?
當(dāng)聲波碰到室內(nèi)某一界面后(如天花、墻),一部分聲能被反射,一部分被吸收(主要是轉(zhuǎn)化成熱能),一部分穿透到另一空間。
透射系數(shù):
反射系數(shù):
吸聲系數(shù):
聲壓和聲強(qiáng)有密切的關(guān)系,在自由聲場中,測得聲壓和已知測點(diǎn)到聲源的距離,就可計(jì)算出該測點(diǎn)之聲強(qiáng)和聲源的聲功率。
1、聲壓級Lp
取參考聲壓為Po=2*10-5N/m2為基準(zhǔn)聲壓,任一聲壓P的Lp為:
聽覺下限: p=2*10-5N/m2 為0dB
能量提高100倍的 P=2*10-3N/m2 為20dB
聽覺上限: P=20N/m2 為120dB
2、聲功率級Lw
取Wo為10-12W,基準(zhǔn)聲功率級
任一聲功率W的聲功率級Lw為:
3、聲強(qiáng)級:
4、聲壓級的疊加
幾個(gè)聲源同時(shí)作用時(shí),某點(diǎn)的聲能是各個(gè)聲源貢獻(xiàn)的能量的代數(shù)和。因此其聲壓是各聲源貢獻(xiàn)的聲壓平方和的開根號。即:
聲壓級為:
聲壓級的疊加
·兩個(gè)數(shù)值相等的聲壓級疊加后,總聲壓級只比原來增加3dB,而不是增加一倍。這個(gè)結(jié)論對于聲強(qiáng)級和聲功率級同樣適用。
·此外,兩個(gè)聲壓級分別為不同的值時(shí),其總的聲壓級為
問題:10dB+10dB=? 0dB+0dB=? 0dB+10dB=?
答案分別是:13dB,3dB,10dB.
兩個(gè)聲強(qiáng)級獲聲功率級的疊加公式與上式相同
在建筑聲學(xué)中,頻帶劃分的方式通常不是在線性標(biāo)度的頻率軸上等距離的劃分頻帶,而是以各頻率的頻程數(shù)n都相等來劃分。
聲波在室內(nèi)的反射與幾何聲學(xué)
3.2.1 反射界面的平均吸聲系數(shù)
(1)吸聲系數(shù):用以表征材料和結(jié)構(gòu)吸聲能力的基本參量通常采用吸聲系數(shù),以α表示,定義式:
混響室
界面全反射,聲能在聲音停止后,無限時(shí)間存在。
普通廳堂房間等
界面部分反射,聲能在聲音停止后,經(jīng)過多次反射吸收,能量逐漸下降。
消聲室
界面全吸收,聲能在聲音停止后,完全沒有任何反射吸收,在接觸界面后,聲能立即消失。
材料和結(jié)構(gòu)的吸聲特性和聲波入射角度有關(guān)。
聲波垂直入射到材料和結(jié)構(gòu)表面的吸聲系數(shù),成為“垂直入射(正入射)吸聲系數(shù)”。
這種入射條件可在駐波管中實(shí)現(xiàn)。其吸聲系數(shù)的大小可通過駐波管法來測定。
當(dāng)聲波斜向入射時(shí),入射角度為θ,這時(shí)的吸聲系數(shù)稱為斜入射吸聲系數(shù),
。
建筑聲環(huán)境中,出現(xiàn)垂直入射和斜入射的情況較少,而普遍情況是聲波從各個(gè)方向同時(shí)入射到材料和結(jié)構(gòu)表面,如果入射聲波在半空間中均勻分布,
,則稱這種入射情況為“無規(guī)則入射”或“擴(kuò)散入射”。這時(shí)材料和結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)稱為“無規(guī)則吸聲系數(shù)”獲“擴(kuò)散吸聲系數(shù)”,
這種入射條件是一種理想的假設(shè)條件 ,在混響室內(nèi)可以較好的接近這種條件,通常也是在混響室內(nèi)測定“擴(kuò)散吸聲系數(shù)”
某一種材料和結(jié)構(gòu)對于不同頻率的聲波有不同的吸聲系數(shù)。工程上通常采用125,250,500,1000,2000,4000 Hz六個(gè)頻率的吸聲系數(shù)來表示某一種材料和結(jié)構(gòu)的吸聲頻率特性 。有時(shí)也把250,500,1000,2000Hz四個(gè)頻率吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值(取為0.05的整數(shù)倍)稱為“降噪系數(shù)”(NRC),用在吸聲降噪時(shí)粗略的比較和選擇吸聲材料。
