导图社区建筑物理声学部分

建筑物理声学部分

建筑物理声学部分笔记，内容有建筑声学基础、声音的物理性质&人的感受、声音的物理性质与计算、声音的户外传播、声波的反射折射衍射扩散吸收和投射、声音在围蔽空间内的传播、人对声音的感受。

编辑于2023-03-04 11:02:21 四川省

建筑学
建筑物理

回收型薄煎饼

建筑物理声学部分

社区模板帮助中心，点此进入>>

回收型薄煎饼

相似推荐
大纲

建筑物理声学部分

建筑声学基础

建筑声学的发展历程

声音的物理性质&人的感受

声音、声源、空气中的声波

是人耳能够感觉到的“弹性”介质的振动，是压力迅速而微小的起伏变化

行波

即振动在空气中的传播

声音的传播

在声音的传播途径中任何一处的空气质点，都只是在其原有静止位置两侧来回运动，即仅仅有行波经过是扰动，而没有空气流动

波阵面与声线

声源振动表面不是仅仅向该表面前后辐射辐射声音，而是向着所有方向辐声音，随着声波的扩展，其形状变成球面

波阵面

声传播时，介质中振动位相同的各点形成的面

声源形状

点声源——球面波

线声源——柱面波（高速运动的火车）

面声源——平面波（海面）

嗓音的方向性

声源具有方向性

一般用极坐标图来描述声源向空间各个方向辐射声波的能力

声源的方向性强弱一方面与声源本身有很大的关系，另一方面，与声波的频率有关

频率越高方向性越强

声音的物理性质与计算

频率和频谱

频率

波长

声速

与媒介的弹性、密度和温度有关

人耳的听觉范围

20-20kHz

建筑构件尺寸与声学设计

建筑中，频率100-1000hz的声音很重要，波长为3.4-0.03mm

当障碍物（或建筑构件）的尺寸与声波的波长相等或更大的时候，有更好的反射和扩散的作用

频谱

声音频率与能量的关系

频率范围为横坐标，相对应的声压级作为纵坐标

由一些离散频谱组成的谱称为线谱

在一定频率范围内汉以后连续频谱成分的铺称为连续谱

音叉发出的声音为单一频谱，称为纯音，频谱为线谱

现实生活中的声音往往包含一系列连续的频谱成分，称为连续频谱

乐声的线状谱

音乐声往往包含有一系列离散的频率成分，呈断续的线状谱

最低频率的声音为基音，该频率称为基频，决定音乐的音调

其他频率的声音称为协音，其频率均为基频的整数倍，称为谐频，组合在一起的时候就决定了声音的音色或音质

音乐声一般只含有基频和谐频

噪声

噪声是引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音

特征：一般是连续谱

倍频带，1/3频带

为了便于对声音就进行测量、分析，将频谱分为若干个频段，如倍频段，1/3频带

【】

倍频带

1/3频带

声音的计量

声功率

指的是声源在单位时间内向外辐射的声音能量，记作W

声强

单位时间内，垂直于声波传播方向的单位面积上通过的声能

单位是W/㎡

声压

某一瞬间，介质中的压强相对于无声波时的压强改变

单位：Pa

运算

在自由声场中测得声压和已知的声源的距离，可以算出该点的声强以及声源的声功率

级和分贝

人耳对于声音大小的感觉声强、声压不是线性关系，而是近似对数关系，因此，用级来表达人耳对声音大小的感知

通过声强、声压、声功率都可以表示这样的级，单位为分贝

【】计算题：3种参数与声强级的换算

级的特点：

对于声压总是以整数表示，声压改变1dB，人们很难察觉到这样的变化

人耳能够判断的声压级最小变化是3dB

如果变化达到5B会出现明显的感觉

在分贝标度中，声压每增加1倍，声压级增加6dB

声压每乘10，声压级增加20dB

声压级每增加10dB，人耳主观听闻的响度大致增加1倍

人们长时间暴露在高于80dB的噪声环境中，可能导致暂时或永久的听力损失

声级的组合和叠加

叠加的时候，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律

声级的叠加的运算特点

不同声压级叠加，总声压级较其中大者的增加值≤3dB

两个声压级之间差值≥10dB以上，总声压级较大者的增值≤0.5dB

声压级相加的使用计算表

指数级的运算方法

声音的户外传播【】

点声源与平方反比律

点声源的尺度与该声源与测点位置之间的距离相比小的多

一般认为，距离等于或超出声源最大尺度的5倍的时候，声源就相当于点声源

距离每增加一倍，声压级降低6dB

线声源与反比定律

波阵面围绕声源呈圆柱面展开。

当线声源单位长度的声功率为W，在位于声源距离为r处的声强I存在指数级的运算方法

【】建筑声学例题3.1-7

面声源距离的衰减

面声源：如果观测点与声源的距离比较近，声能没有衰减。但是远离声源的观测点有时也会有声压级的衰减

声波的反射折射衍射扩散吸收和投射

从图中可以总结出结论，即障碍物的相对波长的尺度由大到小的变化过程中，反射越来越少，散射的方向越来越多，且衍射越来越多，当尺度小到一定程度时，声音的传播近似不受影响

