第1章建筑声学基本知识
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01建筑声学基本知识
建筑声学基础知识
级的概念
声功率与声功率级：
声功率就是表征声音携带能量多少的物理量。 数量上声功率等于单位时间内声音携带声能的多少。 声功率级则是一个对数标度。数量上为声功率与国际规定的标准声功率w。 之比的以10为底对数的10倍。 计算式为：Lw = 10lgW/W。 （W。=1*10^ - 12）
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 扩散反射 条件：声波前进过程中遇到凸形界面，最小凸出处需要达到声波波长的1/7 声波被分解成许多较小的反射声波，传播立体角扩大 完全扩散——将入射声线均匀地向四面扩散，反射方向完全与入射方向无关 不完全扩散——同时具有镜像反射和扩散反射 注：室内声学中大多数情况都是部分扩散反射（粗糙的墙面、观众区等） 适当的扩散反射可以促使声音均匀分布，并可防止一些声学缺陷的出现（声 聚焦等）
建筑声学基础知识
级的概念
为什么要使用级的概念？ 我们知道：人耳可听声的范围从声压2*10^5到2*10^2pa，相差7个数量级， 跨度范围相当大。再者，人的听闻与声的数量不成比例，而是与之的对数成 比例。因而，为了研究声音，科学家们采用了级的概念。 简单来说：级是采用一种对数标度，他能使描述声音的物理特性更为方便， 也更真实。
人耳能听到的声音范围是20 HZ -20000HZ。在建筑声学中，一般把125 HZ—250 HZ以下的频率称为低频，把2000 HZ—40000 HZ以上的频率称为 高频。而中间的那一段，则为中频。20HZ以下的声波，称为次声波。 20000HZ以上的，称为超声波。
建筑物理声学基本知识
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
11
2020年7月18日星期六
Architectural Acoustics
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
5
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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
6
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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
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
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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)
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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
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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。
1-建筑声学的基本知识 1
就会被分解成许多较小的反射声线，并且使传播的立 体角扩大，这种现象称之为扩散反射。适当的声波扩 散反射可以促进声音分布均匀，并可防止一些声学缺 陷的出现。
1-建筑声学的基本知识
• 扩散反射可分为完全扩散反射和部分扩散反射两 种。前者是将入射的声线均匀地向四面八方反射，即 反射的方向分布完全与入射方向无关；作后者是指反 射同时具有镜像和扩散两种性质，即部分镜像反射， 部分作扩散反射。
•
声源辐射声波时对外作功。声功率是指声源在单位时
间内向外辐射的声能，记作W，单位是瓦（W）或微瓦
（μW）。 是属于声源本身的一种特性。
声源种类 喷气飞机 汽锤 汽车 钢琴 女高音 对话
几种不同声源的声功率 声功率
10kW 1W 0.1W 2mw 1000-7200μW 20μW
1-建筑声学的基本知识
1-建筑声学的基本知识
• 第1章 建筑声 1 声音的物理性质
• 本节要点： • 1.
1-建筑声学的基本知识
• 1.1声音 声源 空气中的声波
声音是人耳所能感觉 到的“弹性”介质的振动， 是压力迅速而微小的起伏 变化。
声音产生于物质的振 动，例如扬声器的膜片、 拨动的琴弦等。这些振动 的物体称之为声源。
1-建筑声学的基本知识
• 二、声强级LI
•
声强级是声强与基准声强之比的对数的10倍，
记作LI，单位也是分贝（dB），可用下式表示：
I LI 10 lg I0
式中 I ——某点的声强，W/m2；
I 0 ——基准声强，10-12W/m2。
1-建筑声学的基本知识
• 三、声压级
•
声压级是声压与基准声压之比的对数乘以20，
• 应注意不同波长与扩散反射之间的关系
1-建筑声学的基本知识
• 扩散反射可分为完全扩散反射和部分扩散反射两 种。前者是将入射的声线均匀地向四面八方反射，即 反射的方向分布完全与入射方向无关；作后者是指反 射同时具有镜像和扩散两种性质，即部分镜像反射， 部分作扩散反射。
•
声源辐射声波时对外作功。声功率是指声源在单位时
间内向外辐射的声能，记作W，单位是瓦（W）或微瓦
（μW）。 是属于声源本身的一种特性。
声源种类 喷气飞机 汽锤 汽车 钢琴 女高音 对话
几种不同声源的声功率 声功率
10kW 1W 0.1W 2mw 1000-7200μW 20μW
1-建筑声学的基本知识
1-建筑声学的基本知识
• 第1章 建筑声 1 声音的物理性质
• 本节要点： • 1.
