第一章声学基本知识

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1)物理量的初步描述: 波长入: 振动在一个周期的时间所传播的距离。
声波波长范围:1.7cm ------17m 频率 f :质点在单位时间作完全振动的次数。人耳所
能感觉到的频率大约在20——20000Hz之间 声速 C: 声波在单位时间所传播的距离。
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■ 声速的大小与介质的物理性质、温度有关。 空气中: C=331+0要点
4、声音的计量—— 声功率、声强、声压、声功率级、
声强级、声压级、响度、总声级(重点是A声级)、
声压级的叠加。 5、频谱、倍频程的概念 6、声波的传播特点
声波的反射、绕射(衍射)(重点)、透射、声波 的聚焦、扩散及特点 7、人耳的听觉特性 声源的指向性、时差效应、双耳听闻效应、掩蔽效 应、音调和音色。
六个倍频带 音乐:63 125 250 500 1K 2K 4K 8K
八个倍频带 实验室精细研究: 125 ~ 4K 18个1/3倍频带 63 ~ 8K 24个1/3倍频带
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三、 声源指向特性
1、定义: 声源辐射声能是空间方位的函数,此属性称为指 向性。
2、特点: 当声源尺寸L和声波波长之间的关系为: 1、L《入时:无方向性,声源可看作点声源,
(W,W)声功率不等于电功率。 40万人同时大声讲话——40W灯泡功率
2、声能密度D: 1)定义: 声场中单位体积的声能量。
符号:D 单位: J/m3 2)特点:标量。 3)运算:
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3、声强I: 1)定义:单位时间通过垂直于声传播方向单位 面积的声能量。 2)特点:矢量。符号:I 单位:W/m2 3)运算:
((1) 《建筑物理》五校合编
刘加平 主编
(2)《建筑物理》 东南大学
柳孝图 主编
(3)《建筑声学设计原理》 华南理工 吴硕贤 编著
(4)《建筑声环境》 清华大学 著
秦佑国 王炳磷
(5)《建筑环境声学》 L.L.多勒 著
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第一章 声学基本知识
了解建筑声学的研究对象,掌握声音的基本特性 和人耳的听觉特性,掌握声音的计量和声源特性。
——由声压相加得来
Lp= L1+10lgN ——注意相同声压级的叠加
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第三节 声源特性
一、能量特性 1、声功率 2)频带声功率
指定某个频率范围内,声源所辐射的声功率。
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4)声强与声功率的关系 I=W/S W: 声功率 S:波阵面面积 球面波
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二、 声音频谱特性
1、问题的提出 1)音质设计中要控制厅堂对不同频率的反应。 2)噪声控制中需分析其声级的部分相应频率以便有针
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6、大气的影响 1)声折射 从地表到几十公里的高空,空气的温度与密度随高度而 变化,由于它们的不均匀性,从而大气层中的声速也是 随位置而变化的。由波的传播特性可知,声波将发生向 声速较小的介质层折射。
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第一节 总结
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声源:振动的物体
声波的描述
波频 声 声 长率 速 线
声音
声波
LW = 10 lg(W / W0) dB 基准声功率 W0=10-12 W
Lw :0 — 120— dB
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第二节 总结
一、声音的绝对计量 1、声功率W(w)
2、声强 I (W/m2) , I = I1+I2 3、声压 P (Pa) , P2=p12+p22
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二、声音的相对计量——级的概念 1、声功率级 Lw = 10lg w /w0 dB 2、声强级 LI = 10lg I / I0 dB 3、声压级 Lp = 20 lg P/P0 dB 三、声压级的叠加
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二、响度级与响度——主观计量 1、声音既是一个客观物理量又是一个主观量。
频率相同,强度(声压级)不同——响度不同 强度(声压级)相同,频率不同——响度不同 例:Lp = 40 dB f:1000Hz 响 〉 100Hz 判断:频率不同,声压级(强度)不同的两个
声音其响度一定不同吗?
