第六章建筑声学材料

第六章
声波的衍射
建筑声学材料
1、孔洞的衍射
衍射情况与孔洞大小有关：
孔的直径小于波长，小孔的质点近似新声源，产生新球面波，与原波形无关； 孔的直径大于波长，孔内声波仍按原来波形前进；
孔的直径与波长相当，衍射声波因波长而异产生复杂的干涉图案。
2、障碍物的衍射
障碍物的尺寸小于波长，大部分声波仍按原来波形前进； 障碍物的尺寸增大，反射波增加，声影区扩大。
Lp=Lw-20lg-7.9
第三节 建筑声学材料的基本特性
6、声强与声强级 （1）声强I
——在垂直于声传播方向上，通过单位面积的声能的多少； w/m2; ①由自由声场中，点声强与声功率为： W W= 4r 2 ②远场的声强与声压的关系：
I=
式中：
Pr P 0
Pr——远场处的声压，Pa； P0——参考基准声压，2×10-5 Pa；
③声功率用级来表示，即声功率Lw,单位是dB； w Lw 10 lg w0 式中：
Lw——声功率级（dB）； w——声功率（w）；
w0——参考基准声功为10-2；6dB，就相当于声压变化1
倍；
第三节 建筑声学材料的基本特性
对于球面扩散的声波，当距离声源时： Lp=Lw-20lg-10.9
对于半球面扩散：
100~4000Hz波长：3.4~0.085m;
人耳能听到的声波频率：20~20000Hz。
第六章
建筑声学材料
4.频带 ——进行声音测量时，规定将声音的频率 范围划分成若干个区段。 ①每个频带有一个上限频率f1和一个下限频率 f2，带宽就为f1-f2。 ②每—频带以其中心频率fc标度，
第六章
建筑声学材料
1.频率
声源完成一次振动所经历的时间，称周期；T表示，s 1s内振动的次数称频率；f表示，赫兹 f=1/T
第六章
2.波长
建筑声学材料
声波在传播途径上，两相邻同相位质点间的距离。
3.声速
声波在弹性介质中的传播速度；c表示，不是质点振动 的速度，是振动状态传播的速度； 波速的大小与振动的特性无关，与介质的弹性、密度及 温度有关。 一定介质中声速是一定的，频率越高，波长就越短。 室温下空气中声速340m/s;
第三节 建筑声学材料的基本特性
“ 等效 A 声级”：按分贝运算规则，把 A 声级对 时间进行平均后所得的结果。
Leq 101lg 1
ti
i 1
n
(10
i 1
n
L Ai 10
ti )
10、声级叠加
——几个声音的声压级相加时，总声压级不是几个 声压级的简单算术和。
第三节 建筑声学材料的基本特性
19 世纪末，欧洲经典声学发展到最高峰。
20 世纪初，建筑声学内容逐渐充实，应用广泛。 直到 1929 年，美国声学学会。
第六章
建筑声学材料
三.研究建筑声学的目的
1、给听音场所提供产生、传播、收听所需声音的最佳 条件 ；
2、排除或减少噪声或震动干扰。
四.建筑声学的研究对象
声源、传声通道和听者之间的关系。
E0 E E E
E0——总声能； EΥ——反射的声能； Eα——吸收的声能；
Eτ——透过构筑物的声能；
第六章
建筑声学材料
①透射系数
——透射声能与入射声能之比；
E E0
②反射系数
——反射声能与入射声能之比；

E E0
第六章
建筑声学材料
③一般τ值小的材料——隔声材料；
第三节 建筑声学材料的基本特性
3、声压P
——声波是由于空气的振动形成疏密波传播，相当于在原 来大气压强上叠加一个变化的压强，这个叠加上去的压强称声 压。
（1）声压较大，听到的声音就响； （2）声压与发声体振动的振幅有关，与波长无关； （3）声压有大小、无方向，声压的作用力不是恒定的，是随时 间疏密不断变化的。 （4）通常用一段时间内的有效声压表示，当声压变化为周期性 时，该时间内压力的均方根表示有效声压；
第三节 建筑声学材料的基本特性
（2）声强级LI ——声强用级来表示，单位：dB；
LI 10lg
式中：
I I0
LI——声强级；
I——声强,w/m2； L0——基准声强， 10-12 w/m2；
第三节 建筑声学材料的基本特性
（3）声压与声强级的关系
400 式中： LI L P 10 lg 0 .c
五.建筑声学的研究手段
