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建筑物理声学ppt下载

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373603
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PowerPoint
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.ppt
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2019-09-15
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物理课件PPT
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建筑物理声学ppt

建筑物理声学ppt免费下载是由PPT宝藏(www.pptbz.com)会员烟中客上传推荐的物理课件PPT, 更新时间为2019-09-15,素材编号373603。

这是建筑物理声学ppt,包括了声音的产生和传播,声音的计量,声音的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射,房间共振和混响时间,人耳和听觉特性,声环境对人体的影响等内容,欢迎点击下载。

建 筑 声 学
          第十章建筑声学基本知识
            一、声音的产生和传播
       1、声源:声音是物体振动引起的机械波。这个振动的物体就称为声源。
       2、声音的传播:由声源产生的机械波可通过固体、液体和空气介质进行传播。人耳听到的声音主要是在空气介质中传播的纵波。
             声音在空气中传播的原理:由于物体的振动,改变了邻近空气质点的压缩和稀疏,而空气质点的这种疏密状态又依次传向较远的质点,最后到达人耳,
引起人耳膜的振动,最终产生了声音的感觉。
3、声音的方向性
   大多数时候研究的声源是可以看作点状的,这时,声音是向所有方向传播的。声
波在空气中的传播是以球面波的形式传播
声音的传播称为声速c,它取决于传播介质本身的弹性(空气压缩系数κ)和惯性(空气密度ρ)。三者的关系为:
在大气压为1.013×105Pa, 常温条件下κ=7.14×10-6m2/N,ρ=1.2kg/m3,所以,声速在常温下为340m/s。
振动物体来回振动一周的时间称为周期T(s),T的倒数称为频率f(Hz),声波在一个周期内传播的距离称为波长λ(m)。它们之间的关系为:
声音传播的是能量,不是物质的质点,只要能量在空间的分布强弱不同,就体现出声音的方向性。
5、声源的种类
   (1)点声源:单个振动的物体,可以看作是一个点,这种声源,称为点声源。其特点是声源的尺度比辐射的波长小得多。点声源以球面波的形式传播声音。如扬声器、汽车发动机等发声源。
     (2)线声源:许多靠近的单个声源沿一直线排列,形成线声源,这种声源是以柱面波的形式传播声波的。
(3)面声源:一个大的振动体的表面,声波接近平面,也可以看作许多点声源放在一个平面上。
     二、声音的计量
        表述声音在空气介质中传播时的客观量有声功率、声强和声压。
    1、声功率:指声源在单位时间内向外辐射的能量。记作W,单位是瓦(W)、毫瓦(mW)和微瓦(μW)。声功率是声本身的一种特性。
2、声强:在声波传播过程中单位面积波阵面上通过的声功率称为声强,
记为I,单位为W/m2,声源均匀地向周围辐射声能时称为球面辐射,围绕声源半径r(m)处的球面上(球面积为S=4πr2)的声强I为:
即点声源的声强I与声功率W成正比,与离开声源的距离按平方成反比。这一规律称为“平方反比定律”。
3、声压:声波引起大气压强的变化称为声压p(N/ m2),声压与声强有下面关系:
其中:p——有效声压
           ρ0 ——空气密度(1.225kg/ m3)
            c——空气中的声速
4 、声音的级和分贝
            人耳的从能听到的最低声强(可听阈)为10-12W/m2(2×10-5pa)到感觉到耳痛的最大声强1W/m2(20Pa)之间,相差一万亿倍,量程太大,直接用声强或声压来度量很不方便,此外人耳对声音大小的感觉并不与声强或声压值成正比,而是近似地与它们的对数值成正比。因此经常用对数来表示。如果以10倍为一“级”,最低可听阈的声音为基准,用对数来进行标度,产生不同的声级。单位均为分贝dB
(1)声强级
其中:
      LI——声强级(dB)
      I0——基准声强,其值为10-12W/m2。
      I——所研究声音的强度,(W/m2)。
(2)声压级
其中:Lp——声压级(dB)
             p0——基准声强,
                       其值为2×10-5N/m2。
             p——所研究声音的强度,
                       (N/m2)。
(3)声功率级
其中:Lw——声强级(dB)
                 W0——基准声功率,其值为
                              10-12W。
