声学的基础知识
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
例如:
当温度为0℃时，声波在不同介质中的传播速度为：
松木：3320 m/s 钢：5000m/s 软木：500m/s 水：1450m/s
在空气中，声速与温度的关系：
C(θ)=331.45+0.61θ
式中：θ—空气温度，℃
声速、波长、频率有如下关系：
c=fλ或 c=λ/T
声功率
声强 声压和分贝
1. 声功率： 定义：声源在单位时间内向外辐射的声能，记为W， 单位为瓦（W)或微瓦（μW） 2. 声强： 定义：在声波传播过程中每单位面积上所通过的声 功率。记为I，单位为W/㎡
第三篇
建筑声学
内容：研究控制，处理室内外声环境 目的：使建筑设计者懂得人们对声环境的要求，控制 声环境的工程技术手段和方法，并能有效地综
合到城市规划和建筑设计中去
第一章
声音
建筑声学基本知识
声源的方向
1. 声音 定义: 人耳所感到的”弹性”介质中振动或压力的迅速而 微小的起伏变化. 2. 声源 定义：正在发出声音的发声体称为声源
声波 (交变压力)
外耳(鼓膜振动)
中耳(小听骨放大作用 液体的传递作用) 神经末梢(分析整理成信号) 大脑(产生听觉)
２.响度级 ：
3.噪音对人的影响 ：
决定声音对人干扰程度的因素：
1) 声压或声级 2) 声音的持续时间 3) 声现象随时间的变化情况 4) 复合声的频谱成分 5) 人的身体状况
例3.1-1
在人行道测得二辆 汽车声音的声压级分别 是77dB和80dB, 它们的 总声压级是多少?
例3.1-2 在一个吵闹车间里测 得总声压级为92dB,当某 设备停止运转后,车间里 背景噪音声压级为88dB 求该设备运转噪声的声压 级.
频率和频谱
1. 频率： 定义：质点在一秒钟内的完全振动次数, 用f表示, 单 位为赫兹(Hz). 属性： a. 人耳听到的声音频率范围：20～20000Hz
波波长大,则其背后将出现”声影”,然而也会出现
声音绕过障壁边缘进入”声影”的现象
4. 声扩散：
定义: 声波在传播过程中,如果遇到一些凸形的界面就
会被分解成许多小的比较弱的反射声波
5. 声吸收： 定义: 声波在空气中传播时,由于振动的空气质点之间 的摩擦使一小部分声能转化为热能,常称为空气
对声的吸收.
波长与频率的关系： λ= c/f 或 fλ=c
3. 频谱： 定义：以频率范围为横坐标与其相应的声压级为纵 坐标所组成的图形
声音在户外的传播
1. 传播衰减： 1)点声源的衰减 定义: 所谓点声源就是声源的尺寸相对于声波的波长 或传播距离而言较小时,则声源可近似视为理想
点声源或球面声源,它向媒质辐射球面声波。
公式: I=W/S W/㎡ 式中：S—声能所通过的面积，㎡ 距声源中心为r的球面上的声强为: I=W/S=W/(4πr2) W/㎡
注意: 在计算中通常都假设声音在介质的传播中是无 损耗、无衰减的，但是在实际上，在一般介质 传播中，声能总是有损耗的。
3. 声压：
定义：空气质点由于声波作用而产生振动时所引起
噪声对健康的影响： 1) 高强度噪音会引起人们听觉器官损伤 2) 在矿山的爆破声,喷气飞机的测试声等高强度噪声环 境中,人们的听力会受到永久性损伤 3) 人们长时间处在A声级为90dB以上的噪声环境中,可
能引起”职业性耳聋”
4) 短时间暴露在响噪声环境中,可能引起”暂时性耳聋”
5) 噪声级如果超过45dB(A),对正常人的睡眠就开始发
6. 声透射： 定义:当声波入射到某一围护结构时，使结构层产
生振动，从而向另一面辐射声波的现象称声
透射。 隔声量 声音传过围护结构前后的声压级之差，它与透射系数 的关系为： R=10lg(1/ τ)
驻波和房间共振
混响时间 室内声压级
1.驻波： 2.房间共振 ：
3.混响时间 ： 混响: 在围蔽空间里，声源停止发声后，可以听到声 音的延续.
