1、2023年7月16日星期日建筑声学提纲建筑声学提纲课程体系：课程体系：第一章：声音的性质和计量第一章：声音的性质和计量o声音的基本性质声音的基本性质o声音的计量声音的计量o声音的频谱与声源的指向性声音的频谱与声源的指向性o声音的传播声音的传播o声音与媒质边界的作用性态声音与媒质边界的作用性态o驻波和房间共振驻波和房间共振 混响时间混响时间 o人的主观听觉特性人的主观听觉特性课程体系：课程体系：第二章：吸声材料和隔声材料（结第二章：吸声材料和隔声材料（结构构）o吸声材料和吸声减噪吸声材料和吸声减噪o隔声技术隔声技术o建筑隔振与消声建筑隔振与消声课程体系：课程体系：第三章：环境中的噪声控制第三章：
2、环境中的噪声控制o环境噪声源及噪声评价量环境噪声源及噪声评价量o环境噪声允许标准环境噪声允许标准o环境噪声控制原则环境噪声控制原则o城市噪声控制城市噪声控制第四章：室内音质设计第四章：室内音质设计o音质主观评价和客观指标音质主观评价和客观指标o音质设计的方法与步骤音质设计的方法与步骤o几种典型建筑的设计方法几种典型建筑的设计方法课程体系：课程体系：参考资料参考资料o建筑声环境建筑声环境车世光、王炳麟、秦佑国编著车世光、王炳麟、秦佑国编著 o建筑声学设计手册建筑声学设计手册中国建筑科学研究院建筑中国建筑科学研究院建筑 物理研究所编著物理研究所编著o音乐厅和歌剧院音乐厅和歌剧院白瑞纳克白瑞纳克 编
3、著编著o建筑中的噪声控制建筑中的噪声控制曹孝振、曹勤、姚子安编曹孝振、曹勤、姚子安编著著 第一章第一章 噪声的性质和计量噪声的性质和计量第一节：声音的基本性质第一节：声音的基本性质一、声音的产生与传播：一、声音的产生与传播：o声音来源于振动声音来源于振动的物体，振动的物体就称的物体，振动的物体就称为声源。（风吹树叶、交响乐演奏）为声源。（风吹树叶、交响乐演奏）o声音的传播是声音的传播是振动形式（或能量）振动形式（或能量）在弹性在弹性介质中的介质中的传播传播。描述声音传播的几个概念：描述声音传播的几个概念：1.声场：声场：即声音存在的空间。即声音存在的空间。2.波阵面：波阵面：声波从声源出发，在
4、同一个声波从声源出发，在同一个介质中按一定方向传播，在某一时刻，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。波动所达到的各点包络面。（例如：（例如：平面波、球面波）平面波、球面波）3.声线：声线：表示声音传播方向的有向线。表示声音传播方向的有向线。第一节第一节 声音的基本性质声音的基本性质二、频率、波长和声速二、频率、波长和声速o频率：声源在一秒钟内振动的次数称为频率：声源在一秒钟内振动的次数称为频率，记做频率，记做f，单位是，单位是Hz。f=1/T T为周期为周期o波长：声波在传播途径上，两相邻同相波长：声波在传播途径上，两相邻同相位质点之间的距离成为波长，记作位质点之间的距离
5、成为波长，记作，单位单位m m。l声速：声波在弹性介质中的传播速度，声速：声波在弹性介质中的传播速度，记作记作c，单位是，单位是m/s。声速声速不是质点振动的速度，而是不是质点振动的速度，而是振动状态的传播速度。声速的大小与声振动状态的传播速度。声速的大小与声源振动的特性无关，源振动的特性无关，与介质的弹性、密与介质的弹性、密度以及温度有关。度以及温度有关。第一节第一节 声音的基本性质声音的基本性质 当温度为当温度为0oC时，声波在不同介质时，声波在不同介质中的速度为：中的速度为：松木松木 3320m/s 软木软木 500m/s 钢钢 5000m/s 水水 1450m/s 空气空气 331m/
6、s（标准大气压）（标准大气压）第一节第一节 声音的基本性质声音的基本性质第一节第一节 声音的基本性质声音的基本性质l频率、波长与声速的关系：频率、波长与声速的关系：fcTc三、声音的频带三、声音的频带o人耳可听范围人耳可听范围2020000Hz，敏感范，敏感范围围1004000Hzo倍频带和倍频带和1/3倍频带倍频带第一节第一节 声音的基本性质声音的基本性质第一章：声音的基本性质第一章：声音的基本性质第二节：声音的计量第二节：声音的计量1.声功率、声强和声压声功率、声强和声压2.声功率：是指声源在单位时间内向外声功率：是指声源在单位时间内向外辐射的声能，记做辐射的声能，记做W，单位是瓦（，单位