声波的反射

声波在传播过程中遇到介质密度的变化时，会有声音的反射

平面反射

反射的声波呈球状分布，反射波的强度取决于它们与“像”的距离以及反射面对于声波的吸收程度

曲面的反射

与平面反射相比，凹面反射波的强度比较强，凸面反射波的强度比较弱

实际的运用场景

声波的折射

声波在传播的过程中，遇到不同介质的界面时，除了反射以外，还会发生折射，从而改变声波的传播方向。

【引申】温度与风向对声音的传播方向产生影响

白天声音传播方向向上弯曲

夜晚声波方向向下弯曲，由此可以知道夜晚声波传递得比较远的原因

声波顺风传播时声线方向向下弯曲

逆风传播时向上弯曲，并产生声影子区

声波的衍射

当声波遇到部件的尺度大于声波的波长，其背后将会出现声影，然而也会出现声音绕过障壁边缘进入“声影”的现象

声波进入声影区的程度与波长和障壁的相对尺度有关

不同宽度的反射板对于声波的衍射作用不同

反射板的宽带不同，从反射波中分离出的衍射波能量也不同

小尺度反射板的反射能力小，衍射作用强

当在大厅使用反射板加强声音时，必须考虑它们有适当的尺度

同样尺度的反射板对低频和高频声波反射情况

对于低频声波（波长长）的衍射作用比较大，因此反射作用小

因此同一个反射板对于语言、音乐等复合频率声音的反射情况不同，对其中包含的高频声（波长短）的反射比较有效，或者说对于高频声具有一定的定向特性

语言的清晰程度主要取决于中、高频声、如果反射尺度相当于中频率波长的五倍，就能有效加强语言声

声扩散

声波在传播过程中，如果遇到凸形截面就会被分解成许多、小的、比较弱的反射声波，这种现象称为声扩散

声吸收

声波入射到建筑构件时，声能的一部分被反射，一部分透过构件，还有一部分由于构件的振动或声音在其中传播时介质额的摩擦、传热而被损耗，称之为材料吸收

平均吸声系数：按照面积权重来进行平均，可以得到面板的平均吸声系数

声波的透射

声波入射到建筑构件时，声能的一部分被反射，一部分被吸收，还有一部分透过建筑部件传到另一侧空间去

材料的透声能力一般用透射系数来表示

在工程中习惯于用隔声量来形容材料的透声量R

R越大，隔声量越大

声音在围蔽空间内的传播

传播声波的空间称为声场

声场分类

自由声场

扩散声场

声波在围封蔽空间的传播规律

声源稳定辐射声波，空间内的声能增长

当声源辐射与被吸收（包括围蔽界面以及空气吸收）的能量达到动态平衡的时候，空间内声压达到稳定值（不同位置的数值可能不同）

当声源停止辐射，空间内的声能逐渐减弱

驻波与房间共振

驻波：驻定的声压起伏

围弊空间是复杂的共振系统，不只有一维驻波（或称简正振动、简振波），还有可能产生二维的切向驻波和三维的斜向驻波

声波在两面平行的墙之间传播时，如果墙面之间的距离等于半波长的整数倍时，就会产生驻波

比较常规的三维勾股问题

房间中的简正振动：房间中可能形成的每一个驻波，称为一种简正振动方式

如何消除驻波？

合适的比例使得房间尺寸不成简单的整数比

不规则形状

布置吸声材料

混响、回声、混响时间

空间中任意一点收到的声音由三个部分组成：

直达声

声源直接到达接收点的声音，这部分声音的传播遵循距离平方反比定律

早期反射声

指直达声到达后，延迟时间为50ms内到达的反射声。包含室内截面一次、二次、以及少年上次反射后到达接受点的声音，这些声音会对直达声起到加强的作用

混响声

在早期反射后陆续到达的，经过多次反射后的声音统称为混响声

混响中连续反射的声能量平滑减少，因而察觉不出单个的反射声，并且有助于加强直达声

回声

人的听觉系统把连续的反射声整合在一起的能力有限