2)吸聲量:用以表征某個(gè)具體吸聲構(gòu)件的實(shí)際吸聲效果的量,它和構(gòu)件的尺寸大小有關(guān),對于建筑空間的圍蔽結(jié)構(gòu),吸聲量A是:
如一個(gè)房間由n面墻(包括頂棚和地面):
對于在聲場中的人(如觀眾)和物(如座椅)、或空間吸聲體,其面積很難確定,表征它們的吸聲特性,有時(shí)不用吸聲系數(shù),而直接用單個(gè)人或物的吸聲量。當(dāng)房間中有若干個(gè)人或物時(shí),他(它)們的吸聲量是用數(shù)量乘個(gè)體吸聲量,然后再把結(jié)構(gòu)納入房間總的吸聲量中。
房間的平均吸聲系數(shù):房間的總吸聲量和房間界面面積的比值:
混響時(shí)間Reverberation Time( RT )
混響和混響時(shí)間是室內(nèi)聲學(xué)中最為重要和最基本的概念。
混響,是指聲源停止發(fā)聲后,在聲場中還存在著來自各個(gè)界面的遲到的反射聲形成的聲音的“殘留”現(xiàn)象。這種殘留現(xiàn)象的長短以混響時(shí)間來表示 。
3.3.1 什么是混響時(shí)間?
衰減過程即為混響時(shí)間,室內(nèi)總吸聲量越大,衰減越快,室容積越大,衰減越慢。
室內(nèi)聲場達(dá)到穩(wěn)態(tài)后,聲源突然停止發(fā)聲,室內(nèi)聲壓級將按線性規(guī)律衰減。衰減60dB所經(jīng)歷的時(shí)間叫混響時(shí)間T60,單位S。
實(shí)際的混響衰減曲線。
由于衰減量程及本底噪聲的干擾,造成很難在60dB內(nèi)都有良好的衰減曲線,因此有時(shí)取T30或T20代替T60。
3.3.2 賽賓(Sabine)公式
賽賓是美國物理學(xué)家,他發(fā)現(xiàn)混響時(shí)間近似與房間體積成正比,與房間總吸聲量成反比,并提出了混響時(shí)間經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式——賽賓公式。
3.3.3 伊林(Eyring)公式
在室內(nèi)總吸聲量較?。ㄎ曄禂?shù)小于0.2)、混響時(shí)間較長的情況下,有賽賓的混響時(shí)間計(jì)算公式求出的數(shù)值與實(shí)際測量值相當(dāng)一致,而在室內(nèi)總吸聲量較大、混響時(shí)間較短的情況下,計(jì)算值與實(shí)測值不符。
在室內(nèi)表面的平均吸聲系數(shù)較大(大于0.2)時(shí),只能用伊林公式計(jì)算室內(nèi)的混響時(shí)間。
利用伊林公式計(jì)算混響時(shí)間時(shí),在吸聲量的計(jì)算上也應(yīng)考慮兩部分(1)室內(nèi)表面的吸聲量(2)觀眾廳內(nèi)觀眾和座椅的吸聲量(有兩種計(jì)算方法:一種是觀眾或座椅的個(gè)數(shù)乘其單個(gè)吸聲量;二種是按觀眾或座椅所占的面積乘以單位面積的相應(yīng)吸聲量。
3.3.3 伊林(Eyring)公式(伊林-努特生公式)
賽賓公式和伊林公式只考慮了室內(nèi)表面的吸收作用,對于頻率較高的聲音(一般為2000Hz以上),當(dāng)房間較大時(shí),在傳播過程中,空氣也將產(chǎn)生很大的吸收。這種吸收主要決定于空氣的相對濕度,其次是溫度的影響。在計(jì)算混響時(shí)間時(shí),考慮空氣的吸收:
空氣吸收系數(shù)4M值 (室內(nèi)溫度20度)
頻率(Hz)
室內(nèi)相對濕度
30%
40%
50%
60%
2000
4000
6300
0.012
0.038
0.084
0.010
0.029
0.062
0.010
0.024
0.050
0.009
0.022
0.043
3.3.4 混響時(shí)間計(jì)算的不確定性
室內(nèi)條件與原公式假設(shè)條件(一、聲場是一個(gè)完整的空間;二、聲場是完全擴(kuò)散的)并不完全一致。
1)室內(nèi)吸聲分布不均勻 ;