1-建筑声学的基本知识
• 1.1声音 声源 空气中的声波
声音是人耳所能感觉 到的“弹性”介质的振动， 是压力迅速而微小的起伏 变化。
声音产生于物质的振 动，例如扬声器的膜片、 拨动的琴弦等。这些振动 的物体称之为声源。
1-建筑声学的基本知识
• 二、声强级LI
•
声强级是声强与基准声强之比的对数的10倍，
记作LI，单位也是分贝（dB），可用下式表示：
I LI 10 lg I0
式中 I ——某点的声强，W/m2；
I 0 ——基准声强，10-12W/m2。
1-建筑声学的基本知识
• 三、声压级
•
声压级是声压与基准声压之比的对数乘以20，
• 应注意不同波长与扩散反射之间的关系
大学建筑物理声学基本知识
■声速、波长和频率之间的关系： 波长 = c/f M 声速 C = f · M/S
4
2）几何描述
声场：有声波存在的空间。
波阵面：声波从声源出发，在介质中按一定 方
向传播，在某时刻声波到达空间各点
之包迹面。
形状： 点声源——球面波 线声波——柱面波 面声源——平面波
波阵面
5
声线：自声源发出代表声能传播方向的曲线，代表声 音传播的方向，垂直于波阵面。 仅在均匀、各向同性的介质中，声线是直线。
24
D D1 D2
第2节 声的计量与人的听觉特性
一、声功率W、声强I、声压P
1、声功率W：声源单位时间内声源向外辐射的声能 （W瓦，W微瓦），声功率不等于电功率。1W声 功率是最大值。
16
4、吸声概念
1）声传播的能量分配 Eo=Er+E+E 能量守恒
2）反射系数 r= Er/Eo 透射系数 = E/Eo
3）吸声系数 = 1- r 概念：从入射声能所在空间考虑，除反射声以外，均不会
引起该空间声场的变化，故认为除去反射声的声能 以外，均视为被围护结构所“吸声”。 定义： =（ Eo - Er ）/ Eo= （ E + Er ）/ Eo 问题：窗洞的吸声系数多少？
2）定义：声波传到两个介质分界面时，部分声波从界 面返回原介质的现象。
3)反射条件： 障碍物—反射板的尺度充分大（大于波 长）。
13
4）反射定律 a 反射线、入射线、 法线在同一平面。 b 反射线、入射线 在法线的两侧 c 反射角=入射角
5）典型反射面的应用 平面——镜象反射 凹面——形成声聚焦 凸面——声扩散 （尺度应与λ比较）
21
第一节 总结
22
4
2）几何描述
声场：有声波存在的空间。
波阵面：声波从声源出发，在介质中按一定 方
向传播，在某时刻声波到达空间各点
之包迹面。
形状： 点声源——球面波 线声波——柱面波 面声源——平面波
波阵面
5
声线：自声源发出代表声能传播方向的曲线，代表声 音传播的方向，垂直于波阵面。 仅在均匀、各向同性的介质中，声线是直线。
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D D1 D2
第2节 声的计量与人的听觉特性
一、声功率W、声强I、声压P
1、声功率W：声源单位时间内声源向外辐射的声能 （W瓦，W微瓦），声功率不等于电功率。1W声 功率是最大值。
16
4、吸声概念
1）声传播的能量分配 Eo=Er+E+E 能量守恒
2）反射系数 r= Er/Eo 透射系数 = E/Eo
3）吸声系数 = 1- r 概念：从入射声能所在空间考虑，除反射声以外，均不会
引起该空间声场的变化，故认为除去反射声的声能 以外，均视为被围护结构所“吸声”。 定义： =（ Eo - Er ）/ Eo= （ E + Er ）/ Eo 问题：窗洞的吸声系数多少？
2）定义：声波传到两个介质分界面时，部分声波从界 面返回原介质的现象。
3)反射条件： 障碍物—反射板的尺度充分大（大于波 长）。
13
4）反射定律 a 反射线、入射线、 法线在同一平面。 b 反射线、入射线 在法线的两侧 c 反射角=入射角
5）典型反射面的应用 平面——镜象反射 凹面——形成声聚焦 凸面——声扩散 （尺度应与λ比较）
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第一节 总结
22
建筑物理-声学基本知识
2000Hz 4000Hz
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
14
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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
1000Hz
4m
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0.004
0.01
0.024
