4 建筑声学基础知识

重庆大礼堂室内声学分析

城市小区噪声分析
二、当前设计中的若干声学问题
（1）大量厅堂建筑的建造。建设量大，要求高。
（2）设计观念的转变，流动空间、开敞办公等提出更高 的声学要求。 （3）新型轻质材料和预制构件的应用，只注重结构及保 温，忽视声学。
（4）室内噪声源增加，如空调、风扇、洗衣机、吸尘器



4.1.5 声波的反射与绕射
一、声波的镜像反射 声波在前进过程中，如果 遇到尺寸大于波长的界面，则声 波将被反射。图所示的是光滑的 表面对球面波反射的情况。图中 虚线表示反射线，它像是从声源 O的像——虚声源Oˊ发出的， Oˊ是O对于反射平面的对称点。

声波的反射

二、 声波的扩散反射 声波在传播的过程中，如果遇到一些凸形界面， 就会被分解成许多较小的反射声线，并且使传播的立 体角扩大，这种现象称之为扩散反射。适当的声波扩 散反射可以促进声音分布均匀，并可防止一些声学缺 陷的出现。
Fr F F 1 r 1 F0 F0

在进行室内音质设计或噪声控制时， 必须了解各种材料的隔声和吸声特性，从 而合理地选用材料。
声波的透射与吸收示意


思考题：
思考在我们身边存在的一些声音的镜像反射、扩散 反射、聚焦反射及衍射等方式，并分别举例说明。


4.1 声音的基本性质复习
I LI 10 lg I0
式中 I ——某点的声强，W/m2；
I 0 ——基准声强，10-12W/m2。


三、声压级 声压级是声压与基准声压之比的对数乘以20， 记作Lp, 单位也是分贝（dB），可表示为：
p L p 20lg p0
式中 p——某点的声压，Pa； P0——基准声压，2×10-5Pa。
几种不同声源的声功率 声源种类 喷气飞机 汽锤 汽车 钢琴 女高音 对话 声功率 10kW 1W 0.1W 2mw 1000-7200μ W 20μ W

二、声强 声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物 理量。声场中某一点的声强，即指单位时间内，在 垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能， 符号为I，单位是瓦每平方米（W/m2），由下式表示： W I S 式中 W——声源声功率，W； S——声能所通过的面积，m2。
②每个听者对若干频率和各声压级重复多次确定。 ③大量听者重复多次，然后统计平均。 d 将等响点连接就得到等响曲线。
2）定义：听者认为响度相同纯音的声压级与频率间关系 的曲线。 3）意义：利用等响曲线可以判断不同频率的声音，在“响” 这个特征上的差别。
纯音等响曲线



2、响度级 Ln 1） 定义：为了定量地确定某一声音使人的听觉器官 产生多响的感觉，最简单的办法是把它和另一个标准 声压级值就定义为待测声音的“响度级”。 单位： 方。1KHz的声压级为响度级。

扩散反射可分为完全扩散反射和部分扩散反射两 种。前者是将入射的声线均匀地向四面八方反射，即 反射的方向分布完全与入射方向无关；作后者是指反 射同时具有镜像和扩散两种性质，即部分镜像反射， 部分作扩散反射。
完全扩散反射
部分扩散反射

三、声波的聚焦反射 声波在传播的过程中， 如果遇到一些凹形界面，凹面 对声波形成集中反射，使反射 声聚集于某个区域，造成声音 在该区域特别响的现象。
本节主要介绍了声音的产生及传播的基本形式。


4.2 声音的计量
本节要点： 1.声功率、声强与声压 2.声功率级、声强级与声压级


4.2.1 声功率、声强与声压
一、声功率 声源辐射声波时对外作功。声功率是指声源在单位时 间内向外辐射的声能，记作W，单位是瓦（W）或微瓦 （μ W）。
问题： 0分贝与0分贝相叠加，声压级为多少？ 声压增加1倍，声压级增加多少分贝？ 声能增加1倍，声压级增加多少分贝？

思考题： 声音的物理计量中采用“级”有什么实用意义？ 70dB的声强级和70dB的声压级是否一回事？为什么？ 计算85dB与90dB叠加后的4.2 声音的计量复习
2）特点：
a 人耳对低频声较为迟钝，对高频声较为敏感。
b 低响度级曲线上，相应的各频率声压级变化较大。高 响度级曲线上，相应各频率的Lp差别小，曲线较平直。 c 响度级差10方，能量不一定差10倍，低频声更明显。 d 可听阈不在1KHz 0dB处，经准确测量——平均听阈 1KHz是4.2dB处。即4.2方曲线为可听阈曲线。 e 人耳对低频声的变化敏感。


