第九章_建筑声学的基本知识
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向相平行，称为纵波。若介质质点的振动方向与波传 播的方向相垂直，则称为横波，如水的表面波。 • 根据介质的不同，声音可分为空气声和固体声 ，通过 空气传播的声音为空气声，通过固体传播的声音为固 体声
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建筑物理
二、频率、波长与声速
• 周期：声源完成一次振动所经历的时间称为“周期”， 记作T，单位是秒(s)。
一般人讲话的声功率是很小的，稍微提高嗓音时约50µw；即 100万人同时讲话，也只是相当于一个50w电灯泡的功率。歌 唱演员的声功率一般约为300µw，但水平高的艺术家则达(50 00一10000)µW。
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建筑物理
2． 声强
声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。 声场中某一点的声强，是指在单位时间内，该点 处垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声 能，记为I，单位是w／㎡。
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建筑物理
• 当温度为0℃时，声波在不同介质中的速度为： 松木 3320 m／s 软木 500 m／s 钢 5000 m／s 水 1450m／s
• 声速不是质点振动的速度，而是振动状态传播的速度：它 的大小与振动的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温 度有关。在空气中，声速与温度的关系如下：
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建筑物理
三、声波的特性
1、波阵面与声线
• 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，波动所达到的各点包络面 称为“波阵面”
• 波阵面为平面的称为“平面波”，波阵面为球面 的称为“球面波”。由一点声源辐射的声波就是 球面波，但在离声源足够远的局部范围内可以 近似地把它看作平面波。
C 331 .4 1
273
(m / s)
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建筑物理
1. 在一定的介质中声速是确定的，因此 频率越高，波长就越短。通常室温下 空气中的声为340m／s(θ＝20℃)，(10 0一4000)Hz的声音波长范围大约在3.4 m至8.5cm之间
2. 人耳能听到的声波的频率范围约在(20 一20 000)Hz之间。低于20Hz的声波称 为次声,高于20 000Hz的称为超声。次 声与超声不能使人产生声音的感觉。
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建筑物理
3. 如用小锤敲打音叉，音叉便会发生振动，并带动邻近的空 气发生振动，当音叉向某一方向振动时，便压缩其邻近的 空气发生振动，使之变密；当音叉向另一方向振动时，便 反向拉伸这一部分空气，使之变疏，从而导致上述部分空 气随着音叉的振动频率，产生一密一疏的周期变化，即形 成振动。而后，其又带动较远部分的空气亦随之发生振动， 使音叉的振动在空气中由近及远，向四面八方传播。
对强频 为1率01-1020w0／HZm的2，声相音应，的人声耳压刚为能2听×见10的-5N下／限m2声； 使人感到疼痛的上限声强为1w／m 2，相应的声 压为20N／m2。
可以看出，人耳的容许声强范围为1万亿倍， 声压相差也达100万倍。
同时，声强与声压的变化范围与人耳感觉的变 化也不是成正比的，而是近似地与它们的对数 值成正比，这时人们引入了“级”的概念。
• 频率：一秒钟内振动的次数称为频率，记作f，单位 是赫(Hz)，或周／秒，它是周期的倒数，即：f＝l／T Hz
• 波长：声波在传播途径上，两相邻同相位质点之间的 距离称为“波长”，记作λ，单位是米(m)。
• 声速：声波在弹性介质中传播速度称为“声速”，记作 C，单位是m／s。
• 声速、波长和频率有如下关系：C=λ*f 或C=λ/T
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声压与声强有
着密切的关系。 在自由声场中， 某处的声强与 该处声压的平 方成正比而与 介质密度与声 速的乘积成反 比。
建筑物理
p2 I
0c
(W / m2 )
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建筑物理
二、声压级、声强级、声功率级及其叠加
在有足够的声强与声压的条件下，能引起正常 人耳听觉的声音频率范围约为20Hz一20000Hz。