声级大小和时差都大到足以能和直达声区别开的反射声就是回声

回声干扰听闻，是在室内设计中不希望出现的声学缺陷

在两平行的反射墙面之间的一个脉冲声还能够引起一连串紧跟着的反射脉冲声，对这种有规律出现的回声称为颤动回声。

混响时间

室内声场到达稳态后声源停止发声，声能自稳态值衰减到百万分之一（或衰减60dB）需要的时间

赛宾公式

混响时间是房间声能衰减快慢的一个重要的特征，是室内音质的重要指标

从公式可以发现，改变A就能控制室内声音能衰减的快慢，可以提供合理的体积与装修调整混响时间

塞宾公式的局限性

伊林公式

在假定室内声场是充分均匀的情况下，每反射一次被壁面按照α均匀吸收一次的条件下，用统计声学的办法，可以推出：

塞宾公式可以理解为党a比较小的时候的特例

室内稳态声压级

当一定功率为Lw的声源在室内连续发声，声场达到稳态的时候，距离声源为r米的某一点的稳态声压级由直达声和混响声两部分组成

直达声强与距离r的平方成反比

混响声主要取决与室内的吸声状况

Q的取值：在房间的不同位置，Q的取值不同

运用

知道声功率W以及室内α，可以就算室内各位置的声压级以及判断声场分布

已知室内α，保证指定位置满足Lp的大小，确定声音源的W

吸声减噪的理论依据和计算

人对声音的感受

人耳的感觉

听阈

20Hz-20000Hz

疼痛阈

4000Hz

听觉阈

参考一系列的图表

响度级、响度

以分贝表示声音计量单位是客观量，没有与人对响度的主观感觉联系起来，不是人们判断声音怎样响的标度

同声压级：不同频率，给人的响度感觉不同

同频率：不同声压级，给人的响度感受相同

响度

单位是宋

是大量主观评价实验获得的

响度级

单位是方

不难发现，人对于响度的敏感程度与频率有关

声级计

利用声、电转换系统，反映人耳听觉特征的测量设备

按照一定的频率计权和时间计权测量声压级和声级的仪器，是声环境测量中最常用的仪器之一。

时差效应掩蔽双耳听觉

时差效应

人耳听觉在短时间里出现的相同的声音的积分能力，即听成一个声音而不是若干个单独的声音

掩蔽

一个声音的听阈因为另外一个掩蔽声音的存在而上升的现象称之为掩蔽，上升的分贝数是掩蔽的程度

频率相近，掩蔽量大

掩蔽声压级高，掩蔽量大

注意力会影响其他声音的掩蔽作用

双耳听觉

用双耳收听，可以判断声源的方向和远近称为双耳定位

方位感：双耳判别声源方向、远近的能力

判断因素：强度差、时间差

环境噪声、干扰噪声

指的是出现在听者所处的环境里的总噪声级，往往是多个声源产生的。

干扰噪声：指的是由室外传入的噪声或是由建筑维护结构传递的来自建筑物其他部分的噪声

决定声音对人干扰程度的因素

主题

建筑物理声学3-2

建筑吸声

概念

声波在媒介中传播过程中使声能衰减的现象称为吸声

分类

多孔吸声材料

包括纤维材料、颗粒材料以及泡沫材料

共振吸声材料

包括单个共振器，穿孔板共振吸声结构、薄膜共振吸声结构和薄板共振吸声结构

特殊吸声结构

包括空间吸声体、吸声尖劈等

可以从这张图了解到不同材料对于不同频率的声波的吸引程度

多孔吸声材料

有大量内外连通的孔隙和气泡

机理

空气粘滞阻力——能量转换

特性

对于中高频吸声较大，低频吸声音较少

材料

有机材料或无机材料

影响因素

空气流阻

材料两边静压差和空气流速之比

多孔材料存在最佳的空间流阻

孔隙率

专指与外部连通的孔隙

孔隙率即材料中处于连通状态的空气体积和总体积之比

孔隙率通常与流阻有较好的对应关系——说明存在最佳孔隙率

多孔材料的孔隙率＞70%，有的甚至＞90%

材料厚度