衰减规律: 当声源以稳定的功率W辐射时，传播距离 加倍，声压级或声强级要衰减6dB。
公式: 声功率稳定时,声压级的公式: LP=LW+10lg（1/4πr2） = LW - 10lg4π- 10lg r2） = LW - 11- 20lg r 已知r1处的声压级为Lp1则距离r2 =n r1处的声压级Lp2为: r2 Lp2 = Lp1 -20lg = Lp1 - 20lgn r1
2)线声源的衰减：
定义: 所谓线声源就是指声源的尺寸相对于声波的波 长或传播距离而言，当其高度和宽度可以忽略，
但长度不能忽略时，则声源可近似视为线声源
或柱面波。 衰减规律:
无限长线声源: 距离增加1倍,声压级降低3dB
有限长线声源: 距离较近时,距离增加1倍,声压级降低3dB 距离较远时,距离增加1倍,声压级降低6dB
平均吸声系数α=0.232,求距演员20m处的声压级.
3. 声波 纵波：如果质点的振动方向和波的传播方向相平行， 则称为～。在空气中传播的声波就属于纵波。 4. 声振面
定义：声波在同一时刻
到达的球面
频率、波长和声速
声速 定义: 声波的传播速度，称声速c，单位为m/s。 特点: 是振动传播的速度，它的大小与振源的特性无
关，而与介质的弹性、密度及温度有关。
※用声级计的不同网络测得的声级，分别计作dBA、 dBB、dBC、 dBD 。 ※通常，人耳对不太强的声音的感觉特性与40方的等 响曲线很接近，常多使用A网络； ※目前世界各国声学界公认以A声级来作为保护听力 和健康，以及环境噪声的评价量。
噪声对各种活动的影响： 1) 噪声对语言的影响
2) 噪声对工作效率的影响 3) 噪声对音乐欣赏的影响 4) 噪声对人的心理的影响
声音的传播规律
1. 声反射： 声波在传播中遇到尺寸比其波长大得多的界面时, 声波将被反射；若声源发出的是球面波,经反射后仍是
球面波。
平面的反射:
曲面的反射: 比较:
2. 声折射：
3. 声衍射： 定义: 当声波在传播过程中遇到障壁或建筑部件(如墙
角,梁,柱等)时,如果这些障壁或部件的尺度比声
生影响
A网络 参考40方等响曲线，对500Hz以下的声音有较大的 衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性。 C网络 具有接近线性的较平坦的特性，在整个可听范围内 几乎不衰减，以模拟人耳100方纯音的响应； B网络 介于两者之间，对低频有一定的衰减，模拟人耳70 方纯音的响应； D网络 用来测量航空噪声；
稳态声级: 当持续发声
时，室内的声音仍 保持一定的声压级． 混响时间: 在声源停止
发声后，室内的声
能立即开始衰减，
声音自稳态声压级
衰减 60dB 所经历 的时间.
公式: 赛宾公式:
伊林公式:
假设: 1. 室内声 场是充 分扩散 的 2. 室内声 能按同 样的比 例被各 表面吸 收
4.室内声压级 ： 公式: Q 4 Lp = Lw + 10lg( + ) 2 4πr R
1. 课本P276 3题 2. 某房间的外围护结构为240mm的粘土砖墙,其透射 系数τ=10-5,求其隔音量R 3. 某房间有三个声源,它们的声压级分别为87dB、95dB
及89dB,该房间的总声压级为多少?
