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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第六章,建筑聲環(huán)境及其測量,蘭州理工大學 土木工程學院,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),及其來源和危害,衡量噪聲的物理(量度)參數(shù):主觀評價和,噪聲標準;,噪聲測量的方法、儀表。,學習和掌握的內(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,(,聲源,),而,產(chǎn)生的,通過彈性介質(zhì)向外傳播,的一種機械波。,因此,當該機械波傳入,人耳,,,
2、引起,鼓膜,振動,經(jīng)過,聽覺器官,的,“,譯碼,”,轉(zhuǎn)換并且傳送“,信息,”到,聽覺神經(jīng),,從而產(chǎn)生聽到“,聲音,”,的感覺。,聲音是什么?,波長,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)點是振動非移動,向外傳播聲能,。由于空氣分子,的振動方向和聲波的傳播方向是相同的,,聲音是縱波,。,周期,,T,:,聲源,完成一次振動所需的時間,,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,,:一個周期內(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,聲音以擴散波的形式傳播,當其遇到兩種彈性介質(zhì)的,分界面時,會產(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(又稱音強),:是指,人耳,對所聽到的聲音大小強弱,的主觀感受;,2.音調(diào):是指聲音頻率的高低;,3.音色(又稱聲音的特色):泛指,人耳,對聲音的綜合感覺特性;,噪聲(Noise):,凡是人們“,不愿意,”聽到的各種聲音的統(tǒng)稱,,是聲音的特殊表現(xiàn)形式。,
4、5,建筑物內(nèi)噪聲的來源,室外環(huán)境噪聲的傳入,主要有交通運輸工具,(包括公路車輛、鐵路火車、,航空飛機、船舶等),運行,、,工廠噪聲、建筑施工噪聲、,商業(yè)噪聲和社會生活噪聲,等。透射能量,E,經(jīng)空氣,和圍護結(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)運行,的噪聲、辦公設(shè)備運行的噪聲、家電運行的噪聲以及樓宇內(nèi)的,娛樂場所經(jīng)營所產(chǎn)生的噪聲,傳入工作或者休息的室內(nèi)。,房間圍護結(jié)構(gòu)的撞擊噪聲,主要有室內(nèi)撞擊聲(人員活動所產(chǎn)生的樓板撞擊聲),室內(nèi)水,管,燃氣管道中流體介質(zhì)流動所產(chǎn)生的噪聲等。,6,環(huán)境噪聲的危害,對聽覺器官的損害,(,感覺難受,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。,),對正常生活的影響,(,降低睡眠質(zhì)量,縮短睡眠時間。引發(fā)神經(jīng)衰弱,阻礙兒童的,健康成長。,),降低勞動生產(chǎn)率,(,導致人們心煩意亂,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,聲壓級越高,產(chǎn)生的“,轟聲,”能量越高,,破壞力越強,),7,決定噪聲對人類影響程度的主要因素,噪聲強度,(聲壓級或聲強級),人們對噪聲干擾的感覺隨
6、著噪聲強度的增加而增加;還與,噪聲本身聲壓級與背景噪聲級的差值相關(guān),即差值越大,對人,們刺激程度越強。,噪聲的持續(xù)時間,噪聲干擾程度不僅隨著聲音強度的增加而加劇,而且,,隨著噪聲作用的持續(xù)時間的增長而加強。,噪聲隨時間的變化情況,噪聲爆發(fā)得越突然,其干擾程度就越大。也就是說,聲壓的,增長越快(,dp/dt,的變化越大,),所產(chǎn)生的干擾就越強,例如,,爆炸聲,槍炮聲等。,復合噪聲的頻譜特性,在聲壓級相等的情況下,,低頻,噪聲的干擾比,高頻,噪聲要??;,單一頻率,噪聲的干擾比,復合頻率,噪聲要弱。,此外,噪聲所包含的信息量、人們對噪聲的記憶與聯(lián)想,,以及人們的年齡、健康狀況等,均影響著噪聲對人們的
7、干擾程度。,8,1.聲強,I,衡量聲波在傳播的過程中,聲音強弱的物理量。,其定義為:在單位時間內(nèi),通過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,在單位時間內(nèi),,通過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),對于,平面波,,在無反射的自由聲場里,由于在聲波的,傳播過程中,其傳播路線相互平行,聲波通過的垂直它,的傳播方向上的所有面積均相同,,因此,同一束平面聲波,通過與聲源距離不同的表面時,聲強不變,。,6.2 衡量噪聲的物理(量度)參數(shù),9,對于,球面波,(
8、,點聲源,),,,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,聲音是一種可以對人耳和大腦產(chǎn)生影響的氣壓變化,對此,人耳的聽覺范圍有一個確切的數(shù)據(jù)范圍,該范圍稱之為“,闕,”,可聞閾(聽閾),-,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,介質(zhì)中的壓強,相對于無聲波
