建筑聲學(xué)基本知識(shí).doc

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1、建筑聲學(xué)基本知識(shí)一．聲音的產(chǎn)生和聲波的物理量1．振動(dòng)產(chǎn)生聲音振動(dòng)物體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，擠壓彈性介質(zhì)形成往復(fù)變化的振動(dòng)波；振動(dòng)波在介質(zhì)中傳播，激起人耳的振動(dòng)感受而產(chǎn)生聲音。聲波是一種縱波，這給人耳或者絕大多數(shù)動(dòng)物的聽(tīng)覺(jué)器官構(gòu)造有關(guān)。聲波的傳播是能量的傳遞，而非質(zhì)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移。介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)只在其平衡點(diǎn)附近來(lái)回振動(dòng)而不傳向遠(yuǎn)處。聲音是我們能夠感到存在的振動(dòng)縱波，人耳能感受的頻率范圍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為20Hz~20000H；低于這個(gè)范圍的是次聲波,高于這個(gè)范圍的是超聲波。2．聲波的基本物理量聲波的特性可以由波的基本物理量來(lái)描述。頻率：在1秒鐘內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)，記作f，單位是Hz。波長(zhǎng)：

2、聲波在傳播途徑上，兩相鄰?fù)辔毁|(zhì)點(diǎn)之間的距離，記作λ，單位是m。聲速：聲波在介質(zhì)中傳播的速度，記作c，單位是m/s，c=λf。聲速與聲源特性無(wú)關(guān)，而與介質(zhì)的壓強(qiáng)和溫度有關(guān)。表達(dá)式為：c0=√(γP0/ρ0)γ為空氣比熱比；P0大氣剪靜壓；ρ0為空氣密度。常溫常壓下，空氣中聲速是343m/s，其他介質(zhì)下各不相同。壓強(qiáng)的變化與壓強(qiáng)變化引起的的空氣密度變化互相抵消，聲速主要與溫度相關(guān)。3．在聲環(huán)境評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)中的物理量。聲壓：聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對(duì)于無(wú)聲波時(shí)的介質(zhì)靜壓強(qiáng)的改變量。表達(dá)式為：P=P0cos(ωt-kr+φ)P為r位置處的聲壓Pa(N/m2

3、)；P0為最大聲壓Pa(N/m2)；k=ω/c0；φ為與軸向相位角。常溫下1個(gè)大氣壓強(qiáng)為1.0325x105Pa聲強(qiáng)：是在單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)垂直于傳播方向上的單位面積內(nèi)的平均聲能量，是一個(gè)有方向矢量。I表示，單位是W/m2。聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系是：I=P2/(ρ0c0)ρ0為大氣密度，常溫下ρ0=1.21kg/m3；c0為聲波在介質(zhì)中傳播的速度m/s。聲功率：聲源在單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的聲能，W表示，單位W。聲源聲功率與聲強(qiáng)的關(guān)系是：W=I.(4πr2)其中，r是距聲源的距離。在自由聲場(chǎng)中測(cè)得聲壓和已知距聲源的距離，就可以算出聲強(qiáng)以及聲源的聲功率。1．聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)

4、、聲功率級(jí)人耳容許的聲壓范圍達(dá)10-5倍，聲強(qiáng)范圍為10-12倍，因此，用聲壓、聲強(qiáng)描述聲音不方便；所以，我們以20倍或10倍10的對(duì)數(shù)的相對(duì)值dB來(lái)描述。聲壓級(jí)表達(dá)式：LP=20log(P/P0)P為某位置處的聲壓N/m2；P0為人耳剛能分辨的在1000Hz時(shí)的基準(zhǔn)聲壓，P0=2x10-5N/m2，0dB。一般交談的聲壓級(jí)為60dB，織布車間為100dB，達(dá)到120dB人耳會(huì)感到疼痛。聲強(qiáng)級(jí)表達(dá)式：LI=10log(I/I0)I為某位置處的聲壓PaN/m2；I0為基準(zhǔn)聲強(qiáng)，I0=10-12W/m2常溫常壓下，聲壓級(jí)和聲強(qiáng)級(jí)的數(shù)值基本相等。聲功率級(jí)表達(dá)式：L

5、W=10log(W/W0)W為聲功率W；W0為基準(zhǔn)聲功率，W0=10-12W。一．聲源與輻射特性1．聲源定義點(diǎn)聲源:當(dāng)聲源的尺寸遠(yuǎn)小于聲波波長(zhǎng)或傳播距離時(shí)，可看成無(wú)指向性的點(diǎn)聲源。在距離聲源中心等距離處，聲壓級(jí)相等，以球面波形式向外輻射聲能。線聲源：由許多近似點(diǎn)聲源組成的線陣，在垂直于聲源直線等距離處，聲壓級(jí)相等，以近似柱面波形式向外輻射聲能。長(zhǎng)方向具有較強(qiáng)指向性。面聲源：由許多近似點(diǎn)聲源組成的面陣，在垂直于聲源平面的等距離處，聲壓級(jí)相等，以近似平面波形式向外輻射聲能。各方向都有較強(qiáng)指向性。人工聲源往往是諧振式的，重要的頻率特性有諧振頻率fo，輻射帶寬Δf和

6、品質(zhì)因數(shù)Q，Q=fo/Δf。2．聲源輻射的疊加當(dāng)幾個(gè)聲源同時(shí)作用于某一點(diǎn)時(shí)，在該點(diǎn)所產(chǎn)生的聲壓是各聲源單獨(dú)作用時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的聲壓平方和的方根值。表達(dá)式為：P2=P12+P22+P32+…。聲壓級(jí)按對(duì)數(shù)規(guī)律進(jìn)行疊加，當(dāng)n個(gè)聲壓級(jí)相同時(shí)，Lp=20logL0+10logn聲強(qiáng)和聲功率的疊加，可將各聲源在某點(diǎn)產(chǎn)生的聲強(qiáng)和聲功率直接相加。3．聲源輻射的指向性：聲源指向性：是指聲源輻射聲音強(qiáng)度的空間分布；在距離聲源中心等距離處，聲壓級(jí)不是相等的。對(duì)于活塞振動(dòng)，當(dāng)聲源的尺寸比波長(zhǎng)大時(shí)，相當(dāng)于由多個(gè)相同振動(dòng)的點(diǎn)聲源構(gòu)成的聲源，由于各點(diǎn)輻射的聲波到達(dá)空間各點(diǎn)的時(shí)間不同，相

7、位有差，干擾疊加后形成各方向輻射的不均勻的指向性輻射。對(duì)于非活塞振動(dòng)，由于聲源各部分振動(dòng)不一致，輻射的聲波在空間各點(diǎn)的聲壓相位也會(huì)不同，干擾疊加形成各方向輻射的不均勻的指向性輻射。通常頻率越高，指向性越強(qiáng)；聲源的尺寸比波長(zhǎng)越大，指向性越強(qiáng)。一．聲波傳播的特性1.在自由空間的傳播對(duì)于聲源遠(yuǎn)小于聲波波長(zhǎng)的點(diǎn)聲源或球面聲源，由前述聲壓與聲強(qiáng)關(guān)系式我們可以知道，聲強(qiáng)與距離平方成正比，聲壓與距離成反比。聲源可看成是一個(gè)半徑為a的平面活塞振動(dòng)，其輻射特性如圖示。當(dāng)軸向距離Z為臨界距離Zg=a2/λ時(shí)，聲壓振幅極大。Z>Zg時(shí)，稱為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，Z

8、離開(kāi)聲源的兩個(gè)不同距離間的聲壓級(jí)差，隨距離而逐漸衰減