第一篇：建筑声学 第三章 材料和结构的声学特性
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建筑与城市物理环境概论---声环境
道，噪声使街旁的住户彻夜难眠。 ►中世纪的英国国王规定不得在夜间
鞭打妻子，这不是为了保护妇女， 而是因为挨打妇女的叫声会干扰邻
1992年联合国环境保护署(UNEP)发表的报 告《环境状况——拯救我们的星球》，其中 关于噪声污染方面，报告指出，“与10年前 相比，噪声已经成为一个更加严重的问题， 特别是在许多发展中国家，噪声污染日趋严 重。在马尼拉、曼谷、开罗和许多其他城市， 它成为一个主要的环境问题”。
50ms前到达的声能/全部到达的声能 1962年，Beranek出版《Music Acoustics and Architecture》
提出初始延迟间隙(initial-time-delay gap)：第一个反射声相对于直达声 的延迟时间，与亲切感（intimacy）有关； 1967年，Marshall提出側向反射声对音质的重要性； 1968年，Barron提出空间感的客观量度S： 早期（5~80ms）側向反射声能/早期（0~ 80ms）非側向反射声能 1970年，Jordan提出“早期衰减时间”EDT； 1974年，Abdel Alim提出明晰度（clarity）C,用于音乐的清晰度：
布朗（M．Barron）组织20个有经验的音质评价人员，大部 分为声学顾问，对英国的11个厅堂进行了现场评价。评价者在厅 内不同的位置听音，根据问卷调查对各主观指标作出评价。最后 对厅堂总的音质分成7个级别，从“顶级”到“很差”。结果显示 5个音质指标，即明晰度、混响感、环绕感、亲切感和响度是相互 独立的，而厅堂音质的总印象与混响、环绕感、亲切感的相关性 最高。同时，也发现评价人员对于厅堂音质有不同的偏好，一部 分倾向于混响感，而另一部分则倾向于亲切感。
纽约 Carnegie Hall
1891建，1986和1989年 改建
鞭打妻子，这不是为了保护妇女， 而是因为挨打妇女的叫声会干扰邻
1992年联合国环境保护署(UNEP)发表的报 告《环境状况——拯救我们的星球》，其中 关于噪声污染方面，报告指出，“与10年前 相比，噪声已经成为一个更加严重的问题， 特别是在许多发展中国家，噪声污染日趋严 重。在马尼拉、曼谷、开罗和许多其他城市， 它成为一个主要的环境问题”。
50ms前到达的声能/全部到达的声能 1962年，Beranek出版《Music Acoustics and Architecture》
提出初始延迟间隙(initial-time-delay gap)：第一个反射声相对于直达声 的延迟时间，与亲切感（intimacy）有关； 1967年，Marshall提出側向反射声对音质的重要性； 1968年，Barron提出空间感的客观量度S： 早期（5~80ms）側向反射声能/早期（0~ 80ms）非側向反射声能 1970年，Jordan提出“早期衰减时间”EDT； 1974年，Abdel Alim提出明晰度（clarity）C,用于音乐的清晰度：
布朗（M．Barron）组织20个有经验的音质评价人员，大部 分为声学顾问，对英国的11个厅堂进行了现场评价。评价者在厅 内不同的位置听音，根据问卷调查对各主观指标作出评价。最后 对厅堂总的音质分成7个级别，从“顶级”到“很差”。结果显示 5个音质指标，即明晰度、混响感、环绕感、亲切感和响度是相互 独立的，而厅堂音质的总印象与混响、环绕感、亲切感的相关性 最高。同时，也发现评价人员对于厅堂音质有不同的偏好，一部 分倾向于混响感，而另一部分则倾向于亲切感。
纽约 Carnegie Hall
1891建，1986和1989年 改建
建筑物理-声学基本知识
人耳的主观听觉特性
人耳的听闻范围
听觉过程：外耳——中耳——内耳——大脑 人耳对不同频率的声音的敏感程度不一样
• 对中、高频敏感；对低频不敏感
听闻范围
响度
人耳所感觉的声音的大小称为响度
• 相同声压级，不同频率的声音，响度不同
• 相同频率，不同声压级的声音，响度不同
• 等响
