建筑环境学-吕洁-建筑声环境.ppt

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1、第七章 建筑声环境,1 建筑声环境的基本知识,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,3 声音传播与衰减的原理,4 材料与结构的声学性能,5 噪声的控制与治理方法,1 建筑声环境的基本知识,一、声波的基本物理性质,声音的产生与传播过程的基本因素,声波和波动方程声速简谐声波、频率与波长声音信号和频谱波阵面与声线,1 建筑声环境的基本知识,1.声波和波动方程,建筑环境中的声波以空气传播的声波为主，是压强波，是纵波(即质点的振动方向和波的传播方向相平行),1 建筑声环境的基本知识,2.声速,主要取决于介质本身的物理特性，也和温度等因素有关.,温度为0时声波在不同介质中的传播速度,3.简谐声波、频率与

2、波长,1 建筑声环境的基本知识,周期T：声波通过空气或其他弹性介质传播时，介质质点在其平衡位置附近来回振动完成一次完全振动所需的时间，单位为秒频率f：一秒内的振动次数，即周期T的倒数，单位：赫兹（Hz）波长：声波在一个周期内传播的距离，单位为m,20KHz为超声。其中，人耳感觉最重要的部分约在100Hz4000Hz，相应的波长约3.4m8.5cm.,1 建筑声环境的基本知识,1 建筑声环境的基本知识,4.声音信号和频谱,1 建筑声环境的基本知识,线状谱,连续谱,1 建筑声环境的基本知识,声音三要素,Think，乐音与噪音的区别是什么呢?,频程：把可听声的频率变化范围划分为若干小的段落,频程宽度

3、：上下限频率值之差，简称频带宽。倍频程：对频率作相对比较的单位.,频程,频程倍数,建筑声学常用1个倍频程,ISO和国标：fc=31.5、63、125、250、500、1000、2000、4000、8000、16000Hz,1 建筑声环境的基本知识,1 建筑声环境的基本知识,5.波阵面与声线,1 建筑声环境的基本知识,二、声音的计量,声功率、声强和声压声功率W声强I声压p声功率级、声强级、声压级及其叠加级的概念与声压级声强级声功率级声级的叠加声源的指向性,1 建筑声环境的基本知识,声功率W：声源在单位时间内向外辐射的声能，单位为瓦（W）或微瓦（W）。,注意：电功率：声源输入功率声功率：声源输出功

4、率,现在你明白说话不会让我们筋疲力尽，而在大房间内演讲需用扩声设备的原因了吧。,1 建筑声环境的基本知识,I=W/S W/式中 S声能所通过的面积，。,声强I：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，单位为W/。,是衡量声音强弱的物理量，有方向性，难以测量，通常测量声压，通过计算求得声强和声功率,1 建筑声环境的基本知识,在无反射的自由声场中，点声源发出的球面波，均匀地向四周辐射声能。距声源中心为r的球面上的声强为：I=W/S=W/(4r2)W/,对于球面波：声强与点声源的声功率成正比，而与到声源的距离的平方成反比；对于平面波，声线互相平行，声强不变，与距离无关。,1 建筑声

5、环境的基本知识,声压P：某瞬时，有声波时介质中的压强(P)相对于无声波时的静压强(P0)的改变量，单位即压强的单位，Pa。任何一点的声压都随时间而变瞬时声压：每一瞬间的声压有效声压：某段时间内瞬时声压的平均值，用均方根值表示,1 建筑声环境的基本知识,级：做相对比较的量。,1 建筑声环境的基本知识,声功率级,一般条件下：可认为声强级LI=声压级Lp；在高原地区和其他特殊条件下：声强级LI和声压级Lp未必相等。,Think，声强级、声压级、声功率级和声强、声压、声功率一样吗？,1 建筑声环境的基本知识,声强叠加：I=I1+I2+In,声压叠加：,声压级、声强级叠加：按对数运算规律数值相等：声压级

