2019五年级科学上册 第二章 第2课 把声音“藏”起来课件1 新人教版.ppt

建筑声学 3 2建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声3 2 2扩散反射3 2 3建筑隔声 建筑吸声声波在媒质传播过程中使声能产生衰减的现象称为吸声吸声材料和吸声构造根据吸声原理的不同 可分为三类 第一类为多孔吸声材料 包括纤维材料 颗粒材料及泡沫材料 第二类为共振吸声结构 包括单个共振器 穿孔板共振吸声结构 薄膜共振吸声结构 第三类为特殊吸声结构 包括空间吸声体 吸声尖劈等 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 多孔吸声材料吸声机理 多孔材料中有许多微小间隙和连续气泡 当声波入射到多孔材料时 引起小孔或间隙中空气的振动 由于摩擦和空气的粘滞阻力 使空气质点的动能不断转化为热能 此外 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 小孔中空气与孔壁之间还不断发生热交换 这些都使一部分声能因转化为热能而被吸收 多孔材料的吸声频响特性 中高频吸声较大 低频吸声较小 多孔吸声材料影响吸声频响特性的因素 空气阻力 孔隙率 材料的厚度 材料的密度 材料背后的条件 饰面的影响 声波的频率和入射条件 吸湿 吸水的影响 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 材料厚度的影响 一般而言 厚度增加 低频的吸声效果提高 高频影响不大 几种多孔材料的厚度 玻璃棉 矿棉和岩棉50 100mm吸声阻燃泡沫塑料20 50mm矿棉吸声板12 25mm纤维板13 20mm阻燃化纤毯和阻燃织物3 10mm毛毡 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 材料密度的影响 在一定条件下 增大密度可以改善低中频的吸声性能 不同的材料存在不同的最佳密度值 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 材料后部空腔的影响 在材料后面设有一定空腔 空气层 其作用相当于加大材料的有效厚度 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 材料表面处理影响 外饰面必须选用透气性好的材料 外饰面的处理不能赌塞气孔 声波的频率和入射的条件吸湿 吸水的影响 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 共振吸声结构薄膜吸声结构薄板吸声结构 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 薄板吸声结构 1 原理 薄板结构在声波的作用下本身产生振动 振动时板变形并与龙骨摩擦损耗 消耗声能 2 吸声特点 存在共振峰 当声波频率与板的振动频率相吻合时发生共振 消耗声能最多 共振峰在低频范围 对低频有较好的吸声特性 例 胶合板 10mm 硬质纤维板 石膏板 金属板等 薄膜吸声结构 上例中薄板用不透气软质膜状材料替代 对低频也有较好的吸声特性 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 共振吸声结构赫姆霍兹共振器 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 计算公式 亥姆霍兹共振器共振频率 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 式中C 声速 一般取34000cm sS 颈口面积 cm2 V 空腔容积 cm3 t 细颈深度 cm 开口末端修正量 cm 因为颈部空气柱两端附近的空气也参加振动 因此需对t加以修正 对于直径为d的圆孔 0 8d 共振吸声结构穿孔板吸声结构1 构造特点 由各种穿孔的薄板与他们背后的空气层组成 它可看成由多个赫姆霍兹共振腔组成 2 吸声频率特点 存在共振峰 在共振峰附近吸声量最大 一般吸收中频 与多孔材料结合使用吸收中高频 背后留大空腔还能吸收低频 3 影响吸声特性的因素 板厚 孔径 穿孔率 空腔深度 板后是否填多孔材料 例 铝穿孔板 石膏穿孔板 高压水泥冲孔板等 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 共振吸声结构穿孔板吸声结构 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 共振吸声结构穿孔板吸声结构 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 共振吸声结构穿孔板吸声结构 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 共振吸声结构穿孔板吸声结构 如果把穿孔板用作顶棚的吊顶 这时板背后的空气层厚度很大 