通过结构的合理设计及对声学材料的适当应用，从 而控制声音的传播，达到改善声音接受者的听闻感受。
第六章
建筑声学材料
六. 声学材料
1、吸声材料：吸声作用较强的材料 ； 2、隔声材料：隔声作用较强的材料 ； 3、透声材料：声波入射到材料层上能够无反射，无损 耗地通过，这样的材料 。
第三节 建筑声学材料的基本特性
（5）如未说明，均指有效声压； ①正常人耳，当f=1000HZ，P=2×10-5，可听到； ②可听低限，当f=1000HZ，P=2×10-5，叫耳阔； ③可听高限， P=20Pa，痛阔。
第三节 建筑声学材料的基本特性
4、声压级 ——将声音按对数方式分等级计量声音的大小，单位是分贝 （dB）。 （1）根据能量守恒定律：
一、吸声材料和吸声结构 ——当声波在一定空间传播，并入射至材料或 结构壁面时，有部分声能被反射，另一部分被吸收。 由于这种吸收特性，使反射声能减少，从而使噪声 得以降低。这种具有吸声特性的材料和结构称为吸 声材料和吸声结构。
1、分类 （1）按吸声机理分 ①多孔性吸声材料； ③空间吸声体； ②共振吸声结构； ④吸声劈尖结构；
（4）反射定律： ①入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内； ②入射线和反射线分别在法线的两侧；
③反射角等于入射角。
第六章
建筑声学材料
4、声波的透射与吸收
——当声波入射到建筑物时，声能的一部分被反射，一部分透过 构筑物，另一部分摩擦或热传导而被损耗，成为材料的吸收。
（1）根据能量守恒定律：
式中：
②声波波长小于声源的尺寸时，集中向正前方一个尖锐的圆锥体的范围内
传播。
2、声波的反射和折射：
3、声波的绕射（衍射）和散射： 4、声波干涉：
振幅相同、频率相等、相位差为零或恒定 。
5、声驻波：
振幅相同、频率相等、相位差为零或恒定 。
第六章
建筑声学材料
第二节 声学的基本知识
一.声音的产生与传播
①辐射声音的振动物体称为声源 ； ②声波依靠介质的质点的振动向外传播； ③振动方向与波传播方向平行，称纵波； ④振动方向与波传播方向垂直，称横波；
3、障碍板边缘的衍射
声影区随波长增大而增大。声音频率越低，衍射现象越明显。
第六章
建筑声学材料
8、声波的折射、反射和声像
（1）声波在传播过程中，遇到尺寸比波长大得多的障碍板，声 波被反射。 （2）如声源发出的是球面波，净反射仍是球面波。
（3）反射声波、折射声波及入射声波的关系，与界面两侧的媒 质特性阻抗、入射声波的入射角有关。
Nn——感觉噪度（noy）；
第三节 建筑声学材料的基本特性
9、A声级与等效连续A声级
（1）A声级是单一的数值，是噪声的所有频率成 分的综合反映； （2）A声级总比响度级低12dB左右；
（3）A声级只反映了噪声影响与频率的关系，噪 声影响与持续时间有关； （4）对于简短的随时间变化的噪声，应以等效A 声级评价；
式中：
LP
p 20 lg p0
Lp——声压级（dB）； p——声压（Pa）；
p0——参考基准声压为2×10-5 Pa；
①国际上统一规定：人耳刚能听到的声压级为0dB； ②声压级每变化1dB，相当于声压变化12%，声压级每变 化6dB，就相当于声压变化1倍；
第三节 建筑声学材料的基本特性
5、声功率及声功率级 ①声源辐射声波时对外做功； ②声功率 ——声源单位时间内向外辐射的声能，记为W,单位为w；
①包括膨胀珍珠岩、陶土吸声砖、泡沫玻璃等。 ②优点 使用寿命长，防腐蚀，防火，耐高温，不需装饰面材料， 施工方便。
第三节 建筑声学材料的基本特性
三、多孔性吸声材料的吸声机理 吸声性能是通过内部具有大量内、外连通的微 小空隙和孔洞实现的，当声波沿着微孔或间隙进入 材料内部，激发空气振动，空气与孔壁摩擦产生热 传导作用，空气在微孔中产生阻力，使振动空气的 能量不断转化为热能被消耗，声能减弱达到吸声目 的。
四、多孔吸声材料吸声特性
（1）吸声系数随f增大而增大； （2）由低频向高频逐渐升高，其间有不同程度的起 伏，起伏幅度在高频位趋缓。
质轻、耐热、抗冻、防蛀、耐腐蚀、不燃、隔热、导热系数 和吸湿率低，成型好。