对平面波而言，在无反射的自由声场中，由于在声波 的传播过程中，其声线相互平行，波阵面大小相同， 故同一束声波通过与声波距离不同的表面时，声强不 变。

对于球面波而言，其声强与点声源的声功率成正比， 而与到声源的距离平方成反比。

三、声压 介质质点由于声波作用而产生振动时所引起的 大气压力的起伏称为声压，记作p，单位是帕斯卡， 简称（Pa）。声压与声强有着密切的关系。在无反 射、吸收的自由声扬中，某点的声强与该处声压的 平方成正比，而与介质的密度和声速的乘积成反比， 即： p2 I 0c


二、最大和最小的可听声压极限 人耳可接受的声音的声压变 化范围是很大的。人耳的最小可 听声压极限与测试方法有关。在 建筑声学中，通常用自由场最小 可听阈表示。一般正常青年人在 中频附近最小可听极限大致相当 于基准声压，即2×10-5 Pa(声压 级为0dB)，当一个人最小可听极 限提高时，可认为这听觉灵敏度 降低了。


一、声功率级Lw 声功率级是声功率与基准声功率之比的对数的10倍， 记作Lw，单位是分贝（dB）表达式为：
W LW 10lg W0

式中 W——某点的声功率，W； W0——基准声功率，10－12W。


二、声强级LI 声强级是声强与基准声强之比的对数的10倍， 记作LI，单位也是分贝（dB），可用下式表示：
用声压运算 1.分贝相加： 相同相加： 2.分贝平均： 3.分贝相减：
按级的定义推导级的运算法则。
4、运算特点： 1）不同声压级叠加，总声压级较其中大者的增加值≢3dB。 2）两个声压级间差值≣10dB（15dB）以上，总声压级较大 者的增值≢0.5dB。
实际问题中的意义是：较小声级可忽略不计。即对“干 扰与不干扰问题”的判断。
建 筑 声 学
基础篇
重庆大学建筑城规学院

什么是建筑物理？
室内 音质 空气 质量
天然 采光
光学 声学 建筑物理 （环境） 热工
人工 照明
节能
噪声 控制
城市 热环境
室内 热环境
绪
论
一、建筑声学的内容 （1）
噪声控制（室外、室内） 排除或减小噪声和振动的干扰。
（2） 厅堂音质（室内） 各种听音场所提供产生、传播和收听需要 的声音最佳条件。
等。 （5）室外噪声源增加，如汽车、轻轨、商业活动等。
三、参考文献
(1）《建筑物理》 （2）《建筑物理》 （3）《建筑物理》 重庆大学 东南大学 五校合编 陈仲林 唐鸣放 主编 柳孝图 主编 刘加平 主编
（4）《建筑声学设计原理》 华南理工大学 吴硕贤 编著
（5）《建筑声环境》 清华大学 秦佑国 王炳磷编
3、 声级 1）.复合声评价 a.对各种复合声应有反映“人”主观感觉响度的大小，量度方法。 b.由等响曲线知不同频率的纯音对人耳刺激量的贡献不同，而 且在高声级与低声级时有差异。 高声压级时——不同f贡献相近。 低声压级时——不同f贡献差异大。 因此，既要考虑声级大小，也要考虑f。 c.最初近似把声音的测量分三个区域考虑 85dB以上 ——C声级 55~85dB ——B声级 55dB以下 ——A声级
0 ——介质密度，Kg/m3，一般空气取 1.225 Kg/m；
c ——介质中的声速，m/s。
式中 p ——有效声压，Pa；
0c 又称为介质的特性阻抗。


4.2.2声功率级、声强级与声压级
正常的人耳所能感知的声强和声压的范围是很大的。对 于1000Hz的纯音，人耳刚能听见的闻阈声强是10-12 W/m2，相 应的声压是2×10－5Pa；而使人耳产生痛觉的痛阈声强是 1W/m2，相应的声压为20Pa。可以看出，人耳可容许的声强范 围相差1012倍，即一万亿倍，其声压也相差一百万倍。因此， 很难直接用声强或声压来计量。如果改用对数标度，就可以 压缩量程范围。同时，人耳对声音大小的感觉也并非与声强、 声压成正比，而是近似地与声强或声压的对数值成正比。所 以，对声音的计量常采用对数标度，于是就引入了级的概念。 在声学中，级表示一个量与同类基准量之比的对数。

