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
提高劳动生产率
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?
f
c
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。
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
k R Tc?
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
20000 Hz 以上：超声高频声低频声中频声
31.25 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/m2。
声压 p：声波的压强与媒质的静压之差,Pa
c
pI
2
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,
iII
2ipp
24 r
WI
r
W
9
听觉范围
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
痛阈 —— 闻之 人耳则 痛,p=20 Pa，
I=1W/m2
10
声音的度量
分贝标度和声级 L,单位 dB
设立的必要性
数据范围太大，如 2× 10－ 5Pa ~ 20Pa
人的听觉响应与声强、声压呈对数关系
声强级
声压级
声功率级
0
lg10 IIL I?
0
lg20 ppL p?
0
lg10 WWL w?
可闻阈值
1× 10-12W
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 L1叠加：
两个相同声源叠加，声级增加了 10 lg2 = 3 dB
)101l g (10 101 21
LL
LL
nLL lg101L = 3 dB
12
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
0
2
04lg10lg20
cW
prLL
wP?
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 rL
p
LpLW LW
S0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
A B
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
)44l g (10 2 RrQLL Wp
a
aSR
1
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
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
利：避免一些噪声的干扰，提高工作效率掩蔽音的声压级
23
掩蔽效应
适合的掩蔽背景声的特点
无表达含义
响度不大
连续
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
轻微的音乐声
隐约的语言声
24
打电话声打电话声干扰大 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
LA =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
LA =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)
卧室、书房、病房 35~45? 40~50
起居室 40~45? 40~50
语言教室 35? 40
一般教室 45? 50
门诊室 50~55? 55~60
手术室 40~45? 40~50
宾馆客房 30~45? 35~50
会议室 30 35
学术报告厅、阅览室 25 30
室内乐、演唱厅 20 25
办公室 35 40
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
传播途径降低噪声
吸声、隔声、消声、隔振
掩蔽
主动加入掩蔽噪声
32
吸声材料和吸声结构
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
薄膜、薄板共振吸声结构
空腔、穿孔板共振吸声结构
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
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
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?=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
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
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
产生噪声
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
1)/(
1
2
0?
ffT
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？
)l g ( 24 110 rLL Wp
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
提高劳动生产率
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?
f
c
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。
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
k R Tc?
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
20000 Hz 以上：超声高频声低频声中频声
31.25 Hz
频率
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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。
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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/m2。
声压 p：声波的压强与媒质的静压之差,Pa
c
pI
2
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,
iII
2ipp
24 r
WI
r
W
9
听觉范围
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
痛阈 —— 闻之 人耳则 痛,p=20 Pa，
I=1W/m2
10
声音的度量
分贝标度和声级 L,单位 dB
设立的必要性
数据范围太大，如 2× 10－ 5Pa ~ 20Pa
人的听觉响应与声强、声压呈对数关系
声强级
声压级
声功率级
0
lg10 IIL I?
0
lg20 ppL p?
0
lg10 WWL w?
可闻阈值
1× 10-12W
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 L1叠加：
两个相同声源叠加，声级增加了 10 lg2 = 3 dB
)101l g (10 101 21
LL
LL
nLL lg101L = 3 dB
12
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
0
2
04lg10lg20
cW
prLL
wP?
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
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r rL
p
LpLW LW
S0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
A B
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
)44l g (10 2 RrQLL Wp
a
aSR
1
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
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
利：避免一些噪声的干扰，提高工作效率掩蔽音的声压级
23
掩蔽效应
适合的掩蔽背景声的特点
无表达含义
响度不大
连续
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
轻微的音乐声
隐约的语言声
24
打电话声打电话声干扰大 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。
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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
LA =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
LA =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)
卧室、书房、病房 35~45? 40~50
起居室 40~45? 40~50
语言教室 35? 40
一般教室 45? 50
门诊室 50~55? 55~60
手术室 40~45? 40~50
宾馆客房 30~45? 35~50
会议室 30 35
学术报告厅、阅览室 25 30
室内乐、演唱厅 20 25
办公室 35 40
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
传播途径降低噪声
吸声、隔声、消声、隔振
掩蔽
主动加入掩蔽噪声
32
吸声材料和吸声结构
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
薄膜、薄板共振吸声结构
空腔、穿孔板共振吸声结构
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
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
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?=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
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
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
产生噪声
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
1)/(
1
2
0?
ffT
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？
)l g ( 24 110 rLL Wp