其共振频率可按下式作近似计算 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 金属微穿孔板吸声结构 微穿孔板孔的大小和间距决定最大的吸声系数 板的构造和它与墙面的距离 即背后空气层的厚度 决定吸声的频率范围 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 计算公式 亥姆霍兹共振器共振频率 穿孔板共振频率 大空腔穿孔板共振频率 在穿孔板后填多孔材料 共振频率向低频方向移动 吸声频带拓宽 吸声系数提高 双层穿孔板 吸声频带在2 3个倍频程内得到较高的吸声系数 微穿孔板 孔径在1mm以下 板后无须加多孔材料即可获得好的吸声效果 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 其他吸声结构空间吸声结构 空间吸声体常用穿孔板 金属板 网板 织物等 做成各种形状的外壳 再将玻璃棉等一类多孔吸声材料填入 这种预制的单个的吸声单元常吊挂在顶棚下面 特点 有效吸声面大 主要吸中高频 安装使用方便 使用要点 放置在声能密度最大处 声聚焦处 当墙面无法布置吸声材料时常使用 用于象体育馆那样的大空间控制混响时间和音质缺陷 非常有效 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 其他吸声结构吸声尖劈 吸声系数为0 99的最低频率称为截止频率 用以表示尖劈的吸声特性 截止频率与使用的多孔材料品种及尖劈的形状 尺寸有关 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 其他吸声结构可变吸声结构 可变的吸声构造可以用来调节室内的混响情况 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 其他吸声结构人和家具空气吸收开口的吸收注意 选用吸声材料从声学的角度应考虑吸声材料类型 构造方法 材料厚度 空腔厚度 龙骨间距等 吸声频率特性 面层材料等因素 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 吸声材料选用在吸声降噪等噪声控制工程中 常按吸声材料 构造 的降噪系数 NoiseReductionCoefficient 简写为NRC 对其声性能分级 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 1建筑吸声 扩散体 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 2扩散反射 扩散体 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 2扩散反射 最大长度序列 MLS 扩散反射结构德国学者于1975年根据数论的一种周期性伪随机序列设计的MLS扩散反射构造 由一系列深度相同的凹沟槽组成凹槽宽度由MLS序列确定 凹槽深度为扩散声波波长的1 4 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 2扩散反射 MLS声扩散墙面 戏剧场观众厅墙面采用了MLS设计的声扩散墙面 看上去象凸凹起伏的 不规则排列的竖条 目的是扩散 反射声音 可保证室内声场的均匀性 使声音更美妙动听 MLS称为最大长度序列 是一种数论算法 其扩散声音的原理是 声波到达墙面的某个凹凸槽后 一部分入射到深槽内产生反射 另一部在槽表面产生反射 两者接触界面的时间有先后 反射声会出现相位不同 叠加在一起成为局部非定向反射 大量不规则排列的凹凸槽整体上形成了声音的扩散反射 MLS扩散墙面的设计需要进行数学计算 并在声学实验室中测量设计方案的效果 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 2扩散反射 MLS声扩散墙面 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 2扩散反射 二次剩余扩散体 QRD 德国学者于1979年设计的按特定序列 用隔板分隔的不同深度凹槽组合的墙QRD不同的槽深有声阻差异 利用其反射声波之间的衍射效应 在相当宽的频率范围提供声波的扩散反射这是共振管吸声器组合的一种特殊类型凹槽深度按下式决定 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 2扩散反射 二次剩余扩散体 QRD 设计步骤 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 2扩散反射 空气传声经由空气直接传播经由围护结构的振动传播 固体传声固体传声是围护结构受到直接的撞击或振动作用而发声固体声直接通过围护结构传播 并从某些建筑部件如墙体 楼板等再辐射出来 最后仍作为空气声传至人耳 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 