7、是瓦（W）或微瓦（或微瓦（WW）。）。3.3.4.4.注意：注意所指的频率范围；注意：注意所指的频率范围；5.5.不要与其他功率相混淆。不要与其他功率相混淆。第二节：声音的计量第二节：声音的计量2.声强：衡量声波在传播过程中声音强弱声强：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即在的物理量。声场中某一点的声强即在单单位时间内垂直于声波传播方向的单位面位时间内垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能，积上所通过的声能，记做记做I，单位是，单位是W/m2。球面波：球面波：平面波：声强无衰减（理论上）。平面波：声强无衰减（理论上）。24rWI自由声场自由声场第二节：声音的计量第二节
8、：声音的计量3.声压：某瞬时时介质中的压强相对于无声声压：某瞬时时介质中的压强相对于无声波时压强的改变量，单位为牛顿波时压强的改变量，单位为牛顿/米米2（N/m2）或帕（）或帕（Pa）。）。0PPp声压和声强的关系声压和声强的关系在在自由声场自由声场中，某处声强和声压的关系中，某处声强和声压的关系：cpI02p有效声压，有效声压，N/m20空气密度，空气密度，kg/m3c空气中的声速，空气中的声速，m/s0c介质的特性阻抗，在介质的特性阻抗，在20oC时，其值为时，其值为415Ns/m2（瑞利）（瑞利）人耳的可听范围人耳的可听范围在正常人耳听觉范围里，声强和声压的变在正常人耳听觉范围里，声强和
9、声压的变化范围很大，对于化范围很大，对于1000Hz的声音：的声音：声强：声强：10-12w/m21W声压：声压：210-5N/m220N/m2第二节：声音的计量第二节：声音的计量二、声级的概念及其叠加二、声级的概念及其叠加1.声压级：声压级：其中：其中：Lp声压级，单位声压级，单位dB p某点的声压，某点的声压，N/m2 p0参考声压，参考声压，210-5N/m20lg20ppLp第二节：声音的计量第二节：声音的计量2.声强级：声强级：其中：其中：LI声强级，单位声强级，单位dB I某点的声强，某点的声强，W/m2 I0参考声强，参考声强，10-12W/m20lg10IILI第二节：声音的计
10、量第二节：声音的计量3.声功率级：声功率级：其中：其中：LW声功率级，声功率级，dB W某声源的声功率，某声源的声功率，W W0参考声功率，参考声功率，10-12W0lg10WWLw第二节：声音的计量第二节：声音的计量4.声级叠加：当几个不同的声源同时作用于声级叠加：当几个不同的声源同时作用于某一点时，某一点时，总声强：总声强：总声压：总声压：总声压级：总声压级：nIIII2122221NPPPp)101010lg(1010/10/210/121LpnLpLpnLp第三节：声音的频谱与声源的指向第三节：声音的频谱与声源的指向性性 在实际生活中我们很少遇到单频在实际生活中我们很少遇到单频声，一般
11、都是许多频率的声音复合而成，声，一般都是许多频率的声音复合而成，因此我们常常采用因此我们常常采用频谱分析频谱分析方法来研究方法来研究声音的频率合成。声音的频率合成。若以若以频率为横坐标频率为横坐标，以反映相应，以反映相应频率成分强弱的量（如频率成分强弱的量（如声压、声强或声声压、声强或声压级等）为纵坐标压级等）为纵坐标，可以作出某一声音，可以作出某一声音的声谱图。的声谱图。第三节：声音的频谱与声源的指向第三节：声音的频谱与声源的指向性性在实际测量中常使用倍频带或在实际测量中常使用倍频带或1/3倍频带：倍频带：f3=2f2 f2=2f1f1f2f3频率频率声压级声压级第三节：声音的频谱与声源的指
12、向第三节：声音的频谱与声源的指向性性f1f2f3频率频率声压级声压级PfcLUcfff“频谱频谱”意识意识 在建筑声学设计和噪声控制中，在建筑声学设计和噪声控制中，必须知道所研究声源的频谱特性必须知道所研究声源的频谱特性，即声源是由那些频率成分组成的，即声源是由那些频率成分组成的，哪部分最突出。突出的频率成分即哪部分最突出。突出的频率成分即是我们要加以设计和处理的。是我们要加以设计和处理的。声源在自由场中辐射声音时，声音强度分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布情况的一个重要特性为指向性指向性。点声源无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声源尺寸比波长