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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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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
建筑声学提纲
反射：当声波在传播过程中遇到尺寸比波 长大得多的障板时（d>>λ），声波将被 反射，在障板后面形成声影区。
反射定律： 1.三线同面； 2.两线两侧； 3.两角相等。
几种反射面：
1. 平面对声波的反射； 2. 凸面对声波的反射； 3. 凹面对声波的反射；
第五节 声音和媒质边界的作用性态
二、声扩散 声波在传播过程中如果遇到一些凸形
球面波：
自
由
平面波：声强无衰减（理论上）。 声
场
第二节：声音的计量
3. 声压：某瞬时时介质中的压强相对于无声波 时压强的改变量，单位为牛顿/米2（N/m2） 或帕（Pa）。
p P P0
声压和声强的关系
在自由声场中，某处声强和声压的关系：
p—有效声压，N/m2 ρ0—空气密度，kg/m3 c—空气中的声速，m/s ρ0c—介质的特性阻抗，在20oC 时，其值为415N∙s/m2（瑞利）
第三节：声音的频谱与声源的指向性
声源在自由场中辐射声音时，声音强度分布 情况的一个重要特性为指向性。
点声源无指向性 声源尺寸比波长大得越多指向性越强 中高频声音指向性强
第四节：声音的传播
一、声音在户外的传播 1. 点声源随距离的衰减 点声源的自由声场：
dB
距离增加1倍，声压级降低6dB
点声源的半自由声场
5. 人耳对声长的解析：人耳对时间的分辨可 短到2ms，且和声音的强度和频率无关。 时间差别阈限∆T随声长的减短而变小。
第七节 人的主观听觉特性
6.听觉掩蔽： 对一个声音的感受性会因另一个声
音的存在而发生改变。一个纯音引起的掩蔽决定于 它的强度和频率：低频声能有效地掩蔽高频声，但 高频声对低频声的掩蔽作用不大；最大的掩蔽出现 在掩蔽声频率附近；掩蔽量随掩蔽声的增强而加大。
声学
华南理工大学建筑学系教授吴硕贤
第1章 建筑声学的基本知识
声音的产生与传播
声音的计量与人的听觉特性
• 1.2声音的计量
声波是能量的一种传播形式。人们常 谈到声音的大小或强弱，或一个声音比 另一个声音响或不响，这就提出了声音 强弱的计量。
• 1.2声音的计量
• 声音计量主要有响度和频率两种方法， 响度或者叫分贝水平，以分贝（dB）为 单位；频率或者叫音调，以赫兹（Hz） 为单位。 • 声波在传播中要不断地被衰减，因此离 声源近，声音大些；离声源远，声音就 小。 • 声波衰减的原因
•
1.2.1声功率、声强、声压
• 声强与声压的平方成正比。
p2 I 0c
p—有效声压； ρ0—空气密度； ρ0c—介质的特性阻 抗，常温下取415 N.s/m2。
•
【 声 音 的 计 量 与 人 的 听 觉 特 性
1.2.2 声强级、声压级、声功率级及其叠加
• 可闻阈(听阈) ——人耳 刚能感受的声音， p0=2×10-5 Pa， • I0=1×10-12 W/m2
20 lg
po
20 lg
po
10 lg n
• 两个（n＝2）相等的声压级叠加时， 总声压级只增加3dB；10个相同的声 压级叠加时，总声压级也仅增加了 10dB ，而不是10倍。
4. 声音的叠加 【 声 音 的 计 量 】
• 两个声压级分别为Lp1和Lp2（设 Lp1 ≥
Lp2 ），叠加后的总声压级为：
发声体本身的材 料、结构
1.3.2.声音主观属性
1.响度与响度级
强度相等而频率不同的纯音（指只具有单一频率的声音） 听起来并不一样响； 两个频率和声压级都不同的声音，有时 听起来却一样响；对高频声比对低频声敏感。
第1章 建筑声学的基本知识
声音的产生与传播
声音的计量与人的听觉特性
• 1.2声音的计量
声波是能量的一种传播形式。人们常 谈到声音的大小或强弱，或一个声音比 另一个声音响或不响，这就提出了声音 强弱的计量。
• 1.2声音的计量
• 声音计量主要有响度和频率两种方法， 响度或者叫分贝水平，以分贝（dB）为 单位；频率或者叫音调，以赫兹（Hz） 为单位。 • 声波在传播中要不断地被衰减，因此离 声源近，声音大些；离声源远，声音就 小。 • 声波衰减的原因
•
1.2.1声功率、声强、声压
• 声强与声压的平方成正比。
p2 I 0c
p—有效声压； ρ0—空气密度； ρ0c—介质的特性阻 抗，常温下取415 N.s/m2。
•
【 声 音 的 计 量 与 人 的 听 觉 特 性
1.2.2 声强级、声压级、声功率级及其叠加
• 可闻阈(听阈) ——人耳 刚能感受的声音， p0=2×10-5 Pa， • I0=1×10-12 W/m2
20 lg
po
20 lg
po
10 lg n
• 两个（n＝2）相等的声压级叠加时， 总声压级只增加3dB；10个相同的声 压级叠加时，总声压级也仅增加了 10dB ，而不是10倍。