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4、声波的透射与吸收
• 当声波入射到建筑构件(如墙、天 花)时，声能的一部分被反射，一 部分透过构件，还有一部分由于 构件的振动或声音在其内部传播 时介质的摩擦或热传导而被损耗， 通常称之为材料的吸收。
• 根据能量守恒定律，若单位时间
内 反
入 射
射 的
到构件 声能为
上Er，的构总件声吸能收为的E0
建筑物理
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建筑物理
❖平面反射满足反射定律
• (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
❖曲面反射
• 凸面反射散声 • 凹面反射聚声
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建筑物理
• 回声与混响 • 回声是一种特殊的反射声，当传到人耳的入射声与从较远
的障碍物反射回来的声音时差大于50ms，便可清楚地听到两 种非常相似的声音。 • 回声产生的条件： ❖ 足够的时间差 ❖ 足够的声压级差 • 混响：回声以外的其它反射声之和（叠加）为混响声，在围 敝空间的声源停止发声后，由于界面的多次反射或散射而逐 渐衰减的现象。 • 混响时间：围敝空间的声源停止发声后，其声强减至原声强 的百万分之一，即衰减60dB所经历的时间。
建筑物理
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• 从图两个例子可以看 出，当声波在传播途 径中遇到障板时，不 再是直线传播，而是 能绕到障板的背后改 变原来的传播方向， 在它的背后继续传播， 这种现象称为绕射。
建筑物理
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3．声波的反射
• 当声波在传播过程中遇到一块 尺寸比波长大得多的障板时， 声波将被反射。如声源发出的 是球面波，经反射后仍是球面 波，图中用虚线表示反射波， 就像是从声源的映像——虚声 源发出似的，同一时刻反射波 与入射波的波阵面半径相等。 如用声线表示前进的方向，反 射声线可以看作是从虚声源发 出的。所以利用声源与虚声源 的对称关系，以几何声学作图 法就能很容易地确定反射波的 方向。
建筑物理
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3、声压P
建筑物理
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， 所以声压的单位就是压强的单位，即N／㎡， 或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。
如未说明，通常所指的声压即为有效声压。
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建筑物理
级与分贝的概念
测量证明，人耳对于1000赫兹的声波只要其声强达到I0＝10－12 瓦／米2，就能引起听觉。所谓级是做相对比较的无量纲量。 声强级就是以人耳能听到的这个最小声强I0为基准规定的，并 把I0＝10－12瓦／米2的声强规定为零级声强，也就是说这时的 声强级为零贝尔（也是零分贝）。贝尔本身是没有单位的，只 是两个功率比的对数，但后来发觉常常会出现小数点，就又定 出分贝，1分贝为1/10贝尔。当声强由I0加倍为2I0时，人耳感 到的声音强弱并没有加倍。只有当声强达到10I0时，人耳感到 的声音强弱才增大一倍，这个声强对应的声强级为1贝尔＝10 分贝；当声强变为100I0时，人耳感到的声音强弱增大2倍，对 应的声强级为2贝尔＝20分贝；依此类推。人耳能承受的最大 声强为1瓦／米2＝1012I0，它对应的声强级为12贝尔＝120分贝。
， 声
能为Eα，透过构件的声能为Eτ，
则互相间有如下的关系；
• E0＝Er十Eα十Eτ
建筑物理
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建筑物理
• 透射声能与入射声能之比称为 “透射系数”，记作τ
• 反射声能与入射声能之比称为 “反射系数”，记作r，
• 入们常把τ值小的材料称为 “隔声材料”，把r值小的称 为“吸声材料”。
• 实际上构件的吸收只是Eα， 但从入射波与反射波所在的空 间考虑问题，常用下式来定义 材料的吸声系数。：
EE0E源自E01 1 E E EE0
E0
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课后作业
• 教材P222：9-1 • 教材P223：9-4 • 教材P223：9-5
建筑物理
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建筑物理
上次课主要内容回顾
声音的产生与描述
1、产生声波的条件
