11.1 建筑声学基本知识-2009版

引言
一、建筑设计与声学设计的关系：
● 相辅相成： 首先，为了满足声学的新的特殊要求----建筑师创造新颖
的方案，从而得到卓越的建筑造型和音质效果；
其次，原先建筑的声学效果不佳----通过声学家的改造而
突破困境。
例：皮尔斯学校体育馆
● 专家讲评 马大猷院士： 一座厅堂要达到良好的音质效果，需要水平 高的建筑师和声学家的密切配合，并创造性的发挥水平。建筑 师要懂得一些声学并尊重声学家，声学家要懂一些建筑并尊重 建筑师。
明清的以庭院围廊环绕戏台为基本形式
著作:《礼仪•大射仪》:西周,通过乐队的合理排列达到良好效果.
《列子》:能吸声的帏帐,余音绕梁,能反射的围墙.栏杆. 《后汉书》:(缇室)——律吕学
二、观演建筑的形成与演变：
2、西方：公元前7世纪古希腊的露天剧场(例:建于公元前 古罗马圆形剧场(例:建于公 350年的埃比道拉斯剧场) 元50年的马奥郎日剧场) 中世纪的教堂,后期还有会议室 文艺复兴时期的旅馆庭院式剧场(例:建于公元1600年的英 建于1618年意大利帕尔马的法内斯剧场(标 国的环球剧场) 建于1737年意 志着剧院形式完成了向箱形舞台的演进过程) 19世 大利那不勒斯的圣卡洛剧场(标志演员与乐队的分离) 纪开始对新型观众厅进行探讨(建于1876年德国的费斯特施皮尔 剧场,采用扇形观众厅平面) 20世纪,现代声学的建立(建成于
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第3.1章 声音的基本知识
§1 声音与声波的基本概念
一、 声音、声源、声波 1、声音：人耳所感觉到的〝弹性〞介质中的振动或压力的迅 速而微小的起伏变化。
2、声源：振动的物体。（点声源、线声源、面声源) 3、声波：振动在介质中的传播。 ① 声源产生振动时，迫使其周围的空气质点往复移动， 使空气中产生在大气压力上附加的交变压力，这一压力波成为 声波。 ② 弹性介质中传播的压力、应力、质点位移、质点速 度的变化或几种变化的综合。 note: ⑴ 声音传播需要传声介质。 ⑵ 空气压力的起伏变化非常小。
1、人耳的听觉范围：大小0dB～130dB ，频率20～20000Hz 0dB: 人耳有感觉 120dB: 人耳感觉不舒服 130dB: 耳内发痒 140dB: 耳内会感觉疼痛
> 140dB: 耳内出血
2、频率在50～10000Hz的纯音，当声压超过50dB，人耳大致 可鉴别1dB的声压级变化。
二、时差效应：（哈斯效应） 1、经验证明，人耳感觉到声音的响度，除了与声压及频率有 关外，还与声音的延续时间有关。 2、哈斯效应：如有两个声源发出同样的声音，在同一时刻以 同样强度到达人耳，则声音呈现的方向大致在两个声源之间。 如果其中一个声音略微延迟5～35ms，则听起来所有的声音似乎 都来自第一个声源。如果延时在35～50ms之间，则延时声源可 以被识别，但其方向仍在未经延时的声源方向。只有当延时超 过50ms时，第二个声源才能听到。人耳的这一听觉特性称为哈 斯效应。 3、回声：人耳在听到直达声后，如果存在一个延时长于 50ms,又具有足够强度的反射声，就会被感觉到是个回声。同 时差和强度有关。50ms－17m
d>>λ 孔径处形成多 个新的声源，因为没有中 心，其包迹面较为复杂。
⑵、无孔障碍板
障碍板尺寸比波长大的 障碍板尺寸比波长小的多， 多，部分反射，部分衍射， 几乎不受影响。 但会形成声影区。
3：声波的扩散
声波波长与界面相比差不多大。
4：声波的透射与吸射
⑴、透射：部分声能透过构件。
⑵、吸收：①声波通过媒质，或射到媒 质表面上时，声能减少的过程；②通过一 种介质时，将声能转换成其它能量的一种 现象。 ⑶、能量守恒：
1900年的美国波士顿音乐厅,世界上第一个经过计算的音乐厅).
赛宾公式的提出使厅堂声学从原来的推测领域解放出来,成为工 程科学中的一门系统分支学科.