9、時介質(zhì)壓強的改變量,,Pa,聲壓,p,與聲強,I,密切相關(guān)。對于,球面聲波或平面聲波,(即自由聲場),若測得聲場中某一點的聲強,I,,該點處介,質(zhì)的密度,及聲速,v,,就可計算出該點的聲壓,p,。,Exanple:,對應(yīng)于聲強,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,導致計算數(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.人的聽覺響應(yīng)與聲強、聲壓呈對數(shù)關(guān)系,引入“,級,”。,聲強級,聲壓級,聲強級與聲壓級,其中,,I,0,=
10、10,-12,W/m,2,,,p,0,=210,-5,Pa,作為參考基準。,L,I,0,=L p,0,=0 dB,。,由定義可知:,L,I,=Lp,。,在實際噪聲測量中,經(jīng)常使用,Lp,。,13,聲強、聲壓和對應(yīng)的聲強級、聲壓級,以及與其相對應(yīng)的聲學環(huán)境,聲強/(Wm,-2,),聲壓/Pa,聲強級或,聲壓級/dB,相應(yīng)的環(huán)境,10,2,200,140,離噴氣機口,3m,處,1,20,120,痛閾,10,-1,210,1/2,110,風動鉚釘機旁,10,-2,2,100,織布機旁,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,聲功率,W,(表征聲源所發(fā)射聲音能量大小的參數(shù)),聲源,在單位時間內(nèi)對外所輻射的聲能,即在全部,可聽范圍(,2020 kHz,)所輻射的功率,單位,W,。,也可特指在某個有限頻率范圍(,f,L,f,H,)所輻射的功率,,亦稱,頻帶聲功率,。,屬于,聲源,本身的一種特性,一般可認為是不隨環(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,一個人在室內(nèi)講話,自己感到比較合適時,其聲,功率大致是,(15)10,-5,W,,,400 萬人,同時大聲講話產(chǎn)生
12、,的功率只相當于一只,40W,燈泡的電功率。,(基于W的數(shù)量而言),15,聲功率級,與聲壓一樣,也可以用“,級,”來表示,幾種不同聲源的聲功率,110,-12,W,聲源,種類,噴氣飛機,氣 錘,汽,車,鋼,琴,女 高,音,日常,對話,聲,功 率,10kW,1W,0.1W,2,10,-3,W,(17.2),10,-3,W,(15),10,-5,W,16,若干個聲源的聲壓級疊加:非線性!,n,個聲源疊加,(,I,、,P,、,W,聲級同理),:,當,n,個聲源均相同時,可得,Example:兩個相同聲源疊加,,聲壓級增加了 10 lg2=3 dB,L=3 dB,17,Note:,兩個不同聲源進行疊加
13、,當它們的聲壓級差 超過 1015 dB,可以忽略聲壓級較小的聲音對疊加音效果的影響。,增加的聲級數(shù),兩個聲源的聲壓級差,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頻段,,如:,f,L1,f,H1,,f,L2,f,H2,,,,,f,Ln,f,Hn,,稱作頻程或頻帶。,倍頻程:,對于任意兩個,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,來劃分頻帶,,,其標準值,分別為:,31.3(31.25)、,63(62.
14、5)、125、250、500、,1000、2000、4000、8000,,16000 Hz。,這10個倍頻程將人,耳可以識別的聲音全部包括進來。一般的噪聲測控,僅8個:,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:,人耳可以聽見的范圍為 20 20000Hz;,人耳聽不見的范圍,20 Hz 以下:次聲波;,20000 Hz
15、以上:超聲波;,純音:單一頻率的聲音;,復合聲:包含多個頻率的聲音。,20,6.4 噪聲的主觀評價和噪聲標準,響度級、等響曲線,由于人耳對聲音的感受不僅與,聲壓,相關(guān),也和,聲頻,有關(guān)。即,,聲壓級相同(或不同)而頻率不同(或相同)的,聲音聽起來的效果是不一樣的!,因此,參照,聲壓級,,引,入與,聲頻,相關(guān)的參數(shù),響度級,單位為方/phon,,來綜合,描述對,聲壓、聲頻,對人耳的作用效果。,響度級:,將,1000Hz,的,純音,作為基準聲音,若某一,聲音聽起來與該純音一樣響,則,該純音的聲壓級數(shù)值,(,dB值,)就定義為該聲音的響度級(,phon,值)。,例如,若,某個聲音,聽起來與,聲壓級數(shù)
16、值為60dB,,頻率1000Hz 的純音一樣的響,,則該聲音的,響度級,就,是,60 phon,。,將,頻率,不同,,聲壓級數(shù)值,不同,但是聽起來,響度,一樣的各種聲音的,聲壓級數(shù)值,對應(yīng)地連成曲線,即得,到,響度(phon),曲線:,21,分析可知:圖中每一條曲線的點,其頻率和聲壓級數(shù)值均不同。,但是,,響度級數(shù)值,是一樣的。,例如:S,1,、S,2,、S,3,均位于響度值為,40phon的曲線上,其中,,f,1,=3500Hz,,Lp,1,=33dB;,f,2,=1000Hz,,p,2,=40dB;,f,3,=100Hz,,Lp,3,=52dB。,人耳對高頻聲(20005000Hz)比對低頻聲敏感,22,噪聲評價曲線:NR(Noise Rating),基于等響曲線,為模擬人耳對聲音響度的感覺特性,,在聲學測量儀表,聲(壓)級計,上設(shè)計了,三種不同的計權(quán)網(wǎng)絡(luò),,分別模擬,人耳對,40 phon、70 phon和,100 phon,的純音的反應(yīng),而得到 A、,B、C三種計權(quán)方式,,即,Lp,A,,Lp,B,,Lp,C,。,用,A,計權(quán)方式測得的噪聲級,稱作,A,聲級,記作,dB(A),