2)室內(nèi)形狀,高寬比例過大 ,造成聲場分布不均勻,擴(kuò)散不完全 計(jì)算用材料的吸聲系數(shù)與實(shí)際情況有誤差,一般誤差在10%——15%
計(jì)算RT的意義:
1)“控制性”地指導(dǎo)材料的選擇與布置。
2)預(yù)測建筑廳堂室內(nèi)的聲學(xué)效果
3)分析現(xiàn)有的音質(zhì)問題
3.4 室內(nèi)聲壓級計(jì)算及混響半徑
(一)當(dāng)室內(nèi)聲源聲功率一定時(shí),穩(wěn)態(tài)時(shí),在室內(nèi)距離為r的某點(diǎn)聲壓級可以計(jì)算,室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級的計(jì)算公式為:
公式前提:
1)點(diǎn)聲源
2)連續(xù)發(fā)聲
3)聲場分布均勻
Q---是指向因數(shù),其取值見下表:
(二)混響半徑:
根據(jù)室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級的計(jì)算公式,室內(nèi)的聲能密度有兩部分組成:
第一部分是直達(dá)聲,相當(dāng)于
表述的部分;第二部分是擴(kuò)散聲(包括第一次及以后的反射聲),即
表述的部分。
在離聲源較近處
直達(dá)聲大于擴(kuò)散聲
混響半徑
在直達(dá)聲的聲能密度與擴(kuò)散聲的聲能密度相等處,距聲源的距離稱為“混響半徑”,或“臨界半徑
對于穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),板后空氣層可劃分為許多小空腔,每一個(gè)開孔與背后一個(gè)小空腔對應(yīng),是許多并聯(lián)的亥姆霍茲共振器。 計(jì)算穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)共振頻率的公式
在設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)主要吸收頻率,確定共振頻率。在共振頻率附近有最大的吸聲系數(shù),離之越遠(yuǎn),吸聲愈小。
建筑中的吸聲降噪
(一)吸聲降噪的原理:
工廠車間或大型廳堂內(nèi),若內(nèi)表面為清水磚墻、抹灰墻面,地面為水泥或水磨石地面,在房間內(nèi)部,人聽到的不只是由聲源發(fā)出的直達(dá)聲,還會聽到大量經(jīng)各個(gè)界面多次反射形成的混響聲。
在直達(dá)聲與混響聲的共同作用下,當(dāng)離開聲源的距離大于混響半徑時(shí),接收點(diǎn)上的聲壓級要比室外同一距離處高出10~15dB。
如在室內(nèi)頂棚或墻面上布置吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu),可使混響聲減弱,這時(shí),人們主要聽到的是直達(dá)聲,那種被噪聲“包圍”的感覺將明顯減弱。這種利用吸聲原理降低噪聲的方法稱為“吸聲降噪”。
Q---是指向因數(shù),其取值見右表:
(二)混響半徑:
1.根據(jù)室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲壓級的計(jì)算公式,室內(nèi)的聲能密度有兩部分組成:
第一部分是直達(dá)聲,相當(dāng)于
表述的部分;第二部分是擴(kuò)散聲(包括第一次及以后的反射聲),即
表述的部分。
在離聲源較近處
-----直達(dá)聲大于擴(kuò)散聲
在離聲源較遠(yuǎn)處
-----擴(kuò)散聲大于直達(dá)聲
2、吸聲降噪量的計(jì)算
距聲源 r 米處的聲壓級與直達(dá)聲和混響聲的關(guān)系是如下式:
如進(jìn)行吸聲處理,則處理前后該點(diǎn)的聲級差(或稱降噪量)為
進(jìn)行吸聲處理的降噪量:
3、吸聲降噪的設(shè)計(jì)步驟
目前,國內(nèi)外采用“吸聲降噪”方法進(jìn)行噪聲控制已非常普遍,一般效果約為6~10dB。