建筑物理声学复习

建筑物理(声学复习)

————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:

第1０章 建筑声学基本知识

1. 声音的基本性质

①声波的绕射

当声波在传播途径中遇到障板时,不再是直线传播,而是绕到障板的背后改变原来的传播方向，在它的背后继续传播的现象。

②声波的反射

当声波在传播过程中遇到一块尺寸比波长大得多的障板时，声波将被反射。 ③声波的散射（衍射)

当声波传播过程中遇到障碍物的起伏尺寸与波长大小接近或更小时，将不会形成定向反射，而是声能散播在空间中，这种现象称为散射，或衍射。

④声波的折射

像光通过棱镜会弯曲,介质条件发生某些改变时，虽不足以引起反射，但声速发生了变化，声波传播方向会改变。这种由声速引起的声传播方向改变称之为折射。 白天向下弯曲 夜晚向上弯曲 顺风向下弯曲 逆风向上弯曲 ⑤声波的透射与吸收

当声波入射到建筑构件（如顶棚，墙）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内部传播时介质的摩擦或热传导而被损耗（吸收）。

根据能量守恒定理:

0E E E E γατ=++

0E ——单位时间入射到建筑构件上总声能;

E γ——构件反射的声能; E α——构件吸收的声能； E τ——透过构件的声能。

透射系数0/E E ττ=； 反射系数0/E E γγ=；

实际构件的吸收只是E α,但从入射波和反射波所在空间考虑问题,常常定义吸声系数为：

11E E E E E γατ

αγ+=-=-

=

⑥波的干涉和驻波

１．波的干涉：当具有相同频率、相同相位的两个波源所发出的波相遇叠加时，在波重叠的区域内某些点处，振动始终彼此加强、而在另一些位置，振动始终互相削弱或抵消的现象。 2.驻波：两列同频率的波在同一直线上相向传播时,可形成驻波。

2.声音的计量

①声功率

指声源在单位时间内向外辐射的声能。符号W 。 单位：瓦(W ）或微瓦（μW ）。 ②声强

定义1：是指在单位时间内,改点处垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能。 定义2:在声波传播过程中单位面积波阵面上通过的声功率。

符号:I ，单位：W/m ２

dW

I dS

=

意义：声强描述了声能在空间的分布;衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。

可听声强范围 10 -１

2 W/m 2——1 W ／

ｍ

２

1.在无反射声波的自由场中，点声源发出的球面波，均匀向四周辐射声能，因此,距离声源中心为r 的球面上的声强为:

2

4W I r π=

２.对于平面波:声线互相平行，同一束声能通过与声源距离不同的表面时,声能没有聚集或离散,即与距离无关,所以声强不变。 ③声压

1．定义:是指介质中有声波传播时，介质中的压强相对于无声波时介质静压强的改变量,是一个标量，用P 表示。

２．单位：Ｐａ(帕斯卡)，就是压强的单位,即N ／m ２

。

３.任一点的声压都是随时间而不断变化的，每一瞬间的声压称瞬时声压，某段时间内瞬时声压的均方根值称为有效声压。如未说明，通常所指的声压即为有效声压。

4.对于简谐波,有效声压等于瞬时声压的最大值除以2,即:max

2

P P =

。 5．声压与声强关系：在自由声场中，某处的声强与该处声压的平方成正比而与介质密度与声速的乘积成反比:

2

0P I c

ρ= P ——有效声压,Ｎ/m 2; 0ρ——空气密度Kg/m 3;

c ——空气中的声速,m ／ｓ； 0c ρ——空气的介质特性阻抗。

④声能密度

1．定义：声强为I 的平面波,在单位面积上每秒传播的距离为c ，则在这一空间声能密度D 为:

I

D c

=

（Ｗ．s/ｍ3或 J/m 3) 2.声能密度只能描述单位体积内声能的强度，与声波的传播方向无关，应用于反射声来自各个方向的室内声场时,最为方便。

3. 声压级、声强级、声功率及其叠加

①声压级

以1０倍为一级划分，从闻阈到痛阈可化为100~106七个等级。(20倍之)

lg

20p P

L P = (dB) P ——某点声压,N/m 2； 0P ——参考声压,取２×１0-5

N/ｍ2为参考值。

②声强级

以10-12 Ｗ/m 2为参考值。(10倍之)

lg

10I I

L

I =

(ｄB) ③声功率级

将声功率以“级”表示，便是声功率级，单位也是分贝。0W ——参考声功率，10-1２

W 。

lg

10W W L W = 注意:要特别指出的是声强级、声压级、声功率级和声强、声压、声功率是不同的概念,以分贝为单位的各种“级”只有相对比值的意义，其数值大小与所规定的基准值有关。 ④声级的叠加

当几个不同的声源同时作用与某一点时，若不考虑干涉效应,该点的总声能密度是各个声能密度的代数和。

12n E E E E =+++ (W/m ２） 它们的总声压（有效声压)为各声压的均方根值,即：

22212n P P P P =++

+ (Ｎ／m 2)

声压叠加时,不能进行简单的算术相加，而要求按照对数运算规律进行。

222

1100

...20lg 20lg

n

p P P P P L P P +++==

3

1

22

22

2020

2020lg (10

)(10

)(10

)...(

Lp Lp Lp =++++ 3120.10.10.10.110lg(101010...10Lp Lp

Lp Lp =++++

⑤响度，响度级

如果某一声音与已选定的1000H ｚ的纯音听起来同样响，这个1000Ｈｚ纯音的声压级值就定义为待测声音的“响度级”。响度级的单位为方(Ph ｏn ）。

⑥声音的频谱

声音往往包含多个频率,所有频率的集合成为频谱。