建筑物理声学基本知识
建筑物理声学
计算式为：
nx Lx
2
f nx , ny , nz
c 2
ny L y
2
nz Lz
2
其中： fnx,ny,nz—简正频率（Hz） Lx，Ly，Lz——分别为房间的3 个边 长 C——为空气中的声速 nx，ny, nz——分别为任意正整数
2 2 2
则
L p 20 lg np p0 20 lg p p0 10 lg n
６声音在室外的传播
（１）点声源随距离的衰减 在自由声场中，声功率为W的声源 为球面波的形式向外辐射能量，在距声 源r处的声强为I=W/ 4πr2，用声压级表 示为：
Lp L
w
10 lg 4 10 lg r
2、折射：声音遇到不同介质分界面时除 反射外，还要发生折射。
3、衍射：声波传播遇到障碍物或建 筑构件，当这些障碍物或建筑构件的尺度 比声波波长大时，在其背后出现盲区，称 为“声影”区，同时还会出现声音绕过障 壁边缘进入声影区的现象，这种现象称为 声音的衍射。 4、扩散：声音遇到凸形界面时会分 解成许多小的比较弱的反射波，这种现象 称为扩散。注意这些表面的突出部分最小 应相当于入射波长的1/7才能起到扩散的 作用。
选择nx，ny, nz为一组不全为零的非负整 数，就为一种振动方式。 房间尺寸Lx，Ly，Lz的选择，对确定共 振频率有很大影响。例如，一个长、宽、 高均为7m的房间，在10种振动方式时 的最低共振频率，计算出来如下表：
可以通过改变房间的尺寸来改变共振频率 的分布
3、混响 （1）概念：当声源在一封闭空间内开始辐 射声能时，声波即同时在空间内开始传播。 当入射到某一界面时，部分声能被吸收， 其余部分则被反射。在声波继续传播中， 又第二次、第三次以至多次地被吸收和反 射。这样，在空间内就形成了一定的声能 密度。随着声源不断供给能量，室内声能 密度将随时间增加面增加，达到一个稳定 状态（即维持不变的状态）。
建筑物理声学
建筑物理声学第3篇建筑声学第3.1章建筑声学基本知识声音在空气中传播时，传播的只是振动的能量，空气质点并不传到远处去。
在声音传播途径中的任何一处的空气质点，都只是在其原有静止位置（或称平衡位置）两侧来回运动，即仅有行波经过时的扰动而没有空气的流动。
3.1.1 声音声源的方向性纵波: 质点振动方向与波的传递方向平行。
横波: 质点振动方向与波的传递方向垂直。
声线：声波的传播方向可用声线来表示。
声线是假想的垂直于波阵面的直线，主要用于几何声学中对声传播的跟踪。
波阵面：声波从声源发出，在同一介质中按一定方向传播，在某一时刻，波动所到达的各点的包迹面称为波阵面P257平面波：波阵面平行于传播方向垂直的平面的波——面声源球面波：波阵面为同心球面的波—————————点声源柱面波：波阵面为同轴柱面的波—————————线声源3.1.2 声功率声强声压和分贝声功率：声源在单位时间内向外辐射的声能，符号：W，单位：瓦（W），微瓦（μW）一般看做是不随环境条件而变化的属于声源本身的一种特性。
一个人在室内讲话，自己感到较合适时，其声功率约为10-50μW，400万人同时大声讲话产生的功率只相当于一只40W灯泡的电功率。
声强：在单位时间内，垂直于声波传播方向的单位面积所通过的声能。
符号：I，单位：（W/m2），（课本：在声波传播过程中，每单位面积波阵面上通过的声功率。
）·在自由声场，点声源的声强随距离的平方呈反比，遵循平方反比定律：I= W/4πr2(W/m2）平面波声强不变：I= W/S (W/m2）线声源的柱面波声强：I= W/2πr (W/m2）声压：某瞬时，介质中的压强相对于无声波时压强的改变量（课本：空气质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力起伏）。
符号：p,单位：N/m2, Pa（帕），μb（微巴）。
1N/m2 = 1 Pa = 10 μb·在自由声场,声压与声强的关系: I= p2/ρ0c (W/m2)式中 : p——有效声压，N/m2；ρ0——空气密度，kg/m3,一般取1.225 kg/m3；c——空气中的声速，340m/s;ρ0c——介质的特性阻抗，20°C时为415N?S/ m3。
建筑物理(声)课堂笔记.