13、大得越多指向性越强 中高频声音指向性强中高频声音指向性强 第三节：声音的频谱与声源的指向性第三节：声音的频谱与声源的指向性第四节：声音的传播第四节：声音的传播一、声音在户外的传播一、声音在户外的传播1.点声源随距离的衰减点声源随距离的衰减l点声源的自由声场：点声源的自由声场：24rWIrLrLLwwplg2011lg104lg102dB距离增加距离增加1倍，声压级降低倍，声压级降低6dBl点声源的半自由声场点声源的半自由声场22 rWIrLrLLwwplg208lg102lg102dB距离增加距离增加1倍，声压级降低倍，声压级降低6dB第四节：声音的传播第四节：声音的传播2.线声源随距离的衰减
14、线声源随距离的衰减o无限长线声源无限长线声源rWI2rLrLLwwplg108lg102lg10dB距离增加距离增加1倍，声压级降低倍，声压级降低3dBl有限长线声源有限长线声源 在有限长线声源情况下，观测点在有限长线声源情况下，观测点所接受的声音能量只与该点至有关声源所接受的声音能量只与该点至有关声源两端点视线间的夹角成正比，而与距离两端点视线间的夹角成正比，而与距离成反比。如果距离较近，则距离每增加成反比。如果距离较近，则距离每增加1倍，声压级降低倍，声压级降低3dB；如果距离较远，；如果距离较远，则距离增加则距离增加1倍，声压级降低倍，声压级降低6dB。第四节：声音的传播第四节：声音的传
15、播衰减衰减3dB衰减衰减6dBd/第四节：声音的传播第四节：声音的传播二、声音在室内的传播二、声音在室内的传播 当一已知声功率为当一已知声功率为LW的声源在的声源在室内连续发声，声场达到稳定状态室内连续发声，声场达到稳定状态时，距离声源为时，距离声源为r处的处的稳态声压级由稳态声压级由直达声与混响声两部分组成。直达声与混响声两部分组成。)44Qlg(102RrLLwpLp室内与声源距离为r处的声压级（dB）Lw声源的声功率级（dB）r接受点与声源的距离（m）Q声源的指向性因数，它与声源的方向性和位置有关，通常把无方向性声源放在房间中心时，Q=1；声源位于某一墙面中心时，Q=2；声源在两个界面交
16、线中心时，Q=4；声源在三个界面交角处，Q=8。R房间常数，决定于室内总表面积S（m2）与平均吸声系数，其算式为：)1(aaSR一、声波的绕射与反射一、声波的绕射与反射o绕射（衍射）：当声音通过障板的孔洞绕射（衍射）：当声音通过障板的孔洞时（或障板尺寸时（或障板尺寸d），声波），声波将被反射，在障板后面形成声影区。将被反射，在障板后面形成声影区。反射定律：反射定律：1.1.三线同面；三线同面；2.2.两线两侧；两线两侧；3.3.两角相等。两角相等。l几种反射面：几种反射面：1.平面对声波的反射；平面对声波的反射；2.凸面对声波的反射；凸面对声波的反射；3.凹面对声波的反射；凹面对声波的反射；二
17、、声扩散二、声扩散 声波在传播过程中如果遇到一些声波在传播过程中如果遇到一些凸形的界面就会被分解成许多小的比较凸形的界面就会被分解成许多小的比较弱的反射声波，这种现象称为扩散。弱的反射声波，这种现象称为扩散。扩散体的尺寸：横向跨度扩散体的尺寸：横向跨度a=2/纵向跨度纵向跨度b=0.15a 第五节第五节 声音和媒质边界的作用性态声音和媒质边界的作用性态三、声波的透射与吸收三、声波的透射与吸收 当声波入射到建筑构件（如墙、天花板）当声波入射到建筑构件（如墙、天花板）时，声能的时，声能的一部分被反射，一部分透过构件一部分被反射，一部分透过构件，还有还有一部分一部分由于构件的振动或声音在其内部由于构
18、件的振动或声音在其内部传播时介质的摩擦或热传导而传播时介质的摩擦或热传导而被被耗损，通常耗损，通常称为材料的称为材料的吸收吸收。第五节第五节 声音和媒质边界的作用性态声音和媒质边界的作用性态E0ErEtEa根据能量守恒定律：根据能量守恒定律：E0=Er+Ea+Et投射系数投射系数：反射系数反射系数 r r：吸声系数吸声系数 a a：0EEt0EErr0011EEEEEratar第五节第五节 声音和媒质边界的作用性态声音和媒质边界的作用性态四、声折射四、声折射 声波在传播过程中，遇到不同介声波在传播过程中，遇到不同介质的分解面时，除了反射外，还会发生质的分解面时，除了反射外，还会发生折射，从而改
19、变声波的传播方向。即使折射，从而改变声波的传播方向。即使在空气中传播，随着离地面高度不同而在空气中传播，随着离地面高度不同而存在的气温变化，也会改变声波的传播存在的气温变化，也会改变声波的传播方向。方向。古代露天剧场的阶梯提高符合声学规古代露天剧场的阶梯提高符合声学规律律第六节第六节 驻波和房间共振驻波和房间共振 混响时混响时间间一、驻波和房间共振一、驻波和房间共振驻波：驻定的声压变化驻波：驻定的声压变化按照波动声学的理论：直达声是一种行波，按照波动声学的理论：直达声是一种行波，反射声在满足驻波条件时就可以存在下反射声在满足驻波条件时就可以存在下来，不满足驻波条件时则很快消失了。来，不满足驻波
