綠色建筑概論第四講建筑聲環(huán)境1.兩個聲壓級為0dB的噪聲合成的噪聲是否仍然聽不見？建筑聲環(huán)境的基本知識/4.1建筑聲環(huán)境基本知識——聲音的基本性質(zhì)及計量3建筑環(huán)境中的聲波主要是在空氣中傳播的聲波。聲波實(shí)質(zhì)上是空氣壓強(qiáng)在靜態(tài)壓強(qiáng)水平上起伏變化的過程，它是一種壓強(qiáng)波。因?yàn)槁暡ǘ鸬目諝鈮簭?qiáng)的變化量稱為聲壓力。聲音的傳播是壓力波的傳播而不是空氣質(zhì)點(diǎn)的輸運(yùn)，空氣質(zhì)點(diǎn)只是在它原來的平衡位置來回振動。聲波聲波在介質(zhì)中的傳播速度，即聲速，主要取決于介質(zhì)本身的物理特性，也和溫度等因素有關(guān)。空氣中的聲速c與空氣的壓強(qiáng)和密度有關(guān)，常溫下（15℃）空氣中的聲速可取為340m/s：因此，空氣中的聲速可表示為：常溫下（15℃）空氣中的聲速可取為340m/s聲速建筑聲環(huán)境基本知識——聲音的基本性質(zhì)及計量4

簡諧聲波、頻率與波長建筑聲環(huán)境基本知識——聲音的基本性質(zhì)及計量5人耳接收到的空氣中聲壓隨時間的變化稱為聲音。簡諧聲波的聲壓隨時間變化的規(guī)律是一個簡諧函數(shù)，亦稱作純音信號：其中φ稱為初相，隨空間位置不同而異。每一個簡譜分量i對應(yīng)的是各自的聲壓幅值A(chǔ)i、初相φi和諧頻fi=nf0。如果以橫坐標(biāo)作為頻率f，縱坐標(biāo)作為聲壓幅值p（或聲壓級），畫出某種聲音的頻譜圖，則各簡譜分量都對應(yīng)著f=fi處的一條豎直線，豎直線的高度與幅值A(chǔ)i對應(yīng)。一個單一頻率的簡諧聲音（純音），其頻譜圖是位于該頻率坐標(biāo)處的一條豎直線。聲音信號和頻譜基頻為440Hz的小提琴頻譜圖幾種噪聲的頻譜建筑聲環(huán)境基本知識——聲音的基本性質(zhì)及計量6聲波從聲源出發(fā)，在同一個介質(zhì)中按一定方向傳播，在某一時刻，波動所達(dá)到的各點(diǎn)的包絡(luò)面，即空間中相位相同的相鄰點(diǎn)構(gòu)成的面，稱為波陣面。波陣面為平面的稱為“平面波”，波陣面為球面的稱為“球面波”。用“聲線”表示聲波傳播的途徑。在各向同性的介質(zhì)中，聲線是直線且與波陣面相垂直。波陣面與聲線三種常見的波陣面球面聲波聲線圖建筑聲環(huán)境基本知識——聲音的基本性質(zhì)及計量7聲功率是指聲源在單位時間內(nèi)向外輻射的聲能，單位為W或μW。在聲環(huán)境設(shè)計中，大都認(rèn)為聲源輻射的聲功率屬于聲源本身的一種特性，不因環(huán)境條件的不同而改變。聲功率聲強(qiáng)是衡量聲波在傳播過程中聲音強(qiáng)弱的物理量，單位是W/m2。聲場中某一點(diǎn)的聲強(qiáng)，是指在單位時間內(nèi)，該點(diǎn)處垂直于聲波傳播方向上單位面積所通過的聲能。在無反射聲波的自由場中，點(diǎn)聲源發(fā)出的球面波，均勻地向四周輻射聲能。因此，距聲源中心為r的球面上的聲強(qiáng)為：式中W是聲源聲功率，W。聲強(qiáng)聲壓，是指介質(zhì)中有聲波傳播時，介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對于無聲波時介質(zhì)靜壓強(qiáng)的改變量，單位為Pa。任一點(diǎn)的聲壓都是隨時間而不斷變化的，每一瞬間的聲壓稱瞬時聲壓，某段時間內(nèi)瞬時聲壓的均方根值稱為有效聲壓。如未說明，通常所指的聲壓即為有效聲壓。在自由聲場中，某處的聲強(qiáng)和該處聲壓的平方成正比，而和介質(zhì)密度與聲速的乘積成反比，即：聲壓建筑聲環(huán)境基本知識——聲音的基本性質(zhì)及計量8