4. 声音的叠加 【 声 音 的 计 量 】
• 两个声压级分别为Lp1和Lp2（设 Lp1 ≥
Lp2 ），叠加后的总声压级为：
发声体本身的材 料、结构
1.3.2.声音主观属性
1.响度与响度级
强度相等而频率不同的纯音（指只具有单一频率的声音） 听起来并不一样响； 两个频率和声压级都不同的声音，有时 听起来却一样响；对高频声比对低频声敏感。
[建筑声学] 第1讲 声学基本知识
一、振动与声波
【 声 音 的 产 生 与 传 播 】
• 2、振动在空气中的传播——声波 • 必须注意：声波的传播是能量的传递，而非质点的 转移。空气质点总是在其平衡点附近来回振动，而 不传向远处。
一、振动与声波
【 声 音 的 产 生 与 传 播 】
• 2、振动在空气中的传播——声波
• 纵波 — 质点的振动方向与传播方向一致的波。
【 声 音 的 产 生 与 传 播 】
皇穹宇
四、声波的反射和扩散
【 声 音 的 产 生 与 传 播 】
• 回音壁
四、声波的反射和扩散
【 声 音 的 产 生 与 传 播 】
• 三音石
五、声波的绕射（衍射）
【 声 音 的 产 生 与 传 播 】
• 绕射（衍射）
五、声波的绕射（衍射）
【 声 音 的 产 生 与 传 播 】
• 每一瞬间的声压叫瞬时声压，某段时间内瞬时 声压的平均值称为有效声压，用它的均方根值 来表示。
一、声功率、声强、声压
【 声 音 的 计 量 与 听 觉 特 性 】
• 声强与声压的平方成正比。
I
p
2
c
0
二、声强级、声压级、声功率级
【 声 音 的 计 量 与 听 觉 特 性 】
• 由于以下两个原因，实际应用中，表示声音强 弱的单位并不采用声压或声功率的绝对值，而 采用相对单位——级（类似于风级、地震级）。 • 1）声压对人耳感觉的变化非常大。
• 注意：① 声功率所指的频率范围。 ② 声功率≠电功率
一、声功率、声强、声压
【 声 音 的 计 量 与 听 觉 特 性 】
• 声强是指在单位时间内在垂直于声波传播方向 的单位面积上的所通过的声能，记作 I ,单位 是 w/m2。
建筑声学基本知识
1、 第一章中基本概念的理解。
声波：声源振动引起弹性媒质的压力变化，并在弹性媒质中传播的机械波。
声源：振动的固体、液体、气体。
声压：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。
（空气压强的变化量，10-5～10 Pa 量级）特性：波长λ、频率 f 、声速 c声源：通常把受到外力作用而产生振动的物体称为声源。
原理：声源在空气中振动，使邻近的空气振动并以波动的方式向四周传播开来，传入人耳，引起耳膜振动，通过听觉神经产生声音的感觉。
振动的产生：这里只介绍最简单的振动——简谐振动。
物体振动时离开平衡位置的最大位移称为振幅，记作A ，单位米(m)或者厘米（cm ）；完成一次振动所经历的时间称为周期，记作T, [单位秒（s ）]。
一秒钟内振动的次数称为频率，记作f ，[单位赫兹（Hz ）]。
它们之间的关系 f = 1/T 。
如果系统不受其它外力，没有能量损耗的振动，称为“自由振动”，其振动频率叫做该系统的“固有频率”记作f0 。
振动在空气中的传播──声波:分为横波和纵波。
质点的振动方向和波的传播方向相垂直，称为横波。
如果质点的振动方向和波的传播方向相平行，则称为纵波。
在空气中传播声波就属纵波。
声波的传播是能量的传递，而非质点的转移。
空气质点总是在其平衡点附近来回振动而不传向远处。
声速与媒质的弹性、密度和温度有关空气中的声速：理想气体中空气中声速是温度的单值函数。
在建筑环境领域中变化范围很小，近似：340 m/s固液体中的声速❑ 钢 5000 m/s❑ 松木 3320 m/s❑ 水 1450 m/s❑ 软木 500 m/s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。
波阵面为平面的称为平面波，波阵面为球面的称为球面波。
次声波和超声波：人耳能感受到的声波的频率范围大约在20－20000Hz 之间。
低于20Hz 声波成为次声波，高于20000Hz 称为超声波。
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反射系数、透射系数、吸收系数； 隔声材料与吸声材料
第1章建筑声学基本知识
第二节 声音的计量 主要内容提要 声功率、声强和声压 声压级、声强级、声功率级及其
叠功率、声强和声压
1．声功率
声源辐射声波时对外作功，声功率是指声源在单位时间内向 外辐射的声能，记为W，单位为瓦(w)。声源声功率有时是指
声速、波长和频率有如下关系：C=λ*f 或C=λ/T
第1章建筑声学基本知识
当温度为0℃时，声波在不同介质中的速度为： 松木 3320 m／s 软木 500 m／s 钢 5000 m／s 水 1450m／s
