第一節(jié) 建筑聲學(xué)基本知識(shí)
一、聲音的基本性質(zhì)
聲音來(lái)源于振動(dòng)的物體。輻射聲音的振動(dòng)物體稱為“聲源”。聲源要在彈性介質(zhì)中發(fā)聲并向外傳播。聲波是縱波。
(1)人耳所能聽(tīng)到的聲波的頻率范圍為20~20000Hz，稱為可聽(tīng)聲。低于20Hz的聲音稱為次聲；高于20000Hz的聲音稱為超聲。次聲與超聲不能使人產(chǎn)生聲音的感覺(jué)。
(2)室溫下空氣中的聲速為340m／s。聲速c
頻率為100～10000Hz的聲音的波長(zhǎng)為3．4～0．034m。這個(gè)波長(zhǎng)范圍與建筑物室內(nèi)構(gòu)件的尺度相當(dāng)，在室內(nèi)聲學(xué)中，對(duì)這一頻段的聲波尤為重視。
(3)頻帶：將聲音的頻率范圍劃分為若干個(gè)區(qū)段，稱為頻帶。每個(gè)頻帶有一個(gè)上限頻率f1和一個(gè)下限頻率f2，帶寬就為f1-f2。每一頻帶以其中心頻率fc標(biāo)度， 。建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)和測(cè)量中常用的有倍頻帶和1／3倍頻帶；在倍頻帶分析中，上限頻率是下限頻率的兩倍，即fl＝2f2；在1／3倍頻帶分析中， 。在可聽(tīng)聲范圍內(nèi)，倍頻帶及1／3倍頻帶的劃分及其中心頻率如表3—l所示。表中第一行為1／3倍頻帶中心頻率，第二行為倍頻帶中心頻率。
(4)波陣面與聲線
聲波從聲源出發(fā)，在同一介質(zhì)中按一定方向傳播，聲波在同一時(shí)刻所到達(dá)的各點(diǎn)的包絡(luò)面稱為波陣面。聲線表示聲波的傳播方向和途徑。在各向同性的介質(zhì)中，聲線是直線且與波陣面垂直。依據(jù)波陣面形狀的不同，將聲波劃分為：
1)平面波——波陣面為平面，由面聲源發(fā)出；
2)柱面波——波陣面為同軸柱面，由線聲源發(fā)出；
3)球面波——波陣面為球面，由點(diǎn)聲源發(fā)出。
一個(gè)聲源是否可以被看成是點(diǎn)聲源，取決于聲源的尺度與所討論聲波波長(zhǎng)的相對(duì)尺度。當(dāng)聲源的尺度比它所輻射的聲波波長(zhǎng)小得多時(shí)，可看成是點(diǎn)聲源。所以往往一個(gè)尺度較大的聲源在低頻時(shí)可按點(diǎn)聲源考慮，而在中高頻則不可以。
(5)聲繞射
聲波在傳播過(guò)程中，遇到小孔或障板時(shí)，不再沿直線傳播，而是在小孔處產(chǎn)生新的波形或繞到障板背后而改變?cè)瓉?lái)的傳播方向，在障板背后繼續(xù)傳播。這種現(xiàn)象稱為繞射，或衍射。
(6)聲反射
聲波在傳播過(guò)程中，當(dāng)介質(zhì)的特性阻抗發(fā)生變化時(shí)，會(huì)發(fā)生反射。從幾何聲學(xué)角度，可更直觀地解釋為，聲波在傳播過(guò)程中遇到尺寸比聲波波長(zhǎng)大得多的障板時(shí)，聲波將被反射。根據(jù)界面的
粗糙程度，聲波在界面上的反射可分為
鏡像反射和擴(kuò)散反射。
1)鏡像反射
鏡像反射聲線的方向可由虛聲源法確定。如圖3—1所示，圖中O為聲源，O’，為虛聲源，是O關(guān)于反射面的映像，O和O’，關(guān)于反射平面對(duì)稱。如果用聲線表示聲波的傳播方向，則反射聲線可以認(rèn)為是從虛聲源發(fā)出的。
鏡像反射遵循斯奈爾聲波反射定律，即入射聲線、反射聲線和反射面的法線在同一平面內(nèi)，入射聲線和反射聲線分居法線的兩側(cè)，反射角等于入射角。
2)擴(kuò)散反射
當(dāng)界面比較粗糙，其凸出部分不小于入射聲波波長(zhǎng)的1／7時(shí)，人射到界面上的聲波會(huì)發(fā)生擴(kuò)散反射。這時(shí)，聲波被分解成許多較小的反射聲波，傳播的立體角擴(kuò)大，見(jiàn)圖3—2。
(7)反射系數(shù)、透射系數(shù)、吸聲系數(shù)
聲波入射到構(gòu)件時(shí)，入射聲能中的一部分聲能被反射，一部分透過(guò)構(gòu)件，還有一部分由于構(gòu)件的振動(dòng)或聲音在其中傳播時(shí)介質(zhì)的摩擦或熱傳導(dǎo)而被損耗，稱為材料的聲吸收。
根據(jù)被反射、透過(guò)和吸收的聲能占總?cè)肷渎暷艿谋壤?，分別定義了材料的反射系數(shù)、透射系數(shù)和吸聲