3建筑隔声 声波在建筑围护结构中的传播途径声波在围护结构中的传播 三种传播途径 a 通过空气直接传播 b 由围护结构的振动传播 由空气 围护结构 空气的传播 c 由机械设备的作用 固体撞击 机器运转 使围护结构产生振动而产生声音 并通过建筑结构传播 声音在空气中的传播 称为空气声 前两种方式 围护结构直接受到撞击而发声 称为固体声 两种声音的传播方式不同 控制的方法也有区别 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 3建筑隔声 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 3建筑隔声 声波在建筑物中的传播途径控制空气噪声和固体噪声需用不同方法 表示声音透射多少 透射系数越小 隔声量就越大 隔声性能就越好 构件在各个频率下隔声性能不同 可用频带隔声量表示 或用一个平均的隔声量来表示 透射系数和隔声量 1 透射系数 2 隔声量 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 3建筑隔声 直接投射与侧向透射空气声的透射方式有两种 一是由在噪声源和听闻地点之间的墙壁 或屋顶 直接透射 二是沿着围护结构的连接部件间接透射 或侧向透射 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 3建筑隔声 直接投射与侧向透射各种建筑部件所起作用的大小取决于它们的重量 位置 刚度以及各部件之间的连接方法等 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 3建筑隔声 单层匀质实墙墙体受到声波激发所引起的振动与其惯性即质量有关 墙体的单位面积重量愈大 透射的声能愈少 这就是通常所说的 质量定律 这个规律并不完全正确 因为墙体出现的吻合效应 共振等现象将改变其隔声特性 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 单层匀质实墙单层墙的隔声理论 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 单层均质墙对空气声的隔声能力与声音的频率 劲度 阻尼 质量等因素有关 单层匀质实墙单层墙的隔声理论 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 1劲度控制区如图中I区所示 从低端开始构件隔声量的大小受劲度控制 并与构件本身的劲度成正比 在这一劲度区内 构件的隔声量随频率的增加而下降 当声频频率继续增高 隔声进入了共振区 即构件的固有振动频率和入射声频率相同而发生共振 在共振区内 隔声量出现最小值 在共振区有一系列的共振频率 其中影响最大的是第一共振频率 用f0表示 设计应使共振频率区的范围尽量窄 在一般建筑构件中 共振基频f0很低 常在 5 20 Hz左右 单层匀质实墙单层墙的隔声理论 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 2质量控制区当频率继续增高 则质量起主要控制作用 这时隔声量随频率增加而增加 对于相同频率的条件下 质量越大 隔声量越大 即质量每增加一倍 隔声量增加6dB 在质量控制区内 构件的隔声量取决于质量定律 因此此区称为质量控制区 II区所示 假设墙的面积无限大 墙是柔顺的板没有刚度和阻尼 声波垂直入射时 墙的理论隔声量为 墙的单位面积质量每增加一倍 隔声量增加6dB 同时入射声频率每增加一倍 隔声量也增加6dB 当时 上式简化为 考虑到声波无规则入射时 墙的隔声量 质量定律 单层匀质实墙单层墙的隔声理论 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 例 为对1000Hz声音的隔声量达到38dB 砖砌的墙体应有多厚 查表知砖砌体容重为2000kg m3 单位面积重量 厚度 容重 则 38 20lg1000 20lg2000h 48 得h 0 3m 利用质量定律可估算墙的厚度 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 单层匀质实墙单层墙的隔声理论 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 3临界频率控制区当入射频率通过质量控制区后继续提高 质量效应与板的弯曲劲度效应相抵消 隔声量有较大的降低 形成一个隔声量低谷 通常称为 吻合谷 而这种现象称为吻合效应 如果板在斜入射声波激发下产生的受迫弯曲波的传播速度C0 sin 等于板固有的自由弯曲波传播速度CB时 即出现C0 sin CB时 将产生 吻合效应 这时 墙板非常 顺从 地跟随入射声波弯曲 使大量声能透射到另一侧去 形成隔声量的低谷 单层匀质实墙单层墙的隔声理论 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 吻合现象 