級的概念與聲壓級

聲強(qiáng)級建筑聲環(huán)境基本知識——聲音的基本性質(zhì)及計量9

聲功率級

聲級的疊加建筑聲環(huán)境基本知識——聲音的基本性質(zhì)及計量10

聲壓級的差值與增值的關(guān)系建筑聲環(huán)境基本知識——聲音傳播與衰減的原理11當(dāng)聲波在傳播途徑中遇到障礙物時，不再沿直線傳播，而是繞過障礙物的邊緣，改變原來的傳播方向，在障礙物的后面繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象稱為繞射。當(dāng)聲波在傳播過程中遇到一塊尺寸比波長大得多的平面障板時，聲波將被反射。當(dāng)聲波入射到表面起伏的障礙物上，且起伏的尺度和波長相近時，聲波不會產(chǎn)生定向的幾何反射，而是產(chǎn)生散射，即聲波的能量向各個方向反射。聲波的繞射聲波的反射建筑聲環(huán)境基本知識——聲音傳播與衰減的原理12聲波遇到障礙物的傳播規(guī)律建筑聲環(huán)境基本知識——聲音傳播與衰減的原理13BiBi聲影區(qū)BuBu高音容音形成聲影區(qū)低音的繞射性更強(qiáng)聲音的傳播規(guī)律建筑聲環(huán)境基本知識——聲音傳播與衰減的原理14在進(jìn)行室內(nèi)噪聲控制時，必須了解各種材料的隔聲、吸聲特性，從而合理地選用材料。當(dāng)聲波入射到建筑構(gòu)件（如墻、頂棚）時，聲能的一部分被反射，一部分透過構(gòu)件，還有一部分由于構(gòu)件的振動或聲音在其內(nèi)部傳播時介質(zhì)的摩擦或熱傳導(dǎo)而被損耗，通常稱之為材料的吸收。根據(jù)能量守恒定律，若單位時間內(nèi)入射到構(gòu)件上的總聲能為E0(J)，反射的聲能為Eρ，構(gòu)件吸收的聲能為Eα，透過構(gòu)件的聲能為Eτ，則互相間有如下的關(guān)系：聲波的透射、反射與吸收人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價/4.2人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——人的主觀聽覺特性16人耳是聲波最終的接收者。聲波通過耳道使鼓膜在聲波激發(fā)下振動，推動中耳室內(nèi)的聽骨，聽骨的振動通過卵形窗，使淋巴液運(yùn)動，引起耳蝸基底膜振動，形成神經(jīng)脈沖信號，通過聽覺傳導(dǎo)神經(jīng)傳到大腦聽覺中樞，引起聽覺。通常聲壓級在120dB左右，人就會感到不舒服；130dB左右耳內(nèi)將有癢的感覺；達(dá)到140dB時耳內(nèi)會感到疼痛；當(dāng)聲壓級繼續(xù)升高，會造成耳內(nèi)出血，甚至聽覺機(jī)構(gòu)損壞。人耳的聽覺范圍耳的結(jié)構(gòu)示意圖人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——人的主觀聽覺特性17200040001000800012000125250500聲強(qiáng)相同、頻率不同的一組純音思考：是不是只要聲強(qiáng)相同，聲音聽起來的大小就應(yīng)該是一樣的？人耳對聲音的響應(yīng)并不是在所有頻率上都是一樣的。人耳對2000～4000Hz的聲音最敏感；低于1000Hz時，人耳的靈敏度隨頻率的降低而降低；而在4000Hz以上時，人耳的靈敏度也逐漸下降。這也就是說，相同聲壓級的不同頻率的聲音，人耳聽起來是不一樣響的。18人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——人的主觀聽覺特性以連續(xù)純音做試驗(yàn)，取1000Hz的某個聲壓級，如40dB作為參考標(biāo)準(zhǔn)，則聽起來和它同樣響的其他頻率純音的各自聲壓級就構(gòu)成一條等響曲線，稱為響度級為40方（phon）的等響曲線。依次改變參考用的1000Hz純音的聲壓級，就可以得到一組等響曲線。