第三节 建筑声学材料的基本特性
（2）泡沫类塑料 ①包括氨基甲酸酯、脲醛泡沫塑料、泡沫橡胶等。 ②优点 质轻、防潮、富有弹性、易于安装、导热系数小。
③缺点
易老化，耐火性能差，不用于明火，有酸碱腐蚀性气体的 场合不能使用。
3、颗粒类吸声材料
膜状材料 柔性材料
矿棉、玻璃棉、软质纤维板
塑料薄膜、帆布、人造革 海绵、乳胶块
透气的同多孔材料， 不透气的同板材
吸收中低频 气孔不连通，靠共振 有选择地吸收中频
第三节 建筑声学材料的基本特性
二、多孔性吸声材料
1、分类 纤维类、泡沫和颗粒三类。 （1）纤维类材料 ①包括超细玻璃棉、离心玻璃棉毡、岩棉、矿渣棉、化纤棉等。 ②优点
第六章
掌握：
建筑声学材料
1、声学的基本知识； 2、吸声材料和吸声结构的种类及其吸
声原理；
3、声学材料的分类；
4、建筑工程中怎样选择吸声材料和吸 声结构？
返回
第六章
建筑声学材料
第一节 声学材料概述 第二节 声学的基本知识
第三节 建筑声学材料（结构）的基本
特性 第四节 吸声材料 第五节 隔声材料 第六节 声学材料（结构）的选用原则
Υ值小的材料——吸声材料。
④吸声系数
——吸收的声能与入射声能之比；
E E0
吸声系数表示材料吸声能力的大小。
第六章
建筑声学材料
二、声音的计量
根据波的各种物理参量描述声音的大小或强弱。 1、客观量 声压、声强和声功率以及声压级、声强级和声功率级。 2、主观量 响度及响度级。 dB（A）为常见的对瞬时噪声的计量单位。
⑤帘幕吸声体。
第四节 吸声材料
（2）按外观和构造特征分 主要吸声材料的种类
名称 多孔材料 例子 矿棉、玻璃棉、泡沫塑料、毛 毡 主要吸声特性 中高频吸声好，背后 留空腔还能吸收低频
板状材料
穿孔板
胶合板、石棉水泥、石膏板、 硬纤维板
穿孔胶合板、石棉水泥、石膏、 金属板
低频吸收较好
中百度文库吸收较好
吸声天花板
第六章
建筑声学材料
第一节 声学材料概述
一.建筑声学的基本任务
研究室内声波传输的物理条件和声学处理方法 ； 保证室内具有良好听闻条件；
研究控制建筑物内、外部一定空间内的噪声干扰和危害。
二.建筑声学的发展
公元前一世纪，罗马建筑师维特鲁威的《建筑十书》记述音 响调节方法，如利用共鸣缸和反射面以增加演出的音量等。
第三节 建筑声学材料的基本特性
8、噪度Nn和感觉噪度级LPN (1)感觉噪度 ——人们对噪声烦扰感觉的反应程度，单位：呐（noy）； （2）一个3 noy声音听起来为1 noy声音的3倍响； （3）感觉噪声级LPN Nn=20.1(LPN-40) LPN 33.3 lg N 40 式中： LPN——感觉噪声级（PNdB）；
5、声波的衍射与反射
（1）波振面
——声波从声源出发，在同一介质中按一定方向传播，在 某一时刻，波动所达到的各点包络面。
（2）声线
——表示声波传播的途径，各向同性的介质中声线是直线 且与波振面垂直。
返回
第六章
建筑声学材料
（3）依据波阵面形状的不同，将声波划分为： ①平面波——波阵面为平面，由面声源发出； ②柱面波——波阵面为同轴柱面，由线声源发出； ③球面波——波阵面为球面，由点卢源发㈩。 一个声源是否可以被看成是点声源，取决于声 源的尺度与所讨论声波波长的相对尺度。当声源的 尺度比它所辐射的声波波长小得多时，可看成是点 声源。所以往往一个尺度较大的声源在低频时可按 点声源考虑，而在中高频则不可以。
第六章
建筑声学材料
七. 厅堂设计的声学要求
1、各个部位都应有足够的响度 ； 2、声能应均匀分布 ； 3、应具有最佳的混响特性； 4、不应出现回声、长延迟反射声、颤动回声等缺陷。
第六章
建筑声学材料
八. 室外声波的传播特性
1、声源的方向性：
①声波波长比声源的尺寸大很多倍时，声波较均匀地向各方向传播；
式中：
0 ——空气密度；
c——空气的声速；
第三节 建筑声学材料的基本特性
7、响度和响度级 （1）响度N ——度量一个声音比另一个声音响多少的量，单位：宋 （sone）；
（2）声压越大，声音越响，但不成比例；
不能单纯的用声压级大小衡量声音轻或响。 （3）响度级LN与响度N的关系
LN 40 33.33lg N