建筑聲環(huán)境及其測(cè)量

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第六章,建筑聲環(huán)境及其測(cè)量,蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,建環(huán)教研室,2012年,1,聲音及其表征聲音的特征參數(shù)；噪聲(noise),及其來(lái)源和危害,衡量噪聲的物理(量度)參數(shù)：主觀(guān)評(píng)價(jià)和,噪聲標(biāo)準(zhǔn)；,噪聲測(cè)量的方法、儀表。,學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容(,Keys,),2,6.1 環(huán)境噪聲及其危害,聲音產(chǎn)生、傳播的條件,聲源,:,振動(dòng)的固體、液體、氣體；,傳播介質(zhì)：,彈性媒質(zhì)或介質(zhì)，,如空氣，水等,聲音：,源自物體的振動(dòng),(,聲源,),而,產(chǎn)生的，通過(guò)彈性介質(zhì)向外傳播,的一種機(jī)械波。,因此，當(dāng)該機(jī)械波傳入,人耳,，,

2、引起,鼓膜,振動(dòng)，經(jīng)過(guò),聽(tīng)覺(jué)器官,的,“,譯碼,”，轉(zhuǎn)換并且傳送“,信息,”到,聽(tīng)覺(jué)神經(jīng),，從而產(chǎn)生聽(tīng)到“,聲音,”,的感覺(jué)。,聲音是什么？,波長(zhǎng),Note：,聲音,不在,真空環(huán)境,中傳播,3,基于能量角度，它是交變壓力波，如圖所示，,聲源,的質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)非移動(dòng)，向外傳播聲能,。由于空氣分子,的振動(dòng)方向和聲波的傳播方向是相同的，,聲音是縱波,。,周期，,T,：,聲源,完成一次振動(dòng)所需的時(shí)間，,s,；,頻率，,f,：,1/T,，Hz;,人耳的聲音頻率范圍：,2020 kHz。帶寬,f=f,H,-f,L,。,中心頻率,f,c,=,(,f,H,f,L,),1/2,波長(zhǎng)，,：一個(gè)周期內(nèi)，聲波所傳播的距離

3、，,m,；,聲速，,C,：,聲音傳播的快慢程度，,m/s,，,=C,T。,在空氣中，,一般所涉及,聲速,C,是指在聲音在彈性媒質(zhì),空氣中的傳播速度。,4,聲音以擴(kuò)散波的形式傳播，當(dāng)其遇到兩種彈性介質(zhì)的,分界面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生,反射、透射和吸收現(xiàn)象,。,因此，反射率,r,較小,和吸收率,較大的材料，,適合做,消聲材料,。,表征聲音品質(zhì)的參數(shù)：,1.音量(又稱(chēng)音強(qiáng)),:是指,人耳,對(duì)所聽(tīng)到的聲音大小強(qiáng)弱,的主觀(guān)感受;,2.音調(diào):是指聲音頻率的高低；,3.音色(又稱(chēng)聲音的特色)：泛指,人耳,對(duì)聲音的綜合感覺(jué)特性；,噪聲(Noise)：,凡是人們“,不愿意,”聽(tīng)到的各種聲音的統(tǒng)稱(chēng)，,是聲音的特殊表現(xiàn)形式。,

4、5,建筑物內(nèi)噪聲的來(lái)源,室外環(huán)境噪聲的傳入,主要有交通運(yùn)輸工具,(包括公路車(chē)輛、鐵路火車(chē)、,航空飛機(jī)、船舶等),運(yùn)行,、,工廠(chǎng)噪聲、建筑施工噪聲、,商業(yè)噪聲和社會(huì)生活噪聲,等。透射能量,E,經(jīng)空氣,和圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳播。,建筑自身內(nèi)部的噪聲,主要有建筑設(shè)備(如中央空調(diào)系統(tǒng)的各種設(shè)備，電梯等)運(yùn)行,的噪聲、辦公設(shè)備運(yùn)行的噪聲、家電運(yùn)行的噪聲以及樓宇內(nèi)的,娛樂(lè)場(chǎng)所經(jīng)營(yíng)所產(chǎn)生的噪聲，傳入工作或者休息的室內(nèi)。,房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的撞擊噪聲,主要有室內(nèi)撞擊聲(人員活動(dòng)所產(chǎn)生的樓板撞擊聲)，室內(nèi)水,管，燃?xì)夤艿乐辛黧w介質(zhì)流動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲等。,6,環(huán)境噪聲的危害,對(duì)聽(tīng)覺(jué)器官的損害,(,感覺(jué)難受，耳鳴，噪音性或爆震性耳聾