描述这一特征一般使用的图表就是吸声频谱

材料厚度增加到一定程度的时候，增加材料厚度，低频吸声增加明显，而高频声影响相对较小。

材料的表观密度

即材料的质量与表观体积之比

表观密度改变，吸声频率特性也会有所改变

但是影响比改变厚度小

材料背后的条件

坚实壁面之间留空气层，可以改变吸声的特征

饰面的影响

多孔材料往往需要依据强度、保持清洁和建筑装饰等方面的要求进行表面处理，如油漆，作表面硬化层或以其他材料罩面。

温度和湿度的影响

湿度增加

孔隙率降低

温度越高吸声音能力要更加弱一些

吸湿、吸水的影响

共振吸声结构

不透气软质膜状或薄板材料，与其背后的封闭空气层形成一个质量——弹簧共振系统，在受到声波的作用时，在该系统共振频率具有最大的声音吸收

原理：板振动时，其板内部摩擦，板与固定的框架之间摩擦，是机械能转化为热能

共振频率

运算的过程需要考虑到材料本身的性质，即膜或者板

可以利用改变板的厚度，空腔的厚度，填多孔材料来改变吸声峰值和α值

薄膜或薄板吸声结构，在使用时需要考虑的一些要点

比较薄的板，因为容易振动可以提供更多的声音吸收

吸声系数的峰值一般都处在低于200-300Hz的范围

随着薄板的面密度的增加，薄板背后空气层的厚度增加，吸声系数向低频移动

在薄板背后的空气层里填放多孔材料，会使得吸声系数的峰值增加

当使用预制的块状的孔吸声板与背后的空气层组合时，则将兼有多孔材料和薄板共振吸的特征

穿孔板吸声结构

其吸声特性取决与板的厚度，孔径，孔距，空气层厚度以及底层材料

这种材料如果有足够的厚度，在其表面进行喷漆，影响较小，因此作用也比较广泛

穿孔结构的吸声频率的运算

穿孔板吸声结构的影响因素

空气层加大，f0下降

穿孔率增大，f0增大，孔密集，共振频率提高

空腔填充多孔材料，各个频率的α普遍提高

贴装饰布，效果同上

油漆不应该堵塞孔洞，不改变孔径

其他构造

单个共振器——空腔共振吸声结构

构造特征：封闭的空腔通过开口管道与外部空间贯通

吸声原理：空气柱与空腔构成了声学共振系统，具有固有频率，在外界声波的作用下，引起空气柱振动，其振动的强弱，受到空腔与阻尼两个因素的作用。摩擦使得振动能转换为热能，从而吸声

微穿孔板

吸声原理

声阻与孔径的平方成反比

因为孔很小，孔本身的声阻很大，而不需要加多孔材料，就有较高的吸声系数

吸声特性

结构简单

具有比较宽的吸声频率

吸声特性可控制

可用金属，塑料板、薄膜制成、不怕气流、温度、水等恶劣环境

其他吸声结构

空间吸声体

主要集中吸收中高频

有效吸声面积大

安装使用方便

吸声尖劈

声阻抗渐变，尖劈形状的多孔材料，从尖部向后其声阻逐渐连续变化，在各“层”之间不发生反射，达到全吸声的目的——渐变吸收层理论

构造方法

用钢丝或其他材料制成尖劈骨架或基本框架

外罩布面材料

内填超细玻璃棉

可变吸声构造

构造

铰链式

旋转式

收缩式

特点：可以在比较宽的频率范围有20%的变化量

使用：可变混响时间

织物帘幕

构造

悬挂的纺织品与墙之间保持一定的距离

特性

中高频吸声，且具有吸声峰值频率

作用

吸声，软隔断，减小体积，进而减少T60

洞口

吸收系数均为1

人和家具

空气吸收

建筑隔声

声波在房屋建筑中的传播方式可以分为两种方式

空气传声

经由空气直接传播

经由围护结构的振动传播

固体传声

围护结构收到直接的撞击和振动

直接透射和侧向透射

两种传声引起的干扰不同

采用的控制方法不同

对于空气声，在工程中习惯以隔声量来表示隔声效果

R = 10lg1/t(dB)

