第七章 建筑声环境 清华大学 建筑学院 建筑技术科学系 2001 年

2 声环境控制的意义  创造良好的满足要求的声环境 保证居住者的健康 保证居住者的健康 提高劳动生产率 提高劳动生产率 保证工艺过程要求 保证工艺过程要求  录音棚、演播室  高保真音乐厅

3 声音是什么？  在弹性媒质中传 播的机械波  声源：振动的固 体、液体、气体  特性：波长 、频 率 f 、声速 c 波长 波长

4 声音的传播速度  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 k 绝热指数， R 气体常数， T 绝对温度。 k 绝热指数， R 气体常数， T 绝对温度。 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 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 钢 5000 m/s 松木 3320 m/s 松木 3320 m/s 水 1450 m/s 水 1450 m/s 软木 500 m/s 软木 500 m/s

5 声音的频带  人耳可以听见范围为 20 ~ 20000Hz  人耳听不见的范围 20 Hz 以下：次声 20 Hz 以下：次声 Hz 以上：超声 Hz 以上：超声 高频声 低频声中频声 Hz 频率

6 声音的频带  频程：把声频范围划分成几个频段，称作 频程或频带  倍频程：两个频率之比为 2:1 的频程。一般 用倍频程划分频带，中心频率分别为： 31.3(31.25) 、 63(62.5) 、 125 、 250 、 500 、 1000 、 2000 、 4000 、 8000 Hz 。

7 声音的度量  声功率 W ：声源在单位时间内对外辐射的声 能，即在全部可听范围所辐射的功率，单位 W 。也可特指在某个有限频率范围所辐射的 功率，亦称频带声功率。  声强 I ：单位时间内通过垂直于传播方向上 单位面积的平均声功率， W/m 2 。  声压 p ：声波的压强与媒质的静压之差， Pa 媒质的密度

8 声源的扩散和叠加特性  点声源的声功率和声强： 声音球面扩散  声强可以直接叠加，故有 :  总声压是各声压的均方根 : r W

9 听觉范围  可闻阈 ( 听阈 ) — — 人耳刚能感受的 声音， p 0 =2×10 -5 Pa ， I 0 =1× W/m 2  痛阈 —— 闻之人 耳则痛， p=20 Pa ， I=1W/m 2

10 声音的度量  分贝标度和声级 L ，单位 dB 设立的必要性 设立的必要性  数据范围太大，如 2×10 － 5 Pa ~ 20Pa  人的听觉响应与声强、声压呈对数关系 声强级 声强级 声压级 声压级 声功率级 声功率级可闻阈值 1× W

11 声源声级叠加：非线性！  两个声源叠加 (I 、 P 、 W 声 级同理 ) ：  n 个相同声源 L 1 叠加：  两个相同声源叠加，声级 增加了 10 lg2 = 3 dB  L = 3 dB

12 两个不同声源叠加，差别超过 10~15 dB ， 可以忽略。 两个不同声源叠加，差别超过 10~15 dB ， 可以忽略。 增加的声级数 声源声级差

13 声音的传播规律  遇到障碍物：反射、散射、衍射 ( 绕射 ) A  E 障碍物相对波长的尺度由大至小

14 声音的透射和吸收 吸收 透射 吸收 透射

15 声音的传播和衰减  对于点声源 相对参考值  11

16 声音在室内的增长和衰减  室内吸声量 越大，衰减越 快  房间容积越 大，衰减越慢 声能密度 D(t) ， J/m 2

17 r r LpLpLpLp LpLpLpLp LWLWLWLW LWLWLWLW S 0 为声源面积， f 为频率， I ～ IV 是声源的 4 种位置 指向性因数 Q AB 室内的声 压级  室内某点声压级  Q －指向性因数， 取决与声源与接收 点的相对关系  R －房间常数  S －房间总表面积   a －平均吸声系数