5、。,),引發(fā)多種疾病,(,作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致 1.大腦皮層的興奮和抑制失衡；,2.頭疼，昏暈，失眠，乏力和神經(jīng)衰弱；3.心血管疾病。,),對(duì)正常生活的影響,(,降低睡眠質(zhì)量，縮短睡眠時(shí)間。引發(fā)神經(jīng)衰弱，阻礙兒童的,健康成長(zhǎng)。,),降低勞動(dòng)生產(chǎn)率,(,導(dǎo)致人們心煩意亂，反應(yīng)遲鈍，工作極易疲勞，工作質(zhì)量和,效率大為降低，還容易引起工傷事故。,),能造成生物死亡,(,導(dǎo)致生物的生物鐘紊亂，產(chǎn)生恐慌和驚悸等。,),損壞建筑物,(,聲音是交變的壓力波，聲壓級(jí)越高，產(chǎn)生的“,轟聲,”能量越高，,破壞力越強(qiáng),),7,決定噪聲對(duì)人類(lèi)影響程度的主要因素,噪聲強(qiáng)度,(聲壓級(jí)或聲強(qiáng)級(jí)),人們對(duì)噪聲干擾的感覺(jué)隨

6、著噪聲強(qiáng)度的增加而增加；還與,噪聲本身聲壓級(jí)與背景噪聲級(jí)的差值相關(guān)，即差值越大，對(duì)人,們刺激程度越強(qiáng)。,噪聲的持續(xù)時(shí)間,噪聲干擾程度不僅隨著聲音強(qiáng)度的增加而加劇，而且，,隨著噪聲作用的持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)而加強(qiáng)。,噪聲隨時(shí)間的變化情況,噪聲爆發(fā)得越突然，其干擾程度就越大。也就是說(shuō)，聲壓的,增長(zhǎng)越快(,dp/dt,的變化越大,)，所產(chǎn)生的干擾就越強(qiáng)，例如，,爆炸聲，槍炮聲等。,復(fù)合噪聲的頻譜特性,在聲壓級(jí)相等的情況下，,低頻,噪聲的干擾比,高頻,噪聲要??；,單一頻率,噪聲的干擾比,復(fù)合頻率,噪聲要弱。,此外，噪聲所包含的信息量、人們對(duì)噪聲的記憶與聯(lián)想，,以及人們的年齡、健康狀況等，均影響著噪聲對(duì)人們的

7、干擾程度。,8,1.聲強(qiáng),I,衡量聲波在傳播的過(guò)程中，聲音強(qiáng)弱的物理量。,其定義為：在單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)垂直于聲音的傳播方,向上的單位面積上的平均聲功率的大小，,W/m,2,。,物理意義：垂直于聲音的傳播方向，在單位時(shí)間內(nèi)，,通過(guò)單位面積上的聲音能量大小，即單位面積上的,聲功率 的大小。,Note：,聲源的聲功率(W)，聲源設(shè)備的電功率(kW),對(duì)于,平面波,，在無(wú)反射的自由聲場(chǎng)里，由于在聲波的,傳播過(guò)程中，其傳播路線(xiàn)相互平行，聲波通過(guò)的垂直它,的傳播方向上的所有面積均相同，,因此，同一束平面聲波,通過(guò)與聲源距離不同的表面時(shí)，聲強(qiáng)不變,。,6.2 衡量噪聲的物理(量度)參數(shù),9,對(duì)于,球面波,(

8、,點(diǎn)聲源,),，,隨著球面波與聲源的距離的增加，其所接觸的,面積也隨之增大。,所以，,I,與聲源的能量,成正比，與到聲源的,距離平方成反比,。,即，,d=r,2r,3r,I=I,0,I,0,/4,I,0,/9,r,W,10,聲音是一種可以對(duì)人耳和大腦產(chǎn)生影響的氣壓變化，對(duì)此，人耳的聽(tīng)覺(jué)范圍有一個(gè)確切的數(shù)據(jù)范圍，該范圍稱(chēng)之為“,闕,”,可聞閾(聽(tīng)閾),-,人耳剛能感受的聲音；,p,0,=210,-5,Pa，,I,0,=110,-12,W/m,2,痛閾-,聞之，人耳則,痛；,p,=20 Pa，,I,=1 W/m,2,11,2.聲壓,p,聲壓是指聲波在(空氣)介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)中的壓強(qiáng),相對(duì)于無(wú)聲波