响度的单位为宋(sone)
声音的计量
声音的叠加
多个声音的叠加
4
2019/10/22
Architectural Acoustics
第一章 建筑声学基本知识
声音的频谱
频谱
声音往往包含多个频率，所有频率的集合成为频谱 线状谱：由一些离散的频率成分形成的谱 连续谱：在一定频率范围内频率成分连续的谱
音乐（乐音）
声音的频谱
频谱
声音往往包含多个频率，所有频率的集合成为频谱 线状谱：由一些离散的频率成分形成的谱 连续谱：在一定频率范围内频率成分连续的谱
音乐（乐音）
纯音 基音和谐音、基频和谐频 音符和音色 线状谱 语言声
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Architectural Acoustics
描述不同频率声音等响时，频率与声压级相互关系的曲线称为 等响曲线
声级计与A声级
根据等响曲线，通过计权网络 模拟人耳对不同声音的响应
A、B、C、D声级
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Architectural Acoustics
第一章 建筑声学基本知识
人耳的主观听觉特性
时差效应
哈斯效应(Haas Effect)
Sabine 公式：
01建筑声学基本知识
建筑声学基础知识
声学漫画——声源、噪声
R 10lg 1
建筑声学基础知识
声学漫画——音质
R 10lg 1
谢 谢！
建筑声学基础知识
室内声现象
声反射 声吸收 声隔绝
建筑声学基础知识
声反射实例天坛
三音石 回声壁 圜丘
建筑声学基础知识
声反射/Sound reflection
概念：声波前进过程中遇到尺寸大于波长的界面，发生反射
建筑声学基础知识
声反射/Sound reflection
镜像反射 条件：声波前进过程中遇到光滑表面 符合反射定律——入射声线、反射声线和界面法线在同一平面内 反射声能与界面的吸声系数α有关
建筑声学基础知识
隔声/Sound Isolation
隔声——噪声控制的重要手段
空气声隔绝——隔声量R
R 10lg 1
R 10lg 1
式中：τ——构件透射系数
隔声构件的结构形式：
单层匀质密实墙、双层匀质密实墙、轻质墙、门窗、组合墙
隔声特性：质量定律、吻合效应
固体声隔绝 噪声产生：振动物体直接撞击结构物 噪声传播途径：物体直接撞击、受撞击而振动的结构与其它建筑构件连接而传播 隔绝途径：减弱振动源的振动、阻隔振动传播、阻隔振动结构向空间辐射声能 实例：楼板下做隔声吊顶
建筑声学基础知识
室内声场
在室内放置一个持 续发声的稳定声源， 经过一定时间的直 达声和来自各个界 面的反射声（混响） 声的共同作用，室 内声场会达到一个 稳态。此时，如果 声源停止发生，则 室内稳态声压级离 开开始衰减。
ห้องสมุดไป่ตู้
建筑声学基础知识
混响时间/Reverberation Time
建筑声学第三章 吸声材料和吸声结构
四 特殊吸声结构
1、空间吸声体。2、尖劈—强吸声结构（声阻逐渐加大）。
2020/4/24
18
第一节 吸声材料（结构）的分类及吸声特性
3、可变吸声结构 利用改变吸声面和反 射面的方法调整吸声 量（如右图）
4、空气吸收。由于空气的热传导与粘滞性，以及空气中水分 子对氧分子振动状态的影响等造成。声音频率越大，空气吸 收越强烈(一般大于2KHz将进行考虑)。
有时使用平均吸声系数粗略衡量材料的吸声能力。 平均吸声系数：100Hz-5000Hz的1/3倍频带吸声系数的平均值 吸声量：对于平面物体A= S, 单位是平米（或塞宾）
对于单个物体，表面积难于确定，直接用吸声量
2020/4/24
3
概述
吸声量或吸声系数的测量：
1、混响室法
T=0.161V(1/T2-1/T1)/S A= 0.161V(1/T2-1/T1)/n
15
第一节 吸声材料（结构）的分类及吸声特性
狭缝吸音砖内如放入吸声材料则 增大吸声效果 右图为美国某音乐教室。 下图为狭缝吸音砖放入玻璃棉的 情况。
2020/4/24
16
第一节 吸声材料（结构）的分类及吸声特性
共振吸声效果和吸声腔内加入吸声材料 （玻璃棉）后的吸声效果
