建筑声学基本知识

《建筑声学基本知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑声学基本知识（11页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、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。4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20Hz20000H；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

2、点之间的距离，记作入，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二入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：cO=M( yPO/pO)Y为空气比热比；P0大气剪静压；P0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二 P0 cos (st -kr+d)P为r位置处的声压Pa(N/m2)； P0为最大声压Pa(N/m2)；k=s/cO；

3、d为与 轴向相位角。常温下1个大气压强为1.0325x105Pa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/m2。声强与声压的关系是：I= P2/(p0c0)P0为大气密度，常温下P0 =1.21kg/m3； cO为声波在介质中传播的速度 m/s。声功率：声源在单位时间内向外辐射的声能，W表示，单位W。声源声功率与声强的关系是：W=I.(4nr2)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。4 声压级、声强级、声功率级人耳容许的声压范围达10-5倍，声强范围为10-12倍，因此，

4、用声压、声强 描述声音不方便；所以，我们以20倍或10倍10的对数的相对值dB来描述。声压级表达式：LP =20log(P/P0)P为某位置处的声压N/m2； P0为人耳刚能分辨的在1000Hz时的基准声压， P0=2x10-5N/m2，0dB。一般交谈的声压级为60dB，织布车间为100dB,达到120dB人耳会感到疼 痛。声强级表达式：LI=10 log (1/10)I为某位置处的声压Pa N/m2； 10为基准声强，I0=10-12W/m2常温常压下，声压级和声强级的数值基本相等。声功率级表达式：LW=10 log(W/W0)W为声功率W； W0为基准声功率，W0=10-12W。二 声源

5、与辐射特性1 声源定义点声源: 当声源的尺寸远小于声波波长或传播距离时，可看成无指向性的点 声源。在距离声源中心等距离处，声压级相等，以球面波形式向外辐射声能。线声源：由许多近似点声源组成的线阵，在垂直于声源直线等距离处，声压 级相等，以近似柱面波形式向外辐射声能。长方向具有较强指向性。面声源：由许多近似点声源组成的面阵，在垂直于声源平面的等距离处，声 压级相等，以近似平面波形式向外辐射声能。各方向都有较强指向性。人工声源往往是谐振式的，重要的频率特性有谐振频率fo，辐射带宽Af和 品质因数Q，Q=fo/Af02 声源辐射的叠加当几个声源同时作用于某一点时，在该点所产生的声压是各声源单独作用时

6、在该点所产生的声压平方和的方根值。表达式为：P2=P12+P22+P32+。声压级按对数规律进行叠加，当n个声压级相同时，Lp=20 log L0+10 log n声强和声功率的叠加，可将各声源在某点产生的声强和声功率直接相加。3 声源辐射的指向性：声源指向性：是指声源辐射声音强度的空间分布；在距离声源中心等距离 处，声压级不是相等的。对于活塞振动，当声源的尺寸比波长大时，相当于由多个相同振动的点声源 构成的声源，由于各点辐射的声波到达空间各点的时间不同，相位有差，干扰叠加 后形成各方向辐射的不均匀的指向性辐射。对于非活塞振动，由于声源各部分振动不一致，辐射的声波在空间各点的声 压相位也会不同

7、，干扰叠加形成各方向辐射的不均匀的指向性辐射。通常频率越高，指向性越强；声源的尺寸比波长越大，指向性越强。90期r4-iR药丰轉虬隔hj直貴吐曲列时团ft豳-OdBfca=Zg时，称为远 场区，ZZg时，称为近场区。远场中，离开声源的两个不同距离间的声压级差，随距离而逐渐衰减；近场 中，活塞振动出现声压起伏的特性，测试要有正确的结果，必须知道近场与远场声 压之间的关系，然后换算才能得到与远场一致的结果。点声源衰减表达式为：？Lp=20log(r2/ rl)由此可知，当r2=2r1时，？L= -6dB。即离开声源距离每增加1倍，声压级下降6 dB。线声源衰减表达式为：r2l/n时，？Lp=20l

8、og(r2/ rl)。其中l为线声源长度。当r2=2r1且r2l/n时，？L= -3dB,即当声源线长大于测试距离3.14倍时，离开声源距离每增加1倍，声压级下降3 dB。当声源线长小于测试距离3.14 倍时，离开声源距离每增加1倍，声压级下降6dB。长方形面声源衰减表达式为：r2a/n,r2b/n 时，？Lp=20log(r2/ rl)。.其中 a、b 为声源边 长，且aa/n,r2b/n时，即当声源长小于测试距离3.14倍时，近似点声源，离开声源 距离每增加1倍，声压级下降6 dB。2. 在管道中的传播在管道中传播的声波波阵面不能扩散，因此在管中传播的是平面波；在管中 传播的能量也不能分散