三、现代建筑声学的发展过程：
1、1895年赛宾开始研究“混响”(哈佛大学的Fogg艺术博物 …………… 到20世纪30年代，努 馆礼堂——1900年的波士顿音乐厅 )。 特生的《建筑声学》和莫尔斯的《振动与声》的发表，标志着〝
（见后图）
三、声波的衍射、反射、扩散、透射与吸收
1、声波的反射： ⑴ 符合反射定律 ⑵ 反射后声波特性不变 ⑶ 凹曲面－聚焦 凸曲面－扩散
三、声波的衍射、反射、扩散、透射与吸收
2、声波的衍射： ⑴、有小孔的障碍板 （ d表示孔径 λ表示波长）
d<<λ 小孔处的空气质 点可以一个新的声源，其 包迹面为球面。
四、掩蔽效应： 1、概念：人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音的存 在而降低的现象。即，由于某一个声音的存在，要听清另外的 声音必须把这些声音提高（把这些声音的可闻下限提高），这 种现象叫掩蔽。 2、低频声容易掩蔽高频声； 被掩蔽声和掩蔽声的频率相近，掩蔽量最大； 掩蔽声的声压级越大，掩蔽量越大。 3、噪声对语言的掩蔽，即使听阈提高，也对语言清晰度有 影响。 语言可懂度最重要的频率在800-2500Hz； 噪声声压级超过语言级10-15dB：必须全神贯注； 20-25dB：完全听不清。 4、利用掩蔽作用：在噪声的商场，用音响系统的乐音来 掩蔽顾客喧闹的噪声。
● 建筑声学 研究与建筑环境有关的声学问题的科学：它的基本任务是
研究室内声波传输的物理条件和声学处理方法，以保证室内具
有良好的听闻条件以及在何种因素下，可产生最理想的音乐状 态。研究控制建筑内部和外部一定空间内的噪声干扰和危害。
即：厅堂音质设计
建筑环境噪声控制
二、观演建筑的形成与演变：
1、中国：殷代的“宛 丘” 隋唐的”戏场” 汉代的“观 坛” 宋的“勾栏”
第三篇
建筑声学
第11章 建筑声学基本知识
教学时数：2学时 教学目的与要求：
要求学生掌握声学建筑的发展历史，掌握建筑声学的基本知识，掌握声音 的计量单位，了解人的听觉特点。
教学重点：
建筑声学的特点，计量单位，听觉特点。
教学难点：
计量单位，听觉特点。
本章主要阅读文献资料（要求有3本或3篇以上）：
1、柳孝图 著《建筑物理》，中国建筑工业出版社，2000年6月版 2、刘加平 编《建筑物理》，中国建筑工业出版社， 2000年12月版 3、秦佑国王炳麟编《建筑声环境》(第二版)，清华大学出版社1999.8版
声音的计量和表示
一、声压 P，声强 I，声功率 W 1、声压：指某瞬时介质中的压强相对于无声波时压强的改变量。 单位 Pa ，n / m2 Pm P 有效声压级：某段时间内瞬时声压的平均值。 2 2、声强：单位时间内通过垂直于声音传播方向上单位面积的平均声 能通量。 单位 w / m2 。 ⑴公式：I=W/S W:声能 S：面积 ⑵自由声场： I w / 4 r:球面距声源中心的距离。 π r2


3、声压与声强的关系： P ——— 有效声压 0 ——— 空气密度 C ——— 空气中的声速 0.C ——— 介质的声阻抗率
I
P
2
0.C
4、声功率：指声源在单位时间内向外辐射的声能。单位w
⑴ 声功率与电功率的区别。
⑵ 各种声源功率。
二、级的概念与声学量表示： 1、听觉：听力范围 20～20000Hz 对于f=1000Hz的声音，听闻下限 1012 w / m2 听闻上限 1w / m 2
（代数和） （均方根值）
3、声强级、声压级叠加时：
⑴、假设，有m个等声压级的声音叠加时，其总声压极 为
， 2 105 Pa ， 20 Pa
2、人耳对声音感受的变化度，近似与声压、声强数值的 对数成正比。 ⑴、贝尔（BL）：以10倍（即相对比值为10）为一〝级 〞划分； 分贝（dB）：工程上常用贝尔的十分之一作单位。 p ⑵、声强级： 声压级： I
LI
10 g
l
I0
Lp 20 lg p 0
Eo E E E
Er r Eo 反射系数：
E Eo 透射系数：
⑷、吸声系数：
E Eo E a 1 r 1 Eo Eo
⑸、隔声量R：
R 10lg
1

§3
一、人耳的听觉过程 声源 经） 声波 大脑
人的主观听觉特征
人耳鼓膜 声音感觉 中耳 内耳（神
组成部分, 听觉区别声音高低的属性，根据它可以把声音排列成从 高到底的顺序。如，音阶； 单位：mel（美） 3、音色（音品）timbre ：听觉区别具有同样响度和音调
的两个声音所以不同的属性。……反映复合声的特征，主要
由频谱决定。 4、频谱：把声音按频率大小依次排列起来而得到的图称为
频谱。分为线状谱（乐音），连续谱（噪音），混合谱。
建筑声学〞已初步形成一门学科。二战后到60年代，以建筑声学
理论来指导建筑设计中的声学设计取得了巨大的成 功。……………… 依林混响公式、声学缩尺模型、室内波动声
学; 2、二次大战后:哈斯效应、早期声与混响声的声能比、清晰
度、重心时间、侧向反射声的作用、双耳效应等……………….
