科有着密切的关系。声学的领域很广，它几乎涉及到人类生活第5页，此课件共57页哦学习方法：阐述基本的物理概念、设计原理；复杂的公式推导从略。第6页，此课件共57页哦第一章第7页，此课件共57页哦第一节第8页，此课件共57页哦一、振动与声波二、波阵面、波长、声速、
3、能量、能量密度、能流密度三、声波的绕射和反射第9页，此课件共57页哦一、振动与声波1、振动（1）周期运动：物体的运动每隔一段时间重复进行，称周期运动。（2）周期：每重复一次运动所需要的时间，称为周期（T）。例如：地球的公转、自转，潮汐的涨落，钟摆的摆动等。（3）振动：振动是一种周期运动。（4）机械振动：物体在一定位置附近做往复运动，称机械振动。第10页，此课件共57页哦（5）简谐振动：是最简单的一种振动。满足谐振动方程：d2x/dt2+2x=0 的振动；称之为简谐振动。该方程的解：x=A COS（t+）其中：A：振幅 ：圆频率；（2/T）。f ：频率；（f=1/T）。：初位相。x ：位移（弹簧
4、振子）角位移（单摆运动）电量（LC振荡电路）等第11页，此课件共57页哦第12页，此课件共57页哦（6）振动能量（弹簧振子）动能：Ek=mv2/2=m2 A 2 SIN 2（t+）/2势能：Ep=kx2/2=k A 2 COS 2（t+）/2总能量：E=Ek+Ep =m2 A 2/2 =kA2/2 第13页，此课件共57页哦2 2、波动、波动（1 1）波动：振动的传播过程称为波动，简称为：波。）波动：振动的传播过程称为波动，简称为：波。例如：机械波，声波，地震波，电磁波（无线电波、例如：机械波，声波，地震波，电磁波（无线电波、光波、光波、X X射线、射线、射线等），物质波（德布罗意波）射线等）
5、，物质波（德布罗意波）（2 2）波产生的条件：波源，介质（对电磁波不需要媒质）波产生的条件：波源，介质（对电磁波不需要媒质）（3 3）横波与纵波）横波与纵波 横波：波在传播过程中，如质点的振动方向与传播横波：波在传播过程中，如质点的振动方向与传播 方向垂直，则称为横波。方向垂直，则称为横波。纵波：波在传播过程中，如质点的振动方向与传播纵波：波在传播过程中，如质点的振动方向与传播 方向平行，则称为纵波。方向平行，则称为纵波。第14页，此课件共57页哦3）横波与纵波 横波：波在传播过程中，如质点的振动方向与传播 方向垂直，则称为横波。第15页，此课件共57页哦纵波：波在传播过程中，如质点的振动方向
6、与传播 方向平行，则称为纵波。第16页，此课件共57页哦（4）声波 *声音：来源于物体的振动。例如：人的讲话是有声带振动引起的，扬声器发声 是有扬声器膜片（子盆）的振动。*声源：正在发出声音的发声体。*声波：是一种机械波。*声波的传播介质：气体、液体、固体。*通常所说的声波：指在空气中传播的并能引起人耳 听觉的可闻纵机械波。*能引起人耳听觉的声波频率：20-20000Hz（赫兹）第17页，此课件共57页哦（5）超声波与次声波 *次声波：低于20Hz的纵机械波。*超声波：高于20000Hz的纵机械波（6）波动方程：d2y/dx2-（1/c 2）d2y/dt2=0 y=A COS（t-x/c）第1
7、8页，此课件共57页哦二、二、波阵面、波长、声速、能量、能量密度、能流密度波阵面、波长、声速、能量、能量密度、能流密度1 1、波阵面：声波从声源出发，在同一介质中按照一定方向、波阵面：声波从声源出发，在同一介质中按照一定方向传播，在某一时刻，波动所达到的各点的包络面；称为波振传播，在某一时刻，波动所达到的各点的包络面；称为波振面。面。（在波的传播过程中，波阵面上每一个开始振动的点，都可（在波的传播过程中，波阵面上每一个开始振动的点，都可以看成一产生次级子波的新波源，以看成一产生次级子波的新波源，tt时间后，新波阵面的位时间后，新波阵面的位置就是这些次级子波的包络面置就是这些次级子波的包络面惠更