20、条件时则很快消失了。房间是复杂的共振系统，在声房间是复杂的共振系统，在声波的作用下会产生波的作用下会产生驻波驻波或称为或称为简正简正振动、简正波振动、简正波。举行的围蔽空间，。举行的围蔽空间，其简正频率的计算式为：其简正频率的计算式为：222,2LznLynLxncfzyxnznynx 其中：其中：fnx,ny,nz简正频率（简正频率（Hz）；）；Lx、Ly、Lz分别为房间的分别为房间的3个边长（个边长（m）nx、ny、nz分别为任意正整数；分别为任意正整数；c空气中的声速（空气中的声速（m/s）要避免要避免“简并简并”现象的发生现象的发生l什么是什么是“简并简并”现象？现象？多种振动形式对应
21、一个频率称为多种振动形式对应一个频率称为简正波的合并，简称简正波的合并，简称“简并简并”。l简并现象造成的声学缺陷？简并现象造成的声学缺陷？频率失真频率失真设计声学用房要注意：设计声学用房要注意：l尽量使房间的长、宽、高不出现简单的尽量使房间的长、宽、高不出现简单的比例关系；比例关系；l两个相对的表面尽量不要完全平行；两个相对的表面尽量不要完全平行；l在厅内部可以采取不规则的扩散表面；在厅内部可以采取不规则的扩散表面；l可采用不对称的空间体型。可采用不对称的空间体型。二、混响和混响时间混响：混响：是封闭空间的一种声学现象，是指是封闭空间的一种声学现象，是指在在 室内声源停止发声后听到的声音室内
22、声源停止发声后听到的声音延续。用混响时间来度量。延续。用混响时间来度量。混响时间：混响时间：当室内声场达到稳态后，声源当室内声场达到稳态后，声源停止发声，声音衰减停止发声，声音衰减60dB所需要的时所需要的时间，记作间，记作T60或或Rt，单位是，单位是s。赛宾公式：SaVT161.060其中：其中：T60混响时间（混响时间（s）；）；V房间容积（房间容积（m3）；）；Sa房间的总吸声量（房间的总吸声量（m2）。）。适用于平均吸声系数小于适用于平均吸声系数小于0.2的情况的情况伊林公式：)1ln(161.060aSVTmvaSVT4)1ln(161.060空间很大应当考空间很大应当考虑空气对高
23、频率虑空气对高频率声音（声音（1000Hz以以上）的吸收上）的吸收第七节第七节 人的主观听觉特性人的主观听觉特性1.听觉的绝对域限：听觉的绝对域限：声音要达到一定的声级才能够声音要达到一定的声级才能够被听到，这种最小的可听声级称为听觉的绝对域限。被听到，这种最小的可听声级称为听觉的绝对域限。人耳能感觉到的最小声压级，其振幅只有一个氢分人耳能感觉到的最小声压级，其振幅只有一个氢分子那么大，能耐受的最大声压级可达子那么大，能耐受的最大声压级可达120dB。人的。人的听阈有个别差异，因此听阈只能是一个统计数。按听阈有个别差异，因此听阈只能是一个统计数。按照检测方法和条件的不同，听阈分为最小可听声压照
24、检测方法和条件的不同，听阈分为最小可听声压（MAP）和最小可听声场（）和最小可听声场（MAF）。）。听阈无显著的听阈无显著的民族差异。民族差异。2.听觉的差别域限（听觉的差别域限（DL）：）：是表征听觉是表征听觉差别感受的量。差别感受的量。差别域限可以是绝对值，差别域限可以是绝对值，也可以是相对值。例如：一个声音的强也可以是相对值。例如：一个声音的强度为度为100dB，强度增减，强度增减5dB即可被察觉即可被察觉出来。这里出来。这里5dB（I I）是绝对差，）是绝对差，5/1005/100（I/II/I）是相对差。）是相对差。第七节第七节 人的主观听觉特性人的主观听觉特性3.人耳的频率响应：人
25、耳的频率响应：人耳听到的纯音的人耳听到的纯音的频率范围是频率范围是20Hz-20KHz（中年人只能听到（中年人只能听到12kHz-16KHz）。声音频率的差别域值。声音频率的差别域值ff是频率和强度两者的函数。随频率的升是频率和强度两者的函数。随频率的升高而变大；高而变大；ff在在1000Hz1000Hz以上变化特别以上变化特别显著，随声级的升高而变小。显著，随声级的升高而变小。最小的最小的ff出现在低频和较高声级的条件下。出现在低频和较高声级的条件下。第七节第七节 人的主观听觉特性人的主观听觉特性什么是响度？什么是响度？4.响度和等响曲线：响度和等响曲线：声强超过听阈后，随声强超过听阈后，随