6、叠加后比原来增加3dB数值不等：总声压级按表计算，级差10dB不计,1 建筑声环境的基本知识,【例7-1】噪声频带声压级如下，求总声压级。,【解】,声压级排序：100、95、93、90、82、75、70、70,声压级差,声压附加值,高值+附加值,93,90,1 建筑声环境的基本知识,3.声源的指向性,声源尺寸比波长小得多时，可看作点声源，无指向性；声源尺寸波长时，声源不再是点声源，有指向性；指向性与频率(波长)有关，频率越高，指向性越强；指向性的表示方法指向性指数DI：以具有相同声功率的无方向性的点声源形成的声压场为参考值时，在离实际声源相同距离处，某个方向的实际声压级与参考声压级之差，单位d

7、B，通过现场实测得到。指向性因数Q：实际声强与上述参考声场的声强的比值。DI和Q的关系：,1 建筑声环境的基本知识,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,一、人的主观听觉特性,人耳的频率响应与等响曲线掩蔽效应双耳听闻效应（方位感）听觉疲劳和听力损失,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,1.听觉机构,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,2.听觉特性,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,A网络：参考40方等响曲线，对500Hz以下的声音有较大的衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性；C网络：具有较平坦的特性，可听范围内几乎不衰减；B网络：介于两者之间，对低频有一定的衰减；D网络：用于测量

8、航空噪声。,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,（2）掩蔽效应,掩蔽效应：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。,掩蔽量：听阈提高的分贝数。,频率相近时声音掩蔽最显著，掩蔽声声压级越大，掩蔽量越大，掩蔽的频率范围越宽；掩蔽音对比其频率低的声音的掩蔽作用小，对比其频率高的声音掩蔽作用大；人耳对响度不大、没有表达含义的连续噪声的适应能力很强。,掩蔽阈：提高后的听阈。,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,（3）双耳听闻效应（方位感）,方位感强的声音更能吸引人的注意力；方位感明显的噪声更易引起人心理上的烦躁；无明确方位感的噪声易被人

9、忽略；人耳判断声源的远近比较差，但确定声源的方向较准确,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,（4）听觉疲劳和听力损失,人耳的灵敏度通常随年龄的增长而降低，尤其对高频降低得更快；男性对高频的灵敏度随年龄增长而降低比女性快。,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,二、噪声的评价,A声级LA（或LpA）等效连续A声级LAeq,T昼夜等效声级Ldn累积分布声级Lx噪声评价曲线NR和NC、PNC曲线,三、噪声允许标准和法规（略）,目前国际上使用最广泛，作为保护听力和健康以及环境噪声的评价量，对于稳态噪声可直接测量。,1.A声级LA（或LpA）,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,2 人体对声音

10、环境的反应原理与噪声评价,2.等效连续A声级LAeq，T（等效声级）,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,一般噪声在晚上比白天更容易引起人们的烦恼。因此，计算一天24小时的等效声级时，夜间要加上10dB的计权，这样得到的等效声级称为昼夜等效声级。,3.昼夜等效声级Ldn,式中Ld 白天(07:00-22:00）的等效声级；Ln 夜间(22:00-07:00）的等效声级。,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,4.累积分布声级Lx,表示有x%测量时间出现了A声级大于Lx的情况用于随机噪声（如交通噪声）L10表示峰值L50表示中值L90表示背景噪声,随机噪声满足正态分布时：,2 人体对声音环

11、境的反应原理与噪声评价,是使用最广泛的用于评价公众对户外噪声的反应和工业噪声治理的限值，可同时反映噪声的声级和频率特性，限值曲线用NR值表示，噪声各个倍频带声压值都不得超过该曲线所规定的声压级值。,5.噪声评价曲线NR,LA=NR+5 dB,红线代表的噪声限值为NR25，蓝线代表的噪声限值为NR50,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,5.噪声评价曲线NC,对低频的要求比NR曲线苛刻，用于评价室内噪声对语言的干扰和噪声引起的烦恼。,LA=NC+10dB,NC=NR-5,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,音乐厅声环境的目标就是NC-15,当乐队与观众一起沉浸在片刻寂静中时，真是令人为之