声功率级、声强级、声压级都是无量纲量，是 相对比较的值，其数值大小与所规定的参考值有关。 在级的分贝标度中，压缩了人耳感觉上下限范围量程 的数量级，并接近人耳的感觉变化。
不同环境噪声级


4.2.3 声级的叠加
声强级、声压级叠加时，不能进行简单的算术相 加，而是要按照“级”的加法规律进行，即要采用对 数运算规则。对于几个声压均为p的声音，叠加后的 声压级是：
第 4章
建筑声学基础知识


4.1 声音的基本性质
本节要点： 1.声音的产生 2.声音的传播 3.声波的频率、波长与速度 4.波阵面与声线 5.声波的反射与绕射 6.声波的透射与吸收





4.1.1声音的产生
声音是人耳所能感觉 到的“弹性”介质的振动， 是压力迅速而微小的起伏 变化。 声音产生于物质的振 动，例如扬声器的膜片、 拨动的琴弦等。这些振动 的物体称之为声源。
主要介绍了声音的声功率、声强与声压的计量。


4.3 声音与人的听觉
本节要点： 1.可听的频率与声压范围 2.响度级、总声级 3.声源的指向性 4.声音的频谱 5.音调和音色 6.双耳听闻与声像定位 7.时差效应与回声感觉 8.掩蔽效应



4.3.1 可听的频率与声压范围 一、最高和最低可听频率极限 对于可听频率的上限，不同人之间可有相当大的 差异，而且和声音的声压级也有关系。 一般青年人可听到20000Hz左右的声音，而中年人 只能听到12000～16000Hz的声音。可听频率的下限， 通常是20Hz。

振动的形式有多种多样，在 现实生活中，许多声音都来 源于最简单的振动——简谐 振动。


4.1.2声音的传播
随着活塞不断来回 振动，它的两侧就形成 疏密相间的质点层并向 远处传播，此即声波。 因此对声波而言， 当声源发声后，必须经 过一定的介质才能向外 传播。这种介质既可以 是气体，也可以是液体 和固体。


C = f ·


4.1.4波阵面与声线
波阵面：声传播时，介质中 振动位相相同的各点的轨迹。 形状： 点声源——球面波 线声波——柱面波 面声源——平面波
波阵面



声线：自声源发出代表声能传播方向的曲线，声的波 动性质不计。仅在均匀、各向同性的介质中，声线是 直线。 声线的意义： 声线代表了声传播的方向,又不考虑波动性，因此 声传播问题得到了简化，它是一种研究声传播规律的 简明工具。 几何声学： 用声线来研究声传播的声学。

四、声波的绕射（衍射） 当声波在传播过程中遇到一块有小孔的障板时， 并不像几何光学光线那样直线传播，而是能绕到障 板的背后继续传播，改变原来的传播方向，这种现 象称为绕射。
小孔对波的影响
大孔对前进波的影响


4.1.6 声波的透射与吸收
但从入射波和反射波所在的空间考虑 问题，常用下式来定义材料的吸声系数：
人耳的听觉范围
4.3.2响度级、总声级 一、等响曲线 1）现象与测定 人耳对不同频率的声音，同频率强度不同的 声音均有不同的感觉。这说明“耳”的主观性极大。 测定 a. 对象 18~25岁大量听力正常的青年 b. 环境 声学消声室 c. 方法 ①听音者对声源，用两耳同时听，比较试听声音与1KHz 的对照声，调节试听声与1KHZ的对照声，调节试听声 使二者“等响”。然后测量听着不在时，其耳朵所在位 置两种声音的声压级，取得一个等响点。
声波的产生



4.1.3声波的频率、波长与速度
波长： 相邻的两个同位相质点的距离，或振动 在一个周期的时间所传播的距离。 频率 f ：质点在单位时间作完全振动的次数。声 的频率是声源的振动频率。 声速 C： 声在单位时间所传播的距离。 声速的大小与介质的物理性质、温度有关。 空气中： C=331+0.6θ m/s 量间关系： = c/f