4. 某礼堂的体积为20000m2,室内总面积为6257m2.设某
演员在舞台上唱歌的声功率为340μW,礼堂内表面的
注意：
a. 声强级、声压级、声功率级和声强、声压、声功 率是不同的概念。 b. 以分贝为单位的各种“级”只有相对比值的意义。 c. 当几个不同声源同时作用时，它们在某处形成的总 声强是各个声强的代数和, 即I=I1+I2+……+In, 而它 们的总声压级为各声压级的均方根值，即 p= p12+p22+……+pn2
例3.1-3 位于房间中部的一个无方向性声源在频率500Hz的 声功率为105dB(基准声功率为10-12W),房间的总面积 为400m2 , 对频率为500Hz声音的平均吸声系数为0.1 求在与声源距离3m处的声压级．
人对声音的感觉
１.人耳的听觉 ： 听觉过程： 当声波的交变压力到达 外耳时，使鼓膜按入射声 波的频率振动，这些振动 在中耳的几个小听骨中放 大，并通过内耳中的液体 传递到内耳的神经末梢,分 析整理成信号传至大脑,产 生不同音调和强度的声音 感觉
LI = 10lg I I0
式中： I0—基准声强， I0 =10-12W/㎡；即人耳对频率为 1000Hz的声音的可听下限
2）声压级表示式为 p Lp=20lg p0 式中： p0—基准声压，p0 =2×10-5N/㎡，人耳对频率
为1000Hz的声音的可听下限
3）声功率级表示式为： W LW=10lg W0 式中： W0—基准声功率，W0 =1×10-12N/㎡声功率级 仅表示声源发声能力的大小，点声源在自由声 场中，声功率级与声压级的关系为： LP=LW+10lg（1/4πr2）
3)面声源的衰减： 衰减规律: 观测点与声源距离较近时,声能没有衰减, 距离较远时,
降低的数值为3~6dB
2. 吸收衰减： 1）空气吸收: 空气的吸收性能可用空气的衰减常数m表示,其值主要 取决于空气的相对湿度,其次是温度。 空气的吸声量为：房间的容积×相应的吸声系数 2）绿色植被的吸收 3）气流和大气温度梯度的吸收
低于20Hz的声波称次声；高于20000Hz的称为超声。
次声和超声不能使人耳产生声觉。
b. 频率决定声音的音调,高频声音是高音调,低频声音是 低音调 低频声：<300Hz 中频声：300～1000Hz 高频声：>1000Hz
2. 波长： 定义：声波在每次完成振动周期所传播的距离, 用
λ表Байду номын сангаас, 单 位为米(m).
的大气压力起伏所以，记 P. 单位牛顿/平方
米(N/m2)
任何一点的声压都是随时间而变的，每一瞬间的
声压称为瞬时声压，某段时间内瞬时声压的平均
值称为有效声压。
声压和声强的关系:
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。 I = p2 /ρ0 c
4. 分贝： 1) 声强级表示式为
当温度为0℃时，声波在不同介质中的传播速度为：
松木：3320 m/s 钢：5000m/s 软木：500m/s 水：1450m/s
在空气中，声速与温度的关系：
C(θ)=331.45+0.61θ
式中：θ—空气温度，℃
声速、波长、频率有如下关系：
c=fλ或 c=λ/T
声功率
声强 声压和分贝
1. 声功率： 定义：声源在单位时间内向外辐射的声能，记为W， 单位为瓦（W)或微瓦（μW） 2. 声强： 定义：在声波传播过程中每单位面积上所通过的声 功率。记为I，单位为W/㎡
第三篇
建筑声学
内容：研究控制，处理室内外声环境 目的：使建筑设计者懂得人们对声环境的要求，控制 声环境的工程技术手段和方法，并能有效地综
合到城市规划和建筑设计中去
第一章
声音
建筑声学基本知识
声源的方向
1. 声音 定义: 人耳所感到的”弹性”介质中振动或压力的迅速而 微小的起伏变化. 2. 声源 定义：正在发出声音的发声体称为声源
声波 (交变压力)
外耳(鼓膜振动)
中耳(小听骨放大作用 液体的传递作用) 神经末梢(分析整理成信号) 大脑(产生听觉)
２.响度级 ：
3.噪音对人的影响 ：
决定声音对人干扰程度的因素：
1) 声压或声级 2) 声音的持续时间 3) 声现象随时间的变化情况 4) 复合声的频谱成分 5) 人的身体状况
例3.1-1
在人行道测得二辆 汽车声音的声压级分别 是77dB和80dB, 它们的 总声压级是多少?
例3.1-2 在一个吵闹车间里测 得总声压级为92dB,当某 设备停止运转后,车间里 背景噪音声压级为88dB 求该设备运转噪声的声压 级.
