精品工程类本科大三课件《建筑环境学》07第七章第12节 声环境以及人体的反映原理

dB
空气中W0＝1×10-12W
LW
10lg W W0
常见的噪声和声音的声压级
声音或噪声种类
喷气式飞机起飞 铆接钢板 冲击钻
木加工用圆盘锯 高压离心风机
电话铃声 喧闹的办公室
语言交谈声 细声交谈
声源与人的距离（m） 声压级（dB） 人的主观感觉
100
130
10
110
震耳欲聋
10
100
10 5
5 站在室内
波阵面与声线
A
A
A
• 声波从声源出发，在同一个介质中按一定方向传播，在某一时刻，波 动所达到的各点的包络面，即空间中相位相同的相邻点构成的面，称 为波阵面。
• 平面波——如：一个置于管端作往复简谐振动的活塞，向管子中的空气辐射的 就是平面波。其声压幅值Pm即波的强度在传播中不衰减
• 球减面波——小球，作胀缩简谐振动。其波的强度Pm随传播距离 r 成反比关系衰
• 第十二条（四）依照环境噪声污染防治法的规定，产生环境噪声污染超过 国家环境噪声标准的，按照排放噪声的超标声级缴纳排污费。
第一节
建筑声环境的基本知识
声音的产生与传播过程包括三个基本因素： • 声源——振动的物体 • 传声途径——空气、墙壁、楼板等 • 接收者
人耳对声音的感觉有三个表征量： • 音量——大小 • 音调——高低 • 音色
（或声强）不相同的性质称声源的指向性
听闻条件较 差的区域
声源
低频 中频 高频
平面上人发声的指向性
声源指向性的表示方法
• 指向性指数DI：以具有相同 声功率的无方向性的点声源 形在成离的实声际压声场源相Lp0同(r)距作离参r考处值，， 某个方向 (θ,φ) 的实际声压级 Lp(r,θ,φ) 与参考值 Lp0(r) 之差 • 通过现场实测来获得
f中2/f中1= 3 2 f中/ 6 2 f中 6 2 f上限× f下限＝ f中2
频带——表格(离散值)
倍频程频带划分
IEC 中心频率
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
规格 频率范围 45 90 180 355 710 1400 2800 5600 11200
IEC：International Electrotechical Commission/国际电工委员会
• 对于1000Hz纯音，人耳能分辨的声压大小为 2×10-5Pa~ 20Pa
• 在自由声场中，某处的声强与该I 处p2 声压的平方成正比，而与介质密度
与声速的乘积成反比
0c
分贝标度
• 对于1000Hz纯音，人耳能分辨的声压 p = 2×10-5 Pa ~ 20Pa；声强 I =10-12 ~ 1W/m2
——这些都与声音的物理特性密切相关
基本内容
声音的基本物理性质 • 声波 • 声速 • 简谐声波、频率和波长 • 声音信号和频谱 • 波阵面与声线
扬声器膜辐射的声波
声音的计量 • 声功率、声强 、声压 • 声功率级、声强级、声 压级及其叠加 • 声源的指向性
声压
大
气
压
声波
声源和声波
• 物理学观点，声音是一种机械波，是机械振动在弹性媒质中的传播， 也称声波。
• ∣LP1 - LP2∣≥15dB，附加值可略去
声压级的差值与增值的关系
声源的指向性
• 声源尺寸 ＜＜波长：无方向性的点声源，即在距离中心等远处的声压 级相等。
• 声源尺寸 ≥ 波长：许多点声源组成，叠加的结果各方向的辐射就不一 样，因而具有指向性（干涉、衍射）。
• 声源尺寸相对越大，频率越高，指向性越强。 • 只在某一个方向辐射的声音有较大的强度，这种声源在不同方向辐射的声压
• A计权网络
• 模拟人耳在低响度（40phon）时对不同频率声音的敏感情况 • 对低频段（500Hz以下）有较大的衰减——与人耳对低频不敏感的感觉相一致
• B计权——中等响度对低频有一定衰减（很少用） • C计权——高响度（85phon）各频率衰减较小 • D计权是供作航空噪声测量用的。
掩蔽效应
• 噪声的评价 • A声级LA • 等效连续A声级LAeq • 昼夜等效声级Ldn • 累积分布声级Lx • 噪声评价曲线NR评价 曲线和NC、PNC曲线
• 噪声允许标准和法规
听觉机构
响度和响度级