声速不是质点振动的速度，而是振动状态传播的速度：它的 大小与振动的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温度有 关。在空气中，声速与温度的关系如下：
6.声波的类型 波的传播过程中，空气质点的振动方向与波传播的方 向相平行，称为纵波。若介质质点的振动方向与波传 播的方向相垂直，则称为横波，如水的表面波。 根据介质的不同，声音可分为空气声和固体声 ，通过 空气传播的声音为空气声，通过固体传播的声音为固 体声。
第1章建筑声学基本知识
二、频率、波长与声速
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。
第1章建筑声学基本知识
声压与声强有着
密切的关系。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。
第1章建筑声学基本知识
第1章建筑声学基本知识
3. 如用小锤敲打音叉，音叉便会发生振动，并带动邻近的空 气发生振动，当音叉向某一方向振动时，便压缩其邻近的 空气发生振动，使之变密；当音叉向另一方向振动时，便 反向拉伸这一部分空气，使之变疏，从而导致上述部分空 气随着音叉的振动频率，产生一密一疏的周期变化，即形 成振动。而后，其又带动较远部分的空气亦随之发生振动， 使音叉的振动在空气中由近及远，向四面八方传播。
同样，这一稀疏层也逐层向左传播，下一时刻， 当活塞作反方向运动时，它的左侧出现密集层， 右侧出现稀疏层，这样，随着活塞不断地来回 运动，它的两侧就相继形成疏密相间的质点层 并逐渐向远处传播，此即为声波。
第1章建筑声学基本知识
5.产生声波的条件 要有产生声振动的物体（声源） 要有能传 播声振动的载体（媒质）
可以看出，人耳的容许声强范围为1万亿倍，声 压相差也达100万倍。
同时，声强与声压的变化范围与人耳感觉的变 化也不是成正比的，而是近似地与它们的对数 值成正比，这时人们引入了“级”的概念。
第1章建筑声学基本知识
•级与分贝的概念
• 测量证明，人耳对于1000赫兹的声波只要其声强达到I0
＝10－12瓦／米2，就能引起听觉。所谓级是做相对比较的无量
第1章建筑声学基本知识
2020/11/25
第1章建筑声学基本知识
第一节 声音的产生 一．声音的产生与传播过程 二．频率、波长与声速 三．声波的特性 四．声波的透射与吸收
第1章建筑声学基本知识
一、声音的产生与传播
1. 声源：声音来源于振动的物体，产生声音的振动物体称 之为“声源”。
2. 声音的传播：声源发声后要经过一定的介质才能向外传 播，而声波是依靠介质的质点振动而向外传播声能，介 质的质点只是振动而不移动，所以声音是一种波动。介 质质点的振动传播到人耳时引起人耳鼓膜的振动，通过 听觉机构的“翻译”，并发出信号，刺激听觉神经而产生 声音的感觉。
第1章建筑声学基本知识
1. 在一定的介质中声速是确定的，因此 频率越高，波长就越短。通常室温下 空气中的声速为340m／s(θ＝20℃)， (100一4000)Hz的声音波长范围大约在 3.4m至8.5cm之间
2. 人耳能听到的声波的频率范围约在(20 一20 000)Hz之间。低于20Hz的声波称 为次声,高于20 000Hz的称为超声。次 声与超声不能使人产生声音的感觉。
纲量。声强级就是以人耳能听到的这个最小声强I0为基准规定 的，并把I0＝10－12瓦／米2的声强规定为零级声强，也就是说 这时的声强级为零贝尔（也是零分贝）。（贝尔本身是没有单 位的，只是两个功率比的对数，但后来发觉常常会出现小数点， 就又定出分贝，1分贝为1/10贝尔。）当声强由I0加倍为2I0时， 人耳感到的声音强弱并没有加倍。只有当声强达到10I0时，人 耳感到的声音强弱才增大一倍，这个声强对应的声强级为1贝 尔＝10分贝；当声强变为100I0时，人耳感到的声音强弱增大2 倍，对应的声强级为2贝尔＝20分贝；依此类推。人耳能承受 的最大声强为1瓦／米2＝1012I0，它对应的声强级为12贝尔＝ 120分贝。
第1章建筑声学基本知识
2． 声强
声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。
声场中某一点的声强，是指在单位时间内，该点
处垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能， 记为I，单位是w／㎡。 在无反射声波的自由声场中，点声源发出的球面波， 均匀地向四周辐射声能。因此，距声源中心为ｒ的 球面上的声强为：I= w／4πr2
第1章建筑声学基本知识
4．声级的叠加
当几个不同的声源同时作用于某 一点时，若不考虑干涉效应，该 点的总声能密度是各声能密度的 代数和，而它们的总声压(有效声 压)是各声压的方根值。
按对数运算规律，n个声压相等的 声 总音声，压每级个为声：压级20lgP/P0，它的