2、声波的类型 3、声速、波长和频率关系 4、声速不是质点振动的速度，而是振动状态传播的速度，大小
叠加
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建筑物理
一、声功率、声强和声压
1．声功率
声源辐射声波时对外作功，声功率是指声源在单位时间内向 外辐射的声能，记为W，单位为瓦(w)。声源声功率有时是指 在某个有限频率范围所辐射的声功率(通常称为频带声功率)， 此时需注明所指的频率范围。
声功率不应与声源的其他功率相混淆。例如扩声系统中所用 的放大器的电功率通常是几百瓦以至上千瓦，但扬声器的效 率很低，它辐射的声功率可能只有零点几瓦。电功率是声源 的输入功率，而声功率是声源的输出功率。
在无反射声波的自由声场中，点声源发出的球面 波，均匀地向四周辐射声能。因此，距声源中心 为ｒ的球面上的声强为：I= w／4πr2
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对于球面波，声强与 点声源的声功率成正 比，而与到声源的距 离平方成反比
对于平面波，声线互 相平行，同一束声能 通过与声源距离不同 的表面时，声能没有 聚集或离散，即与距 离无关，所以声强不 变
• 人们常用“声线”表示声波传播的途径。在各向
同性的介质中，声线是直线且与波阵面相垂直。
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2．声波的绕射
• 波在传播过程中遇到 一块有小孔的障板时， 如孔的尺度与波长相 比为很小，小孔处的 质点可近似地看作一 个集中的新声源，产 生新的球面波。它与 原来的波形无关。
• 当孔的尺度比波长大 得多时，则新的波形 较复杂。
4. 设在一无限长的圆管内置一直径与圆管内径相同的活塞， 并假设活塞与管壁的摩擦可以忽略，以外力作用于活塞使 之产生振动
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• 当活塞受力离开静止位置向右方作一小位移时 活塞右方的空气质点则被压缩而变得密集，具 有一定的位能，同时运动的质点具有一定的动 能。接着它就向右膨胀，挤压邻近的质点层， 使之亦变得密集，由于质点的弹性碰撞，动能 也随之传递过去。这样，邻近质点的运动又依 次传向较远的质点，密集状态即逐层向右传播， 以致离开声源的质点也相继运动。与此同时， 紧挨活塞左侧的质点层由于活塞向右移动而变 得稀疏。
• 同样，这一稀疏层也逐层向左传播，下一时刻， 当活塞作反方向运动时，它的左侧出现密集层， 右侧出现稀疏层，这样，随着活塞不断地来回 运动，它的两侧就相继形成疏密相间的质点层 并逐渐向远处传播，此即为声波。
建筑物理
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建筑物理
5. 产生声波的条件 • 要有产生声振动的物体（声源） • 要有能传 播声振动的载体（媒质） 6. 声波的类型 • 波的传播过程中，空气质点的振动方向与波传播的方
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建筑物理
1．声强级
• 声强级则是以10-12 w／m2为参考值，任一声 强与其比值的对数乘以10记为声强级 。
LI
10 lg
I I0
(dB)
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2、声功率级
• 声功率以“级” 表示便是声功 率级，单位也 是分贝(dB)。
LW
10 lg W W0
第三篇 建筑声学
建筑声学的基本知识 声环境的噪声控制 材料和结构的声学特性
室内音质设计
建筑物理
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建筑物理
第九章 建筑声学的基本知识
• 声音的产生与描述 • 声音的计量 • 声音的频谱与声源的指向性 • 人的主观听觉持性
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建筑物理
第一节 声音的产生与描述
• 声音的产生与传播过程 • 频率、波长与声速 • 频带 • 声波的绕射与反射 • 声波的透射与吸收
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建筑物理
一、声音的产生与传播
1. 声源：声音来源于振动的物体，产生声音的振动物体称 之为“声源”。
2. 声音的传播：声源发声后要经过一定的介质才能向外传 播，而声波是依靠介质的质点振动而向外传播声能，介 质的质点只是振动而不移动，所以声音是一种波动。介 质质点的振动传播到人耳时引起人耳鼓膜的振动，通过 听觉机构的“翻译”，并发出信号，刺激听觉神经而产生 声音的感觉。
与振动的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温度有关。 5、人耳能听到的声波的频率范围约在(20一20000)Hz之间。 6、声音的反射、透射与吸收；