建筑物理（声）课堂笔记第一章基础知识建筑声学的两大任务：噪声控制，音质设计。
课程内容：1、声音的基本性质：声音的产生和传播2、人对声音的感知和评价：心理和生理声学3、室内传声质量4、材料和构件的吸声和隔声性能5、建筑物内外噪声控制当前建筑设计中存在的若干声学问题：1、大量住宅建设中的隔声问题2、各类厅堂中的室内音质问题3、轻薄结构和预制构件带来的隔声新问题4、施工和建筑内的机械设备5、城市噪声环境6、重造型、轻功能声环境控制的意义：创造良好的满足要求的声环境1、保证良好的听闻条件2、保证安静的环境，防止噪声干扰3、保证工艺过程要求（录音棚、演播室等）声音的产生是物体振动的结果，这些物理波动现象引起听觉感觉。
建筑声学考虑的问题都与主观听觉有关，因此频率、强度有限听觉的频率范围：20—20000Hz,正常频率100—8000Hz小于20Hz是次声波，如潜艇；大于20000Hz是超声波，如海豚。
声学的频带：把声频范围划分成几个频段，叫做频带，度量单位为频程。
频带宽度：△f=f2-f1频带中心频率：f c=错误！未找到引用源。
倍频程：两个频率之比为2:1的频程声音的传播声速与媒质的弹性、密度和温度有关。
空气中的声速：理想气体中c=错误！未找到引用源。
声压是空气压强的变化量而不是空气压强本身。
声音传播过程是一个状态传播过程，而不是空气质点的输运过程。
本质是能量的传播。
声源的种类：1、点声源（如嘴巴），尺寸小于1/7波长，波阵面为球面；2、线声源（如西大直街），单一尺寸小于1/7波长，波阵面为柱面；3、面声源，波阵面为平面。
波阵面是波形中振动相同的点所组成的面。
反射定律：1、入射角=反射角；2、入射线与反射线在法线两侧；3、入射线、法线、反射线在同一平面内。
透射系数：τ=Eτ/E0 ；反射系数：γ=Eγ/E0 ；吸声系数：α=1-γ=1- Eγ/E0一般情况下，透射部分的能量要小于反射部分的能量。
τ小的材料成为“隔声材料”，γ小的材料称为“吸声材料”。
建筑物理声学分析解析
2、声强：在声波传播过程中单位面积
波阵面上通过的声功率称为声强，
记为I，单位为W/m2，声源均匀地向周围 辐射声能时称为球面辐射，围绕声源半径 r(m)处的球面上（球面积为S=4πr2）的声 强I为：
I
W
4r 2
（3）声功率级
W Lw 10lg W0
其中：Lw——声强级(dB) W0——基准声功率，其值为 10-12W。 W——所研究声音的强度，W。
5、声音的叠加 （1）多个不相干涉的声源，如果其声 强为I1、 I2、…、 In，则总声强为：
I ＝ I1＋ I２＋… In （２）如果2个声源对某一点的声压为 p1 、 p2加则叠加后为
人耳的从能听到的最低声强（可听阈） 为10-12W/m2（2×10-5pa）到感觉到耳痛 的最大声强1W/m2(20Pa)之间，相差一万 亿倍，量程太大，直接用声强或声压来度 量很不方便，此外人耳对声音大小的感觉 并不与声强或声压值成正比，而是近似地 与它们的对数值成正比。因此经常用对数 来表示。如果以10倍为一“级”，最低可 听阈的声音为基准，用对数来进行标度， 产生不同的声级。单位均为分贝dB
房间尺寸Lx，Ly，Lz的选择，对确定共 振频率有很大影响。例如，一个长、宽、 高均为7m的房间，在10种振动方式时 的最低共振频率，计算出来如下表：
可以通过改变房间的尺寸来改变共振频率 的分布
3、混响
（1）概念：当声源在一封闭空间内开始辐 射声能时，声波即同时在空间内开始传播。 当入射到某一界面时，部分声能被吸收， 其余部分则被反射。在声波继续传播中， 又第二次、第三次以至多次地被吸收和反 射。这样，在空间内就形成了一定的声能 密度。随着声源不断供给能量，室内声能 密度将随时间增加面增加，达到一个稳定 状态（即维持不变的状态）。
建筑物理(声学复习)
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 γαταγ+=-=-=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 2dWI 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。
建筑声学基本知识
建筑声学基本知识一．声音的产生和声波的物理量1 .振动产生声音振动物体的往复运动，挤压弹性介质形成往复变化的振动波；振动波在介质中传播，激起人耳的振动感受而产生声音。
声波是一种纵波，这给人耳或者绝大多数动物的听觉器官构造有关。
声波的传播是能量的传递，而非质点的转移。
介质质点只在其平衡点附近来回振动而不传向远处。
千matW-n*-后声音是我们能够感到存在的振动纵波，人耳能感受的频率范围标准规定为20Hz~20000H；低于这个范围的是次声波，高于这个范围的是超声波。
2 .声波的基本物理量声波的特性可以由波的基本物理量来描述。
频率：在1秒钟内完成全振动的次数，记作f,单位是Hz。
波长：声波在传播途径上，两相邻同相位质点之间的距离，记作，单位是m。
声速：声波在介质中传播的速度，记作c,单位是m/s,c=f。
声速与声源特性无关，而与介质的压强和温度有关。
表达式为：/=(P0/0)为空气比热比；P0大气剪静压；0为空气密度。
常温常压下，空气中声速是343m/s,其他介质下各不相同。
压强的变化与压强变化引起的的空气密度变化互相抵消，声速主要与温度相关。