从上式可以看出，两个数值相等 的声压级叠加时，只比原来增加 3dB，而不是增加l倍，这一结论 同样适用于声能密度与声功率级 的叠加。
第1章建筑声学基本知识
平面反射满足反射定律 a)入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内。 b)入射线和反射线分别在法线的两侧。 c)反射角等于入射角 曲面反射 a)凸面反射散声 b)凹面反射聚声
第1章建筑声学基本知识
回声 a)回声是一种特殊的反射声，当传到人耳的入射声与从较远的
障碍物反射回来的声音时差大于50ms(1ms=1/1000s)，便可清 楚地听到两种非常相似的声音。 b)回声产生的条件： ①足够的时间差 ②足够的声压级差 混响 a)混响：回声以外的其它反射声之和（叠加）为混响声，在围 敝空间的声源停止发声后，由于界面的多次反射或散射而逐 渐衰减的现象。 b)混响时间：围敝空间的声源停止发声后，其声强减至原声强 的百万分之一，即衰减60dB所经历的时间。
二、声压级、声强级、声功率级及其叠加
在有足够的声强与声压的条件下，能引起正常 人耳听觉的声音频率范围约为20Hz一20000Hz。
对频率1000Hz的声音，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。
在某个有限频率范围所辐射的声功率(通常称为频带声功率)， 此时需注明所指的频率范围。 声功率不应与声源的其他功率相混淆。例如扩声系统中所用 的放大器的电功率通常是几百瓦以至上千瓦，但扬声器的效 率很低，它辐射的声功率可能只有零点几瓦。电功率是声源 的输入功率，而声功率是声源的输出功率。 一般人讲话的声功率是很小的，稍微提高嗓音时约50µw；即 100万人同时讲话，也只是相当于一个50w电灯泡的功率。歌 唱演员的声功率一般约为 300µw ，但水平 高的艺术家则 达 (5000一10000)µW。
第1章建筑声学基本知识
三、声波的特性
1、波阵面与声线
声波从声源出发，在同一个介质中按一定方向 传播，在某一时刻，波动所达到的各点包络面 称为“波阵面”
波阵面为平面的称为“平面波”，波阵面为球 面的称为“球面波”。由一点声源辐射的声波 就是球面波，但在离声源足够远的局部范围内 可以近似地把它看作平面波。
第1章建筑声学基本知识
课后作业
教材P11：复习思考题4、5、6
第1章建筑声学基本知识
上次课主要内容回顾
声音的产生与描述
1、产生声波的条件
2、声波的类型 3、声速、波长和频率关系 4、声速不是质点振动的速度，而是振动状态传播的速度，大小
与振动的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温度有关。 5、人耳能听到的声波的频率范围约在(20一20000)Hz之间。 6、声音的反射、透射与吸收；
人们常用“声线”表示声波传播的途径。在各 向同性的介质中，声线是直线且与波阵面相垂 直。
第1章建筑声学基本知识
2．声波的绕射
波在传播过程中遇到 一块有小孔的障板时， 如孔的尺度与波长相 比为很小，小孔处的 质点可近似地看作一 个集中的新声源，产 生新的球面波。它与 原来的波形无关。
当孔的尺度比波长大 得多时，则新的波形 较复杂。
第1章建筑声学基本知识
四、声波的透射与吸收
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，还有一部分由于构 件的振动或声音在其内部传播时与 介质的摩擦或热传导而被损耗，通 常称之为材料的吸收。
根据能量守恒定律，若单位时间内 入的声射能到为构E件r，上构的件总吸声收能的为声E0能，为反E射α， 透过构件的声能为Eτ，则互相间有 如下的关系；
4. 设在一无限长的圆管内置一直径与圆管内径相同的活塞， 并假设活塞与管壁的摩擦可以忽略，以外力作用于活塞使 之产生振动
第1章建筑声学基本知识
当活塞受力离开静止位置向右方作一小位移时 活塞右方的空气质点则被压缩而变得密集，具 有一定的位能，同时运动的质点具有一定的动 能。接着它就向右膨胀，挤压邻近的质点层， 使之亦变得密集，由于质点的弹性碰撞，动能 也随之传递过去。这样，邻近质点的运动又依 次传向较远的质点，密集状态即逐层向右传播， 以致离开声源的质点也相继运动。与此同时， 紧挨活塞左侧的质点层由于活塞向右移动而变 得稀疏。
第1章建筑声学基本知识
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 离平方成反比
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
第1章建筑声学基本知识
第二节 声音的计量 主要内容提要 声功率、声强和声压 声压级、声强级、声功率级及其
叠功率、声强和声压
1．声功率
声源辐射声波时对外作功，声功率是指声源在单位时间内向 外辐射的声能，记为W，单位为瓦(w)。声源声功率有时是指