9、時(shí)介質(zhì)壓強(qiáng)的改變量，,Pa,聲壓,p,與聲強(qiáng),I,密切相關(guān)。對(duì)于,球面聲波或平面聲波,(即自由聲場(chǎng))，若測(cè)得聲場(chǎng)中某一點(diǎn)的聲強(qiáng),I,，該點(diǎn)處介,質(zhì)的密度,及聲速,v,，就可計(jì)算出該點(diǎn)的聲壓,p,。,Exanple:,對(duì)應(yīng)于聲強(qiáng),I,為,10,-12,W/m,2,的可聞閾，其聲壓,p,約為,2.010,-5,Pa,。,12,*,引入的必要性,1.使用 W/m,2,，Pa時(shí)，導(dǎo)致計(jì)算數(shù)據(jù)的范圍變化太大，,如:110,12,W/m,2,1 W/m,2,，210,5,Pa 20Pa，,不方便;,2.人的聽(tīng)覺(jué)響應(yīng)與聲強(qiáng)、聲壓呈對(duì)數(shù)關(guān)系，引入“,級(jí),”。,聲強(qiáng)級(jí),聲壓級(jí),聲強(qiáng)級(jí)與聲壓級(jí),其中，,I,0,=

10、10,-12,W/m,2,，,p,0,=210,-5,Pa,作為參考基準(zhǔn)。,L,I,0,=L p,0,=0 dB,。,由定義可知：,L,I,=Lp,。,在實(shí)際噪聲測(cè)量中，經(jīng)常使用,Lp,。,13,聲強(qiáng)、聲壓和對(duì)應(yīng)的聲強(qiáng)級(jí)、聲壓級(jí),以及與其相對(duì)應(yīng)的聲學(xué)環(huán)境,聲強(qiáng)/(Wm,-2,),聲壓/Pa,聲強(qiáng)級(jí)或,聲壓級(jí)/dB,相應(yīng)的環(huán)境,10,2,200,140,離噴氣機(jī)口,3m,處,1,20,120,痛閾,10,-1,210,1/2,110,風(fēng)動(dòng)鉚釘機(jī)旁,10,-2,2,100,織布機(jī)旁,10,-4,210,-1,80,10,-6,210,-2,60,相距,1m,處交談,10,-8,210,-3,40,

11、安靜的室內(nèi),10,-10,210,-4,20,10,-12,210,-5,0,人耳最低可聞閾,14,3.聲功率和聲功率級(jí),聲功率,W,(表征聲源所發(fā)射聲音能量大小的參數(shù)),聲源,在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)外所輻射的聲能，即在全部,可聽(tīng)范圍(,2020 kHz,)所輻射的功率，單位,W,。,也可特指在某個(gè)有限頻率范圍(,f,L,f,H,)所輻射的功率，,亦稱(chēng),頻帶聲功率,。,屬于,聲源,本身的一種特性，一般可認(rèn)為是不隨環(huán)境,條件而改變的。,一般而言，所有,聲源,的平均聲功率都是很微小的。,例如，一個(gè)人在室內(nèi)講話(huà)，自己感到比較合適時(shí)，其聲,功率大致是,(15)10,-5,W,，,400 萬(wàn)人,同時(shí)大聲講話(huà)產(chǎn)生

12、,的功率只相當(dāng)于一只,40W,燈泡的電功率。,(基于W的數(shù)量而言),15,聲功率級(jí),與聲壓一樣，也可以用“,級(jí),”來(lái)表示,幾種不同聲源的聲功率,110,-12,W,聲源,種類(lèi),噴氣飛機(jī),氣 錘,汽,車(chē),鋼,琴,女 高,音,日常,對(duì)話(huà),聲,功 率,10kW,1W,0.1W,2,10,-3,W,(17.2),10,-3,W,(15),10,-5,W,16,若干個(gè)聲源的聲壓級(jí)疊加：非線(xiàn)性！,n,個(gè)聲源疊加,(,I,、,P,、,W,聲級(jí)同理),：,當(dāng),n,個(gè)聲源均相同時(shí)，可得,Example:兩個(gè)相同聲源疊加，,聲壓級(jí)增加了 10 lg2=3 dB,L=3 dB,17,Note:,兩個(gè)不同聲源進(jìn)行疊加