                 W——所研究声音的强度,W。
5、声音的叠加
     (1)多个不相干涉的声源,如果其声强为I1、 I2、…、 In,则总声强为:
     I = I1+ I2+… In
 (2)如果2个声源对某一点的声压为p1 、 p2加则叠加后为
如果两个声源的声压相等,则叠加后的总声压级为:
   如果多个不相干涉的声源,对某一点的声压值为p1、 p2、…、pn,且相等的话,则总声强为:
  则
6声音在室外的传播
(1)点声源随距离的衰减
   在自由声场中,声功率为W的声源为球面波的形式向外辐射能量,在距声源r处的声强为I=W/ 4πr2,用声压级表示为:
   如果一点距离声源P为r1处的声压级为Lp1,距离为r2处的声压级为Lp2,则有
如果r1与r2相距n倍则有
从这里看到,距离增加一倍,减少6dB。
(2)线声源随距离的衰减
   A、无限长线声源:
             对无限长线声源,当声源单位长度的声功率为W时,其在距声源r 远处的声强 I=W/ 4πr,其声压级为:
因此距离每增加一倍,就下降3dB。
B、有限长线声源
             距离较近时,距离每增加1倍,声压级降低3dB,距离较远时,距离每增加1倍,声压级降低6dB。
 (3)面声源随距离的衰减
             当观测点与声源距离较近时,声能无衰减,当远离声源时,声压级降低为3~6dB。
三、声音的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射
1、反射:声波在传播过程中遇到介质密度的变化时,就会产生反射。分平面反射和曲面反射
2、折射:声音遇到不同介质分界面时除了反射外,还要发生折射。
3、衍射:声波传播遇到障碍物或建筑构件,当这些障碍物或建筑构件的尺度比声波波长大时,在其背后出现盲区,称为“声影”区,同时还会出现声音绕过障壁边缘进入声影区的现象,这种现象称为声音的衍射。
             4、扩散:声音遇到凸形界面时会分解成许多小的比较弱的反射波,这种现象称为扩散。注意这些表面的突出部分最小应相当于入射波长的1/7才能起到扩散的作用。
5、声音的吸收
            在声音的传播过程中,由于振动质点的摩擦,将一部分声能转化成热能,称为声吸收。在考虑远距离声传播时,需考虑声吸收的影响。
            声波投射到建筑材料和构件时引起声吸收,吸收量的大小取决于材料的有关特性和表面有关状况和构造等。
材料的吸声效率是用材料对某一频率声音的吸收系数来衡量的。
   吸声系数(α)是指被吸收的声能与入射声能之比。
   α=1:声音全部被吸收
   α<1:声音部分被吸收
常用下式定义吸声系数
6、声透射与隔声量
             声音入射到建筑材料或构件时还有一部分能量穿过材料或建筑部件传播到另一侧空间去。材料或构件的透射能力是用透射系数来衡量的。透射系数(τ)是指被透过的声能与入射声能之比。
            在建筑中更为关心的是建筑构件的隔声量R,隔声量R(dB)与透射系数τ有下列关系:
四、房间共振和混响时间
         1、波的干涉和驻波
  干涉:具有相同频率、相同相位的二个波源所发出的波相叠加时,在波重叠的区域内某些点处,振动始终彼此加强,面在另一些位置,振动始终互相削弱或抵消,这种现象叫做波的干涉。干涉现象总是出现在波程差为
         2n(λ/2)和(2n+1)(λ/2)处。
驻波:当两列相同的波在同一直线上相向传播时,叠加后产生的波称之为“驻波”。           平面波垂直入射到全反射的壁面时,入射波与反射波的叠加也产生了驻波现象。
2、房间共振
          声音在传播过程中遇到反射物形成反射声波,入射声波与反射声波发生叠加,特别是当声波在两片平行的墙壁体传播时,这种叠加可能使声压达到最大时,这种现象称为共振。
          房间是一个由建筑材料的共振系统,对矩形房间,发生共振的频率
计算式为:
其中:  fnx,ny,nz—简正频率(Hz)
              Lx,Ly,Lz——分别为房间的3 个边长
              C——为空气中的声速
            nx,ny, nz——分别为任意正整数
选择nx,ny, nz为一组不全为零的非负整数,就为一种振动方式。
    房间尺寸Lx,Ly,Lz的选择,对确定共振频率有很大影响。例如,一个长、宽、高均为7m的房间,在10种振动方式时的最低共振频率,计算出来如下表:
可以通过改变房间的尺寸来改变共振频率的分布
3、混响
    (1)概念:当声源在一封闭空间内开始辐射声能时,声波即同时在空间内开始传播。当入射到某一界面时,部分声能被吸收,其余部分则被反射。在声波继续传播中,又第二次、第三次以至多次地被吸收和反射。这样,在空间内就形成了一定的声能密度。随着声源不断供给能量,室内声能密度将随时间增加面增加,达到一个稳定状态(即维持不变的状态)。
当声音达到稳态时,若声源突然停止发声,室内接收点上的声音并不会立即消失,而要有一个过程。首先直达声消失,反射声则将继续下去;每反射一次,声能被吸收一部分。因此,室内声能密度将逐渐减弱,直至完全消失。把这一衰减过程称为“混响过程”或简称混响。
(2)混响时间
   混响可能影响人的听觉清晰度,也可能使声音听起来更丰富。
  
