建筑声学3.1-全部

空气中的声波 ——纵波
纵波：传播方向与质点振动方向平行 横波：传播方向与质点振动方向垂直
Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Grad. Prog. Acoustics, Penn State
声压
波长
声压
波阵面
声源
点声源 声源线度远小于波长
声源
线声源
声源的指向性
A S
E0
吸声量[m2 ], [Sabine m2 ]
Er
高频空气吸声不可忽视！
E Et Si
3.1.5
声音在围蔽空间内的传播
3.1.5.1 驻波和房间共振
驻波
Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Grad. Prog. Acoustics, Penn State
记作 I，单位为 W/m2
I W ——声功率，W
S
——声能所通过的面积，m2
平面波声强与距离关系
3.1.2.2 声音的计量
声强2
指垂直于声波传播方向单位面积所通过的声功率，
记作
I I
WI，单位为 W/m2 W ——声功率，W 4Sπr2 ——声能所通过的面积，m2
球面波声强与距离关系
3.1.2.2 声音的计量
3400
15000 Hz
7000
20000
3.1.2.1 频率和频谱
声速
——声波在弹性介质中的传播速度，常用c 表示，单 位m/s 。 ——在空气中：
t为摄氏温度 例：设在空 气中的声速为340m/s，问传播10km需多 长时间？
3.1.2.1 频率和频谱
声速c、波长λ 与频率f 的关系
例：设在空气中的声速c为340m/s，当声波频率f 为 1000Hz时，求其波长λ ？
均匀的扩散反射声
reflected
3.1.4.4 声波的扩散反射
3.1.4.5 声波的吸收 3.1.4.6 声波的透射
入射声能 E0 反射声能 Er
E 吸收声能 Et 透射声能
Si
E0 Er Eα Eτ
3.1.4.5 声波的吸收 E0
3.1.4.6 声波的透射 Er
E
Et
反 射 系 数 2r EE0r 透
组合的声级（不相干声波）2
pa2ll p12 p22 ... pn2 声能之和 声压平方与
声能成正比
L 10 lg 10L1 /10 10L2 /10 ... 10LN /10
例 2 在房间中某处，空调单独运转时测得声压级 为52dB，冰箱单独运转时测得声压级为48dB， 求空调和冰箱同时运转时的声压级？
3.1.5.1 驻波和房间共振
房间共振？
Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Grad. Prog. Acoustics, Penn State
100 200 300 400 Hz 共振频率
3.1.5.1 驻波和房间共振
矩形房间简E频率 声速 任意正整数
fn ,n ,n c
0.00000002 0.000000001
3.1.2.2 声音的计量
声功率2
表示声源单位时间内向外发射的声能， 记作 W，单位 W（瓦）
声功率级2
L 10lg W (dB) ——声功率，W
W
W0
——基准声功率， 10-12 W
级的单位，不是物理量的单位
3.1.2.2 声音的计量
声功率级2
L 10lg W (dB) ——声功率，W
入射波 pi
镜面反射
入射角i = 反射角r 光滑表面，线度远大于波长
反射波
入射波 pi
散射
起伏线度可与波长相比拟
3.1.4.4 声波的扩散反射
入射声
incident
散射声
scattered
镜面反射声
specularly reflected energy
3.1.4.4 声波的扩散反射
入射声
incident
建筑物理——建筑声学
第3.1章
声音的物理性质及 人对声音的感受
3.1.1
声音 声源 空气中的声波
音之谓文成声
声成文谓之音 《礼记•乐记》
声音
声源
传播途径
接收者
声波
真空中不能传播声波！
（空气、固体） 弹性
介质
振动
20-20000Hz 可听声 （声音）
相对大气压的微小 起伏——声压
本质是机械能的传播（非介质质点的传播）!