8、斯原理。）惠更斯原理。）第19页，此课件共57页哦2、波长：在传播过程中，两相邻同相位质点间的距离。记作：，单位：米3、声速：声波在弹性介质中的传播速度。记作：C，单位：米/秒第20页，此课件共57页哦4、频率：声波的频率与质点的振动频率相同。记作：f，单位：赫兹（Hz）（单位时间内质点完成的振动次数）5、波长、频率及声速的关系：C=f *6、能量：声波是一种机械波，质点振动产生动能，质点 间的变形产生势能。（1）动能、势能：dEk=dEp=dv 2 A 2 SIN 2（t x/c）/2 ：媒质密度；dv：质量元第21页，此课件共57页哦（2）、总机械能 dE=dEk+dEp =dv 2 A
9、2 SIN 2（t x/c）：媒质密度；dv：质量元第22页，此课件共57页哦（3）能量密度：介质单位体积内的波的能量。W=dE/dv =2 A 2 SIN 2（t x/c）（4）能流密度：单位时间内通过垂直于波传播 方向单位面积上的平均能量。I=W*C =2 A 2 C/2第23页，此课件共57页哦三、声波的反射、衍射（绕射）、干涉1、反射第24页，此课件共57页哦第25页，此课件共57页哦2、衍射（绕射）第26页，此课件共57页哦第27页，此课件共57页哦第28页，此课件共57页哦3、干涉 4、驻波第29页，此课件共57页哦四、声波的吸收和透射 根据能量守恒定律：E=E+E+E =E/E
10、=E/E =E/E +=1第30页，此课件共57页哦第二节第31页，此课件共57页哦一声功率、声强、声压1、声功率 定义：声功率指声源在单位时间内辐射的声能；记作：W 单位：瓦（W），微瓦（uW）讨论：a、频带声功率：一般情况下指：20Hz20kHz。b、声功率是声源辐射的声能量，与电功率不同。c、声功率是声源本身的特性，与环境无关。第32页，此课件共57页哦例如：对 话：20uW 稍 高 声 讲 话：50uW 30万人同时讲话：15W 女 高 音：1000-7200uW 钢 琴：2mW 汽 车：0.1W 气 锤：1W 喷 气 飞 机：10kW 第33页，此课件共57页哦2、声强 定义：在单位
11、时间内，通过垂直于声波传播方 向单位面积上的声能；记作：I 单位：瓦/平方米（W/m2）I=W/S （W/m2）第34页，此课件共57页哦讨论：a、对于球面波：I=W/4R2 与R平方成反比。b、对于平面波：声波即没有聚焦，也没有发散，所以I不变。c、声强的测量是非常困难的，特别是指定 方向的声强是难以直接测量的。因此常常采用测量声压后通过计算 求得声强、声功率。第35页，此课件共57页哦3、声压 定义：某瞬时，介质中的压强相对于无声波时 压强的改变量；记作：P 单位：牛顿/平方米 或 微巴（ub）讨论：a、瞬时性。b、有效声压：指某一段时间内瞬时声 压的平均值。（通常我们所说的声压就是指有效
12、声压）c、声压与声强的关系：I=P2/*c 第36页，此课件共57页哦说明：1、可闻阈：20Hz20kHz 2、对于1000Hz的纯音，人耳刚刚能听到的下限声强：I=10-12 W/m2 下限声压：P=2*10-5 N/m2使人产生疼痛感的上限声强：I=1 W/m2 上限声压：P=20 N/m2 3、人耳对声音的感觉与声强、声压的关系 为非线性，而与它们的对数近似成正比。第37页，此课件共57页哦二、声强级、声压级、声功率级1、声强级 定义：声音的强度 I 与其基准声强 I0 之比 的常用对数值。LI =Lg（I/I0）其中：I0=10-12（w/m2）单位：贝尔（BL）或 分贝（dB），（1
13、 BL=10 dB）第38页，此课件共57页哦2、声压级 定义：声场中某一点的声压 P 与其基准声压 P0 的比值的常用对数的 20 倍。LP=20 Lg（P/P0）d B 其中：P0=2*10-5（N/m2）3、声功率级：LW=10 Lg（W/W0）其中：W0=10-12（w）第39页，此课件共57页哦讨论：a、“级”，只具有相对比值的意义。无量纲，其大小与选取的基准有关。b、当 N 个不同声源同时作用时：、声场中的总声强：I=I1+I2+I3+In 当 I1=I2=I3=In 时，I=n I 1 LI=10Lg（I1/I0）+10Lg（n）、总声压：P=（P12+P22+Pn2）当 P1=