2020/4/24
17
第一节 吸声材料（结构）的分类及吸声特性
矿棉、玻璃棉、 泡沫塑料、毛毡
2020/4/24
穿孔板、薄膜、薄板
空间吸声体、可变 吸声体、强吸声体、家
具、空气、洞口等
6
第一节 吸声材料（结构）的分类及吸声特性
一 、多孔吸声材料的吸声原理
多孔吸声材料类型：玻璃棉、岩棉、泡沫塑料、毛毡 等具有良好的吸声性能，不是因为表面粗糙，而是因 为多孔材料具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。
1、空间吸声体。2、尖劈—强吸声结构（声阻逐渐加大）。
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第一节 吸声材料（结构）的分类及吸声特性
3、可变吸声结构 利用改变吸声面和反 射面的方法调整吸声 量（如右图）
4、空气吸收。由于空气的热传导与粘滞性，以及空气中水分 子对氧分子振动状态的影响等造成。声音频率越大，空气吸 收越强烈(一般大于2KHz将进行考虑)。
有时使用平均吸声系数粗略衡量材料的吸声能力。 平均吸声系数：100Hz-5000Hz的1/3倍频带吸声系数的平均值 吸声量：对于平面物体A= S, 单位是平米（或塞宾）
对于单个物体，表面积难于确定，直接用吸声量
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概述
吸声量或吸声系数的测量：
1、混响室法
T=0.161V(1/T2-1/T1)/S A= 0.161V(1/T2-1/T1)/n
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第一节 吸声材料（结构）的分类及吸声特性
狭缝吸音砖内如放入吸声材料则 增大吸声效果 右图为美国某音乐教室。 下图为狭缝吸音砖放入玻璃棉的 情况。
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第一节 吸声材料（结构）的分类及吸声特性
共振吸声效果和吸声腔内加入吸声材料 （玻璃棉）后的吸声效果
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第一节 吸声材料（结构）的分类及吸声特性
矿棉、玻璃棉、 泡沫塑料、毛毡
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穿孔板、薄膜、薄板
空间吸声体、可变 吸声体、强吸声体、家
具、空气、洞口等
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第一节 吸声材料（结构）的分类及吸声特性
一 、多孔吸声材料的吸声原理
多孔吸声材料类型：玻璃棉、岩棉、泡沫塑料、毛毡 等具有良好的吸声性能，不是因为表面粗糙，而是因 为多孔材料具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。
建筑物理 第3章 材料和结构的声学特性
空腔共振吸声结构：结构中封闭有一定体积的 空腔，并通过一定深度的小孔与声场空间连接。 其吸声原理可以用亥姆霍兹共振器来说明。
• 亥姆霍兹共振器的固有频率
f0
c
2
s
V t
c——声速，34000cm/s； s——颈口面积，cm2； V——空腔体积，cm3； t——孔颈深度，cm； δ——开口末端修正量，cm，对于圆孔，δ=0.8d
第三讲 材料和结构的声学特性
建筑声环境的形成及其特性，一方 面取决于声源的情况，另一方面取决于 建筑空间以及形成建筑空间的物质。
无论是创造良好的音质还是控制噪 声，都需要了解和把握材料和结构的声 学特性，以便正确合理地、有效灵活地 加以使用。
在研究建筑空间 围护结构的声学特性时， 对室内声波而言，通常 考虑的是反射和吸收 （这里的吸收含透射， 即吸收是指声波入射到 围护结构后不再返回该 空间的声能损失）；对 室外声波而言，通常考 虑的是透射。
• 吸声量
• 对于建筑围蔽结构
A S
n
A 1S12S 2 nS n iS i i 1