3 .在声环境评价和设计中的物理量。
声压：声波在介质中传播时，介质中的压强相对于无声波时的介质静压强的改变量。
表达式为：P=P0cs(-kr+)P为r位置处的声压P a(N/m，P0为最大声压P a(N/m2)；k=/c0；为与轴向相位角。
常温下1个大气压强为1.0325x105P0a声强：是在单位时间内，通过垂直于传播方向上的单位面积内的平均声能量，是一个有方向矢量。
I表示，单位是W/m2o声强与声压的关系是：I=P2/(0c0)0为大气密度，常温下0=1.21kg/m3；c0为声波在介质中传播的速度m/s o声功率：声源在单位时间内向外辐射的声能，W表示，单位W o声源声功率与声强的关系是：W=I.(4r2)其中，r是距声源的距离。
在自由声场中测得声压和已知距声源的距离，就可以算出声强以及声源的声功率。
建筑物理-声学基本知识
1000Hz
4m
21
0.004
0.01
0.024
Architectural Acoustics
2019年3月8日星期五
第一章 建筑声学基本知识
室内声学原理 混响与混响时间
混响时间的意义及影响因素
• •
反映了声波在房间衰减的快慢程度； 大致反映了直达声与反射声的比例；
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
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
响度的单位为宋(sone)
线源声音随距离的衰减
无限长线声源：传播距离加倍，声压级降低 3 dB 有限长线声源：传播距离加倍，声压级降低 3~6 dB
面源声音随距离的衰减
近处：声能没有衰减 远处：传播距离加倍，声压级降低3~6dB
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Architectural Acoustics
第一章 建筑声学基本知识
声波的性质>>声波的折射 声波的折射
介质的温度、密度等条件发生变化后，会产生声传播的弯曲现象 温度的影响：
白天，地面附近的空气温度高，声波向上弯曲； 夜间，地面附近的空气温度低，声波向下弯曲
风的影响：
顺风时声波向下弯曲；逆风时向上弯曲
基础知识建筑物声学设计
基础知识建筑物声学设计声学设计是建筑物设计中的重要组成部分，它涉及到声音的传播、隔音和吸声等方面。
在建筑物声学设计中，需要考虑到各种因素，如建筑结构、材料选择、空间布局等，以实现理想的声学效果。
一、声学设计的基础知识声学是研究声音的学科，声学设计是在建筑物设计中应用声学原理的过程。
了解声学的基础知识对于进行有效的声学设计至关重要。
1.声音的特性声音是一种机械波，由声源产生并通过介质传播。
声波的重要特性包括频率、振幅、声速和波长等。
频率决定了声音的音调，振幅则决定了声音的音量。
2.声学参数声学设计中常用的参数包括声音的分贝级别、各种声学参数、各种声学指标等。
这些参数能够 quantitatively 描述声音的特性，帮助声学设计师进行有效的设计。
二、声音的传播与隔音设计在建筑物的声学设计中，声音的传播和隔音是需要重点考虑的问题。
声音的传播可以通过合适的建筑结构和材料选择来控制，而隔音设计则可以实现不同空间的声音隔离。
1.建筑结构设计建筑结构是影响声音传播的关键因素之一。
墙体、地板、天花板等结构的材料和厚度会影响声音的传播效果。
对于需要保持私密性的空间，如会议室和办公室，需要采用隔音效果更好的墙体结构。
2.隔音材料的选择隔音材料在声学设计中起到重要的作用。
吸音材料能够吸收声音能量，减少声音的反射，适用于音乐厅和录音棚等需要良好音质的场所。
隔音材料则可以阻止声音的传播，常用于电影院和酒店客房等需要隔音的场所。
3.空间布局设计合理的空间布局有助于控制声音的传播。
对于大型剧院和会议中心等场所，需要考虑到座位的排布和声音的扩散。
而在教室和图书馆等场所，需要考虑到声音的集中和传播。
三、吸声设计与音质控制除了声音的传播和隔音设计外，声学设计还需要考虑吸声设计和音质控制。
这些因素对于建筑物的音质、舒适性和人的健康都有重要影响。
1.吸声设计吸声设计旨在减少声音的反射和共振，提高音质和减少噪音。
常见的吸声材料包括吸音板、吸音瓷砖和吸音布料等。
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第一章 建筑声学基本知识
声波的性质>>声波的衍射（绕射） ➢ 声波的衍射（绕射）
▪ 声影区的声音——衍射声 ▪ 边缘绕射的程度
• 障板尺度 • 声波的频率
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第一章 建筑声学基本知识
声波的性质>>声扩散、吸收和透射
➢ 声扩散
• 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)
➢ 频谱的划分
▪ 对声音整个频率范围分段 ▪ 倍频程和1/3倍频程
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第一章 建筑声学基本知识
声音的计量 ➢ 声音的叠加
▪ 多个声音的叠加
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第一章 建筑声学基本知识
第一章 建筑声学基本知识