9、，因此传播距离远。直线管中传播的衰减量表达式：ALp=1.1(a/Rn).la吸声系数；Rn为管道截面与周长比，且Rn=ab/(2(a+b)，a、b分别为管 道宽高；l为管道长度。声波传播到弯管，如果曲率半径较小，一部分会被反射。两边直线管部分长 度超过2b，反射波将大于管中继续传播的声波。管子面积突变带来声阻抗突变，在界面分别有反射和透射。依照声压连续pi+pr=pt和体积速度连续S1(vi+vr)=S2vt，在界面处有反射 声压与入射声压关系式：pr/pi=(S1/S2-1)/(S1/S2+1)= (S1-S2)/ (S1+S2)，S1、S2 分别为两边管子 的截面积。当S1S2时，pr

10、/ pi0,声压相位同相；当S1S2时，pr/pi =1,声波全 反射；当S1S2时，pr /pi0，声压相位反相；当S1=S2时，pr/pi=0,声波无反 射。声压反射系数与透射系数分别为：rp二pr /pi=(Sl/S2-l)/(Sl/S2+l)； tp=1- (S1/S2-1)/(S1/S2+1)声强透射系数与声功率透射系数分别为：tI=l-rp2=4/(l+S2/Sl)2； tw=It S2/ Ii S1=4(S2/S1)/(1+S2/S1)2亠;. 二 士一 一丄对于中间插管的管子,其透射除了与两端管子大小有关外,还与插管长度有 关,但与大小插管无关。声强透射系数为：tI=4/(4c

11、oskD)2+ (Sl/S2+S2/Sl)2(sinkD)2)SI、S2分别为两边管子的截面积；D为插管长度。当kD=(2n+l)n/2，即D=(2n+1)入/4时，透射系数最小 tI=4/(Sl/S2+S2/Sl)2； 当 kD=nn，即 D=n 入/2 时，透射系数最大 tl =1；其中， n=0,1,2。即对某一频率的声波，当插管长度等于声波的1/4波长奇数倍时，声波透射 能力最差，反射最强。当插管的长度等于声波波长的1/2整数倍时，声波将可以容 易地通过。对于带共振腔的管子，声强透射系数为：t I1/(1+(pO c0)2/(4S2(Mm- 1/Qcm)2)S为管子的截面积；Mm=p0

12、l0S、Cm=V0/(p0c02S2),分别为支管口空气质量 和腔体顺性。当频率符合共振条件时，fr=(l/2n) M(l/MmCm) ,t 10,即：频率为fr 的声波全部被共振腔吸收而被阻断。对于带旁支的管子，声压透射系数为：rp=(p0c0/2S) /(P0C0/2S +Zb)； tp=Zb/(P0c0/2S) +Zb)；声强透射系数为：tl =(Rb2+Xb2)/(p0c0/2S+Xb2)；低频时，Rb二pOSb2s2/(2ncO),Xb=8spORb3/ 3。对于带封闭旁支的管子，声强透射系数为：tI=(cot2kD)/(Sb/2S)2+cot2kD) ； D 为旁支管长度；kD=(

13、2n-l)n/2，或D=(2n-1)入/4时，11=0。即封闭旁支管长度D等于声波 的1/4波长奇数倍时，管口驻波共振使声波在旁支管短路而被阻断。对于有限长度的管子管端辐射，当管子长度l=n入等于1个波长的整数倍 时，管口辐射和声源辐射同相位，图示声源及另一端管口向外辐射的声级会干涉而 减低；当管子长度l=(2n-1)入/2即等于1 /2波长的奇数倍时，管口辐射和声源辐 射反相位，图示声源及另一端管口向外辐射的声级会叠加而提高。3. 在有限空间中的传播 声波在有限空间中的传播，除了直接来至声源的直达声外，受到壁面影响，还有壁面多次反射、折射、衍射、吸收、投射的影响。我们听到的声音，是这些直 达声和最后达到的反射声叠加的结果。远场条件下，单一直达声和自由空气中传播特性相同，符合随距离而逐渐衰 减。声波射到不同介质的界面时，由于在不同介质中传播的速度不同，会产生了 声音的反射与折射等现象，部分能量被反射，部分能量被吸收，或者还有透射。平面的反射：当反射面尺寸远大于声波的波长，声波将会向相反的方向传播。如果反射面的粗糙度甚小于波长时，声线满足反射角等于入射角的反射定律