• 对于在声场中的人、物或空间吸声体，由于 表面积很难确定，常直接用吸声量。
开窗
50厚玻璃棉 240砖墙
吸声系数 α 材料面积S (m2) 吸声量A =αS
1.0 100 m2 100 m2
0.8 100 m2
注意3
材料或结构的声学特性和入射声波 的频率和入射角度有关。
即某一材料或结构对不同频率的声 波会产生不同的反射、吸收和透射；相 同频率的声波以不同角度入射时，也有 不同的反射、吸收和透射。所以说到材 料或结构的声学特性时，总是与一定的 频率和入射角对应。
• 吸声材料和吸声结构 • 隔声和构件的隔声特性 • 反射和反射体
建筑声学-11室内声学与厅堂音质设计
原来方向前进。 ▪ 把声波的传播看做沿声线传播的声能，而忽略声波的波动性能。
4
几何声学方法： 适用条件：反射面或障碍物的尺寸要远大于声波的波长。 ——中高频声音、房间尺度较大。 ——对于低频声，如63~125Hz，波长为5.4m~2.7m。因此，在一个各个表
面尺寸均小于声波波长的小房间内，几何反射定律将不适用。
▪ P376 表17-1
27
二、客观技术指标 2．频率特性 ▪ 为了使音乐各声部和语音的低、中、高频的分量平衡，使音色不失
真，还必须照顾到低、中、高频声能之间的比例关系。 ▪ 由于人耳对低频声的宽容度较大，同时厅堂内界面和观众衣饰对中
高频的声能吸收较大，所以允许低频混响时间有15%-45%的提升。 ▪ 对于不同厅堂有不同具体要求。（录音室——以平直为主）
i 1
i 1
V T60 0.161 A
13
▪ 工程中普遍采用伊林（Erying）公式 ▪ 伊林公式在赛宾公式的基础上考虑了空气吸收的影响。
T60
-
S
0.161V
ln(1 ) 4 m V
▪ 空气吸声与声音频率有关，频率越高，空气吸声系数（4m）越大；频 率小于1000Hz时，4mV一项可省去。
25
4．优美的音质 ▪ 对于音乐声来说，除了听得见、听得清这些基本要求外，室内音质
设计还需要给听众提供听得舒服的环境。因此，为了让室内声音具 有优美的音质，还需要注意以下两方面： 1）足够的丰满度。丰满度的含意有：声音饱满、圆润，音色浑厚、温 暖，余音悠扬、有弹性。总之，它可以定义为声源在室内发声与在 露天发声相比较，在音质上的提高程度。（反射声：温暖or活跃） 2）良好的空间感。是指室内声场给听者提供的一种声音在室内的空间 传播感觉。其中包括听者对声源方向的判断（方向感），距声源远 近的判断（距离感）和对属于室内声场的空间感觉（环绕感、围绕 感）。
4
几何声学方法： 适用条件：反射面或障碍物的尺寸要远大于声波的波长。 ——中高频声音、房间尺度较大。 ——对于低频声，如63~125Hz，波长为5.4m~2.7m。因此，在一个各个表
面尺寸均小于声波波长的小房间内，几何反射定律将不适用。
▪ P376 表17-1
27
二、客观技术指标 2．频率特性 ▪ 为了使音乐各声部和语音的低、中、高频的分量平衡，使音色不失
真，还必须照顾到低、中、高频声能之间的比例关系。 ▪ 由于人耳对低频声的宽容度较大，同时厅堂内界面和观众衣饰对中
高频的声能吸收较大，所以允许低频混响时间有15%-45%的提升。 ▪ 对于不同厅堂有不同具体要求。（录音室——以平直为主）
i 1
i 1
V T60 0.161 A
13
▪ 工程中普遍采用伊林（Erying）公式 ▪ 伊林公式在赛宾公式的基础上考虑了空气吸收的影响。
T60
-
S
0.161V
ln(1 ) 4 m V
▪ 空气吸声与声音频率有关，频率越高，空气吸声系数（4m）越大；频 率小于1000Hz时，4mV一项可省去。
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4．优美的音质 ▪ 对于音乐声来说，除了听得见、听得清这些基本要求外，室内音质
设计还需要给听众提供听得舒服的环境。因此，为了让室内声音具 有优美的音质，还需要注意以下两方面： 1）足够的丰满度。丰满度的含意有：声音饱满、圆润，音色浑厚、温 暖，余音悠扬、有弹性。总之，它可以定义为声源在室内发声与在 露天发声相比较，在音质上的提高程度。（反射声：温暖or活跃） 2）良好的空间感。是指室内声场给听者提供的一种声音在室内的空间 传播感觉。其中包括听者对声源方向的判断（方向感），距声源远 近的判断（距离感）和对属于室内声场的空间感觉（环绕感、围绕 感）。