12、陶醉多么难得的声音环境。用技术术语来讲，人们听到了NC-15的声音。,2 人体对声音环境的反应原理与噪声评价,5.噪声评价曲线PNC,对NC 曲线进行修正，对低频部分进一步降低，也用于评价室内噪声对语言的干扰和噪声引起的烦恼。,PNC=3.5+NC,3 声音传播与衰减的原理,声波遇到边界面和障碍物时的传播规律声音在室外空间的传播声音在室内空间中的传播室内声场的稳态分布,一、声波遇到边界面和障碍物时的传播规律,3 声音传播与衰减的原理,3 声音传播与衰减的原理,3 声音传播与衰减的原理,2.声波的透射与吸收,小的叫隔声材料，小的叫吸声材料。,3 声音传播与衰减的原理,二、声音在室外空间的传播,1

13、.声音在自由场中的传播,3 声音传播与衰减的原理,2.声音在传播过程中的衰减,3 声音传播与衰减的原理,由此，可得距声源r处的声压级：,3 声音传播与衰减的原理,三、声音在室内空间中的传播,距声源相同距离的接收点上声强比在自由声场中大，且不随距离的平方衰减；声源停止发声后声场中存在混响现象（能量衰减过程）,这都是我的功劳呢！,1.室内声场,3 声音传播与衰减的原理,3 声音传播与衰减的原理,4.室内声场的衰减过程,单位时间里声波与房间界面的碰撞次数（反射次数）：,房间声能密度随时间t的衰减：,声级随时间t的衰减：,3 声音传播与衰减的原理,5.混响时间与混响公式,适用于房间界面吸声较小混响时间

14、较长（0.2）,有前提条件：声场是完整空间声场是完全扩散的,3 声音传播与衰减的原理,四、室内声场的稳态分布,1.室内声场稳态分布公式,直达声产生的声能密度：,反射声产生的声能密度：,室内的稳态声压级：,房间常数,3 声音传播与衰减的原理,2.混响半径,指在直达声的声能密度与反射声的声能密度相等处距声源的距离。,采取吸声减噪措施时：接收点在r0之内：接收的主要是直达声，效果不大；接收点在r0之外：接收的主要是反射声，效果明显。,4 材料与结构的声学性能,材料和结构的声学特性吸声材料和吸声结构隔声和构件的隔声特性,一、材料和结构的声学特性,控制噪声的方法,4 材料与结构的声学性能,4 材料与结构

15、的声学性能,二、吸声材料和吸声结构,1.吸声材料的吸声系数和吸声量,1）材料和结构的吸声特性与声波入射角度有关：,4 材料与结构的声学性能,通常采用125、250、500、1000、2000、4000Hz六个频率的吸声系数表示某种材料和结构的吸声频率特性有时采用250、500、1000、2000Hz四个频率吸声系数的算术平均值作为“降噪系数”（NRC）用于比较和选择吸声材料,2）同一种材料和结构对于不同频率的声波有不同的吸声系数，因而,4 材料与结构的声学性能,2.吸声材料和吸声结构的分类,4 材料与结构的声学性能,（1）多孔吸声材料,1）吸声机理：声波顺微孔进入材料内部，引起空隙中空气振动，

16、由于存在摩擦和空气粘滞阻力，使部分声能转化为热能。,2）影响多孔材料吸声系数的因素,厚度：中低频吸声系数增加明显，高频变化不大密度：可提高中低频吸声系数空腔：可提高中低频吸声系数面层：金属格网等影响不大，穿孔板可提高低频吸声系数，薄膜可提高中频,Think，孔为什么要内外相通才行？,4 材料与结构的声学性能,4 材料与结构的声学性能,4 材料与结构的声学性能,（2）共振吸声结构,Think，共振=共鸣？,特点：吸收频带窄，共振频率低,4 材料与结构的声学性能,穿孔板吸声结构的共振频率：,亥姆霍兹共振器的共振频率：,4 材料与结构的声学性能,4 材料与结构的声学性能,一般穿孔板：后面铺多孔材料以

