建筑声学基本知识

1、 第一章中基本概念的理解。

声波：声源振动引起弹性媒质的压力变化，并在弹性媒质中传播的机械波。

声源：振动的固体、液体、气体。

声压：空气质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力起伏。

（空气压强的变化量，10-5～10 Pa 量级）特性：波长l 、频率 f 、声速 c声源：通常把受到外力作用而产生振动的物体称为声源。

原理：声源在空气中振动，使邻近的空气振动并以波动的方式向四周传播开来，传入人耳，引起耳膜振动，通过听觉神经产生声音的感觉。

振动的产生：这里只介绍最简单的振动——简谐振动。

物体振动时离开平衡位置的最大位移称为振幅，记作A ，单位米(m)或者厘米（cm ）；完成一次振动所经历的时间称为周期，记作T, [单位秒（s ）]。

一秒钟内振动的次数称为频率，记作f ，[单位赫兹（Hz ）]。

它们之间的关系 f = 1/T 。

如果系统不受其它外力，没有能量损耗的振动，称为“自由振动”，其振动频率叫做该系统的“固有频率”记作f0 。

振动在空气中的传播──声波:分为横波和纵波。

质点的振动方向和波的传播方向相垂直，称为横波。

如果质点的振动方向和波的传播方向相平行，则称为纵波。

在空气中传播声波就属纵波。

声波的传播是能量的传递，而非质点的转移。

空气质点总是在其平衡点附近来回振动而不传向远处。

声速与媒质的弹性、密度和温度有关空气中的声速：理想气体中空气中声速是温度的单值函数。

在建筑环境领域中变化范围很小，近似：340 m/s固液体中的声速❑ 钢 5000 m/s❑ 松木 3320 m/s❑ 水 1450 m/s❑ 软木 500 m/s波阵面：声波从声源发出，在同一介质中按一定方向传播，在某一时刻，波动所到达的各点的包迹面称为波阵面。

波阵面为平面的称为平面波，波阵面为球面的称为球面波。

次声波和超声波：人耳能感受到的声波的频率范围大约在20－20000Hz 之间。

低于20Hz 声波成为次声波，高于20000Hz 称为超声波。

次声波和超声波都不会形成听觉。

声 线：声线是假想的垂直于波阵面的直线，主要用于几何声学中对声传播的跟踪。

声波的传播方向可用声线来表示。

点声源：波阵面为球面，声音强度随着传播距离的增加而迅速减弱；当声源的尺寸较距离小fc =λ很多时，可认为点声源。

线声源：波阵面为柱面，声音强度随着传播距离的增加而逐渐减弱；如很长的火车。

面声源：波阵面为平面，声音强度不随传播距离的增加而减弱。

海啸属面声源。

声功率：是指声源在单位时间内向外辐射的声能量，记作W ，单位为瓦(w).声 强：是指在单位时间内在垂直于声波传播方向的单位面积上的所通过的声能，记作I ,单位是W/m2。

级和分贝级： 通常取一个物理量的两个数值之比的对数称为该物理量的“级”。

声强级：其定义就是这声音的强度I 和基准声强I0之比的常用对数来表示，单位为贝尔(BL).但一般不用贝尔，而用它的十分之一作单位，称为分贝(dB)。

I0——基准声强，I0 =10-12 W/m2 。

同样可以用分贝为单位来定义声压级。

基准声压P0 =2x10-5 N/m2。

声功率以“级”表示便是声功率级，单位也是分贝。

基准声功率级W0 =10-12 W 。

声源叠加两个声源叠加(I 、P 、W 声级同理)：n 个相同声源L 1叠加：两个相同声源叠加，声级增加了 10lg2 =3dB详见教材P259-260.频率和频谱频率：决定音调，频率高则音调高，反之同理。