建筑物理 +声学部分+《第1章：建筑声学基础知识》
0c 又称为介质的特性阻抗。
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建筑物理
第1章 建筑声学
1.2.2 声功率级、声强级和声压级 人耳刚能听见的下限声强为10-12w／m2，相应的声压为 2×10-5N／m2；使人感到疼痛的上限声强为1w／m 2，相 应的声压为20N／m2。所以用声强和声压计量声音很难。 1.声功率级（ LW ） 声功率级是声功率与基准功率之比的对数的10倍。记为 LW W LW 10 lg (dB) W0
郑州华信学院
建筑物理
第1章 建筑声学
2.声强级（LI ） 声强级是声强与基准声强之比的对数的10倍。记为 LI
I LI 10 lg I0
(dB)
郑州华信学院
建筑物理
第1章 建筑声学
3.声压级（Lp） 声压级是声压与基准声压之比的对数的20倍。记为 Lp
p L p 20 lg (dB) p0
郑州华信学院
建筑物理
第1章 建筑声学
1.1.4 声音的透射、反射和吸收
当声波入射到建筑构件(如墙、天花)时，声能的一部 分被反射，一部分透过构件，还有一部分被构件吸收。 根据能量守恒定律，若入射总声能为E0，反射的声能 为Eρ，构件吸收的声能为Eα，透过构件的声能为Eτ， 则互相间有如下的关系:
E0＝E 十Eα十E τ
Lp LW 20lg r 8
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建筑物理
第1章 建筑声学
1.4.2 室内声压级的计算
1.直达声、早期反射声及混响声。
1.直达声：是指声源直接到达接收点的声音。 2.早期反射声：一般指直达声到达以后，相对延 迟时间为50ms内到达的反射声。（对于音乐声可 放宽至80ms）。 3.混响声：在早期反射声之后陆续到达的，经过 多次反射后的声音统称为混响声。
建筑声学实验报告
建筑声学实验报告建筑声学实验报告引言：建筑声学是研究建筑环境中声音传播和控制的学科，对于提高人们的居住和工作环境质量具有重要意义。
本实验旨在通过一系列实验手段，探究建筑声学的相关原理和应用，以及对建筑声学设计的一些建议。
实验一：声音传播特性测量在这个实验中，我们使用了声音传播特性测量仪器，对不同材料的声音吸收和反射特性进行了测量。
通过实验数据的分析，我们发现不同材料的声学特性差异巨大。
例如，吸音材料如泡沫板和吸音棉对声音的吸收效果较好，而金属板和玻璃等材料则对声音的反射较强。
这些结果为我们在建筑声学设计中选择合适的材料提供了依据。
实验二：噪声控制技术研究在这个实验中，我们研究了噪声控制技术在建筑环境中的应用。
通过设置不同类型的隔音墙和隔音窗，我们对噪声的传播进行了实验观测。
实验结果表明，合理设计的隔音结构能够有效减少噪声的传播，提供更为宁静的室内环境。
此外，我们还研究了噪声吸收材料的应用，发现其对于降低噪声污染也起到了积极的作用。
实验三：声学设计优化在这个实验中，我们通过对不同建筑结构的声学设计进行对比研究，探讨了声学设计的优化方法。
我们发现，在室内空间中，合理设置吸音板和吸音棉等材料能够有效减少噪音的反射和回声，提高声音的清晰度和质量。
此外，合理布置音箱和扬声器等音响设备，能够更好地实现声音的均匀分布，提高听音效果。
实验四：建筑声学仿真在这个实验中，我们使用声学仿真软件对建筑声学进行了模拟和分析。
通过输入不同声源和材料参数，我们可以模拟不同建筑环境中的声学效果，并对其进行评估和优化。
通过这种仿真方法，我们能够在设计阶段就对建筑声学进行预测和调整，提高设计效率和质量。
结论：通过本次实验，我们深入了解了建筑声学的相关原理和应用。
合理的声学设计可以提高建筑环境的舒适性和功能性，减少噪声污染对人们的影响。
在实际建筑设计中，我们应该根据具体需求选择合适的材料和技术手段，结合声学仿真和实验分析，进行全面的声学设计优化。