声音的物理性质及人对声音的感受

第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.5声音在围蔽空间内的传播
§室内声波的传播及反射
• 室内声波的传播特点
反射、扩散、衍射和吸收
• 声线与几何声学
• 声音的增长、稳态和衰减
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.5声音在围蔽空间内的传播
§驻波与房间共振
• 驻波的产生
当声波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改 变，入射波和反射波的相互干涉， 形成了驻波
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3.1.4声波的反射 折射 衍射 扩散 吸收和透射
§声波的折射
• 介质的温度、密度等条件发生变化后，会产生声传播的弯曲现象
• 温度的影响：
◎白天，地面附近的空气温度高，声波向上弯曲 ◎夜间，地面附近的空气温度低，声波向下弯曲
• 风的影响
◎顺风时声波向下弯曲；逆风时向上弯曲
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
• 波腹
• 波节
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.5声音在围蔽空间内的传播
§驻波与房间共振
• 简正振动
轴向共振 切向共振和斜向共振
• 简并现象
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.5声音在围蔽空间内的传播
§混响与回声
• 混响（Reverberation)
声源停止发声后，声音由于多 次反射或散射延续的现象；或者说 声源停止发生后，由于多次反射或 散射而延续的声音
建筑声学
3.1声音的物理性质及人对声音的感受
3建筑声学
• • • • 3.1声音的物理性质及人对声音的感受 3.2建筑吸声扩散反射建筑隔声 3.3声环境规划与噪声控制 3.4室内音质设计
3.1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 3.1.2声音的物理性质与计量 3.1.3声音在户外的传播 3.1.4声波的反射 折射 衍射 扩散 吸收和透射 3.1.5声音在围蔽空间内的传播 3.1.6人对声音的感受 3.1.7噪声对人的影响
◎反映了声波在房间衰减的快慢程度 ◎大致反映了直达声与反射声的比例 混响时间越长，反射声比例越大，房间清晰度越差 混响时间越短，反射声比例越小，房间清晰度越好 ◎影响因素：房间容积V和吸声量A 混响时间的计算误差
混响时间
◎吸声量的布置位置
◎房间形状 ◎选用的数据
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.1声音 声源 空气中的声波
§声音的传播 • 声音的传播需要媒介（气体、液体、 或固体） • 是振动能量的传播，而不是振动质点 的传播 • 行波
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.1声音 声源 空气中的声波
§波阵面 • 声波在同一时刻到达的各点的包络线 为波阵面 • 声线 • 不同声源产生的波阵面不同 • 点声源、线声源和面声源 §声源的方向性 • 声源向各个方向辐射声波的能力 • 极坐标图 • 声源的方向性与声源本身的形状以及 声波的频率有关
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.6人对声音的感觉
§响度级与等响曲线
• 描述人耳对声音感觉的另一个量， 单位：方(phon) 任何声音的响度级在数值上与该声 音同样响的1kHz纯音的声压级相同
• 描述不同频率声音等响时，频率与 声压级相互关系的曲线称为等响曲线
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
§声功率、声强以及声压 • 声功率W，[W，μ W] • 声强I，[W/m2]
• 声压P，[N/m2]
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3.1.2声音的物理性质与计量
§级和分贝（dB） • 人耳听闻下限：声强10-12 W/m2；声压2×10-5 N/m2
• 人耳疼痛感上限：声强1W/m2；声压20N/m2 • 人耳对声音大小的感觉近似于声强或声压的对数成正比 • 声功率级LW • 声强级LI
音的吸收程度
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.4声波的反射 折射 衍射 扩散 吸收和透射
曲面反射
• 凸曲面的波阵面比来自平面的波阵面大得多，而来自凹曲面 的波阵面则小得多，并且缩小了
• 与平的反射面相比，凸曲面反射声的强度较弱，凹曲面反射 声的强度较强
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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• 回声
人们的听觉系统把连续的反射 声整合在一起的能力有限，大小和 时差都大到足以能和直达声区别开 的反射声
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.5声音在围蔽空间内的传播
§混响与回声
•混响时间（Reverberation Time)
声源停止发声后，室内稳态声能密 度自原始值衰减到百万分之一所需时间 （稳态声压级衰减60dB所经历的时间）
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3.1.5声音在围蔽空间内的传播
§室内稳态声压级的计算
• 直达声与混响声
• 计算公式
• 声源及声源位置的影响
指向性因数Q
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3.1.6人对声音的感觉
§人耳的听闻范围
• 听觉过程：外耳——中耳——内 耳——大脑 • 人耳对不同频率的声音的敏感程 度不一样 对中、高频敏感；对低频不 敏感 • 听闻范围
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3.1.6人对声音的感觉
§时差效应：哈斯效应Haas Effect
• 时差
• 简单的试验可以说明时差 效应：如果站在离高大照壁 25m远处大喊一声，就能清 楚地听到回声，因为反射声 经过50m的行程，比直达声 迟到147ms。如果站到离照 壁仅为3 m远处此时反射声经 过的行程只有6m，相当于延 时18ms，此时听不出回声
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3.1.2声音的物理性质与计量
• 每个倍频带分为3个1/3倍频带，把1/3倍频带中心频率乘 1.26就得到相邻较高1/3倍频带中心频率 • 用1.26除就得到相邻较低的1/3倍频带中心频率
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.2声音的物理性质与计量
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.6人对声音的感觉
§掩蔽效应
• 声掩蔽
• 掩蔽量
• 特点