声线:自声源发出代表声能传播方向的曲线,代表声 音传播的方向,垂直于波阵面。 仅在均匀、各向同性的介质中,声线是直线。
声线的意义: 声线代表了声传播的方向但不考虑波动性,因此声传 播问题得到了简化,它是一种研究声传播规律的简明 工具。 几何声学: 用声线来研究声传播的声学。
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惠更斯原理: 任何时候,波阵面上的每一点都可以看成 是一个新的点声源,点声源发出球面子波, 在下一时刻,这些子波的波阵面叠加形成 新的波阵面。
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第四节 人耳听闻特性
一 声音的三要素 1)响度 听觉判断声音强弱的属性
响度反映了由声音入射到鼓膜,听音所获 得的感觉量,它主要依赖于引起听觉的声压和频 率 2)音调 听觉判断声音高低的属性。 音调由该复合声的基频所决定,另外其强 度,波形,时间长短也有一定影响。
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3)音色:人在声觉上区别具有同样响度和音调 的两个声音具有不同的特性,即不同 的音色。主要由刺激的频谱决定,由 谐波的多少、成分等有关。
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4、频谱的表示
线谱表示:用每一个分音的频率和与之对应的 声压级表示
问题:对于连续谱,要象线谱那样分成若干分,你 首先会想到用什么方法划分?
连续谱表示:用每一倍频程和与之对应的声压级表示
1倍频程:两频率之比为2:1的频带。 fu / fl =2, fn / fx = 2n , fc = (fu . Fl)1/2 , n = log 2 ( fn / fx)
(1) 大量厅堂建筑的建造,建设量大,要求高 (2) 设计观念的转变,流动空间、开敞办公等 (3) 新型轻质材料的应用,预制构件的应用,只注 重结构、保温,忽视声学 (4) 室内本身噪声源增加,键盘、风扇、压缩机、 冷却塔、吸尘器、碎纸机等 (5) 室外噪声源的增加,小汽车、轻轨、地铁、卡 车等
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三、使用教材和参考书
级:主观与客观的结合。
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B、声压级
定义:
= 20 lg P/P0 dB
基准声压 P0 =2×10–5Pa(可听阈)
特点
表达简便 可听阈 1m处正常交流 疼痛阈
0dB 70dB 120dB
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C、声强级LI
定义: dB
基准声强 I0=10 –12 w/m2
LI :0 — 120—
dB
D、声功率级
对地进行处理。 2、纯音与复合声
纯音:单一频率的声音,又称单频声 复合声:若干纯音的组合。
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3、频谱的表示
1)定义:组成复合声的所有频率或频带声压级表示 为频率的函数分布图形或列表。
2)种类: 线状谱:若干纯音组成(乐音) 连续谱:由所有频率的声音组成。
3)乐音组成: 基频:复合声中最低的频率,又称主频 分音:复合声中除基频以外的其他纯音 谐音:频率为基频整数倍的分音。
球面波。 2、L 入时:有方向性,声源已不是点声源。
L比入大得越多,指向性越强。
频率越高、波长越短,方向性越强; 频率越低方向性越差。
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第三节 总结
一、声音的频谱特性
1、线谱
2、连续谱
频谱的划分——倍频程 音质设计主要研究范围:
一般: 125 250 500 1K 2K 4K 六个倍频带
音乐:63 125 250 500 1K 2K 4K 8K 八个倍频带
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第一节 声音的产生与传播
声学研究的基本对象——声波 人耳听到的声音是声波作用的结果
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二、声波及其描述 1、声波:
弹性介质中,机械振动由近及远的传播称为声波。 2、声波存在条件: 1)声源: 不断振动的物体,声波来自振动的物体。 2)弹性介质:传播振动状态的媒质,如空气、水、
金属等。
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3、声波的描述
2)反射系数 r= Er/Eo 透射系数 = E/Eo
3)吸声系数 = 1- r 概念:从入射声能所在空间考虑,除反射声以外,均不会
引起该空间声场的变化,故认为除去反射声的声能 以外,均视为被围护结构所“吸声”。 定义: =( Eo - Er )/ Eo= ( E + Er )/ Eo 问题:窗洞的吸声系数多少?