频率和频谱
1. 频率： 定义：质点在一秒钟内的完全振动次数, 用f表示, 单 位为赫兹(Hz). 属性： a. 人耳听到的声音频率范围：20～20000Hz
波波长大,则其背后将出现”声影”,然而也会出现
声音绕过障壁边缘进入”声影”的现象
4. 声扩散：
定义: 声波在传播过程中,如果遇到一些凸形的界面就
会被分解成许多小的比较弱的反射声波
5. 声吸收： 定义: 声波在空气中传播时,由于振动的空气质点之间 的摩擦使一小部分声能转化为热能,常称为空气
对声的吸收.
波长与频率的关系： λ= c/f 或 fλ=c
3. 频谱： 定义：以频率范围为横坐标与其相应的声压级为纵 坐标所组成的图形
声音在户外的传播
1. 传播衰减： 1)点声源的衰减 定义: 所谓点声源就是声源的尺寸相对于声波的波长 或传播距离而言较小时,则声源可近似视为理想
点声源或球面声源,它向媒质辐射球面声波。
公式: I=W/S W/㎡ 式中：S—声能所通过的面积，㎡ 距声源中心为r的球面上的声强为: I=W/S=W/(4πr2) W/㎡
注意: 在计算中通常都假设声音在介质的传播中是无 损耗、无衰减的，但是在实际上，在一般介质 传播中，声能总是有损耗的。
3. 声压：
定义：空气质点由于声波作用而产生振动时所引起
噪声对健康的影响： 1) 高强度噪音会引起人们听觉器官损伤 2) 在矿山的爆破声,喷气飞机的测试声等高强度噪声环 境中,人们的听力会受到永久性损伤 3) 人们长时间处在A声级为90dB以上的噪声环境中,可
能引起”职业性耳聋”
4) 短时间暴露在响噪声环境中,可能引起”暂时性耳聋”
5) 噪声级如果超过45dB(A),对正常人的睡眠就开始发
6. 声透射： 定义:当声波入射到某一围护结构时，使结构层产
生振动，从而向另一面辐射声波的现象称声
透射。 隔声量 声音传过围护结构前后的声压级之差，它与透射系数 的关系为： R=10lg(1/ τ)
驻波和房间共振
混响时间 室内声压级
1.驻波： 2.房间共振 ：
3.混响时间 ： 混响: 在围蔽空间里，声源停止发声后，可以听到声 音的延续.
衰减规律: 当声源以稳定的功率W辐射时，传播距离 加倍，声压级或声强级要衰减6dB。
公式: 声功率稳定时,声压级的公式: LP=LW+10lg（1/4πr2） = LW - 10lg4π- 10lg r2） = LW - 11- 20lg r 已知r1处的声压级为Lp1则距离r2 =n r1处的声压级Lp2为: r2 Lp2 = Lp1 -20lg = Lp1 - 20lgn r1
2)线声源的衰减：
定义: 所谓线声源就是指声源的尺寸相对于声波的波 长或传播距离而言，当其高度和宽度可以忽略，
但长度不能忽略时，则声源可近似视为线声源
或柱面波。 衰减规律:
无限长线声源: 距离增加1倍,声压级降低3dB
有限长线声源: 距离较近时,距离增加1倍,声压级降低3dB 距离较远时,距离增加1倍,声压级降低6dB
平均吸声系数α=0.232,求距演员20m处的声压级.
3. 声波 纵波：如果质点的振动方向和波的传播方向相平行， 则称为～。在空气中传播的声波就属于纵波。 4. 声振面
定义：声波在同一时刻
到达的球面
频率、波长和声速
声速 定义: 声波的传播速度，称声速c，单位为m/s。 特点: 是振动传播的速度，它的大小与振源的特性无
关，而与介质的弹性、密度及温度有关。
※用声级计的不同网络测得的声级，分别计作dBA、 dBB、dBC、 dBD 。 ※通常，人耳对不太强的声音的感觉特性与40方的等 响曲线很接近，常多使用A网络； ※目前世界各国声学界公认以A声级来作为保护听力 和健康，以及环境噪声的评价量。
噪声对各种活动的影响： 1) 噪声对语言的影响
2) 噪声对工作效率的影响 3) 噪声对音乐欣赏的影响 4) 噪声对人的心理的影响
声音的传播规律
1. 声反射： 声波在传播中遇到尺寸比其波长大得多的界面时, 声波将被反射；若声源发出的是球面波,经反射后仍是
球面波。
平面的反射:
曲面的反射: 比较:
2. 声折射：
3. 声衍射： 定义: 当声波在传播过程中遇到障壁或建筑部件(如墙
角,梁,柱等)时,如果这些障壁或部件的尺度比声
生影响
A网络 参考40方等响曲线，对500Hz以下的声音有较大的 衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性。 C网络 具有接近线性的较平坦的特性，在整个可听范围内 几乎不衰减，以模拟人耳100方纯音的响应； B网络 介于两者之间，对低频有一定的衰减，模拟人耳70 方纯音的响应； D网络 用来测量航空噪声；
稳态声级: 当持续发声
时，室内的声音仍 保持一定的声压级． 混响时间: 在声源停止
发声后，室内的声
能立即开始衰减，
声音自稳态声压级
衰减 60dB 所经历 的时间.