響度表征人耳對聲音強(qiáng)弱的主觀感覺程度響度級將聽起來一樣響的聲音的響度用1000Hz純音的聲壓級代表，單位：方（Phon）19純音的標(biāo)準(zhǔn)等響曲線聲壓級頻率聽閾60dB250Hz50dB1000Hz人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——人的主觀聽覺特性人耳對不同頻率的響應(yīng)是不同的，而且人耳的頻率響應(yīng)還與聲音的強(qiáng)度有關(guān)系；等響曲線在聲壓級低時變化快，斜率大，而在高聲壓級時就比較平坦，這種情況在低頻尤為明顯。20認(rèn)識聲級計（噪音計）人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——人的主觀聽覺特性21測量聲音響度級與聲壓級時所使用的儀器稱為“聲級計”。在聲級計中設(shè)有A、B、C、D四套計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通常人耳對不太強(qiáng)的聲音的感覺特性與40方的等響曲線很接近，因此在音頻范圍內(nèi)進(jìn)行測量時，多使用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。A、B、C、D計權(quán)網(wǎng)絡(luò)人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——人的主觀聽覺特性22人耳對一個聲音的聽覺靈敏度因?yàn)榱硪粋€聲音的存在而降低的現(xiàn)象叫“掩蔽效應(yīng)”，聽閾所提高的分貝數(shù)叫“掩蔽量”，提高后的聽閾叫“掩蔽閾”。在允許范圍內(nèi)提高室內(nèi)背景噪聲，可減少降低外部噪聲的費(fèi)用人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——人的主觀聽覺特性23同一聲源發(fā)出的聲音傳至人耳時，由于到達(dá)雙耳的聲波之間存在一定的時間差、相位差和強(qiáng)度差，使人耳能夠知道聲音來自哪個方向。雙耳的這種辨別聲源方向的能力稱為方位感。聲源方位感明顯的噪聲更容易引起人心理上的煩躁，而無明確方位感的噪聲則易被人忽略。所以，在利用掩蔽效應(yīng)進(jìn)行噪聲控制時，應(yīng)盡量弱化掩蔽聲聲源的方位感。人們在強(qiáng)烈噪聲環(huán)境里經(jīng)過一段時間后，會出現(xiàn)聽閾提高的現(xiàn)象，即聽力有所下降。如果這種情況持續(xù)時間不長，則在安靜環(huán)境中停留一段時間，聽力就會逐漸恢復(fù)。這種聽閾暫時提高，事后可以恢復(fù)的現(xiàn)象稱為聽覺疲勞。如果聽閾的提高即聽力下降是永久性不可恢復(fù)的，則稱為聽力損失。人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——人的主觀聽覺特性24噪聲的標(biāo)準(zhǔn)定義：凡是人們不愿聽的各種聲音都是噪聲。噪聲評價是對各種環(huán)境條件下的噪聲做出其對接收者影響的評價，并用可測量計算的評價指標(biāo)來表示影響的程度。人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——噪聲的評價A聲級由聲級計上的A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)直接讀出，單位是dB(A)。A聲級反映了人耳對不同頻率聲音響度的計權(quán)，此外A聲級同噪聲對人耳聽力的損害程度也能對應(yīng)得很好，因此是目前國際上使用最廣泛的環(huán)境噪聲評價方法。A聲級LA（或LpA）倍頻帶中心頻率A響應(yīng)（對應(yīng)于1000Hz）31.5-39.463-26.2125-16.1250-8.6500-3.2100002000+1.24000+1.08000-1.1倍頻帶中心頻率對應(yīng)的A響應(yīng)特性（修正值）25人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——噪聲的評價對于聲級隨時間變化的噪聲，其LA