   特别当声源停止发声后,声音衰减60dB所经历的时间,对室内音质和听闻有重要意义。称为混响时间。在室内混响研究中,最为重要的是室内声音在达到稳定状态后声源停止发声后声压级衰减60dB所经历的时间T60,称为房间 混响时间,其计算有下面公式:(塞宾公式)
其中:T60——为混响时间(s)
      V ——为房间容积(m3)
      Sα——房间的总吸声量(m2)
在工程中更多用的是伊林公式:
 ——为平均吸声系数,其计算式为:
 
 
 S1、S2、…Sn——室内界面不同材料的表面积(m2)
 α1、α2、…αn——不同材料的吸声系数。
  五、人耳和听觉特性
 1、音频、音调和音色
  频率、音调和音色是声音的三要素,也是声音的重要属性。
(1)频率:质点每秒钟振动的次数(Hz)人耳对声音的反应范围是20~20000Hz 。在建筑声环境中,下面的频率具有代表性:
   125,250,500,1000,2000,4000Hz
   
 对于音乐厅和音乐录音棚则需在标准频率的下限和上限各延伸一个倍频,即增加63Hz和8000Hz。
 (2)音调:频率的高、低的听觉属性是音调,频率越高音调就越高。
(3)音色:单频音称为纯音,其特点是单一音调,如果在单音中加进了一些附加的频率,就称为复音,在复音中最低频的音称为基音,比基音音调高的成分为泛音,泛音对音调增加了有特色的音质,即为音色。
2、人耳的几个听觉效应
 A、双耳听闻效应
     由于人耳位于头部两侧,约距20cm,声音到达双耳有微小的时间差,强度差和相位差,使人能辨别声音的方向,确定声源的位置。人耳对水平方向方位的辨别能力强于垂直方向。立体声也是根据双耳效应发展起来的。
 B、掩蔽效应
    噪声对语言的妨害程度,在声学上称为“掩蔽效应”,它不但取决于噪声的总声压级的大小,而且还与频率的成份和频谱分布有关
 有下面规律:
 a、低音调的声音,特别当响度相当大时,对高音调的声音产生较显著的掩蔽作用;
 b、高音调的声音对低音调的声音只产生很小的掩蔽作用;
 c、掩蔽和被掩蔽的音的频率越接近,掩蔽作用越大,当频率相同时,一个声音对另一个声音的掩蔽作用最大。
 C、哈斯效应——回声感
             当声源传来的声音和以一次反射回来的声音,相继到达人耳,其延迟时间小于30 ms时,人耳不能区分出来,当两个声音的时差达到50ms时(声程差达到17m),人耳就能区分出它们来自不同的方向,这后一个声音就有可能成为回声。回声妨碍语言和音乐的良好听闻,必须加以控制。
六、声环境对人体的影响
  1、噪声对健康的影响
  2、噪声对各种语言活动的干扰
  3、噪声对工作效率的影响
第十一章吸声材料和隔声材料(构造)
        吸声和隔声是创造良好声环境的基本工程措施,材料在工程措施中起着重要的作用。有不同种类吸声材料和构造,它们的作用可由下表看出:
一、吸声材料(构造)
1、多孔吸声材料
               多孔材料是主要的吸声材料,其构造特征是在材料中有许多小间隙和连续气泡,这样当声音入射到多孔材料时,引起小孔和间隙中空气振动,而振动的空气在靠近孔壁附近的空气质点与孔壁磨擦,使声能变为热能而被吸收。
  影响多孔材料吸声特性的主要因素:
 (1)材料的空气流阻:当少量空气流稳定地流过材料时,材料两边的静压差和空气流动速度之比定义为单位面积流阻,其数值通过实测确定。空气粘性越大、多孔材料越厚、越密实,流阻就越大,说明透气性越小,因此流阻不能过大。但流阻也不能太小,否则克服摩擦力、粘滞阻力而使声能转化为热能的效率就太低。所以存在最佳流阻。
