第七章 建筑声环境 本章学习要点： 1．了解声音的传播规律 2．如何创造设计一个良好的室内外声学环境？ 3．噪声控制措施 §7-1声音的度量与声环境的描述 一、声音的性质和基本物理量 1.声源和声波 声源：机械振动在弹性媒质中的传播称为声源。实质是振动能量在媒质中的传递。 声波：指受外力作用而产生振动的物体。 2.频率、波长和声速 频率（f）：介质在平衡位置附近来回完成一个全振动的时间为周期，其倒数为频率。 波长（λ）：声波在一个周期内所传播的距离。 声速（c）：声波的传播速度，称声速c。 在空气中，声速与温度的关系如下： C(θ)=331.45+0.61θ 式中：θ—空气温度，℃ 声速、波长、频率有如下关系： c=fλ 3.声音的计量 声功率：声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能，单位为瓦（W)或微瓦（μW）。 声压：是指某瞬时，介质中的压强(P)相对于无声波时压强(P0)的改变量。声压的单位就是压强的单位，为 Pa。 声强：在单位时间内，在垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的平均声能量。记为I，单位为W/㎡ 。声强是衡量声音强弱的物理量。 分贝标度和声级： 分贝标度：人的听觉系统对声音强弱的响应接近对数关系，这种表示方法称为分贝标度，单位为分贝（dB）。 声强级：（dB） 式中： I0—基准声强， I0 =10-12W/㎡；即人耳对频率为1000Hz的声音的可听下限。 声压级：（dB） 式中： p0—基准声压，p0 =2×10-5N/㎡，人耳对频率为1000Hz的声音的可听下限。 声功率级： （dB） 式中： W0—基准声功率，W0 =1×10-12N/m2 ，声功率级仅表示声源发声能力的大小。 4.声音的传播规律 声波遇到障碍物时的传播 (1) 反射与吸收： 声波在传播中遇到尺寸比其波长大得多的界面时,声波将被反射，将遵循反射定律： 1)入射线、反射线、反射面的法线在同一平面内； 2)入射线和反射线分别在法线的两侧； 3)入射角等于反射角；大多数情况下，界面总会吸收一部分声能。 吸声系数：α=（E0－Eρ ）/E0=1－r，其中r为反射系数。 (2) 透射与隔声： 声透射：当声波入射到某一围护结构时，使结构层产生振动，从而向另一面辐射声波的现象称声透射。 透射系数：即透射声能Eτ与入射声能E0之比，用τ表示。 围护结构隔声性能的优劣通常用隔声量R来表示，定义为声音传过围护结构前后的声压级之差，它与透射系数的关系为：R=10lg(1/ τ)。 (3) 绕射：声波在传播过程中遇到障碍物或孔洞时，其被振面会发生畸变，这种现象称为声绕射。 应用：① 降低噪声时，若隔声屏障存在孔洞或缝隙时，因绕射会有大量声波通过，影响隔声屏障的隔声。 ②设置隔声屏障时，使人处于声影区内，避免空洞缝隙的存在。 声音的衰减 (1) 传播衰减： 1)点光源的衰减：声源的尺寸相对于声波的波长或传播距离而言较小时,则声源可近似视为理想点声源或球面声源。 2)线声源的衰减：声源的尺寸相对于声波的波长或传播距离而言，当其高度和宽度可以忽略，但长度不能忽略时，则声源可近似视为线声源或柱面波。如：火车噪声、公路上的机动车辆噪音等。 (2) 吸收衰减 ： 1）空气吸收：空气的吸收性能可用空气的衰减常数m表示，其值主要取决于空气的相对湿度，其次是温度。 2）绿色植被的吸收：绿化带的降噪效果与林带、高度、位置、配置以及树木种类等密切相关。 3）气流和大气温度梯度的吸收：风速和温度梯度影响很大。 二、吸声材料和吸声结构 吸声材料如今广泛应用于空调系统等动力设备中。 1.多孔吸声材料 原理：当声波入射到多孔材料表面时，声波能顺着微孔进入材料内部，引起孔隙中的空气振动。