公式: 赛宾公式:
伊林公式:
假设: 1. 室内声 场是充 分扩散 的 2. 室内声 能按同 样的比 例被各 表面吸 收
4.室内声压级 ： 公式: Q 4 Lp = Lw + 10lg( + ) 2 4πr R
1. 课本P276 3题 2. 某房间的外围护结构为240mm的粘土砖墙,其透射 系数τ=10-5,求其隔音量R 3. 某房间有三个声源,它们的声压级分别为87dB、95dB
及89dB,该房间的总声压级为多少?
4. 某礼堂的体积为20000m2,室内总面积为6257m2.设某
演员在舞台上唱歌的声功率为340μW,礼堂内表面的
注意：
a. 声强级、声压级、声功率级和声强、声压、声功 率是不同的概念。 b. 以分贝为单位的各种“级”只有相对比值的意义。 c. 当几个不同声源同时作用时，它们在某处形成的总 声强是各个声强的代数和, 即I=I1+I2+……+In, 而它 们的总声压级为各声压级的均方根值，即 p= p12+p22+……+pn2
例3.1-3 位于房间中部的一个无方向性声源在频率500Hz的 声功率为105dB(基准声功率为10-12W),房间的总面积 为400m2 , 对频率为500Hz声音的平均吸声系数为0.1 求在与声源距离3m处的声压级．
人对声音的感觉
１.人耳的听觉 ： 听觉过程： 当声波的交变压力到达 外耳时，使鼓膜按入射声 波的频率振动，这些振动 在中耳的几个小听骨中放 大，并通过内耳中的液体 传递到内耳的神经末梢,分 析整理成信号传至大脑,产 生不同音调和强度的声音 感觉
LI = 10lg I I0
式中： I0—基准声强， I0 =10-12W/㎡；即人耳对频率为 1000Hz的声音的可听下限
2）声压级表示式为 p Lp=20lg p0 式中： p0—基准声压，p0 =2×10-5N/㎡，人耳对频率
为1000Hz的声音的可听下限
3）声功率级表示式为： W LW=10lg W0 式中： W0—基准声功率，W0 =1×10-12N/㎡声功率级 仅表示声源发声能力的大小，点声源在自由声 场中，声功率级与声压级的关系为： LP=LW+10lg（1/4πr2）
3)面声源的衰减： 衰减规律: 观测点与声源距离较近时,声能没有衰减, 距离较远时,
降低的数值为3~6dB
2. 吸收衰减： 1）空气吸收: 空气的吸收性能可用空气的衰减常数m表示,其值主要 取决于空气的相对湿度,其次是温度。 空气的吸声量为：房间的容积×相应的吸声系数 2）绿色植被的吸收 3）气流和大气温度梯度的吸收
低于20Hz的声波称次声；高于20000Hz的称为超声。
次声和超声不能使人耳产生声觉。
b. 频率决定声音的音调,高频声音是高音调,低频声音是 低音调 低频声：<300Hz 中频声：300～1000Hz 高频声：>1000Hz
2. 波长： 定义：声波在每次完成振动周期所传播的距离, 用
λ表Байду номын сангаас, 单 位为米(m).
的大气压力起伏所以，记 P. 单位牛顿/平方
米(N/m2)
任何一点的声压都是随时间而变的，每一瞬间的
声压称为瞬时声压，某段时间内瞬时声压的平均
值称为有效声压。
声压和声强的关系:
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。 I = p2 /ρ0 c
4. 分贝： 1) 声强级表示式为