26、着声强的逐渐增加，主观上产生由弱到强的着声强的逐渐增加，主观上产生由弱到强的程度不同的响度感觉。程度不同的响度感觉。声强是声音的客观的声强是声音的客观的物理量，而响度则是主观的心理量。物理量，而响度则是主观的心理量。响度曲线的建立。响度曲线的建立。1000Hz40dB的纯的纯音为标准。音为标准。声级计的不同计权声级计的不同计权oA计权网络参考计权网络参考40方的等响线，对方的等响线，对500Hz以下的声音有较大的衰减，以模以下的声音有较大的衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性。拟人耳对低频不敏感的特性。oC计权网络对整个可听范围几乎没有衰计权网络对整个可听范围几乎没有衰减，是模拟人耳对减，是模拟
27、人耳对85方以上的纯音的响方以上的纯音的响应。应。C计权网络的读数可以代表总声压计权网络的读数可以代表总声压级。级。5.人耳对声长的解析：人耳对声长的解析：人耳对时间的分辨人耳对时间的分辨可短到可短到2ms，且和声音的强度和频率，且和声音的强度和频率无关。无关。时间差别阈限时间差别阈限 T T随声长的减短随声长的减短而变小。而变小。第七节第七节 人的主观听觉特性人的主观听觉特性 6.听觉掩蔽：听觉掩蔽：对一个声音的感受性会因另一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：蔽决定于它的强度和频率：低频声能有效地
28、掩低频声能有效地掩蔽高频声蔽高频声，但高频声对低频声的掩蔽作用不大；，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掩蔽声的增强而加大。而加大。第七节第七节 人的主观听觉特性人的主观听觉特性 掩蔽也可以发生在两者非同时作用的条件下。被掩蔽也可以发生在两者非同时作用的条件下。被掩蔽声在后的称为前掩蔽（与听觉疲劳有些相似）。非掩蔽声在后的称为前掩蔽（与听觉疲劳有些相似）。非同时掩蔽的特点：同时掩蔽的特点：1.两者时间越接近，掩蔽阈值提高越大；两者时间越接近，掩蔽阈值提高越大；2.两者时间相距很短时，后掩蔽比前掩蔽作用大；
29、两者时间相距很短时，后掩蔽比前掩蔽作用大；3.单耳的掩蔽作用比双耳作用显著；单耳的掩蔽作用比双耳作用显著；4.掩蔽声强度增加，并不产生掩蔽量的增加。掩蔽声强度增加，并不产生掩蔽量的增加。听觉掩蔽也可以是非同时的听觉掩蔽也可以是非同时的 7.双耳听觉：听觉系统的外周有两个接收双耳听觉：听觉系统的外周有两个接收器器双耳。双耳。双耳的作用首先表现在纯音信双耳的作用首先表现在纯音信号的阈值比单耳阈值约低号的阈值比单耳阈值约低3dB。不论是对强不论是对强度的辨别还是对频率的辨别，双耳的分辨力度的辨别还是对频率的辨别，双耳的分辨力都高于单耳。都高于单耳。两耳在日常生活中接收声信号，无论时长、两耳在日常生活
30、中接收声信号，无论时长、强度或者频谱，都是互不相同的，但是我们强度或者频谱，都是互不相同的，但是我们听到的却是一个单一的声象。这叫做听到的却是一个单一的声象。这叫做双耳融双耳融合。合。第七节第七节 人的主观听觉特性人的主观听觉特性8.水平面的定位和空间分辨：水平面上水平面的定位和空间分辨：水平面上的声源定位主要是用双耳间的时间差和的声源定位主要是用双耳间的时间差和强度差。听者正前方的声源（强度差。听者正前方的声源（0o方位角）方位角）在两耳产生的波形几乎是一样的。偏离在两耳产生的波形几乎是一样的。偏离中线的声源在时间上先达到一耳，到达中线的声源在时间上先达到一耳，到达近耳的声强大于远耳。两耳间
31、的时间差近耳的声强大于远耳。两耳间的时间差和强度差与声源的位置和频率有关。噪和强度差与声源的位置和频率有关。噪声的定向优于纯音。声的定向优于纯音。第七节第七节 人的主观听觉特性人的主观听觉特性9.时差效应与回声感觉：时差效应与回声感觉：哈斯效应：哈斯效应：声音对人听觉器官的作用并不声音对人听觉器官的作用并不随着声音的消失而立即消失。二是会暂留一随着声音的消失而立即消失。二是会暂留一段时间。如果到达人耳的两个声音的时间间段时间。如果到达人耳的两个声音的时间间隔小于隔小于50ms，那么人耳就不会觉得这两个，那么人耳就不会觉得这两个声音是断续的。声音是断续的。第七节第七节 人的主观听觉特性人的主观听