反射系数、透射系数、吸收系数； 隔声材料与吸声材料
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建筑物理
第二节 声音的计量 主要内容提要 声功率、声强和声压 声压级、声强级、声功率级及其
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二、频率、波长与声速
• 周期：声源完成一次振动所经历的时间称为“周期”， 记作T，单位是秒(s)。
一般人讲话的声功率是很小的，稍微提高嗓音时约50µw；即 100万人同时讲话，也只是相当于一个50w电灯泡的功率。歌 唱演员的声功率一般约为300µw，但水平高的艺术家则达(50 00一10000)µW。
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2． 声强
声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。 声场中某一点的声强，是指在单位时间内，该点 处垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声 能，记为I，单位是w／㎡。
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• 当温度为0℃时，声波在不同介质中的速度为： 松木 3320 m／s 软木 500 m／s 钢 5000 m／s 水 1450m／s
• 声速不是质点振动的速度，而是振动状态传播的速度：它 的大小与振动的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温 度有关。在空气中，声速与温度的关系如下：
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三、声波的特性
1、波阵面与声线
• 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，波动所达到的各点包络面 称为“波阵面”
• 波阵面为平面的称为“平面波”，波阵面为球面 的称为“球面波”。由一点声源辐射的声波就是 球面波，但在离声源足够远的局部范围内可以 近似地把它看作平面波。
C 331 .4 1
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1. 在一定的介质中声速是确定的，因此 频率越高，波长就越短。通常室温下 空气中的声为340m／s(θ＝20℃)，(10 0一4000)Hz的声音波长范围大约在3.4 m至8.5cm之间
2. 人耳能听到的声波的频率范围约在(20 一20 000)Hz之间。低于20Hz的声波称 为次声,高于20 000Hz的称为超声。次 声与超声不能使人产生声音的感觉。
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3. 如用小锤敲打音叉，音叉便会发生振动，并带动邻近的空 气发生振动，当音叉向某一方向振动时，便压缩其邻近的 空气发生振动，使之变密；当音叉向另一方向振动时，便 反向拉伸这一部分空气，使之变疏，从而导致上述部分空 气随着音叉的振动频率，产生一密一疏的周期变化，即形 成振动。而后，其又带动较远部分的空气亦随之发生振动， 使音叉的振动在空气中由近及远，向四面八方传播。
对强频 为1率01-1020w0／HZm的2，声相音应，的人声耳压刚为能2听×见10的-5N下／限m2声； 使人感到疼痛的上限声强为1w／m 2，相应的声 压为20N／m2。
可以看出，人耳的容许声强范围为1万亿倍， 声压相差也达100万倍。
同时，声强与声压的变化范围与人耳感觉的变 化也不是成正比的，而是近似地与它们的对数 值成正比，这时人们引入了“级”的概念。
• 频率：一秒钟内振动的次数称为频率，记作f，单位 是赫(Hz)，或周／秒，它是周期的倒数，即：f＝l／T Hz
• 波长：声波在传播途径上，两相邻同相位质点之间的 距离称为“波长”，记作λ，单位是米(m)。
• 声速：声波在弹性介质中传播速度称为“声速”，记作 C，单位是m／s。
• 声速、波长和频率有如下关系：C=λ*f 或C=λ/T
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声压与声强有
着密切的关系。 在自由声场中， 某处的声强与 该处声压的平 方成正比而与 介质密度与声 速的乘积成反 比。
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(W / m2 )
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二、声压级、声强级、声功率级及其叠加
在有足够的声强与声压的条件下，能引起正常 人耳听觉的声音频率范围约为20Hz一20000Hz。