一、聲音的基本性質(zhì)
聲音來(lái)源于振動(dòng)的物體。輻射聲音的振動(dòng)物體稱為“聲源”。聲源要在彈性介質(zhì)中發(fā)聲并向外傳播。聲波是縱波。
(1)人耳所能聽(tīng)到的聲波的頻率范圍為20~20000Hz，稱為可聽(tīng)聲。低于20Hz的聲音稱為次聲；高于20000Hz的聲音稱為超聲。次聲與超聲不能使人產(chǎn)生聲音的感覺(jué)。
(2)室溫下空氣中的聲速為340m／s。聲速c
頻率為100～10000Hz的聲音的波長(zhǎng)為3．4～0．034m。這個(gè)波長(zhǎng)范圍與建筑物室內(nèi)構(gòu)件的尺度相當(dāng)，在室內(nèi)聲學(xué)中，對(duì)這一頻段的聲波尤為重視。
(3)頻帶：將聲音的頻率范圍劃分為若干個(gè)區(qū)段，稱為頻帶。每個(gè)頻帶有一個(gè)上限頻率f1和一個(gè)下限頻率f2，帶寬就為f1-f2。每一頻帶以其中心頻率fc標(biāo)度， 。建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)和測(cè)量中常用的有倍頻帶和1／3倍頻帶；在倍頻帶分析中，上限頻率是下限頻率的兩倍，即fl＝2f2；在1／3倍頻帶分析中， 。在可聽(tīng)聲范圍內(nèi)，倍頻帶及1／3倍頻帶的劃分及其中心頻率如表3—l所示。表中第一行為1／3倍頻帶中心頻率，第二行為倍頻帶中心頻率。
(4)波陣面與聲線
聲波從聲源出發(fā)，在同一介質(zhì)中按一定方向傳播，聲波在同一時(shí)刻所到達(dá)的各點(diǎn)的包絡(luò)面稱為波陣面。聲線表示聲波的傳播方向和途徑。在各向同性的介質(zhì)中，聲線是直線且與波陣面垂直。依據(jù)波陣面形狀的不同，將聲波劃分為：
1)平面波——波陣面為平面，由面聲源發(fā)出；
2)柱面波——波陣面為同軸柱面，由線聲源發(fā)出；
3)球面波——波陣面為球面，由點(diǎn)聲源發(fā)出。
一個(gè)聲源是否可以被看成是點(diǎn)聲源，取決于聲源的尺度與所討論聲波波長(zhǎng)的相對(duì)尺度。當(dāng)聲源的尺度比它所輻射的聲波波長(zhǎng)小得多時(shí)，可看成是點(diǎn)聲源。所以往往一個(gè)尺度較大的聲源在低頻時(shí)可按點(diǎn)聲源考慮，而在中高頻則不可以。
(5)聲繞射
聲波在傳播過(guò)程中，遇到小孔或障板時(shí)，不再沿直線傳播，而是在小孔處產(chǎn)生新的波形或繞到障板背后而改變?cè)瓉?lái)的傳播方向，在障板背后繼續(xù)傳播。這種現(xiàn)象稱為繞射，或衍射。
(6)聲反射
聲波在傳播過(guò)程中，當(dāng)介質(zhì)的特性阻抗發(fā)生變化時(shí)，會(huì)發(fā)生反射。從幾何聲學(xué)角度，可更直觀地解釋為，聲波在傳播過(guò)程中遇到尺寸比聲波波長(zhǎng)大得多的障板時(shí)，聲波將被反射。根據(jù)界面的
粗糙程度，聲波在界面上的反射可分為
鏡像反射和擴(kuò)散反射。
1)鏡像反射
鏡像反射聲線的方向可由虛聲源法確定。如圖3—1所示，圖中O為聲源，O’，為虛聲源，是O關(guān)于反射面的映像，O和O’，關(guān)于反射平面對(duì)稱。如果用聲線表示聲波的傳播方向，則反射聲線可以認(rèn)為是從虛聲源發(fā)出的。
鏡像反射遵循斯奈爾聲波反射定律，即入射聲線、反射聲線和反射面的法線在同一平面內(nèi)，入射聲線和反射聲線分居法線的兩側(cè)，反射角等于入射角。
2)擴(kuò)散反射
當(dāng)界面比較粗糙，其凸出部分不小于入射聲波波長(zhǎng)的1／7時(shí)，人射到界面上的聲波會(huì)發(fā)生擴(kuò)散反射。這時(shí)，聲波被分解成許多較小的反射聲波，傳播的立體角擴(kuò)大，見(jiàn)圖3—2。
(7)反射系數(shù)、透射系數(shù)、吸聲系數(shù)
聲波入射到構(gòu)件時(shí)，入射聲能中的一部分聲能被反射，一部分透過(guò)構(gòu)件，還有一部分由于構(gòu)件的振動(dòng)或聲音在其中傳播時(shí)介質(zhì)的摩擦或熱傳導(dǎo)而被損耗，稱為材料的聲吸收。
根據(jù)被反射、透過(guò)和吸收的聲能占總?cè)肷渎暷艿谋壤?，分別定義了材料的反射系數(shù)、透射系數(shù)和吸聲