直接透射&间接透射

在噪声源和听闻地点之间的直接透射

沿着围护结构的连接部件的间接透射

墙体、门、窗以及屋顶隔声

单层匀质密实墙

质量定律

墙体受到声波激发引起的振动与其质量有关，墙体的建筑面密度越大，声能透射越少

特殊情况

吻合效应

平面波以一定的入射角透射到墙板上，使墙产生振动，当声波波长投影时间间隔的各处相位与墙板振动相位吻合时，墙板收迫引起的弯曲波与声波一起沿着墙传播，此时墙板的隔声能力显著下降

理解：吻合和共振的区别

共振

外界的频率与墙体的固有频率相同，墙体振动速度极大，墙体与外界能量交换极大——没有隔声能力

吻合

必须是斜向入射，且声波的频率在板上的投影与板上固有弯曲波的频率相等时，该板固有的弯曲波振幅极大。隔声下降10dB

改善措施

硬而厚的板使得吻合的频率降低

薄而软的板使得吻合频率升高

孔洞对于隔声的影响在高频（短波）

孔洞与缝隙的影响

缝隙，对R的值的影响相较于孔洞要更加严重，不仅仅高频，中低频也会有极大的下降

消除影响的方法

要求施工墙体的砌缝严密，避免出现缝隙

墙体必须双面抹灰，以堵塞可能出现的缝隙

墙体当需要打洞的时候，应该注意位置，避免在角上打洞，并且尽可能塞满多孔材料

双层匀质密实墙

空气层的作用和效果

空气层起到衰弱声波的作用

墙体的隔声量与作用声波的频率有关，对于设置有空气间层的双层墙，可以看做是质量-弹簧0-质量系统

固有振动频率的运算

隔声量

有附加隔声量

吻合效应的影响

空气墙不改变墙体吻合效应以及相应频率，特别是性能完全相同的墙板组成的双层墙板，发生吻合效应时，隔声量显著下降

吻合效应的消除

用不同性能的材料，不同厚度的墙板组成隔墙，使二者的吻合效应的不同，其R值的低谷错开，互补缺陷，其总的隔声效果吻合效应不明显，甚至完全消除

声桥问题

定义

双层墙、墙板之间的刚性连接

影响

声桥传递了两个墙板的振动，空气层市区的衰减作用，使得隔声量显著下降

影响因素

刚性连接的紧密程度，声桥的数量多少

设计要点

高隔声要求，双层重墙，分离基础

减振处理

空气层填充多孔材料

抹灰、填洞与缝

柔性面层

施工要求：特别是不能形成声桥

轻质墙

建筑设计和建筑工业化的趋势是提倡采用轻质隔墙代替厚重的隔墙，如纸面石膏板、加气混凝土等

隔声措施

两层轻质墙体之间设置空气层

以多孔材料、填充轻质墙体之间的空气层，可以额显著提高轻质墙的隔声量

轻质墙体的材料的层数，填充材料的种类对于隔声性能都有影响，合理选择材料

隔声门窗

特点

轻便灵活——提高门窗、门扇的隔声能力

多缝隙——注意缝隙的构造设计与施工

隔声门设计

门扇：多用双层薄板，其间填塞多孔隔声材料

门缝

采用单橡胶皮条，双橡胶皮条或乳胶条，以软而富有弹性的密封条为好

地面

依照具体情况确定，可以用斜企口的方法，内外同水平高度，橡皮条或羊毛毡扫地

门轴与铰链

具备一定的承载能力，隔声门较重其安装应该不影响分析的出现不易变形，不随时间的长久出现缝

双层门

构造

在门洞上安装双层门

特点

空气层

两扇门的内表面做一定额的处理

轻便

相较于单扇门易轻便开启

效果

一般可以提高10dB的隔音量

声闸

构造

以小封建的双层隔声门，小空间内进行吸声处理

效果

低、中、高频普遍具有15dB以上的附加隔声量

设计要点

门连线与法线夹角大（相对错位大）

拉开两扇门之间的距离

门斗内强吸声处理，声闸内吸声与不吸声效果差距10dB

建筑物理3-4室内音质设计

围蔽空间里的声学现象