18 人体对声音的反应原理  什么是噪声？ 人们不愿意听到的任何声音 空气声：经空气和 围护结构传播 固体声：振动噪声

19 音乐声与普通声响的区别  音乐为非连续 频谱，只含有 基频和谐频， 而谐频是基频 的整倍数。  普通声响频谱 一般为连续频 谱，无上述特 征。

20 不同噪声源的频谱图

21 人耳的听觉特征人耳的听觉特征人耳的听觉特征人耳的听觉特征  特征：对高频声比对低频声敏感  响度级：用 1000 Hz 纯音的声压级代表其 等响曲线的响度级，单位 Phon 等响曲线 听阈 痛阈

22 掩蔽效应  一种声音存在提高了 另一种声音的可闻阈  频率相近则掩蔽作用 显著  对高频掩蔽作用比对 低频掩蔽作用大  有利有弊 弊：听不清要听的 内容，降低工作效 率 弊：听不清要听的 内容，降低工作效 率 利：避免一些噪声 的干扰，提高工作 效率 利：避免一些噪声 的干扰，提高工作 效率 掩蔽音的声压级 被掩蔽音的声压级 dB

23 掩蔽效应  适合的掩蔽背景声的特点 无表达含义 无表达含义 响度不大 响度不大 连续 连续 无方位感 无方位感  掩蔽背景声 低响度的空调通风系统噪声往往是很好的掩 蔽背景声 低响度的空调通风系统噪声往往是很好的掩 蔽背景声 轻微的音乐声 轻微的音乐声 隐约的语言声 隐约的语言声

24 打电话声 打电话声 干扰大 干扰不大 干扰不大 谈话声 电话铃声 空调声 周围同事工 作的声音 办公设备声 统计率 (%) 日本办公楼噪声干扰感 觉的调查

25 声音的测量： A 声级  声级计为模拟人耳听觉而进行滤波，分别 模拟人耳对 40 方、 70 方和 100 方纯音的反应 而得到 A 、 B 、 C 三种计权方式。  用 A 计权方式测得的噪声级称作 A 声级，是 一个综合叠加得到的单一的数值。  由于通常环境噪声响度多在 40 方上下，故 A 声级能够较好地反映人对噪声的主观反应。

26 声音的测量： A 声级

27 噪声评价 曲线： NR ( Noise Rating)  单值 A 声级不能反 映噪声的频谱特性。  NR 曲线：中国、 欧洲常用， ISO 推 荐  考虑了低频噪声 难消除的因素  L A =NR+5 dB

28 噪声评价曲线： NC  NC 曲线 (Noise Criterion Curves) ， Beranek 于 1957 年提 出， 1968 年开始实 施。 ISO 推荐，英、 美、日常用。  对低频的要求比 NR 曲线苛刻  L A =NC+10 dB  NC ＝ NR － 5

29 噪声评价曲线： PNC  PNC(Preferred Noise Curves ) 是对 NC 曲线进 行的修正  对低频部分更 进一步进行了 降低  PNC=3.5+NC

30 我国的室内噪声标准 房间类型 NR(dB)A 声级 dB(A) 房间类型 NR(dB)A 声级 dB(A) 卧室、书房、病房 35~45  40~50 卧室、书房、病房 35~45  40~50 起居室 40~45  40~50 起居室 40~45  40~50 语言教室 35  40 语言教室 35  40 一般教室 45  50 一般教室 45  50 门诊室 50~55  55~60 门诊室 50~55  55~60 手术室 40~45  40~50 手术室 40~45  40~50 宾馆客房 30~45  35~50 宾馆客房 30~45  35~50 会议室 会议室 学术报告厅、阅览室 学术报告厅、阅览室 室内乐、演唱厅 室内乐、演唱厅 办公室 办公室 宴会厅 宴会厅 35 40

31 噪声控制措施  降低噪声源噪声 噪声源的控制、减振 噪声源的控制、减振  传播途径降低噪声 吸声、隔声、消声、隔振 吸声、隔声、消声、隔振  掩蔽 主动加入掩蔽噪声 主动加入掩蔽噪声