响度：反映声音入射到耳鼓膜使听者获得的感觉量 • ——依赖于：声压或声强、频率。 • 以1000Hz 纯音或窄带噪声为标准 • 通过实验找出同1000 Hz 声音听起来一样响的其他频 率的纯音或窄带噪声所具有的声压级。 • 求出响度级与响度的关系，建立响度的定量标度
• n个在某点声压相等的声音，它们的总声压级为
dB
——两个数值相等的声压级叠加，
L只—P—比这原个来20结增l论g加同3 d样npBp0。适2用于2声0强lg级和pp0声功1率0级lg n
L = 3 dB
声压级叠加的修正量
• 两个声压级为Lp1和Lp2，其总声压级为：
Lp LPL=pL1P,ma1x 0+附lg加[1值 10-(Lp1 -Lp2 )/10 ]
5 5
80 75
令人烦躁
65 70
嘈杂
50 30
较轻的声音
声音的叠加
• 当几个不同声源同时作用时：
• 总声强是各个声强的代数和，I=I1＋I2＋……＋In • 总声压（有效声压）是各声压的均方根值，即
—算—规声律强进级行、。声压级p叠加时p12，不p能22 简单地进 行pn2算术相加，而要按对数运
• 不应与声源其他功率混淆，如扩声器的电功率几百以至上千瓦，而辐 射的声功率只有不到1瓦
声源种类 喷气飞机
气锤 汽车
声功率 10000W
1W 0.1W
声源种类 钢琴 女高音 对话
声功率 2000 μW 1000~7200 μW 20 μW
声强 I
• 声强也可用来表示声波的大小或强弱。
• 声强：单位时间内通过垂直于传播方向上的单位面积内的平均声
频率和波长
• 周期：声波通过空气或其他弹性介质传播 时，介质质点只是在其平衡位置附近来回 振动，一次完全振动所需的时间，称周期 T，单位为秒； •频率：周期 T 的倒数是一秒内的振动次数， 称频率，用符号 f 表示，单位为赫兹（Hz） • 波长：声波在一个周期内所传播的距离称 波长λ，单位为米。
声源的频率特性
• 人的听觉系统对声音强弱的响应接近于对数关系。 • 对声压或声强采用对数标度的这种表示方法称为分贝标度。这个
标度的单位称为分贝（记作dB）。 ——分贝标度大体适合于人类对声音响度变化的感觉。
声级
• 声压级LP 空气中 p0＝2×10-5Pa
LP
dB20 lg
p p0
• 声强级LI
• I声0为功基率准级声Lw强。空气中I0＝L1I×d1B10-012lWg/mII02。
A 4A 9A
A
A
A
声压
• 所谓声压，是指介质中有声波传播时，介质中的压强相对于无声波时 介质静压强的改变量，单位为Pa。
• 声压：
p = P - P0
（Pa）
• 任一点的声压都是随时间而不断变化的，每一瞬间的声压称瞬时声压， 某段时间内瞬时声压的均方根值称为有效声压。
• 一般听到的声音，其声压与静压相比很小
声速
• 声波的传播速度 c ：
c ＝f · λ m/s • 主要取决于介质本身的物理特性、也与其温度有关。 • 空气中声速： • 15℃，c ＝ 340 m/s
• 声波在不同介质中传播速度：（当温度为0℃ ）
•
松木：3320 m/s ；软木：50c0 m/P0s0 =331.4
Ta 273
• 钢：5000 m/s；水：1450 m/s
声压
• 声波在传播过程中，媒质（空气）中各处存在着稀疏（舒张）和稠密 （被压缩）的交替变化，因而各处的压强也相应地产生变化。
• 声波是空气压强在静态压强水平上起伏变化的过程
• 声压：
p = Pa - P0
（Pa）
• 一般听到的声音，其声压与静压相比很小
• 对于1000Hz纯音，人耳能分辨的声压大小为 2×10-5Pa~ 20Pa • 面对面交谈时的平均声压约为2×10-2Pa • 纺织厂织布车间噪声的声压可超过 2 Pa
• 人耳对400~5000Hz的声音感受的灵敏度很高——正是听闻
语言和欣赏音乐很重要的频率范围
当Lp＞100dB，响度级LN与频 率关系不大
LN=110phon：
100HzLp=110dB； 1000HzLp=110dB； 5000HzLp=100dB
——对较高的声压级，人耳对 不同频率的响应比较一致
• 声源通常是指受到外力的作用而产生振动的物体 • 固体、液体或气体振动均会发声
• 固体：用鼓锤去敲鼓； • 液体：工厂输液管道阀门的噪声； • 气体：高压容器排气放空时的排气吼声。