频谱：表示声音频率与能量关系。

频率范围为横坐标，相对应的声压级作为纵坐标（由一些离散频率组成的谱称为线谱。

在一定频率范围内含有连续频率成分的谱称为连续谱。

）频带：两个频率限值之间的连续频率，频带宽度是频率上限值与下限值之差。

倍频带中，上限频率是下限频率的2倍，1/3倍频带中，上限频率是下限频率的1.26倍（上、下限频率也是截止频率）。

2、中心频率是截止频率的几何平均。

声音的反射、折射、衍射和扩散平面的反射：光滑表面对声波的反射遵循平方反比定律。

反射波的强度取决于它们与“像”的距离以及反射表面对声波吸收的程度。

曲面的反射：与平面反射相比，凹面反射波的强度较弱强，凸面反射波的强度较弱。

声折射: 声波在传播的过程中，遇到不同介质的分界面时，除了反射外，还会 发生折射，从而改变声波的传播方向。

温度与风向对声音的传播方向产生影响。

声衍射: 声波通过障板上的孔洞时，并不象光线那样直线传播，而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（亦称 为衍射）。

当声波在传播过程中遇到一块其尺度比波长大得多的障板时，声波将被反射。

如声源发出)101lg(1010121L L L L --++=nL L lg 101+=的是球面波经反射后仍为球面波。

声扩散:声波在传播过程中，如果遇到一些凸形的界面就会倍分解成许多小的比较弱的反射声波，这种现象称为声扩散。

声的吸收：声波入射到建筑构件时，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中传播时介质摩擦、传热而被损耗，我们称之为被材料吸收。

声波在空气中传播时，由于振动的空气质点之间的摩擦而使一小部分声能转化为热能，称为空气对声能的吸收。

单位时间内入射总声能E0 ，构件吸收声能为Eα，则材料的吸声系数α=Eα/E0 。

吸声量=Sα, S为材料的面积。

声音透射：声波入射到建筑构件时，声能的一部分被反射，一部分被吸收，还有一部分透过建筑部件传到另一侧空间去。

材料的透声能力一般用透射系数τ来表示，在工程中习惯用隔声量R来表示，R＝10lg1/τ。

R越大则隔声量越大。

噪音定义：频率结构更复杂的声音。

（人耳听不出其中包含有任何谐音或音调的特征，但这种声音的主要频率是可以辨认的。

噪音大多数是连续谱）噪音测量：对声音作测量时既可以对整个频率范围作测量，也可以在测量系统中利用电滤波器，把可听频率范围内的声音分段测量。

可以用倍频带或1/3倍频带进行分析掩蔽效应一个人的听觉系统能同时分辨几个声音，但若其中某个声音的声压级明显增大，别的声音就难以听清甚至听不到了。

一个声音的听阈因为另一个掩蔽声音的存在而提高的现象称为听觉掩蔽。

2、驻波和房间共振基本概念的理解驻波：就是驻定的声压起伏。

当在传播方向遇到垂直的刚性反射面时，用声压表示的入射波在反射时没有振幅和相位的变化，入射波和反射波相互干涉就形成了驻波。

房间共振：房间内复杂的共振系统，在声波的作用下也会产生驻波或称简正振动﹑简正波。

对于矩形房间，其简正频率的计算公式见(3.1-9)当房间受到声源激发时，简正频率及其分部决定于房间的边长及其相互比例，在小的建筑空间，如果其三维尺度是简单的整数比，则可被激发的简正频率相对较少并且可能只叠合（或称简并）在某些较低的频率，这就会使那些与简正频率（房间的共振频率）相同的声音被大大加强，导致原有的声音频率畸变，使人们感到听闻的声音失真。

3、混响及混响时间的灵活运用，赛宾公式的运用。

混响：声源停止发声后，声音由于多次反射或散射延续的现象。

混响时间：声源停止发声后，声音自稳态声压级衰变60dB所经历的时间。

赛宾公式：混响时间与房间参数的关系。

T60——混响时间V——房间容积A=S1α1 +S2α2+……+S nαn =∑SαS表示房间各表面面积，α是相应表面的吸声系数运用条件：赛宾公式限用于平均吸声系数不大于0.2的房间对于相对“沉寂”（吸声系数相对较大）的房间，且要考虑空气吸收时，可用作了某些修正的下述公式4m——空气的吸收系数。