p12 p2 p22
4)量间关系: p
( p12 p22 ) 2
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二、声压级与声强级 A、级的引入: 1)声压变化数值范围大 2)人耳对声的感觉特性
人对声的感觉量近似与声压值的对数成正比。
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声强的变化范围大约: 1万亿倍 声压的变化范围大约: 1百万倍
用声强、声压 计量很不方便
人耳的感觉变化与声强和声压不成正比例, 而是近似地与他们的对数值成正比。 由此引入了“级”的概念。
5)典型反射面的应用 平面——镜象反射 凹面——形成声聚焦 凸面——声扩散 (尺度应与入比较)
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3、声的透射
1)现象: 隔墙可以听到声音 2)定义: 声传播过程中,部
分声能被反射、部 分被吸收、部分透 过障碍物继续传播 本课程重点研究它的反面——不透声——隔声
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4、吸声概念
1)声传播的能量分配 Eo=Er+E+E 能量守恒
声强描述了声能在空间的分布。 点声源、自由声场:I=W/(4r 2 )
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4、声压
1)定义:
声波存在时介质压强与无声波时压强间的差值。
p
声波通过时,空气中即为大气压强的逾量值
符号: Ppa P Po
单位:帕斯卡
2)特点:标量。 IIDDpcp2cC22
D D1 D2
3)分类(测量)瞬时、峰值、有效值 p2 p12 p22
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二、声波的传播特性
1、声的绕射(衍射) 1)现象:隔障碍物可听到声音 2)定义:声波在经过障碍物时,其传播方向要发生改
变,能绕过障碍物继续前进的现象。 3)结论:障碍物尺度与声波波长相比足够大,该物体
对声传播才有影响,才能改变声的传播方 向。
特点:声波的频率越小,波长越长绕射的现象越明显。 举例:在建筑中由于声音的绕射造成的危害 问题:遮挡光线容易还是遮挡声音容易?
吸声系数不等于吸收系数!!!
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5、声的干涉
1)现象 在同一空间中可能出现的随位置的不同声 能分布不均匀,声音从而随位置变大或变 小,甚至声音沉寂的区域。
2)定义:两种频率相同,相位相同或相位差固定的 两列波叠加,在重叠区域某些位置振动加 强,另一些位置声振动减弱的现象。
3)结果:使声场分布极不均匀。
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2、声的反射
1)现象:在较大的障碍物前(如墙等)或封闭空间 中,听见的声音较旷野里大,甚至声源关闭 后,声音较长时间才消失。
2)定义:声波传到两个介质分界面时,部分声波从界 面返回原介质的现象。
3)反射条件: 障碍物—反射板的尺度充分大(大于波 长)。
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4)反射定律 a 反射线、入射线、 法线在同一平面。 b 反射线、入射线 在法线的两侧 c 反射角=入射角
振动在弹性介质中传播 声波的传播特性
的声 现波 象波 越长 明越
声 波 的 绕 射
声 波 的 吸 收
声 波 的 反 射
显长
。绕

吸 凹凸平
声 面面面
系 声声反
数 聚扩射
焦散
当声 于波 反的 射波 板长 的应 尺大 寸于 。或

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D D1 D2
第二节 声的计量
一、绝对计量 1、声功率W:声源单位时间内向外辐射的声能
■ 通常室温下空气中的声速为340M/S. ■ 声波、波长和频率之间的关系:
= C/f C = f ·
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2)几何描述
声场:有声波存在的空间。
波阵面:声波从声源出发,在介质中按一定 方
向传播,在某时刻声波到达空间各点
之包迹面。
形状: 点声源——球面波 线声波——柱面波 面声源——平面波
波阵面
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建筑声学讲义
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声学课程基本内容和基本要求
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建筑声学做什么?
3
一、建筑声学的任务
(1) 噪声控制——静音设计
排除或减小噪声和振动的干扰,获得安静 的环境。
(2) 厅堂音质设计
给各种听音场所(厅堂)或露天场地提供 产生、传播和收听需要的声音的最佳条件,获得优 美的音质环境。
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二、当前设计中存在的若干声学问题
fc为中心频率,常用它代表该倍频带 。 43
1/3倍频程: n=1/3时:
称两频率相距1个1/3倍频程 n=K·1/3称为K个1/3倍频程 显然3×1/3=1,则3个1/3倍频程=1个倍频程 的距离。
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2)倍频程意义 倍频程,1/3倍频程均仅表示频率划分时两个频率 之间的距离。显然1/3倍频程较倍频程细。
3)倍频带,1/3倍频带 1倍频程或1/3倍频程所包含的所有频率带 当f上,f下满足1倍频程时为1倍频带 当f上,f下满足1/3倍频程时为1/3倍频带 其中心频率f中2=f上·f下
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4)倍频带划分标准
倍频带、1/3倍频带及其中心频率划分采用ISO所 规定的标准。 音质设计主要研究范围 一般: 125 250 500 1K 2K 4K
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