声音在户外的传播
➢ 点源声音随距离的衰减
▪ 球面声波的向外扩展
Lp Lw 10lg 4 10lg r2 Lw 11 20lg r
▪ 传Lp播2 距L离p1加 倍20，lg声rr12压级Lp降1 低206lgdBn
➢ 线源声音随距离的衰减
▪ 无限长线声源：传播距离加倍，声压级降低 3 dB ▪ 有限长线声源：传播距离加倍，声压级降低 3~6 dB
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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第一章 建筑声学基本知识
声音的频谱>>噪声
➢ 噪声
▪ 频率结构成分更为复杂的声音，一般为连续谱 ▪ 可以根据频率的主要成分加以辨认
咝咝的、轰轰的、隆隆的、刺耳的
➢ 频谱的划分
▪ 对声音整个频率范围分段
▪ 倍频程和1/3倍频程
▪ 下限频率fL、上限频率fH和中心频率fC
n log2
fH fL
fH 2n fL
声音的计量
➢ 声音的叠加
▪ 多个声音的叠加
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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
第一章 建筑声学基本知识
声音的计量
➢ 声功率、声强以及声压
▪ 声功率W，[W, W]
▪ 声强I，[W/m2] 声源种类
▪ 声压p，[N/m2] ▪ 相互关系
➢ 分贝（dB）
喷气飞机 气锤
点声声源功：率I = W S
W声功率级dB
4 r2
10 kW 自由声场：I =
pe2
160
1 W C
120
▪ 人耳听闻下限：声强汽10车-12 W/m2；声0压.12xW10-5N/m2
110
▪ ▪
人人耳耳疼对痛 声感 音上 大限 小：的声感钢强觉琴近1 W似/与m声2；强声或压2声2m0压WN的/m对2数成正比
93
▪ 声功率级LW
女高音 1000~7200 W
90~98
▪ 声强级LI ▪ 声压级Lp
1
对话
20 W
73
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fC
fH fL
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声波的性质>>声波的反射 ➢ 声波的反射
▪ 平面反射 ▪ 曲面反射
凸面反射、凹面反射
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第一章 建筑声学基本知识
➢ 声吸收和声透射
▪ 声波的不定向反射
▪ 空气的声吸收
▪ 扩散的产生
▪ 材料的声吸收和透射
• 反射板的尺寸
• 声波的频率
E0 Er E E
r Er E
E0
E0
1r
▪ 声扩散的作用
12
E E E0
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R 10 lg 1
Architectural Acoustics
➢ 面源声音随距离的衰减
▪ 近处：声能没有衰减
▪ 远处：传播距离加倍，声压级降低3~6dB
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2020年7月18日星期六
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第一章 建筑声学基本知识
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
声波的性质>>声波的折射 ➢ 声波的折射
▪ 介质的温度、密度等条件发生变化后，会产生声传播的弯曲现象 ▪ 温度的影响：
白天，地面附近的空气温度高，声波向上弯曲； 夜间，地面附近的空气温度低，声波向下弯曲
▪ 风的影响：
顺风时声波向下弯曲；逆风时向上弯曲
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▪ 声音的叠加是能量的直接相加； p p12 p22 p32
▪ 声压不能直接相加；
▪ 声压级、声强级也不能直接相加； Lp 20 lg
▪ 0 + 0 =？
p12 p22 p32 p0
2 ▪ 多个声音的叠加源自2020年7月18日星期六
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第一章 建筑声学基本知识
➢ 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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第一章 建筑声学基本知识
声音的频谱
➢ 噪声
▪ 频率结构成分更为复杂的声音，一般为连续谱 ▪ 可以根据频率的主要成分加以辨认
咝咝的、轰轰的、隆隆的、刺耳的
第一章 建筑声学基本知识
声音的计量
➢ 分贝
▪ 人耳听闻的范围：0 dB~120 dB
▪ 声压每增加1倍，声压级增加6 dB；
▪ 声压每乘10，声压级增加20 dB；
▪ 声压级每增加10dB，人耳主观听闻的响度大致增加1倍；
▪ 长时间暴露于80dB以上的噪声环境，会导致暂时或永久的 听力损失
➢ 声音的叠加