由于摩擦和空气的粘滞阻力，使一部分声能变为热能；气体绝热压缩时温度升高，反之，绝热膨胀时温度降低，由于热传导作用，孔隙中的空气与孔壁、纤维之间进行热交换，结果也会使声能转化为热能。 应用：地毯棉被和衣物等。 2.薄板和薄膜共振吸声结构 原理：当声波入射到薄板和薄膜上时，将激起面层振动，使板或膜发生弯曲变形。由于面层和固定支点的摩擦，以及面层本身的内损耗，一部分声能被转化为热能。将不透气、有弹性的板状或膜状材料（如胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板、皮革、人造革、帆布等）周边固定在框架上，板后留有一定厚度的空气层，就成了薄板和薄膜共振吸声结构。 应用：木桩修时，在薄板边缘防止一些橡皮条、海绵条、或毛毡等材料达到吸声的效果。在送风孔洞的风口、干管上加橡皮条也能达到此目的。 3.空腔共振吸声材料 各种穿孔板、狭逢板背后设置空气层形成吸声结构，均属于空腔共振吸声结构。（如：可用穿孔的石棉水泥板、石膏板、胶合板等） 该结构优点：既能满足吸声要求，材料本身又具有一定强度。 4.空间吸声体 把吸声体悬挂在声能流密度大的位置（如靠近声源处、反射有聚焦的地方），具有好的吸声效果。 应用：工业厂房的噪声控制，体育馆等。 §7-2人体对声音环境的反应原理 噪声的评价取决于：客观上声压、声强dB和主观上心理。 一、人耳的听觉特征 1. 响度和响度级 响度：声音入射到耳鼓膜使听者获得的感觉量，单位为宋。取决于：声压、声强、频率。 响度级：将听起来一样响的声音的响度用1000Hz纯音对应的声压级代表，单位为方。反映了人耳对不同频率声音的敏感度变化。 区别：分贝是纯客观的度量，没有考虑人耳的听觉特征。 相互关系：等响曲线图7-4，用1000Hz纯音对应的声压级数值，作为该曲线的响度级。该图可以看出：低频部分声压级高，高频部分对应的声压级低，说明人耳对高频声较敏感。 响度级每增加10方,响度加倍,响度和响度级的关系为 N=2(LN－40)/10 或 N=40+10log2N=40+33.2lgN 式中： N—响度，宋； LN—响度级，方。 2. 掩蔽效应 定义：由于某个声音的存在，而使人耳对其他声音的感觉能力降低，这种现象称“掩蔽”。 掩蔽量：由于某一声音存在，要听清另外的声音必须将这些声音提高，这些声音可闻阈所提高的分贝数。 影响因素：相对强度、频率结构、心理状态等。 举例：风机连续的噪音与马路上噪声掩蔽。 3. 双耳听闻效应(方位感) 定义：声波传到两只耳朵有时间差、强度差、相位差，根据这些差别，使听者能够辨别声音的方向。双耳辨别方向的能力称～。 应用：强化掩蔽声声源的方位感，来控制噪声，无明确方位感的噪声容易忽略。 二、噪声的评价和标准 如何把噪声的客观物理量与主观感觉量结合起来，得出与主观响应相对应的评价量，用以评价噪声对人的干扰程度。 1. A声级LA 声级计中设有A、B、C和D四个计权网络，A网络，参考40方等响曲线，对500Hz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。C网络，具有接近线性的较平坦的特性，在整个可听范围内几乎不衰减，以模拟人耳100方纯音的响应；B网络，介于两者之间，对低频有一定的衰减，模拟人耳70方纯音的响应。目前世界各国声学界公认以A声级来作为保护听力和健康，以及环境噪声的评价量。 2.等效连续A声级LAeq 用于表征不稳态噪声环境的，它是某一时间间隔内A计权声压级的能量平均意义上的等效声级。 3. 统计声级Lx 为评价与公众烦恼有关的噪声暴露，利用概率统计的方法，记录随时间变化的噪声的A声强，作统计分析，得到统计百分数声级。 4. NR评价曲线 国际标准化组织建议用于评价公众对户外噪声的反应。