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4、声波的透射与吸收
• 当声波入射到建筑构件(如墙、天 花)时，声能的一部分被反射，一 部分透过构件，还有一部分由于 构件的振动或声音在其内部传播 时介质的摩擦或热传导而被损耗， 通常称之为材料的吸收。
• 根据能量守恒定律，若单位时间
内 反
入 射
射 的
到构件 声能为
上Er，的构总件声吸能收为的E0
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❖平面反射满足反射定律
• (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
❖曲面反射
• 凸面反射散声 • 凹面反射聚声
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• 回声与混响 • 回声是一种特殊的反射声，当传到人耳的入射声与从较远
的障碍物反射回来的声音时差大于50ms，便可清楚地听到两 种非常相似的声音。 • 回声产生的条件： ❖ 足够的时间差 ❖ 足够的声压级差 • 混响：回声以外的其它反射声之和（叠加）为混响声，在围 敝空间的声源停止发声后，由于界面的多次反射或散射而逐 渐衰减的现象。 • 混响时间：围敝空间的声源停止发声后，其声强减至原声强 的百万分之一，即衰减60dB所经历的时间。
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• 从图两个例子可以看 出，当声波在传播途 径中遇到障板时，不 再是直线传播，而是 能绕到障板的背后改 变原来的传播方向， 在它的背后继续传播， 这种现象称为绕射。
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3．声波的反射
• 当声波在传播过程中遇到一块 尺寸比波长大得多的障板时， 声波将被反射。如声源发出的 是球面波，经反射后仍是球面 波，图中用虚线表示反射波， 就像是从声源的映像——虚声 源发出似的，同一时刻反射波 与入射波的波阵面半径相等。 如用声线表示前进的方向，反 射声线可以看作是从虚声源发 出的。所以利用声源与虚声源 的对称关系，以几何声学作图 法就能很容易地确定反射波的 方向。
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3、声压P
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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， 所以声压的单位就是压强的单位，即N／㎡， 或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。
如未说明，通常所指的声压即为有效声压。
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级与分贝的概念
测量证明，人耳对于1000赫兹的声波只要其声强达到I0＝10－12 瓦／米2，就能引起听觉。所谓级是做相对比较的无量纲量。 声强级就是以人耳能听到的这个最小声强I0为基准规定的，并 把I0＝10－12瓦／米2的声强规定为零级声强，也就是说这时的 声强级为零贝尔（也是零分贝）。贝尔本身是没有单位的，只 是两个功率比的对数，但后来发觉常常会出现小数点，就又定 出分贝，1分贝为1/10贝尔。当声强由I0加倍为2I0时，人耳感 到的声音强弱并没有加倍。只有当声强达到10I0时，人耳感到 的声音强弱才增大一倍，这个声强对应的声强级为1贝尔＝10 分贝；当声强变为100I0时，人耳感到的声音强弱增大2倍，对 应的声强级为2贝尔＝20分贝；依此类推。人耳能承受的最大 声强为1瓦／米2＝1012I0，它对应的声强级为12贝尔＝120分贝。
， 声
能为Eα，透过构件的声能为Eτ，
则互相间有如下的关系；
• E0＝Er十Eα十Eτ
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• 透射声能与入射声能之比称为 “透射系数”，记作τ
• 反射声能与入射声能之比称为 “反射系数”，记作r，
• 入们常把τ值小的材料称为 “隔声材料”，把r值小的称 为“吸声材料”。
• 实际上构件的吸收只是Eα， 但从入射波与反射波所在的空 间考虑问题，常用下式来定义 材料的吸声系数。：
EE0E源自E01 1 E E EE0
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上次课主要内容回顾
声音的产生与描述
1、产生声波的条件
2、声波的类型 3、声速、波长和频率关系 4、声速不是质点振动的速度，而是振动状态传播的速度，大小
叠加
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一、声功率、声强和声压
1．声功率