17、增加孔颈处的空气运动阻力，提高整个吸声频率范围的吸声系数微穿孔板：通常不铺多孔材料高频范围的吸声系数主要取决于穿孔率的大小，穿孔率大则吸声系数大,4 材料与结构的声学性能,2）薄板共振吸声结构,玻璃、吊顶、薄金属板、架空木地板和空木墙裙等属于这类吸声结构吗？,吸声原理：当声波入射到薄板上时，将激起面层振动，使板发生弯曲变形。由于面层和固定支点之间的摩擦及面层本身内损耗，一部分声能被转化为热能,4 材料与结构的声学性能,4 材料与结构的声学性能,4 材料与结构的声学性能,（3）其他吸声结构,形状：多面体，有两个或两个以上的面与声波接触，有效吸声面积大于投影面积吊装位置：声能流密度大处特点：造价低

18、施工方便有装饰作用适用场合：工业厂房、大空间,1）空间吸声体,4 材料与结构的声学性能,2）强吸声结构尖劈,4 材料与结构的声学性能,三、隔声和构件的隔声特性,1.隔声量R(或称透射损失TL)与透射系数,用于表示构件对空气声的隔绝能力,R值与声波的入射角有关同一结构对不同频率的入射声波有不同的R值常用中心频率为1254000Hz的六个倍频带的隔声量(有时也用其算术平均值)表示构件的隔声性能,4 材料与结构的声学性能,4 材料与结构的声学性能,2.单层匀质密实墙的空气声隔绝特性,和入射声波的频率有关取决于墙本身的单位面积质量、刚度、材料的内阻尼以及墙的边界条件等因素,声波无规入射时：R比正入射时

19、低5dB,这就是质量定律，单位面积质量或频率每增加一倍R增加6dB，实测值会小一些,4 材料与结构的声学性能,3.双层墙的空气声隔绝特性,声桥（两层墙之间的刚性连接）不多的情况下,空气间层厚度超过10cm将不增加,4 材料与结构的声学性能,5 噪声的控制与治理方法,噪声控制的原则与方法吸声降噪隔声减振和隔振隔声罩消声器气流噪声控制掩蔽效应在噪声控制中的应用,一、噪声控制的原则与方法,声源的噪声控制：选用低噪声设备、安装时采取减振、隔声、吸声等措施在传声途径中的控制闹静分开布置设备机房控制噪声的传播方向设隔声屏障阻挡噪声的传播采用吸声材料和吸声结构吸收噪声采取隔振措施减弱噪声的传播在接收点的噪声

20、控制：佩带防护用具和减少暴露时间,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,2.城市噪声控制,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,城市噪声管理噪声控制法规交通噪声管理汽车限速、限制鸣笛、限制卡车驶入时间火车禁止用汽笛，铁路两旁设隔声屏障工业噪声管理不满足设备噪声标准的搬迁或改产建筑施工噪声管理夜间禁止施工，不得超过环境噪声标准生活噪声户外禁止使用扬声器家用电器不得超过环境噪声标准,5 噪声的控制与治理方法,城市规划城市人口的控制功能分区道路交通噪声控制改善道路设施(加宽路面、增设路边快慢隔离、双行线改单行、架设路天桥、建立交桥)交通噪声的衰减

21、,5 噪声的控制与治理方法,3.室内设备噪声控制,（1）改革工艺和操作方法来降低噪声,（3）降低噪声辐射部件对激振力的响应，使发声系统的固有频率远离激振力频率,5 噪声的控制与治理方法,二、吸声降噪,5 噪声的控制与治理方法,三、隔声,1.隔声构件的综合隔声量,式中 平均透射系数；第i个分构件的透射系数；第i个分构件的透射量。,5 噪声的控制与治理方法,【解】,组合墙平均透射系数：,墙、门的透射系数：,组合墙平均隔声量,【例7-1】某墙隔声量Rw=50dB，面积Sw=20m2，墙上开一门，其隔声量Rd=20dB，面积2m2，求该墙综合隔声量,所以要用等透射量设计,5 噪声的控制与治理方法,2.