周期
——弹性媒质质点在其平衡位置附近，每来回振动 一次所需的时间，常用 T 表示，单位s。
频率
——声源每秒振动的次数，常用f 表示，单位Hz。
f 1 T
例：声源振动的周期为0.001s，则其振动频率为 1000Hz。
3.1.2.1 频率和频谱
CD-DA FM AM
Telephone
10 20 50 200
0.125
<0.2
混响时间 T60
0.161V A
0.161V Sα
0.161 45 10
0.72s
3.1.5.2 混响和回声 混响时间
混响时间：声音自稳态衰减60dB所经历的时间
T60
0.161V
S ln1
Eyring公式
单位：s
当 0.2
T60
0.161V
S
Sabine公式
T60
L 10 lg 1052/10 1048/10 53.5 dB
3.1.2.2 声音的计量
组合的声级（不相干声波，如噪声）2
L 10 lg 10L1 /10 10L2 /10 ... 10LN /10
问题：车间中有两台机器，在某处进行 噪声测量。分别单独运行时，有相同的 声压级80dB，则两台同时运行时，声压 级为多少？
L
1/ 6
2
fc
fH 21/ 6 fc
下限频率 fL fc fH 上限频率
f
中心频率
3.1.2.1 频率和频谱
低频
中频
高频
3.1.2.2 声音的计量
声功率2
表示声源单位时间内向外发射的声能， 记作 W，单位 W（瓦）
声源名称 喷气飞机
汽车 钢琴 对话 小闹钟 轻声耳语
声功率（W） 10000 0.1 0.02 0.00002
答：80+3=83dB，增加3dB
3.1.3
声音在户外的传播
3.1.3.1 点声源与平方反比律
I W pe2
4πr2 0c 0c 400N s/m3
Lp LW 20lg r 11 (dB)
问题：点声源辐射时，距离增加1倍，声
压级降低多少？
答：6dB！
L L 20lg
p1
p2
r1 r2
1 20 lg
2
6
(dB)
3.1.3.2 线声源与平方反比律
r
I W 2πr
Lp LW 10 lg r 8 (dB)
问题：线声源辐射时，距离增加1倍，声
压级降低多少？ 答：3dB！
1 (dB)
L
p1
L
p2
10 lg
r1 r2
10 lg
2
3
凤速的影响
3.1.4
声波的反射 折射 衍射 扩散 吸收和透射
0.8
5.6 m2
0.02
1.4 m2
总吸声量 A= 10 m2
平均吸声系数
α
A S
i1 αi Si S
10 80
0.125
3.1.5.2 混响和回声 混响时间
体积 V = 45 m3 总
表面积 S= 80 m2
总吸声量 A= 10 m2
平均吸声系数
α
A S
i1 αi Si S
10 80
W
W0
——基准声功率， 10-12 W
问题：声功率增加1倍，声功率级增加多少？
答L ：31d0Bl！g W W 10lg 2 10lg W
W
L
10lg WW0 10lg 2 3 (dB)
W0
W
W0
lg 2 0.3 一注考试必考!!!
3.1.2.2 声音的计量
声强2
指垂直于声波传播方向单位面积所通过的声功率，
受声扰动之后的大气压强
声压与声强的关系2
I pe2
0c
有效声压， 一段时间内瞬时声压的均方根值
空气中的声速
空气密度
3.1.2.2 声音的计量
声压2
相对大气压的微小起伏， 记作 p，单位为 Pa （帕）, N/m2
声压级2
L
p
20lg
pe p0
(dB)
——有效声压，Pa ——基准声压， 2×10-5
口声的指向性 ——水平面
声源的指向性
口声的指向性 ——垂直面
1400-2000Hz 125-250Hz
声源的指向性
口声的指向性 ——垂直面
声源的指向性
口声的指向性——垂直面
均衡器
dB
f
这小伙，麦克拿 磊太不专业了 ！
没办法，这孩 子青：点儿之，
3.1.2
声音的物理性质与计量
3.1.2.1 频率和频谱
3.1.4.1 声波的反射
3.1.4.1 声波的反射
声聚焦
3.1.4.2 声波的折射
白天
S
高度
高度
夜晚
高度
温度
距离
声影
高度
S
温度
距离
3.1.4.3 声波的衍射
3.1.4.3 声波的衍射
3.1.4.3 声波的衍射
声源
声影区
高频
中频 低频
3.1.4.4 声波的扩散反射(散射)
反射波 pr
反射角 r 入射角 i
pe p0
(dB)
——有效声压，Pa ——基准声压， 2×10-5
Pa
问题：声压增加1倍，声压级增加多少？
答：6dB！
pe pe
ΔLp 20lg
p0 pe
20lg 2 6 (dB)
p0
3.1.2.2 声音的计量
声压与密度2
3.1.2.2 声音的计量
声压与声压级
3.1.2.2 声音的计量
平均自由程：两次反射之间 经过距离的平均值，=4V / S
V ——房间容积 S ——房间的总表面积
3.1.5.2 混响和回声 混响时间
Direct sound 直达声
混响声
Early reflections
Late reverberation
回声:50ms以后的强反射声
3.1.5.2 混响和回声 混响时间
Si
射 系 数 2τ Eτ 吸E0声 系数2α Eα Eτ E0
1 Er 1 r E0
3.1.4.5 声波的吸收 3.1.4.6 声波的透射
10 lg 1 3dB 10 lg 1 10dB 10 lg 1 20dB
2
10
100
3.1.4.5 声波的吸收 3.1.4.6 声波的透射
3.1.2.1 频率和频谱
钢琴频谱
3.1.2.1 频率和频谱
倍频带 fH 2
dB
fL
fc fL fH 一注考试必考!!!