声速、波长和频率有如下关系：C=λ*f 或C=λ/T
第1章建筑声学基本知识
当温度为0℃时，声波在不同介质中的速度为： 松木 3320 m／s 软木 500 m／s 钢 5000 m／s 水 1450m／s
声速不是质点振动的速度，而是振动状态传播的速度：它的 大小与振动的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温度有 关。在空气中，声速与温度的关系如下：
6.声波的类型 波的传播过程中，空气质点的振动方向与波传播的方 向相平行，称为纵波。若介质质点的振动方向与波传 播的方向相垂直，则称为横波，如水的表面波。 根据介质的不同，声音可分为空气声和固体声 ，通过 空气传播的声音为空气声，通过固体传播的声音为固 体声。
第1章建筑声学基本知识
二、频率、波长与声速
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。
第1章建筑声学基本知识
声压与声强有着
密切的关系。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。
第1章建筑声学基本知识
第1章建筑声学基本知识
3. 如用小锤敲打音叉，音叉便会发生振动，并带动邻近的空 气发生振动，当音叉向某一方向振动时，便压缩其邻近的 空气发生振动，使之变密；当音叉向另一方向振动时，便 反向拉伸这一部分空气，使之变疏，从而导致上述部分空 气随着音叉的振动频率，产生一密一疏的周期变化，即形 成振动。而后，其又带动较远部分的空气亦随之发生振动， 使音叉的振动在空气中由近及远，向四面八方传播。
同样，这一稀疏层也逐层向左传播，下一时刻， 当活塞作反方向运动时，它的左侧出现密集层， 右侧出现稀疏层，这样，随着活塞不断地来回 运动，它的两侧就相继形成疏密相间的质点层 并逐渐向远处传播，此即为声波。
第1章建筑声学基本知识
5.产生声波的条件 要有产生声振动的物体（声源） 要有能传 播声振动的载体（媒质）
可以看出，人耳的容许声强范围为1万亿倍，声 压相差也达100万倍。
同时，声强与声压的变化范围与人耳感觉的变 化也不是成正比的，而是近似地与它们的对数 值成正比，这时人们引入了“级”的概念。
第1章建筑声学基本知识
•级与分贝的概念
• 测量证明，人耳对于1000赫兹的声波只要其声强达到I0
＝10－12瓦／米2，就能引起听觉。所谓级是做相对比较的无量
第1章建筑声学基本知识
2020/11/25
第1章建筑声学基本知识
第一节 声音的产生 一．声音的产生与传播过程 二．频率、波长与声速 三．声波的特性 四．声波的透射与吸收
第1章建筑声学基本知识
一、声音的产生与传播
1. 声源：声音来源于振动的物体，产生声音的振动物体称 之为“声源”。
2. 声音的传播：声源发声后要经过一定的介质才能向外传 播，而声波是依靠介质的质点振动而向外传播声能，介 质的质点只是振动而不移动，所以声音是一种波动。介 质质点的振动传播到人耳时引起人耳鼓膜的振动，通过 听觉机构的“翻译”，并发出信号，刺激听觉神经而产生 声音的感觉。
第1章建筑声学基本知识
1. 在一定的介质中声速是确定的，因此 频率越高，波长就越短。通常室温下 空气中的声速为340m／s(θ＝20℃)， (100一4000)Hz的声音波长范围大约在 3.4m至8.5cm之间
2. 人耳能听到的声波的频率范围约在(20 一20 000)Hz之间。低于20Hz的声波称 为次声,高于20 000Hz的称为超声。次 声与超声不能使人产生声音的感觉。
纲量。声强级就是以人耳能听到的这个最小声强I0为基准规定 的，并把I0＝10－12瓦／米2的声强规定为零级声强，也就是说 这时的声强级为零贝尔（也是零分贝）。（贝尔本身是没有单 位的，只是两个功率比的对数，但后来发觉常常会出现小数点， 就又定出分贝，1分贝为1/10贝尔。）当声强由I0加倍为2I0时， 人耳感到的声音强弱并没有加倍。只有当声强达到10I0时，人 耳感到的声音强弱才增大一倍，这个声强对应的声强级为1贝 尔＝10分贝；当声强变为100I0时，人耳感到的声音强弱增大2 倍，对应的声强级为2贝尔＝20分贝；依此类推。人耳能承受 的最大声强为1瓦／米2＝1012I0，它对应的声强级为12贝尔＝ 120分贝。
第1章建筑声学基本知识
2． 声强
声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。
声场中某一点的声强，是指在单位时间内，该点
处垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能， 记为I，单位是w／㎡。 在无反射声波的自由声场中，点声源发出的球面波， 均匀地向四周辐射声能。因此，距声源中心为ｒ的 球面上的声强为：I= w／4πr2
第1章建筑声学基本知识
4．声级的叠加