32 吸声材料和吸声结构  多孔吸声材料 多孔吸声材料 多孔吸声材料 微孔很多且相互连通，吸收多，反射少，效 果好，如纤维板、毛毡、矿棉 微孔很多且相互连通，吸收多，反射少，效 果好，如纤维板、毛毡、矿棉 微孔靠得很近却不相通，效果不好，如泡沫 树脂、多孔橡胶 微孔靠得很近却不相通，效果不好，如泡沫 树脂、多孔橡胶  共振吸声结构 共振吸声结构 薄膜、薄板共振吸声结构 薄膜、薄板共振吸声结构 空腔、穿孔板共振吸声结构 空腔、穿孔板共振吸声结构  空间吸声体 空间吸声体

33 吸声材料吸声原理  声波导致空气在吸声材料中行进、反射、折射过 程中产生摩擦而损耗声能，转变为热能  吸声材料也容易透声

34 吸声系数 a ：吸收声占入射声的比例

35 共振消声原理  共振结构在声波激发下振动，振动的结构由 于本身的内摩擦和与空气间的摩擦把部分振 动能量转变为热能而损耗。因此振动的结构 消耗声能，产生吸声效果。  适应频带：中、低频  共振会放大声音吗？共振  共鸣！ 共鸣：机械能激发物体振动向空气辐射声能 共鸣：机械能激发物体振动向空气辐射声能 共振：空气中传播的声能激发物体机械振动 共振：空气中传播的声能激发物体机械振动

36 薄膜薄板共振吸声结构薄膜薄板共振吸声结构薄膜薄板共振吸声结构薄膜薄板共振吸声结构  不透气薄膜薄板与板壁间有一空气 夹层，薄膜、薄板振动消耗声能。

37 空腔共振器  空腔孔颈空气柱由于 共振而激烈运动，消 耗能量，腔内空气起 弹簧缓冲作用

38 穿孔板共振器  穿孔板与墙间空 腔形成共振腔

39 空间吸声体 消声材料  当房间表面不 足作吸声表面 时使用。

40 隔声

41 空气层对隔声效果的影响  空气层厚度 有一个最佳 值

42 设备隔声设备隔声设备隔声设备隔声  隔声罩的 作用 没有隔音措施 用板材围合密封 用 25mm 厚玻璃纤 维隔音 板材罩内衬 25mm 厚的玻璃纤维 风机 马达

43 小孔对隔声作用的影响  孔径相对波长越大，衍射作用越强 =11.7cm =11.7cm =3.4m =3.4m

44 气流噪声控制：消声器  消声器种类 阻性消声器：利用吸声材料，中、 高频有效 阻性消声器：利用吸声材料，中、 高频有效 抗性消声器：中、低频有效 抗性消声器：中、低频有效  扩张型  共振型 复合型消声器：多种形式组合，宽 频带消声 复合型消声器：多种形式组合，宽 频带消声

45 阻性消声：管道内加吸声材料

46 阻性管道消声器

47 抗性管道消声器 ( 扩张型 ) 对低中频噪声控制有效 频率 Hz 消声量

48 频率 Hz 消声量

49 掩蔽  Sound Mask  用途 1 ：大型敞开式 办公室，减少相互干 扰。 “ 声音香料 ” 。  可利用适当的空调系 统的背景噪声。

50 用途 2 ：减少降低外部传入 噪声的代价

51 振动与隔振原理  振动的危害 使人烦恼，妨碍工作 使人烦恼，妨碍工作 产生噪声 产生噪声 损坏建筑物和设备 损坏建筑物和设备  振动传递比 T ：输出的动力占振源输入动力 的百分比 f 为振源频率， f 0 为减振结构固有频率 f 为振源频率， f 0 为减振结构固有频率

52 振动与隔 振原理 振动传递曲线

53 思考题  两个声压级为 0 dB 的噪声合成的噪声是否仍然是 0 dB?  等响曲线与 NR 、 NC 曲线有什么异同？  为什么微孔不连通的多孔材料吸声效果不好？  风道弯头为什么有消声作用？  扩张式消声器为什么有消声作用？  房间在何种条件下房间声压级与声源声功率级之 间的关系是 ？