fL
1 2
fc
fH 2 fc
下限频率 fL fc fH 上限频率
f
中心频率
3.1.2.1 频率和频谱
1/3 倍频带 dB
fH fL
21/ 3
fc fL fH
f
Pa
3.1.2.2 声音的计量
声压级2
L
p
20lg
pe p0
(dB)
——有效声压，Pa ——基准声压， 2×10-5
Pa
问题：0dB有木有声压？
答：有！
其有效声压 pe=2×10-5 (Pa) = பைடு நூலகம்0
L
p
20 lg
pe p0
20lg1
0
(dB)
3.1.2.2 声音的计量
声压级2
L
p
20lg
问题：声强增加1倍，声强级增加多少？
答L ： 130dBlg！I 10lg I I 10lg I
I
I0
I0
I0
10lg 2 3 (dB)
3.1.2.2 声音的计量
声压2
相对大气压的微小起伏， 记作 p，单位为 Pa （帕）, N/m2
p P1 P0
无声扰动时的大气压强，约0.1MPa
S
0.161V
ln1 空4m气V吸声系数，通常1000Hz
及以上频率考虑
3.1.5.3 稳态声压级
W 混响声
Lp?
直达声
声源指向性因数
Lp
LW
10 lg Q 4πr2
4 R
接收点与声源的距离,m
房间常数,m2 ：R S 1
声强2
指垂直于声波传播方向单位面积所通过的声功率， 记作 I，单位为 W/m2
声强级2
L 10lg I (dB) ——声强，W/m2
I
I0
——基准声强， 10-12 W/m2
3.1.2.2 声音的计量
声强级2
L 10 lg I (dB) ——声强，W/m2
I
I0
——基准声强， 10-12 W/m2
xyz
2
nx L
x
2
n Ly
y
2
nz L
z
2
矩形房间边长
为减少简E频率简并化，小房间边长 宣采用无理数比！
3.1.5.2 混响和回声 混响时间
So…
不学建筑声学， 干坏事都不行啊！
3.1.5.2 混响和回声 混响时间
3.1.5.2 混响和回声 混响时间
3.1.5.2 混响和回声 混响时间
混响时间：声音自稳态衰减60dB所经历的时间
dB
单位：s
0
60 0
T60
t
混响时间
3.1.5.2 混响和回声 混响时间
混响时间：声音自稳态衰减60dB所经历的时间
T60
0.161V A
0.161V
S
Sabine公式
适用于 0.2
单位：s
V ：房间容积，m3 A ：房间的总吸声量，m2 S ：房间的总表面积，m2
：房间的平均吸声系数
A i1 Ai i1 αi Si
S Si
i 1
α A i1 αiSi
SS
3.1.5.2 混响和回声 混响时间
体积 V = 45 m3
材料
表面积Si
开窗
3 m2
5cm玻璃棉
7 m2
水泥
70 m2
总表面积 S= 80 m2
某频带 吸声系数αi 吸声量Ai
1.0
3 m2