22、缝和小孔对隔声的影响,5 噪声的控制与治理方法,实际应用：堵严孔洞；设计双层窗或门设置“声锁”或“声闸”，两道门的开启连锁控制。,5 噪声的控制与治理方法,3.房间的噪声降低值,式中Lp两室声压级差，噪声降低值；R隔墙的隔声量；A接收室的总吸声量；S隔墙的面积。,5 噪声的控制与治理方法,4.撞击声的隔绝,降低高频声效果最显著！,5 噪声的控制与治理方法,四、减振和隔振,人体对振动的敏感性与人体姿势有关,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,1.隔振,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,管道隔振支架,5 噪声的控制与治理方法,沟越深，隔振

23、效果越好；沟的宽度对隔振效果影响不大。,防振沟,对以地面为主传播的表面波十分有效呢,积极防振：在振动的设备附近挖掘防振沟；消极防振：在怕振的设备或建筑物附近挖掘减振沟。,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,用来衡量系统的减振能力的指标：振动传递比,式中T振动传递比；f振源频率；f0隔振结构的固有频率。,隔振结构的固有频率比振源频率越低，T值越小，隔振效果越好；隔振结构的固有频率与振源频率越接近，T值越大，二者相等时T值趋于无穷大，出现共振,因此，需选择其固有频率远远低于振源频率的材料或构件制作隔振器,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,2.阻尼减振,（2）阻尼材

24、料和阻尼减振措施阻尼材料：具有很高损耗因子的材料，如沥青、橡胶等自由阻尼层结构：将一定厚度的阻尼材料粘贴或喷涂在金属板的一面或两面，由阻尼层的变形损耗振动能量约束阻尼层结构：在基板和阻尼材料上再附加一层弹性模量较高的起约束作用的金属板，上下两层的弯曲变形使中间阻尼层产生剪切形变，消耗振动能量。,（1）减振原理：在金属薄板结构上喷涂或粘贴一层高内阻的粘弹性材料，使部分振动能量转变为热能，而使振动和噪声降低。,5 噪声的控制与治理方法,五、隔声罩,功能：隔声、吸声、阻尼、隔振、通风、消声等作用：隔绝设备噪声降噪效果的评价指标：插入损失IL表示隔声罩设置前后，同一接收点的声压级之差与隔声罩所用材料（

25、结构）的隔声量有关与隔声罩内的平均吸声系数有关,1.隔声罩的隔声原理,所以罩内吸声系数过小不行,结构：外壳、阻尼层、吸声材料、保护层；外壳用钢板、胶合板、纸面石膏板或铝板制作；阻尼层用阻尼漆、沥青加纤维织物或纤维材料；吸声材料层采用超细玻璃棉或泡沫塑料；保护层用穿孔板、钢丝网或玻璃布等；罩与机器最小间隙为5cm，罩与基础之间加橡胶垫层；有散热需要的设备在罩上设有消声性能的通风管道；类型：全封闭、局部开口、固定或活动式,2.隔声罩的主要结构及效果,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理

26、方法,六、消声器气流噪声控制,分别用来评价安装消声器前后的综合消声效果和消声器自身的消声性能,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,阻性消声器原理：利用布置在管内壁上的吸声材料或吸声结构的吸声作用，使沿管道传播的噪声迅速随距离衰减，从而达到消声的目的适用：中、高频噪声的吸声消声量：,式中 消声系数，与阻性材料的吸声系数有关；P通道有效断面的周长；L消声器有效长度；S气流通道的横断面面积。,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,抗性消声器原理：不使用吸声材料，主要利用声阻抗的不连续性产生传输损失，利用声音的共振、反射、叠加、干涉等原理达到消声目的；分类：扩张室、共振腔两类适用：中、低频噪声的控制。,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,七、掩蔽效应在噪声控制中的应用,作用抑制干扰声音并提高工作效率降低隔声构件的隔声量特点无表达含义响度不大连续无方位感,5 噪声的控制与治理方法,5 噪声的控制与治理方法,Think，空调系统应采取什么消声减振措施？,5 噪声的控制与治理方法,本章小结,了解听觉特性理解材料和结构的声学性能掌握声音产生和传播的基本原理、噪声评价和控制,