是變化的，不能直接用一個LA值來表示。因此，人們提出了在一段時間內(nèi)能量平均的等效聲級方法，稱作等效連續(xù)A聲級，簡稱等效聲級。建立在能量平均概念上的等效連續(xù)A聲級，被廣泛地應(yīng)用于各種噪聲環(huán)境的評價。但它對偶發(fā)的短時的高聲級噪聲不敏感。等效連續(xù)A聲級一般噪聲在晚上比白天更容易引起人們的煩躁。研究結(jié)果表明，夜間噪聲對人的干擾比白天大10dB左右。因此，計算一天24h的等效聲級時，夜間的噪聲要加上10dB的計權(quán)，這樣得到的等效聲級稱為晝夜等效聲級。晝夜等效聲級Ldn實(shí)際的環(huán)境噪聲并不都是穩(wěn)態(tài)的，比如城市交通噪聲，是一種隨時間起伏的隨機(jī)噪聲。對這類噪聲的評價，除了用LAeq,T外，常常用統(tǒng)計方法。累積分布聲級就是用聲級出現(xiàn)的累積概率來表示這類噪聲的大小。累積分布聲級LX

表示X%測量時間的噪聲所超過的聲級。英、美等國以L10

作為交通噪聲的評價指標(biāo)，而日本用L50

，我國目前用LAeq,T。累積分布聲級LX26人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——噪聲的評價國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO提出了噪聲評價曲線（NR曲線），它的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)了噪聲的高頻成分比低頻成分更為煩擾人這一特性，故成為一組倍頻程聲壓級由低頻向高頻下降的傾斜線，每條曲線在1000Hz頻帶上的聲壓級即叫作該曲線的噪聲評價數(shù)。噪聲評價曲線廣泛用于評價公眾對戶外環(huán)境噪聲的反應(yīng)，也用作工業(yè)噪聲治理的限值。NR數(shù)與A聲級有較好的相關(guān)性，它們之間有近似關(guān)系：LA＝NR+5dB。噪聲評價曲線NR曲線噪聲評價曲線NR27人體對聲音環(huán)境的反應(yīng)原理與噪聲評價——噪聲的評價NC曲線對低頻的要求比NR曲線苛刻。NC曲線與A聲級和NR曲線有以下近似關(guān)系：LA=+NC10dB，NC=NR-5dB。PNC曲線是對NC曲線進(jìn)行的修正，對低頻部分進(jìn)一步進(jìn)行了降低。PNC曲線與NC曲線有以下近似關(guān)系：PNC=3.5dB+NC。噪聲評價曲線NC和PNC曲線NC曲線和PNC曲線建筑聲環(huán)境現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)/4.3建筑聲環(huán)境現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)29我國現(xiàn)已頒布與建筑室內(nèi)聲環(huán)境有關(guān)的主要噪聲標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范：《聲環(huán)境質(zhì)量控制》（GB3096）《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》（GB50118）《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范》（GB/T50087）《劇場建筑設(shè)計規(guī)范》《電影院建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》《辦公建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378—2019）305.2.6?采取措施優(yōu)化主要功能房間的室內(nèi)聲環(huán)境，評價總分值為8分。噪聲級達(dá)到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》GB50118中的低限標(biāo)準(zhǔn)限值和高要求標(biāo)準(zhǔn)限值的平均值，得4分；達(dá)到高要求標(biāo)準(zhǔn)限值，得8分。5.2.7?主要功能房間的隔聲性能良好，評價總分值為10分，并按下列規(guī)則分別評分并累計：1、構(gòu)件及相鄰房間之間的空氣聲隔聲性能達(dá)到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》GB50118中的低限標(biāo)準(zhǔn)限值和高要求標(biāo)準(zhǔn)限值的平均值，得3分；達(dá)到高要求標(biāo)準(zhǔn)限值，得5分；2、樓板的撞擊聲隔聲性能達(dá)到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》GB50118中的低限標(biāo)準(zhǔn)限值和高要求標(biāo)準(zhǔn)限值的平均值，得3分；達(dá)到高要求標(biāo)準(zhǔn)限值，得5分。