32、觉特性10.听觉的适应与疲劳：听觉适应所需要的听觉的适应与疲劳：听觉适应所需要的时间很短，恢复也很快。如果声音较长时间很短，恢复也很快。如果声音较长时间连续作用，引起听觉感受性的显著时间连续作用，引起听觉感受性的显著降低，便称为听觉疲劳。如果只对小部降低，便称为听觉疲劳。如果只对小部分频率的声音丧失听觉叫做音隙；如果分频率的声音丧失听觉叫做音隙；如果对较大一部分声音丧失听觉叫做音岛。对较大一部分声音丧失听觉叫做音岛。第七节第七节 人的主观听觉特性人的主观听觉特性第二章第二章 吸声材料和隔声材料（构吸声材料和隔声材料（构造）造）第一节第一节 吸声材料和吸声减噪吸声材料和吸声减噪一、吸声和吸声系数
33、一、吸声和吸声系数 声波通过媒质或入射到媒质分界声波通过媒质或入射到媒质分界面上时声能减少的过程称为面上时声能减少的过程称为吸声吸声。吸声。吸声是由材料（结构）的黏滞性和热传导效是由材料（结构）的黏滞性和热传导效应来应来实现实现声能的转换声能的转换。当声波入射到材料表面时，部分当声波入射到材料表面时，部分声能被材料吸收，使声能被材料吸收，使反射声能小于入射反射声能小于入射声能，这即为材料的吸声声能，这即为材料的吸声，用，用吸声系数吸声系数（,%,%）来表示。来表示。严格意义上讲，任何材料都有一严格意义上讲，任何材料都有一定的声吸收能力，一般将定的声吸收能力，一般将吸声系数大于吸声系数大于0.3
34、0.3的材料称为吸声材料。的材料称为吸声材料。iniinnaSaSaSaSA 12211房间总吸声量：房间总吸声量：m2平均吸声系数：平均吸声系数：niiniiiSaSSAa11二、吸声材料和结构二、吸声材料和结构 吸声材料（结构）按照吸声机理吸声材料（结构）按照吸声机理分为分为多孔吸声、共振吸声和特殊吸声材多孔吸声、共振吸声和特殊吸声材料料三大类。三大类。吸声材料（结构）在近几年的趋吸声材料（结构）在近几年的趋势是从单一的吸声功能转变为势是从单一的吸声功能转变为吸声与装吸声与装饰效果融为一体饰效果融为一体的产品。的产品。（一）多孔吸声材料（一）多孔吸声材料1.构造特征：构造特征：具有大量内外
35、通透的微隙具有大量内外通透的微隙或连续气泡，具有通气性。或连续气泡，具有通气性。2.吸声机理：吸声机理：通过大量的内外连通的微通过大量的内外连通的微隙或连续气泡利用空气振动将声能转隙或连续气泡利用空气振动将声能转化为热能。化为热能。二、吸声材料和结构二、吸声材料和结构注意：多孔吸声材料表面怕脏、怕潮注意：多孔吸声材料表面怕脏、怕潮材料种类材料种类常用材料常用材料纤维材料纤维材料有机纤维材料有机纤维材料毛毡、纯毛地毯、木绒吸声板毛毡、纯毛地毯、木绒吸声板无机纤维材料无机纤维材料超细玻璃棉、玻璃棉板、岩棉、矿棉吸声板、环超细玻璃棉、玻璃棉板、岩棉、矿棉吸声板、环保吸声棉、无纺布、化纤地毯、纤维喷涂
36、材料保吸声棉、无纺布、化纤地毯、纤维喷涂材料颗粒材料颗粒材料膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖、珍珠岩吸声装膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖、珍珠岩吸声装饰板饰板泡沫材料泡沫材料聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料、泡沫玻璃、泡聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫陶瓷沫陶瓷金属材料金属材料卡罗姆吸声板、发泡纤维铝板卡罗姆吸声板、发泡纤维铝板3.种类：种类：l材料内部应有大量的微孔或间隙，而材料内部应有大量的微孔或间隙，而 且孔隙应尽量细小且分布均匀；且孔隙应尽量细小且分布均匀；l材料内部的微孔必须是向外敞开的；材料内部的微孔必须是向外敞开的；l材料内部的微孔一般是相互连通的。材料内部的微孔一般是相互连通
37、的。4.吸声范围：吸声范围：中高频，特别是高频。中高频，特别是高频。判断是否多孔吸声材料的条件：判断是否多孔吸声材料的条件：5.影响多孔吸声材料吸声特性的影响多孔吸声材料吸声特性的主要因主要因素：素：（1）流阻：流阻：流阻是指空气质点通过材料流阻是指空气质点通过材料空隙时的阻力。空隙时的阻力。流阻低的材料流阻低的材料低频吸声低频吸声性能较差，性能较差，高频吸声性能较好高频吸声性能较好；流阻较流阻较高的材料中低频吸声性能有所提高，高的材料中低频吸声性能有所提高，但但高频吸声性能明显下降。高频吸声性能明显下降。对于对于一定厚度的多孔性材料，应一定厚度的多孔性材料，应有一个合理的流阻值。有一个合理的
