11.1 建筑声学基本知识-2009版.ppt

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,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。,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,宋的“勾栏”,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,1、中国：殷代的“宛丘”,二、观演建筑的形成与演变：,汉代的“观坛”,隋唐的”戏场”,明清的以庭院围廊环绕戏台为基本形式,建于1737年意大利那不勒斯的圣卡洛剧场(标志演员与乐队的分离),中世纪的教堂,后期还有会议室,20世纪,现代声学的建立(建成于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.,文艺复兴时期的旅馆庭院式剧场(例:建于公元1600年的英国的环球剧场),19世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),2、西方：公元前7世纪古希腊的露天剧场(例:建于公元前350年的埃比道拉斯剧场),建于1618年意大利帕尔马的法内斯剧场(标志着剧院形式完成了向箱形舞台的演进过程),二、观演建筑的形成与演变：,古罗马圆形剧场(例:建于公元50年的马奥郎日剧场),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艺术博物馆礼堂1900年的波士顿音乐厅)。,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,到20世纪30年代，努特生的建筑声学和莫尔斯的振动与声的发表，标志着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;,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。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。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:声音传播需要传声介质。空气压力的起伏变化非常小。,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。note:声速是振动状态传播的速度。声速与振源无关，与介质特性有关。固体中最快。声速与温度有关,7、波长，周期T，频率f：8、人耳所能感受到的声波在2020000Hz之间。低频125250Hz 中频5001000Hz 高频20004000Hz 超声波、次声波 频率在1004000Hz之间的声音波长在3.4m8.5cm,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 声波的特征,一、声源的指向性：1、声源尺度比波长小得多时，可看成点声源，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 Hz3.4 m 10000Hz3.4 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。（见后图）,三、声波的衍射、反射、扩散、透射与吸收,1、声波的反射：符合反射定律 反射后声波特性不变 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：,d 小孔处的空气质点可以一个新的声源，其包迹面为球面。,d 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。,、有小孔的障碍板（d表示孔径 表示波长）,、无孔障碍板,障碍板尺寸比波长大的多，部分反射，部分衍射，但会形成声影区。,障碍板尺寸比波长小的多，几乎不受影响。,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、透射：部分声能透过构件。、吸收：声波通过媒质，或射到媒质表面上时，声能减少的过程；通过一种介质时，将声能转换成其它能量的一种现象。、能量守恒：透射系数：反射系数：、吸声系数：,、隔声量R：,3 人的主观听觉特征,1、人耳的听觉范围：大小0dB130dB，频率2020000Hz 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5010000Hz的纯音，当声压超过50dB，人耳大致可鉴别1dB的声压级变化。,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535ms，则听起来所有的声音似乎都来自第一个声源。如果延时在3550ms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。,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。,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。50ms17m,、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；、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置。并将注意力集中于这些声源。,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，并确定声源的位置。我们把这种能力，称为“双耳效应”或“方位感”。2、时，强度差起主要作用。时，时间差起主要作用。,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。,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 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，有效声压级：某段时间内瞬时声压的平均值。,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。公式：I=W/S W:声能 S：面积 自由声场：r:球面距声源中心的距离。,3、声压与声强的关系：P 有效声压 空气密度 C 空气中的声速 介质的声阻抗率,4、声功率：指声源在单位时间内向外辐射的声能。单位w 声功率与电功率的区别。各种声源功率。,二、级的概念与声学量表示：1、听觉：听力范围 2020000Hz 对于f=1000Hz的声音，听闻下限，听闻上限，,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。、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。、声强级：声压级：声强级 基准声强，其值为。,、声功率级：基准声功率，,三、声压级的叠加：1、声强叠加：（代数和）2、声压叠加：（均方根值）3、声强级、声压级叠加时：、假设，有m个等声压级的声音叠加时，其总声压极为、不相等声压级叠加,当有两个不同的声压级时，设 其总声压级为：Note:1)声强级、声功率级的叠加同理；2)查表法：先把声压级数值按顺序排列；再依次叠加。,四、响度级：1、响度：听者判断声音强弱的属性，根据它可以把声音排列成 由轻到响的顺序。单位，宋song note:1)、响度是人们反应声音大小的主观量；声强、声压是客观量。2)、声压越大，声音越响，但不成正比。,2、响度级：如果一声音与已选定的1000Hz的纯音听起来同样响，那么这个1000Hz纯音的声压级值，就定义为待测声音的响度级。note:响度级为40方时，响度为1宋。响度级每增加10方，响度增加1倍。,3、等响曲线：1)、每根曲线表示响度相等。（以1000Hz纯音的响度为标准）2)、人耳听觉灵敏区域在20005000Hz。3)、频率高的声音并不一定响。,4、计权网络与声级计：dB(A),dB(B),dB(C),dB(D),人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,谢谢！,