13、，當(dāng)它們的聲壓級(jí)差 超過(guò) 1015 dB，可以忽略聲壓級(jí)較小的聲音對(duì)疊加音效果的影響。,增加的聲級(jí)數(shù),兩個(gè)聲源的聲壓級(jí)差,18,6.3 噪聲的頻譜特性,頻程：,為了便于研究，把聲頻范圍劃分成若干個(gè)頻段，,如：,f,L1,f,H1,，f,L2,f,H2,，,，,f,Ln,f,Hn，,稱(chēng)作頻程或頻帶。,倍頻程：,對(duì)于任意兩個(gè),帶寬,f,1,=f,H1,f,L1,，,f,2,=f,H2,f,L2,的頻帶而言，,f,2,:,f,1,的比值為整數(shù)比的頻程，如,2:1,。,一般用中心頻率,f,c,=,(,f,H,f,L,),1/2,來(lái)劃分頻帶,，,其標(biāo)準(zhǔn)值,分別為：,31.3(31.25)、,63(62.

14、5)、125、250、500、,1000、2000、4000、8000,，16000 Hz。,這10個(gè)倍頻程將人,耳可以識(shí)別的聲音全部包括進(jìn)來(lái)。一般的噪聲測(cè)控，僅8個(gè)：,f,C,，Hz,63,125,250,500,f,，Hz,4590,90180,180355,355710,f,C,，Hz,1000,2000,4000,8000,f,，Hz,7101400,14002800,28005600,560011200,19,高頻聲,低頻聲,中頻聲,31.25 Hz,頻率,Example:,人耳可以聽(tīng)見(jiàn)的范圍為 20 20000Hz；,人耳聽(tīng)不見(jiàn)的范圍,20 Hz 以下：次聲波；,20000 Hz

15、以上：超聲波；,純音：?jiǎn)我活l率的聲音；,復(fù)合聲：包含多個(gè)頻率的聲音。,20,6.4 噪聲的主觀(guān)評(píng)價(jià)和噪聲標(biāo)準(zhǔn),響度級(jí)、等響曲線(xiàn),由于人耳對(duì)聲音的感受不僅與,聲壓,相關(guān)，也和,聲頻,有關(guān)。即，,聲壓級(jí)相同(或不同)而頻率不同(或相同)的,聲音聽(tīng)起來(lái)的效果是不一樣的！,因此，參照,聲壓級(jí),，引,入與,聲頻,相關(guān)的參數(shù),響度級(jí)，單位為方/phon,，來(lái)綜合,描述對(duì),聲壓、聲頻,對(duì)人耳的作用效果。,響度級(jí)：,將,1000Hz,的,純音,作為基準(zhǔn)聲音，若某一,聲音聽(tīng)起來(lái)與該純音一樣響，則,該純音的聲壓級(jí)數(shù)值,(,dB值,)就定義為該聲音的響度級(jí)(,phon,值)。,例如，若,某個(gè)聲音,聽(tīng)起來(lái)與,聲壓級(jí)數(shù)

16、值為60dB，,頻率1000Hz 的純音一樣的響,，則該聲音的,響度級(jí),就,是,60 phon,。,將,頻率,不同，,聲壓級(jí)數(shù)值,不同，但是聽(tīng)起來(lái),響度,一樣的各種聲音的,聲壓級(jí)數(shù)值,對(duì)應(yīng)地連成曲線(xiàn)，即得,到,響度(phon),曲線(xiàn)：,21,分析可知：圖中每一條曲線(xiàn)的點(diǎn)，其頻率和聲壓級(jí)數(shù)值均不同。,但是，,響度級(jí)數(shù)值,是一樣的。,例如：S,1,、S,2,、S,3,均位于響度值為,40phon的曲線(xiàn)上，其中，,f,1,=3500Hz，,Lp,1,=33dB；,f,2,=1000Hz，,p,2,=40dB；,f,3,=100Hz，,Lp,3,=52dB。,人耳對(duì)高頻聲(20005000Hz)比對(duì)低頻聲敏感,22,噪聲評(píng)價(jià)曲線(xiàn)：NR(Noise Rating),基于等響曲線(xiàn)，為模擬人耳對(duì)聲音響度的感覺(jué)特性，,在聲學(xué)測(cè)量?jī)x表,聲(壓)級(jí)計(jì),上設(shè)計(jì)了,三種不同的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，,分別模擬,人耳對(duì),40 phon、70 phon和,100 phon,的純音的反應(yīng)，而得到 A、,B、C三種計(jì)權(quán)方式，,即,Lp,A,，Lp,B,，Lp,C,。,用,A,計(jì)權(quán)方式測(cè)得的噪聲級(jí),稱(chēng)作,A,聲級(jí)，記作,dB(A),