      (2)孔隙率:是指材料中连通的孔隙体积和材料总体积之比。多孔吸声材料的孔隙
 率一般在70% ~80%,
         (3)材料的厚度;一般来说,增加多孔吸声材料的厚度可以提高其吸声系数,尤其是对吸声系数低的中低频提高得比较显。
         (4)材料背后的条件:当多孔吸声材料背后留有空气层时,与该空气层用同样的材料填满的效果近似,所以利用空气层,既提高中低频声音的吸声系数又节省吸声材料,空气层厚度一般为10~20cm。
(5)材料的密度对吸量也有影响。
      同时,材料饰面、入射声波频率和入射条件、吸湿、吸水也对材料的吸声特性也有影响影响。
2、共振吸声结构
   ( 1)薄膜(薄板)吸声结构
     A、吸声原理:薄膜(薄板)结构在声波的作用下产生振动,振动薄板与龙骨间磨擦,将声能转化成热能而达到吸声。薄板(膜)具吸收低频声音的特性。
 B、薄膜的共振频率计算:
其中:f0——共振频率(Hz)
      m——薄膜的单位面积重量(kg/m2)
      L­——背后封闭空气层的厚度(cm)
薄板的共振频率的计算:
其中:f0——共振频率(Hz)
      m——薄板的单位面积重量(kg/m2)
      L­——背后封闭空气层的厚度(cm)
C、应注意的几个问题:
      1)较薄的板(膜)能提供更多声吸收;
      2)吸声系数的峰值偏向于低频,薄膜吸收频率:200~1000Hz,吸声系数:α=0.3~0.4
      薄板吸收频率:80Hz~300Hz, α=0.2~0.5 ;
      3)  薄板背后多放多孔材料,将增加吸声系数的峰值;
       4)薄板涂层对吸声性能有较大的影响。
(2)穿孔板吸声结构
原理:利用穿孔板后背的空气层组成共振结构,其共振频率为:
其中:f0——共振频率(Hz)
      c——声速取340m/s
      t——穿孔板厚度(kg/m2)
      d——孔径
P——穿孔率,穿孔面积与总面积之比
其中D为孔距
       L­——背后封闭空气层的厚度(cm)
  3、其它吸声构造
(1)空间吸声体
(2)吸声尖劈
二、声音在围护结构中的传播
  (1)空气直接传播
  (2)经由围护结构的振动传播
  (3)固体的撞击和振动
三、隔声材料和构造
              当声波在空气中传播到围护结构时,入射的大部分声音被反射,只有一小部分声能透过结构传至另一个空间。设建筑构件的透射系数为τ,在工程在实际中,建筑构件的隔声量用R来表示。
          建筑构件的隔声量R(dB)与透射系数τ有下列关系:
1、单层匀质密实墙的空气隔声量计算
      A、隔声质量定律:
其中   R——墙体的隔声量(dB)
           f     ——入射的声音频率(Hz)
          m   ——墙的面密度(kg/m2)
         ρ0   ——空气密度, (kg/m3 )
          c    ——空气中的声速(m/s)
2、双层匀质密实墙的隔声
    双层墙构成 质量——弹性——质量系统,其固有振动频率为
其中:   f0——为墙体的固有振动频率(Hz)
            m1、m2——分别为每层墙体的面密度 (kg/m2)
            L——空气间层的厚度
当入射声波频率与双层墙的固有频率相同时,墙体将产生共振,隔声效果最差。
         双层墙的隔声量可用下式计算:
ΔR为由于空气间层的作用而附加的隔声量。
       当(m1+m2)>100 kg/m2时,