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3.1.2声音的物理性质与计量
§声波的频率 • 周期：一个完全振动所经历的时间(S) • 频率：单位时间内完成完全振动的次数 (Hz) • 频率决定声音的音调 • 音频、次声、超声 §声波的波长与传播速度 • 波长：声波在一个振动周期里传播的距 离 • 声速：声波在弹性介质中传播的速度 • 声速与声源的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温度有关
• 声压级LP
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3.1.2声音的物理性质与计量
• 人耳听闻的范围：0dB～120dB
• 声压每增加1倍，声压级增加6dB • 长时间暴露于80dB以上的噪声环境，会导致暂时或永久的听力损失
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.2声音的物理性质与计量
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3.1.6人对声音的感觉
§声级计与A声级 • 根据等响曲线，通过计权网络模
拟人耳对不同声音的响应 • A、B、C、D声级 • 根据A计权参考40方等响线，对 500Hz以下的声音有较大的衰减， 模拟人耳对低频声不敏感的特性 • C计权在整个可听范围内几乎不 衰减，模拟人耳对85方以上纯音的 响应，可以代表总声压级 • B计权介于A、C两者之间，对低 频有一定的衰减，模拟人耳对70方 纯音的响应 • D计权则用于测量航空噪声
赛宾公式限用于平均吸声系数小于 0.2的房间。如果房间表面都是很好的反 射面，依式计算的混响时间是无限长
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.5声音在围蔽空间内的传播
混响时间的计算
混响时间
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.5声音在围蔽空间内的传播
混响时间的意义及影响因素
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3.1.2声音的物理性质与计量
§声波的波长与传播速度
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.2声音的物理性质与计量
§频谱
• 声音往往包含多个频率，所有频率的集合成为频谱 • 线状谱：由一些离散的频率成分形成的谱 • 连续谱：在一定频率范围内 频率成分连续的谱
§音乐（乐音）
• 纯音 • 基音和谐音、基频和谐频 • 线状谱
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3.1.2声音的物理性质与计量
§噪声 • 频率结构成分更为复杂的声音， 一般为连续谱 •可以根据频率的主要成分加以辨 认，咝咝的、轰轰的、隆隆的、 刺耳的 §频谱的划分 • 对声音整个频率范围分段 • 倍频带和1/3倍频带 • 下限频率f l 、上限频率 fH和中心频率 fC
能量外，还有一部分声能透过
建筑部件传播到另一侧空间去
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.4声波的反射 折射 衍射 扩散 吸收和透射
§声透射
• 入射声能经部件透射的部分用透射系数τ 表示，由部件反射的 部分用反射系数ρ 表示
• 建筑材料或部件的面密度（即单位面积重量）是影响反射、吸收 和透射最重要的因素
• 声扩散的作用
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.4声波的反射 折射 衍射 扩散 吸收和透射
§声吸收
• 空气的声吸收
声波在空气中传播时，由于振动的空气质点之间摩擦使一小部分声能转 化为热能。这种能量损失随声波的频率而不同
• 材料的声吸收
声波投射到建筑材料 或部件引起的声吸收，取 决于材料及其表面的状况、
§声音的叠加
• 多个声音的叠加
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.3声音在户外的传播
§点源声音随距离的衰减
• 球面声波的向外扩展
• 传播距离加倍，声压级降低6dB
§线源声音随距离的衰减
• 无限长线声源：传播距离加倍，声压级降低3dB • 有限长线声源：传播距离加倍，声压级降低3 ～ 6dB
§声音的叠加
• 声音的叠加是能量的直接相加 • 声压不能直接相加 • 声压级、声强级也不能直接相加
• 0+0=？
• 多个声音的叠加
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.2声音的物理性质与计量
§声音的叠加
• 多个声音的叠加
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.2声音的物理性质与计量
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.1声音 声源 空气中的声波
§声音的产生 • 人耳所感觉到的“弹性”介质中振动或压力的迅速而微小 的变化 • 声源：受外力作用而产生振动的物体称为声源 • 除声源产生声音外，空气的剧烈膨胀也会导致空气压力的 变化从而产生声音
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
§面源声音随距离的衰减
• 近处：声能没有衰减 • 远处：传播距离加倍，声压级降低3 ～ 6dB
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.4声波的反射 折射 衍射 扩散 吸收和透射
§声波的反射 • 平面反射
• 曲面反射
凸面反射、凹面反射
• 平面反射
• 反射的声波呈球状分布
• 它们的曲率中心是声源的“像”，即与平方反比定律一致 • 反射声强度取决于它们与“像”的距离以及反射表面对声
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3.1.6人对声音的感觉
§响度
• 人耳所感觉的声音的大小称为响度 相同声压级，不同频率的声音， 响度不同 相同频率，不同声压级的声音， 响度不同 等响 • 人响度的单位为宋（sone）
频率1KHz,声强级40dB的纯音的响 度为1宋
• 声压级增加10dB，响度增加 1倍
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.4声波的反射 折射 衍射 扩散 吸收和透射
§声波的衍射（绕射）
• 声影区的声音——衍射声
• 边缘绕射的程度
◎
障板尺度
◎
声波的频率
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.4声波的反射 折射 衍射 扩散 吸收和透射
§声扩散
• 声波的不定向反射
• 扩散的产生
◎
反射板的尺寸
◎
声波的频率
构造等
第3.1章 声音的物理性质及人对声音的感受
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3.1.4声波的反射 折射 衍射 扩散 吸收和透射
§声吸收
• 材料的吸收系数α
材料的吸收系数是指被吸收的声能（或没有被表面反射的部分）与入射 声能之比，用α表示。如果声音被全部吸收，α=1； 部分被吸收，α<1
§声透射τ
• 声波入射到建筑材料或建筑 部件时，除了被反射、吸收的