材料與結(jié)構(gòu)的聲學(xué)性能/4.432材料和結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性是指它們對聲波的作用特性。聲波入射到物體上會產(chǎn)生反射、吸收和透射，材料和結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性正是從這三方面來描述的。吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)的種類很多。根據(jù)材料的外觀、構(gòu)造特征、吸聲機(jī)理加以分類。在允許范圍內(nèi)提高室內(nèi)背景噪聲，可減少降低外部噪聲的費(fèi)用材料與結(jié)構(gòu)的聲學(xué)性能——吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)辦公建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值名稱示意圖例子主要吸收特性多孔材料礦棉、玻璃棉、泡沫塑料、毛氈本身具有良好的中高頻吸收能力，背后留有空氣層時還能吸收低頻板狀材料膠合板、石棉水泥板、石膏板、硬質(zhì)纖維板吸收低頻比較有效穿孔板穿孔膠合板、穿孔石棉水泥板、穿孔石膏板、穿孔金屬板一般吸收中頻，與多孔材料結(jié)合使用時吸收中高頻，背后留大空腔還能吸收低頻成型天花吸聲板礦棉吸聲板、玻璃棉吸聲板、軟質(zhì)纖維板視板的質(zhì)地而別，密實(shí)不透氣的板吸聲特性同硬質(zhì)板狀材料，透氣的同多孔材料膜狀材料塑料薄膜、帆布、人造革視空氣層的厚薄而吸收低中頻柔性材料海綿、乳膠塊內(nèi)部氣泡不連通，與多孔材料不同，主要靠共振有選擇地吸收中頻33材料與結(jié)構(gòu)的聲學(xué)性能——隔聲和構(gòu)件的隔聲特性在工程上常用構(gòu)件隔聲量R（dB）或透射損失TL來表示構(gòu)件對空氣聲的隔絕能力，它與透射系數(shù)τ的關(guān)系是：若一個構(gòu)件透過的聲能是入射聲能的千分之一，即τ=0.001，則R=30dB。一般來說隔聲量R與聲波的入射角有關(guān)。隔聲量與透射系數(shù)單層均質(zhì)密實(shí)墻的隔聲性能和入射聲波的頻率f有關(guān)，還取決于墻本身的單位面積質(zhì)量、剛度、材料的內(nèi)阻尼以及墻的邊界條件等因素。如果忽略墻的剛度、阻尼和邊界條件，只考慮質(zhì)量效應(yīng)，則在聲波垂直入射時，可從理論上得到墻的隔聲量R_0的計算公式：如果聲波是無規(guī)入射，則墻的隔聲量R大致比正入射時的隔聲量低5dB。單層均質(zhì)密實(shí)墻的空氣聲隔絕特性34材料與結(jié)構(gòu)的聲學(xué)性能——隔聲和構(gòu)件的隔聲特性從質(zhì)量定律可知，單層墻重量增加了一倍，實(shí)際隔聲量增加卻不到6dB。顯然，靠增加墻的厚度來提高隔聲量是不經(jīng)濟(jì)的。如果把單層墻一分為二，做成雙層墻，中間留有空氣間層，空氣間層可以看作是與兩層墻板相連的“彈簧”，聲波入射到第一層墻板時，使墻板發(fā)生振動，此振動通過空氣間層傳至第二層墻板，再由第二層墻板向鄰室輻射聲能。由于空氣間層的彈性變形具有減振作用，傳遞給第二層墻體的振動大為減弱，從而提高了墻體總的隔聲量。這樣墻的總質(zhì)量沒有變，而隔聲量卻比單層墻顯著提高。在雙層墻空氣間層中填充多孔材料（如巖棉、玻璃棉等)，可以在全頻帶上提高隔聲量。雙層墻的空氣聲隔絕特性上面的式子說明墻的單位面積質(zhì)量越大，隔聲效果越好，單位面積質(zhì)量每增加一倍，隔聲量增加6dB，同時還可看出，入射聲頻率每增加一倍，隔聲量也增加6dB，上述規(guī)律通常稱為“質(zhì)量定律”。上述理論公式是在一系列假設(shè)條件下導(dǎo)出的，一般來說實(shí)測值往往比理論值偏小。墻的單位面積質(zhì)量每增加一倍，實(shí)測隔聲量增加約為4～5dB；入射聲頻率每增加一倍，實(shí)測隔聲量約增加3～5dB。單層均質(zhì)密實(shí)墻的空氣聲隔絕特性噪聲的控制與治理方法/4.536噪聲的控制與治理方法——噪聲控制的原則噪聲污染是一種造成空氣物理性質(zhì)變化的暫時性污染，噪聲源停止發(fā)聲，污染立即消失。噪聲的防治主要是控制聲源的輸出和噪聲的傳播途徑，以及對接收者進(jìn)行保護(hù)。可通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計、改進(jìn)加工工藝、提高加工精度等措施來降低噪聲的輻射，還可以采取吸聲、隔聲、減振以