当(m1+m2)<100 kg/m2时,
3、轻质墙体隔声
             轻质隔墙由于质量轻,其隔声效果较差,必须采取措施来提高隔声效果。有如下措施:
     (1)设空气间层,间层厚度要大,如厚度小于4cm ,隔声效果提高不大,如果
空气间层达到7.5cm,隔声量可增加到8—10dB。
(2)以多孔材料填充轻质墙体间的空气间层,可以大地提高隔声效果。
(3)增加轻质墙的层数,可以提高隔声量。
   3、门窗隔声构造
             主要是设置空气间层和增加门窗的密闭性。
四、噪声控制
   (一)噪声的危害
    1、损害听觉器官
    2、引起多种疾病
    3、影响正常生活
    4、降低劳动生产率
    5、损坏建筑物
(二)噪声允许标准
(三)城市噪声控制
 1、城市噪声
 (1)噪声是频率结构声音,其频率可以在人的可听范围以外,一般其频率表现为较为连续的频谱特性。
 (2)城市噪声主要是交通噪声、建筑施工噪声,工业区主要是工业噪声,主要是夜班生产发出的噪声对居住区的严重干扰。
  2、城市噪声的控制
 (1)控制原则和步骤
  原则:控制噪声应从噪声源、传播途径和接受噪声方面入手,采取适用合理的技术进行控制。对噪声源主要是控制操作时间和使用功率,传播途径主要采用阻隔措施,主要从规划、建筑布局来控制,噪声受体主要从建筑吸、隔声处理等措施来进行控制。
 步骤:
  a.调查噪声现状,确定噪声的声压级,了解噪声产生的原因,周围环境状况。
    b.根据区域的噪声允许标准,确定所需降低的噪声声压级的数值。
    c.采取综合措施来降低噪声。
   措施 :
 城市规划方面:
合理进行空间布局,解决好对外交通用地、工业用地、商业用地与居住用地等的空间分布。
             完善城区的道路交通系统,合理布置路网,处理好城市快速路、主干道、次干道和支路网的关系,从空间资源配置上阻隔噪声源。
      建筑布局:在建筑布局上,根据建筑的不同用途,来合理布置建筑物,对建筑物本身,将次要房间布置在噪声传播来的方向等。
控制城市噪声的主要措施:
    与噪声源保持必要的距离
    利用屏障降低噪声
    利用绿化减弱噪声
  五、室内吸声减噪
  1、吸声减噪原理
      在建筑物内安置吸声材料,来改善室内的听音条件和减少噪声的干扰。
  2、吸声减噪量的确定
 安装吸声材料后的吸量可用下式确定:
 
 ΔLp——室内两种吸条件的混响声声压级差值(dB)
 A1 ——室内原有条件的总吸声量(m2)
 A2 ——室内增加吸声材料持的总吸声量(m2)
    吸声减噪只能降低混响声,不能降低直达声,吸声减噪可使噪声降低6~10dB。
六、建筑隔声
 1、围护结构的隔声可用下式进行计算
对于由不同隔声能力的建筑构件组合成的结构的隔声量,可以先求出各组成构件的平均透射系数
2、隔墙的噪声降低值由下式计算:
 
  Lp1,Lp2——分别是发声室和受声室各测点的平均声压级
  S——隔墙面积
  A——受声室的总吸收面积
  3、不连续构造
    对降低噪声要求较高的场合,设计上将产生噪声的建筑与主体建筑在结构上分开,以阻隔大部分空气噪声 、固体噪声和振动。
     如把受声室作成独立的隔间,也可把噪声源围蔽在一个独立的隔间中。
 4、建筑隔振与消声
      建筑物的整体振动
      隔振措施:减振隔振垫、
       空调管道消声,主要利用各种消声器。
 

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