声源辐射声波时对外作功，声功率是指声源在单位时间内向 外辐射的声能，记为W，单位为瓦(w)。声源声功率有时是指 在某个有限频率范围所辐射的声功率(通常称为频带声功率)， 此时需注明所指的频率范围。
声功率不应与声源的其他功率相混淆。例如扩声系统中所用 的放大器的电功率通常是几百瓦以至上千瓦，但扬声器的效 率很低，它辐射的声功率可能只有零点几瓦。电功率是声源 的输入功率，而声功率是声源的输出功率。
在无反射声波的自由声场中，点声源发出的球面 波，均匀地向四周辐射声能。因此，距声源中心 为ｒ的球面上的声强为：I= w／4πr2
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对于球面波，声强与 点声源的声功率成正 比，而与到声源的距 离平方成反比
对于平面波，声线互 相平行，同一束声能 通过与声源距离不同 的表面时，声能没有 聚集或离散，即与距 离无关，所以声强不 变
• 人们常用“声线”表示声波传播的途径。在各向
同性的介质中，声线是直线且与波阵面相垂直。
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2．声波的绕射
• 波在传播过程中遇到 一块有小孔的障板时， 如孔的尺度与波长相 比为很小，小孔处的 质点可近似地看作一 个集中的新声源，产 生新的球面波。它与 原来的波形无关。
• 当孔的尺度比波长大 得多时，则新的波形 较复杂。
4. 设在一无限长的圆管内置一直径与圆管内径相同的活塞， 并假设活塞与管壁的摩擦可以忽略，以外力作用于活塞使 之产生振动
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• 当活塞受力离开静止位置向右方作一小位移时 活塞右方的空气质点则被压缩而变得密集，具 有一定的位能，同时运动的质点具有一定的动 能。接着它就向右膨胀，挤压邻近的质点层， 使之亦变得密集，由于质点的弹性碰撞，动能 也随之传递过去。这样，邻近质点的运动又依 次传向较远的质点，密集状态即逐层向右传播， 以致离开声源的质点也相继运动。与此同时， 紧挨活塞左侧的质点层由于活塞向右移动而变 得稀疏。
• 同样，这一稀疏层也逐层向左传播，下一时刻， 当活塞作反方向运动时，它的左侧出现密集层， 右侧出现稀疏层，这样，随着活塞不断地来回 运动，它的两侧就相继形成疏密相间的质点层 并逐渐向远处传播，此即为声波。
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5. 产生声波的条件 • 要有产生声振动的物体（声源） • 要有能传 播声振动的载体（媒质） 6. 声波的类型 • 波的传播过程中，空气质点的振动方向与波传播的方
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1．声强级
• 声强级则是以10-12 w／m2为参考值，任一声 强与其比值的对数乘以10记为声强级 。
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2、声功率级
• 声功率以“级” 表示便是声功 率级，单位也 是分贝(dB)。
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第三篇 建筑声学
建筑声学的基本知识 声环境的噪声控制 材料和结构的声学特性
室内音质设计
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第九章 建筑声学的基本知识
• 声音的产生与描述 • 声音的计量 • 声音的频谱与声源的指向性 • 人的主观听觉持性
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第一节 声音的产生与描述
• 声音的产生与传播过程 • 频率、波长与声速 • 频带 • 声波的绕射与反射 • 声波的透射与吸收
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一、声音的产生与传播
1. 声源：声音来源于振动的物体，产生声音的振动物体称 之为“声源”。
2. 声音的传播：声源发声后要经过一定的介质才能向外传 播，而声波是依靠介质的质点振动而向外传播声能，介 质的质点只是振动而不移动，所以声音是一种波动。介 质质点的振动传播到人耳时引起人耳鼓膜的振动，通过 听觉机构的“翻译”，并发出信号，刺激听觉神经而产生 声音的感觉。
与振动的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温度有关。 5、人耳能听到的声波的频率范围约在(20一20000)Hz之间。 6、声音的反射、透射与吸收；
反射系数、透射系数、吸收系数； 隔声材料与吸声材料
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建筑物理
第二节 声音的计量 主要内容提要 声功率、声强和声压 声压级、声强级、声功率级及其