当几个不同的声源同时作用于某 一点时，若不考虑干涉效应，该 点的总声能密度是各声能密度的 代数和，而它们的总声压(有效声 压)是各声压的方根值。
按对数运算规律，n个声压相等的 声 总音声，压每级个为声：压级20lgP/P0，它的
从上式可以看出，两个数值相等 的声压级叠加时，只比原来增加 3dB，而不是增加l倍，这一结论 同样适用于声能密度与声功率级 的叠加。
第1章建筑声学基本知识
平面反射满足反射定律 a)入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内。 b)入射线和反射线分别在法线的两侧。 c)反射角等于入射角 曲面反射 a)凸面反射散声 b)凹面反射聚声
第1章建筑声学基本知识
回声 a)回声是一种特殊的反射声，当传到人耳的入射声与从较远的
障碍物反射回来的声音时差大于50ms(1ms=1/1000s)，便可清 楚地听到两种非常相似的声音。 b)回声产生的条件： ①足够的时间差 ②足够的声压级差 混响 a)混响：回声以外的其它反射声之和（叠加）为混响声，在围 敝空间的声源停止发声后，由于界面的多次反射或散射而逐 渐衰减的现象。 b)混响时间：围敝空间的声源停止发声后，其声强减至原声强 的百万分之一，即衰减60dB所经历的时间。
二、声压级、声强级、声功率级及其叠加
在有足够的声强与声压的条件下，能引起正常 人耳听觉的声音频率范围约为20Hz一20000Hz。
对频率1000Hz的声音，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。
在某个有限频率范围所辐射的声功率(通常称为频带声功率)， 此时需注明所指的频率范围。 声功率不应与声源的其他功率相混淆。例如扩声系统中所用 的放大器的电功率通常是几百瓦以至上千瓦，但扬声器的效 率很低，它辐射的声功率可能只有零点几瓦。电功率是声源 的输入功率，而声功率是声源的输出功率。 一般人讲话的声功率是很小的，稍微提高嗓音时约50µw；即 100万人同时讲话，也只是相当于一个50w电灯泡的功率。歌 唱演员的声功率一般约为 300µw ，但水平 高的艺术家则 达 (5000一10000)µW。
第1章建筑声学基本知识
三、声波的特性
1、波阵面与声线
声波从声源出发，在同一个介质中按一定方向 传播，在某一时刻，波动所达到的各点包络面 称为“波阵面”
波阵面为平面的称为“平面波”，波阵面为球 面的称为“球面波”。由一点声源辐射的声波 就是球面波，但在离声源足够远的局部范围内 可以近似地把它看作平面波。
第1章建筑声学基本知识
课后作业
教材P11：复习思考题4、5、6
第1章建筑声学基本知识
上次课主要内容回顾
声音的产生与描述
1、产生声波的条件
2、声波的类型 3、声速、波长和频率关系 4、声速不是质点振动的速度，而是振动状态传播的速度，大小
与振动的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温度有关。 5、人耳能听到的声波的频率范围约在(20一20000)Hz之间。 6、声音的反射、透射与吸收；
人们常用“声线”表示声波传播的途径。在各 向同性的介质中，声线是直线且与波阵面相垂 直。
第1章建筑声学基本知识
2．声波的绕射
波在传播过程中遇到 一块有小孔的障板时， 如孔的尺度与波长相 比为很小，小孔处的 质点可近似地看作一 个集中的新声源，产 生新的球面波。它与 原来的波形无关。
当孔的尺度比波长大 得多时，则新的波形 较复杂。
第1章建筑声学基本知识
四、声波的透射与吸收
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，还有一部分由于构 件的振动或声音在其内部传播时与 介质的摩擦或热传导而被损耗，通 常称之为材料的吸收。
根据能量守恒定律，若单位时间内 入的声射能到为构E件r，上构的件总吸声收能的为声E0能，为反E射α， 透过构件的声能为Eτ，则互相间有 如下的关系；
4. 设在一无限长的圆管内置一直径与圆管内径相同的活塞， 并假设活塞与管壁的摩擦可以忽略，以外力作用于活塞使 之产生振动
第1章建筑声学基本知识
当活塞受力离开静止位置向右方作一小位移时 活塞右方的空气质点则被压缩而变得密集，具 有一定的位能，同时运动的质点具有一定的动 能。接着它就向右膨胀，挤压邻近的质点层， 使之亦变得密集，由于质点的弹性碰撞，动能 也随之传递过去。这样，邻近质点的运动又依 次传向较远的质点，密集状态即逐层向右传播， 以致离开声源的质点也相继运动。与此同时， 紧挨活塞左侧的质点层由于活塞向右移动而变 得稀疏。
第1章建筑声学基本知识
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 离平方成反比
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