38、流阻值。流阻过高或过低流阻过高或过低都不利于吸声性能的提高。都不利于吸声性能的提高。（2）孔隙率：孔隙率：孔隙率指材料内部空气体孔隙率指材料内部空气体积与材料总体积的比。对于吸声材料来积与材料总体积的比。对于吸声材料来讲，应有较大的孔隙率，一般应在讲，应有较大的孔隙率，一般应在70%以上，多数达到以上，多数达到90%。5.影响多孔吸声材料吸声特性的影响多孔吸声材料吸声特性的主要因主要因素：素：（3）厚度：厚度：材料的厚度对其吸声性能有关材料的厚度对其吸声性能有关键的影响：键的影响：o当材料较薄时，增加厚度，材料的低频吸声性能将当材料较薄时，增加厚度，材料的低频吸声性能将有较大的提高，但对于高频
39、的吸声性能则影响较小；有较大的提高，但对于高频的吸声性能则影响较小；o当厚度增加到一定程度时，再增加材料的厚度，吸当厚度增加到一定程度时，再增加材料的厚度，吸声系数的增加将逐步减少；声系数的增加将逐步减少；o多孔吸声材料的第一共振频率近似与吸声材料的厚多孔吸声材料的第一共振频率近似与吸声材料的厚度成反比：度成反比：f0d=常数常数5.影响多孔吸声材料吸声特性的影响多孔吸声材料吸声特性的主要因主要因素：素：（4）材料的密度：材料的密度：对于同一种多孔材料，当对于同一种多孔材料，当厚度一定，密度改变时，吸声特性也会有所厚度一定，密度改变时，吸声特性也会有所改变，但是比增加厚度所引起的变化小。改变，
40、但是比增加厚度所引起的变化小。（5）材料背后的条件：材料背后的条件：多孔吸声材料多孔吸声材料+后空腔后空腔5.影响多孔吸声材料吸声特性的影响多孔吸声材料吸声特性的主要因主要因素：素：常用的传统吸声做法常用的传统吸声做法（6）饰面层：饰面层：可以用穿孔板等来装饰。可以用穿孔板等来装饰。（7）声入射方向：声入射方向：垂直入射、斜入射、垂直入射、斜入射、无规则入射。无规则入射。（8）吸湿、受潮及表面污堵的影响吸湿、受潮及表面污堵的影响。5.影响多孔吸声材料吸声特性的影响多孔吸声材料吸声特性的主要因主要因素：素：（二）薄膜（薄板）吸声结构（二）薄膜（薄板）吸声结构1.构造特征：构造特征：离开硬墙面的不
41、透气离开硬墙面的不透气软质膜软质膜状材料状材料（例如塑料薄膜、帆布等）（例如塑料薄膜、帆布等）或板或板状材料，与背后的封闭的空气层形成一状材料，与背后的封闭的空气层形成一个质量个质量-弹簧系统。弹簧系统。当受声波作用时，当受声波作用时，在该系统共振频率附近具有最大的吸声在该系统共振频率附近具有最大的吸声量。量。2.吸声机理：吸声机理：共振吸声。共振吸声。薄膜：薄膜：吸收中低吸收中低频；频；薄板：薄板：吸收低频。吸收低频。3.吸声特性：吸声特性：当外部当外部声音的频率越接近声音的频率越接近系统的系统的固有频率固有频率时，共振吸声的效果越时，共振吸声的效果越好。好。对于不施加拉力的薄膜，其共振频率
42、的计算公式：对于不施加拉力的薄膜，其共振频率的计算公式：mLf6000其中：其中：f0：共振频率（：共振频率（Hz）m：薄膜的单位面积重量（：薄膜的单位面积重量（kg/m2）L：背后封闭空气层的厚度（：背后封闭空气层的厚度（cm）3.吸声特性：吸声特性：当当外部声音的频率越接近外部声音的频率越接近系统的系统的固有频率固有频率时，共振吸声的效果越时，共振吸声的效果越好。好。对于薄板，其共振频率为：对于薄板，其共振频率为：0070020104.12121MKLMMKLMcf其中：其中：M0薄板的面密度（薄板的面密度（kg/m2）L薄板后空气层厚度（薄板后空气层厚度（cm）空气密度空气密度 c空气中
43、声速空气中声速 K结构的刚度因数结构的刚度因数kg/(m2s2)，一般为，一般为 110631064.几点几点注意注意：o较薄的板更容易振动，可提供更多的声较薄的板更容易振动，可提供更多的声吸收；吸收；o薄板表面涂层对吸声性能没有影响；薄板表面涂层对吸声性能没有影响；o在薄板后面的空气层内放入多孔材料，在薄板后面的空气层内放入多孔材料，会使吸声系数的峰值向低频移动；会使吸声系数的峰值向低频移动；o吸声系数的峰值一般都处在低于吸声系数的峰值一般都处在低于200-300Hz的范围。的范围。（三）穿孔板吸声结构：（三）穿孔板吸声结构：1.构造特征：构造特征：由各种穿孔的薄板与它们由各种穿孔的薄板与它
44、们背后的空气层组成。背后的空气层组成。2.吸声机理：吸声机理：共振吸声。共振吸声。3.吸声特性：吸声特性：中频吸收，有一些低频吸中频吸收，有一些低频吸收。收。穿孔板共振吸声频率：穿孔板共振吸声频率：LdtPcf)8.0(20其中：其中：f0：共振频率（：共振频率（Hz）；）；c：声速，：声速，取取34000cm/s；t：穿孔板厚度（：穿孔板厚度（cm）；）；d：孔径（：孔径（cm）；）；P：穿孔率；：穿孔率；L：背后空气层的厚度（：背后空气层的厚度（cm）如果想增加共振频率：如果想增加共振频率：o增加穿孔率；增加穿孔率；o减低空腔厚度；减低空腔厚度；o在板厚和孔径上做文章。在板厚和孔径上做文章