• 声波传播的物理过程是振动能量在媒介中的传递，不是空气质点的输 运，这要严格区别于媒质宏观位置的移动。——与水波不同
• 声波传播的途径用声线表示
• 在各向同性的介质中，声线是直线且与波阵面相垂直
声功率W
——是声源本身的一种特性
• 声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能，单位为瓦（W）或微 瓦(μW)。
• 声源的声功率，或指在全部可听范围所辐射的功率，或指在某个有限 频率范围所辐射的功率（通常称为频带声功率）。
响度级：将听起来一样响的声音的响度用1000Hz 纯音的声压级代表它们，称作响度级，方(phon)， 反映了人耳对不同频率声音的敏感度变化。
等响曲线
• 人耳对低频声不敏感，而对高频声较敏感 • LN=40phon：4000Hz，Lp=33dB；1000Hz，
Lp=40dB；100Hz，Lp=52dB
• 掩蔽效应：人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音的存在而降 低的现象。
第七章
建筑声环境
• 理想的声学环境：需要的声音（讲话、音乐等）能高度保真；而不需要 的声音（噪声）不致干扰人的工作、学习和生活。
• 建筑声环境是指室内音质问题与振动和噪声控制问题——工业交通的发 展而建立起来的
噪声控制基 本目的是创 造一个良好 的室内外声 学环境。
• 海里船只等所产生的噪声影响了长须鲸的繁殖 • 长期生活在80分贝以上的儿童患耳聋会增到50% • 长期在55分贝以上智力会下降20% • 环保110指挥中心 • 欧洲十点之后噪声可投诉 • 2003年7月1日我国颁布《排污费征收使用管理条例》
• 指向性因素Q ：实际声强 I (r,θ,φ)与上述参考声场的声强 I0(r) 的比值，其中DI=10lgQ
第二节
人体对声音环境的反应原理 与噪声评价
动物的可听音
人耳的听阈
基本内容
• 人的主观听觉特性 • 听觉机构 • 听觉特性 • 人耳的频率响应和 等响度线 • 掩蔽效应 • 双耳听闻效应（方 位感） • 听觉疲劳和听力损 失
130phon痛阈线
闻阈曲 线
声压级相对变化与人们主观感受的关系
13 5
10
两个声压级之间的差值/dB 20
在觉 在 觉 大
响
实典 多
一
验型 数
倍
室房 环间 境里 里刚 刚好 好能 能察 察
场 合 可 以 明 显 察
（ 或 减 少 一 半 ）
很
响
（
主观感
或 觉的响
很
度变化
安
静
）
A、B、C、D计权网络
能量，单位为 W／m2。若用S表示面积。
I=W/S
• 声强具有方向性，是一个矢量。
• 如果所考虑的面积与传播方向平行，则通过此面积的声强就为 “零”。
• 对于球面波:
W
I 4 r 2
• 声强声功率成正比
• 与距声源的距离平方成反比
• 对于平面波： I = W / S
• 声强与距离无关：声线平行，声能 没有聚集或离散
次声 10-4～20 可听声 20～2×104 超声 2×104 ～5×108 特超声 5×108 ～ 1012
31.25 Hz
300Hz 中频声 1000Hz
低频声
高频声
5－ 12
声音信号
以频率范围（或称频 带范围）为横坐标与 其相应的声压级为纵 坐标所组成的图形， 称声音的频谱图。
单线谱图
基频 基频为440Hz的小提琴频谱图
• 测量声音响度级与声压级时所使用的仪器称 为“声级计”。
• 为模拟人耳的听觉特征，在测量仪器中，安 装一套滤波器（亦称计权网络），对不同频 率的声音进行一定的衰减和放大，一般设有A、 B、C和D四套计权网络。
• 分别称为A声级、 B声级、 C声级、 D声级，单位是dB(A)、dB(B)、 dB(C)、dB(D)
• 一个单一频率的简谐声音（纯音），其在频谱图是 位于该频率坐标处的一条竖直线。
• 周期性声信号又称为复音，如管弦乐器发出的声 音——线状谱，离散谱。
• 噪声：不是周期性信号，包含着连续的频率成分，表示为连续谱。
连续谱图
常用频谱常用频程f中 NhomakorabeaF下限
F上限
倍频程 1/3倍频程
f中2/f中1=2
f中/ 2 f中 2