电声系统延长RT、声学建筑的造型变化; 3、20世纪70年代:声场计算机数字仿真技术;多功能厅 4、20世纪末至今:对人听觉的生理、心理机制的研究
。
LI ————声强级
1012 w / m2 I 0 ————基准声强，其值为
⑵、声功率级：
LW
10 g
l
W W0

W 0 ———— 基准声功率， W0
10
12
W
三、声压级的叠加：
1、声强叠加： I I 1 I 2 ... In
2 2 2 P ... P 2、声压叠加： P P 1 2 n
三、双耳效应：（听觉定位） 1、 在正常情况下，人们靠双耳听到的时间差、强度差、和 位相差，来判断声源的方向和远近，并确定声源的位臵。我 们把这种能力，称为“双耳效应”或“方位感”。 2、⑴ f 1400HZ 时， 强度差起主要作用。 f 1400HZ 时，时间差起主要作用。
⑵、双耳对左右水平方向上的声音的分辨能力，比上下 竖直方向上大的多。 人在安静和无回声的环境下：水平方向1°- 3°的变化； 竖直方向10°- 15 °的变化； ⑶、扬声器的声音和我们用一只耳朵的听音很相似，叫 单耳听闻。而我们习惯以双耳听闻，声音到达双耳的响度、音品 和时间各不相同，由于这些差别使我们能辨别不同地点的各种声 音的每一声源位臵。并将注意力集中于这些声源。
五、识别声音的三要素：
声音三要素：声音的强弱、音调的高低、音色的不同。 声音的强弱：可由声强级或声压级表示； 音调的高低：取决于声音的频率，频率越高，音调越高。 还与声音的声压级和其组成成分有关。 音色的不同：音色是反映复合声的一种特征，主要由复 合声中各种频率成分及其强度决定，即由
频谱决定。
§4
note: ⑴ 声速是振动状态传播的速度。
⑵ 声速与振源无关，与介质特性有关。固体中最快。
c t 7、波长λ，周期T，频率f： C 331.4 1 273 f 8、⑴ 人耳所能感受到的声波在20～20000Hz之间。
⑶ 声速与温度有关
1 f T
低频125～250Hz
┉ 中频500～1000Hz ┉ 高频2000～4000Hz
⑵ 超声波、次声波 ⑶ 频率在100～4000Hz之间的声音——波长在3.4m～8.5cm
三、惠更斯原理： 1、声线：声波的传播路径,且与波阵面垂直。 2、原理：在任一时刻，波阵面上的各点都可看成一个 发射子波的新波源。 3、利用它可以解释声源的衍射、反射等。
§2
一、声源的指向性：
声波的特征
1、声源尺度比波长小得多时，可
二、波阵面、波长、声速 1、声场：有声波存在的空间。 2、波阵面：在某一时刻，声波到达的各点的包迹面。 3、球面波：波阵面为同心球面的波。（点声源）
4、柱面波：波阵面为同轴柱面的波。（线声源）
5、平面波：波阵面为与传播方向垂直的平行平面的波。 (面声源）
6、声
速：声波在传声介质中的传播速度。 用〝C〞来表示,单位m/s。
看成点声源，能量呈球状分布。
2、声源尺度与波长比差不多或更 大时，能量有方向性，呈不均匀分 布。例：100 Hz～3.4 m 10000Hz～3.4 cm
3、频率越低，声源方向性越弱；
频率越高，声源方向性越强。
二、声波的频率： 1、纯音、复音、基音、基频、谐音、谐频。
2、声调(音调)pitch tone ：取决于频率、声压级、及其