4、人耳的听觉特征以及A声级，初步了解。

150dB左右爆炸声可破坏人耳鼓膜等引起永久性损伤；130dB耳部发痒、疼痛，可容忍的听觉上限。

听阈：能够引起听者有声音感觉的最低声压，即听闻的下限，随频率的不同而有很大变化。

对年轻人来说，可听的上下限频率：20000Hz – 20Hz。

从标准听阈曲线看，低于800HZ，听觉灵敏度随频率降低而降低；800HZ-1500HZ,听阈没有显著变化；3000-4000HZ,是最灵敏的听觉范围；高于6000HZ，灵敏度又减小。

听阈与痛阈曲线之间，是听觉区域。

语言和音乐范围下，声压级20-25dB左右，背景噪声。

声级计：是利用声-电转换系统并反映人耳听觉特征的测量设备，即按一定的频率计权和时间计权测量声压级和声级的仪器，是声环境测量中常用的仪器之一。

国际电工委员会规定的声级计计权特性有A、B、C、D四种频率计权特征。

其中A计权参考40方等响线，对500HZ以下的声音又较大衰减，模拟人耳对低频声不敏感的特性。

A声级：用A计权特性测得的声压级，记作L A。

有道例题P325,………5、掩蔽作用，初步了解。

时差效应：人耳在短时间间隙里出现的相同的声音的积分（整合）能力，即听成一个声音而不是若干个单独的声音。

两个同样声音可以集成为一个的时差是50ms，相当于声波在空气中17m的行程。

一个声音的听阈因另一个掩蔽声音的存在而提高的现象称为听觉掩蔽，提高的数值称为掩蔽量。

可认为掩蔽是时差效应的一种，迟到的声音被先到的声音掩蔽，但掩蔽基友听觉感受的因素，还有神经学的因素。

一个既定频率的声音容易受到相同频率声音的掩蔽，声压级越高，掩蔽量越大。

低频声能够有效地掩蔽高频声，高频声对低频声的掩蔽作用不大。

声定位，是由于声音到达两耳的时间差和声压级差。

力较远的耳朵处于声影区，声压级低。

由于声波衍射，声影的影响对低频不明显。

双耳定位，限于声源同双耳平面。

6、多孔材料，共振结构的吸声机理和特征的灵活运用（没有计算）。

强吸收材料：吸声系数α大于0. 8的材料全吸收材料：吸声系数α=1 的材料，吸声尖劈是近似的全吸收材料。

全反射材料α=0 ，混凝土、大理石等近似全反射。

多孔材料吸声机理：材料中有许多微小间隙和连续气泡，具有一定通气性。

当声波入射，引起小孔或间隙中空气的振动。

空气质点自由地压缩、稀疏，但紧靠材料孔壁表面的空气质点振动速度较慢。

由于摩擦和空气的粘滞阻力，空气质点的动能转为热能；此外，空气与孔壁之间发生热交换，使部分声能转为热能被吸声。

其吸声频响特性：中高频吸声交大，低频吸声较小。

紧贴壁面装置的同一种多孔材料，厚度增加，中、低频吸声系数增加，其吸声的有效频率范围也扩大。

但材料厚度增加到一定值，低频吸声增加明显，高频吸声影响小。

当材料背后留有空气层，低频吸声系数增加。

喷涂、油漆等饰面影响吸声，前者影响较少。

吸声系数随声波频率提高而增加。

材料受潮，首先降低对高频声的吸声，继而扩大其影响范围。

共振结构的吸声机理：不透气软质膜状材料（如塑料、帆布）或薄板，与其背后的封闭空气层形成一个质量—弹簧共振系统。

当收到声波作用时，在该系统共振频率附近具有最大的声吸收。

选用薄膜货薄板吸声结构时，较薄的板，因为容易振动可吸收较多。