对于每一条曲线各中心频率1000HZ的声压级数值。 NR数与A声级LA的关系为: LA=NR+5 dB §7-3环境噪声控制途径 回顾噪声的传播机理，控制噪声主要从以下三方面：噪声源、传播途径，接受者。 一、降低声源噪声 改革工艺和操作方法降噪； 降低噪声源的激振力；如压缩机加减震垫。 降低噪声辐射部件对激振力的响应。 二、在传播路径上降低噪声 “闹静分开”的原则 便于局部隔离，利用了噪声在传播中的自然衰减 2. 改变噪声传播的方向或途径 例如：管道出口朝向上空或野外，让噪声释放到人的生活区外排入地沟 3．充分利用天然地形的声屏障作用吸声和绿化带的降噪作用 例如：山岗、土坡 4．采取声学措施 包括吸声、消声、隔声、隔振和减振等噪声控制技术。 5．在接受点保护 例如：耳塞、头盔 下表为几种噪声控制措施的原理与适用场合。 几种噪声控制措施的原理与适用场合 控制措施类别 降噪原理 适用场合 减噪效果  吸声减噪 利用吸声材料或结构，降低厂房内反射噪声 车间设备噪声大 4～10dB  隔声 利用隔声结构，将噪声源和接受点隔开 车间工人多，噪声设备少，用隔声罩；反之用隔声间，以上两者均不允许时，用隔声屏 10～40dB  消声器 利用阻型、抗性和小孔喷注、多孔扩散等原理，减弱气流噪声 气动设备的空气动力性噪声 15～40dB  隔振 将振动设备与地面的刚性连接为弹性接触，隔绝固体声传播 设备振动严重 5～25dB  减振 利用内摩擦损耗大的材料贴在振动表面上，减少金属薄板的弯曲振动 设备外壳、管道等振动噪声严重 5～15dB   三、掩蔽噪声 利用电子设备产生的背景噪声来掩蔽令人讨厌的噪声，以解决噪声控制问题。 §7-4噪声控制基本原理和方法 一、房间的吸声减噪 1．吸声减噪原理：通过吸声处理以达到降噪目的方法。 2．吸声减噪量的确定：  dB 式中： ⊿Lp=Lp1－Lp2，即吸声减噪处理前、后室内的声压级之差； α1 、α2—分别为减噪前、后房间的平均吸声系数。 3．吸声减噪法使用原则： （1）、室内平均吸声系数较小时，吸声减噪法收效最大。 （2）吸声减噪法，仅能减少反射声，因此，吸声处理一般只能取得4～12dB的降噪效果。（3）在靠近声源的场所，采用该法将不会得到理想的降噪效果。 二、消声器原理 消声器是可使气流通过,而降低噪声的装置。 1. 消声量的表示方法 插入损失：指在声源与测点之间插入消声器前后，在某一固定点所测得的声压级之差。 适用：该方法适合在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合消声效果。 传递损失：指消声器进口端入射声的声功率级与消声器出口端透射声的声功率级之差。 适用：理论化分析计算和在实验室中检验消声器自身的消声性能。 2. 消声器原理及种类 阻性消声器： 原理：利用布置在管内壁上的吸声材料或吸声结构的吸声作用，使管道传播的噪声迅速随距离衰减，从而达到消声的目的。对中、高频噪声的吸声效果较好。 抗性消声器： 原理：不使用吸声材料，主要利用声阻抗的不连续性，来产生传输损失。 适用于中、低频噪声的控制。 常用的形式有：干涉式、膨胀式、共振式等。 三、减振和隔振 1.振动对人的影响 全身振动：指人体直接位于振动物体上时所受到的振动； 局部振动：指手持振动物体时引起的人体局部振动。 措施：隔振 阻尼减振 2.振动的隔离 积极隔振：隔离振动源的振动传向它的基础； 消极隔振：即衰减有害的振动传至仪器设备。（属于精密仪器的隔振措施） 采取措施：在设备上安装隔振器或隔振材料，使设备与基础之间的刚性连接变为弹性连接。 3.阻尼隔振 减振原理：在金属薄板结构上粘贴一层高内阻的粘弹性材料，使部分振动能量转变为热能，而使振动和噪声降低的方法称阻尼减振。 阻尼材料和阻尼减振措施：用于阻尼减振的材料，必须具有很高的损耗因子的材料。