45、。（四）其他吸声体：（四）其他吸声体：1.空间吸声体；空间吸声体；2.吸声尖劈；吸声尖劈；3.可变吸声体；可变吸声体；4.人与家具；人与家具；5.空气吸声；空气吸声；6.洞口。洞口。三、室内吸声减噪三、室内吸声减噪1.吸声减噪的原理：吸声减噪的原理：2.3.利用吸声材料或结构来吸取利用吸声材料或结构来吸取反射声来降低噪声的原理。反射声来降低噪声的原理。2.吸声减噪量的确定吸声减噪量的确定)4444lg(10221221RrQRrQLLDpp处理前后吸声减噪量：处理前后吸声减噪量：第一种情况：第一种情况：r 0，D=0 dB第二种情况：第二种情况：r 无穷大，无穷大，dB1212lg10lg10
46、aaRRD第二节第二节 隔声技术隔声技术一、透射系数和隔声量：一、透射系数和隔声量：1.投射系数：建筑空间外部声场的声波投射系数：建筑空间外部声场的声波入射到建筑空间的围护结构上，一部入射到建筑空间的围护结构上，一部分声能透过构件传到建筑空间中来。分声能透过构件传到建筑空间中来。0EEt2.隔声量：在工程上常用构件隔声量隔声量：在工程上常用构件隔声量来表示构件对空气声的隔绝能力。来表示构件对空气声的隔绝能力。1lg10R10/10R3.隔声频率特性和隔声指数：隔声频率特性和隔声指数：确定构件隔声指数的步骤：确定构件隔声指数的步骤：（1）先把各个频带上侧得的构件隔声量画）先把各个频带上侧得的构件
47、隔声量画成构件的隔声频率曲线；成构件的隔声频率曲线；（2）画出标准隔声参考曲线；）画出标准隔声参考曲线；（3）移动标准参考曲线：最大不利偏差不）移动标准参考曲线：最大不利偏差不超过超过8dB，总和不利偏差不超过，总和不利偏差不超过32dB；（4）标准参考曲线中）标准参考曲线中500Hz对应的隔声量对应的隔声量就是这个构件的隔声指数。就是这个构件的隔声指数。二、单层墙的隔声二、单层墙的隔声o常见的隔声材料是常见的隔声材料是砖墙，它的隔声能砖墙，它的隔声能力主要与它的质量、力主要与它的质量、频率有关。经验公频率有关。经验公式如下：式如下：m-面密度面密度(kg/m2)f-频率频率(Hz)o墙体和楼
48、板对空气声的隔墙体和楼板对空气声的隔声量，主要取决于它们的声量，主要取决于它们的面密度和声音的频率。面面密度和声音的频率。面密度增加一倍，隔声量提密度增加一倍，隔声量提高高6dB，这就是，这就是“质量定质量定律律”。48lg20lg20fmR单层墙的隔声单层墙的隔声o当入射到墙体的声波的波长与墙体本身当入射到墙体的声波的波长与墙体本身固有的弯曲波的波长相吻合时，材料与固有的弯曲波的波长相吻合时，材料与声波将发生共振，此时墙体的隔声量急声波将发生共振，此时墙体的隔声量急剧下降，这种现象就是剧下降，这种现象就是“吻合效应吻合效应”。o在评价墙体材料的隔声性能时，通常只在评价墙体材料的隔声性能时，通
49、常只考虑人耳比较敏感的频带范围，一般是考虑人耳比较敏感的频带范围，一般是从从100HZ-3150Hz。如果发生吻合效应。如果发生吻合效应的临界频率在这个频段之外，则对隔声的临界频率在这个频段之外，则对隔声性能的影响较小。性能的影响较小。墙体名称墙体名称临界频率临界频率/Hz墙体名称墙体名称临界频率临界频率/Hz240mm厚砖墙厚砖墙94100mm厚加气混凝土厚加气混凝土413120mm厚砖墙厚砖墙18760mm厚石膏条板厚石膏条板706200mm厚混凝土厚混凝土10110mm厚玻璃厚玻璃1224100mm厚混凝土墙厚混凝土墙2025mm厚玻璃厚玻璃2449200mm厚加气混凝土厚加气混凝土20
50、612mm厚纸面石膏板厚纸面石膏板3528常用墙体的临界频率常用墙体的临界频率孔洞的影响：孔洞的影响：组合墙的平均透射系数：组合墙的平均透射系数：由平均透射系数可以得出墙体的平均隔声量：由平均透射系数可以得出墙体的平均隔声量：nnnSSSSSS 21211lg10R三、双层墙的隔声三、双层墙的隔声 根据质量定律，当墙体或楼板的隔声量不能满根据质量定律，当墙体或楼板的隔声量不能满足所要求的隔声性能时，就需要增加面密度。但是足所要求的隔声性能时，就需要增加面密度。但是这不是经济的做法，这时可以这不是经济的做法，这时可以采用双层墙（双层楼采用双层墙（双层楼板）中间设空气间层的方式来提高隔声量板）中间