14、P2=P3=Pn 时，P=P 1 n LP=10Lg（P1/P0）+10Lg（n）第40页，此课件共57页哦（3）可以证明：两个声压级LP1和LP2之和 LP=LP1+10Lg（1+10-（LP1-LP2）/10）dB （LP1LP2）第41页，此课件共57页哦三、响度级 声功率、声强、声压 表示声音物理特性。声功率级、声强级、声压级 对物理特性的度量。它们均为客观的物理量与主观感觉无任何关系。实验表明：1、强度相等，而频率不同的两个纯音 （一个高，一个低）听起来并不一样响。2、两个频率和声压级都不同的纯音，有时听起来 却可能会一样响。因此，人耳感觉与客观物理量之间的关系并不是简单的线性关系。
15、第42页，此课件共57页哦1、响度级：定义：如果某一声音与已选定的1000Hz的纯音听 起来一样响，这个1000Hz纯音的声压级值 就定义为待测声音的“响度级”单位：方 （phon）。对于一系列纯音都用标准音进行比较，可获得纯音等响曲线。该曲线是根据大量健康人的试验而获得的，并于1959年由国际标准化组织（ISO）确定。第43页，此课件共57页哦注：1、同一条曲线上各点具有相同的响度级。2、人耳的敏感区2000-5000Hz，对低频不敏感。3、对复合音不能直接应用等响曲线，其响度需计算求得。第44页，此课件共57页哦2、A、B、C、D计权第45页，此课件共57页哦 A计权：是参照40方等响曲线
16、，对500Hz以下的声音有较大衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性。C计权：具有接近线性的较平坦的特性，在整个可听范围内几乎不衰减，以模拟人耳对85方以上纯音的响应，因此它可以代表总声压级。B计权：介于两者之间，对低频有一定的衰减，模拟人耳对70方纯音的响应。第46页，此课件共57页哦四、声源的指向性：1、当声源的尺寸波长时：此时声源可视为点声源。2、当声源的尺寸波长时：此时声源不能视为点声源。第47页，此课件共57页哦第48页，此课件共57页哦五、频谱：鼓风机噪声谱、小提琴谱、单簧管及几种常用噪声谱、1/3和倍频谱。在工程上不可能一个一个频率的进行测量，而是一个频带一个频带的进行，因此常常采用
17、倍频程或1/3倍频程。即：n=Log2（f2/f1）第49页，此课件共57页哦第50页，此课件共57页哦第51页，此课件共57页哦 在工程上不可能一个一个频率的进行测量，而是一个频带一个频带的进行，因此常常采用倍频程或1/3倍频程。即：n=Log2（f2/f1）当 n=1 时：倍频程 当 n=1/3 时：1/3 倍频程第52页，此课件共57页哦第53页，此课件共57页哦六、音调和音色1、声音的三要素：声音的强弱、音调的高低、音色的好坏构成声音的三要素。2、三要素与各物理量之间的关系（1）声音的强弱：可以用声强级、声压级或总声 级等物理量来表示。（2）音调：主要取决于声音的频率；同时还与声 压级
18、及组成成分有关。例如：a、两个纯音，频率相同但声压级不同，听 起来感觉音调不同。b、复合音音调：两个频率相差不大时，人耳感觉是平均频率音调。两个频率相差较大时，人耳能分辨是各自频率的音调。第54页，此课件共57页哦乐器发出的复合音：由基频（音）和泛音；而泛音是基频的整数倍，因此基频再弱，音调的高低都是由基频所决定的。（3）音色：是由频率和振幅所决定的；即频谱所决定的。例如：每个人所发出的声音都是不一样的，即使 他们的音调和声压级相同。第55页，此课件共57页哦七、时差效应 当时差50ms时，人耳对声音就没有断续感觉。因此直达声到达人耳后，50ms之内到达的反射声对直达声有加强作用。八、双耳听闻效应 声音传到人的两只耳朵有时间差、强度差和位相差。根据这些差别人耳能分辨出声音的方向 方位感。第56页，此课件共57页哦九、掩蔽作用 由于某个声音的存在，而使人耳对别的声音的感觉能力降低的现象掩蔽。要听清楚另外的声音，必须提高这些声音的“可闻域”，可闻域提高的分贝数称为掩蔽量。第57页，此课件共57页哦