板本身存在固有的自由弯曲波的传播速度 该速度与板的刚度 密度以及自由弯曲波的频率有关 单层匀质实墙 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 声波无规入射时 每种隔声材料都会在某一频率上发生吻合效应 也只会发生在一定的频率范围内 这一范围有一下限频率 被称为 吻合临界频率fc 薄 轻 柔的墙体吻合频率高 厚 重 刚的墙体吻合频率低 单层匀质实墙墙体上的孔洞 例如电线 管道穿墙的孔洞 门缝 以及墙体与顶棚交接处的缝隙等 会使墙体的隔声性能明显下降 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 双层匀质实墙实践与理论证明 单纯依靠增加结构的重量来提高隔声效果既浪费材料 隔声效果也不理想 若在两层墙间夹以一定厚度的空气层 其隔声效果会优于单层实心结构 从而突破质量定律的限制 采用有空气间层 或在间层中填放吸声材料 的双层墙与单层墙相比 同样重量的双层墙有较大的隔声量 或是达到同样的隔声量而可以减轻结构的重量 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 双层墙的隔声理论双层墙的隔声频率特性与单层墙大体相同 还是以质量定律为基本理论 双层墙可以提高隔声能力的主要原因是空气间层的作用 当第一层墙受到入射声波的作用振动时 墙间的空气层发生弹性变形 相当于具有减振作用的 弹簧 很大地减弱了传播到第二层墙面的振动 提高了墙体的隔声量 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 影响双层墙隔声能力的因素a 空气层的厚度最小厚度5cm一般空气层厚10cm 有8 10dB的隔声增量 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 影响双层墙隔声能力的因素b 双层墙的固有振动频率及共振系统的固有振动频率可用右式计算当入射声的频率与固有共振频率接近时 发生共振 隔声量大幅度下降 当入射声频率时 双层墙的隔声量才有明显地提高 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 影响双层墙隔声能力的因素 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 c 声桥 双层墙之间的刚性连接称为 声桥 双层墙之间有刚性连接 则一侧墙体振动的能量将由刚性连接件传至另一侧墙体 空气层将失去弹性作用 在建筑施工中应注意避免碎砖 灰浆等落入空气层中 轻质墙需考虑两墙板间的支撑点 d 吻合效应 若两层墙的面密度和厚度均相同 隔声量曲线将出现深的吻合谷 双层匀质实墙 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 轻质墙建筑设计和建筑工业化的趋势是提倡采用轻质隔墙代替厚重的隔墙 目前用得较多的是纸面石膏板 加气混凝土板等为了提高轻质墙的隔声效果 一般采用以下措施 如果两层轻质墙体之间设空气层 且空气层的厚度达到75mm 对于大多数频带 隔声量可以增加8 10dB 以多孔材料填充轻质墙体之间的空气层 可以显著提高轻质墙的隔声量 轻质墙体的材料的层数 填充材料的种类对隔声性能都有影响 轻质墙通常固定在龙骨上 在板材和龙骨间加弹性垫层会增加隔声量 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 门 窗和屋顶 门提高门隔声能力的关键在于门扇及其周边缝隙的处理隔声门应为面密度较大的复合构造 门扇周边应当密封需要经常开启的门 可以用设置 声闸 的方法 即设置双层门并在双层门之间的门斗内壁铺贴强吸声材料 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 蒙特利尔无线电播音室平面布置 蒙特利尔电视演播室平面布置 门 窗和屋顶 窗窗的隔声性能除与窗的面密度 共振等因素有关外 在设计时还须留心以下几点 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 对于可开启的窗 如果没有压缝条 使用厚度超过4mm的玻璃 无助于提高其隔声性能 如果双层窗的一樘是固定的并且密封 另一樘窗的缝隙不会有明显影响 双层窗的隔声量随两窗之间的空腔厚度而增加 且对改善隔绝低频噪声尤其明显 多层窗的隔声性能主要决定于总的有效空腔厚度 而不是决定于玻璃的层数 玻璃厚度相同时之吻合效应 玻璃厚度不同时之吻合效应 播音室隔音窗的构造 门 窗和屋顶 屋顶一般屋顶构造及隔声性能大致可归为以下几类 轻质的坡屋顶构造一般不考虑气密性 隔声量很少超15 20dB 钢筋混凝土平屋顶的面密度一般有200kg m2甚至更大 隔声量可达45 50dB 足以抑制一般的侵扰噪声 带有吊天棚的轻质屋顶的隔声量可达到30 35dB 带有吊顶的铺瓦 或石板 斜屋顶的隔声量可达35 40dB 屋顶如果考虑阁楼空间通风 或设置采光天窗 甚至是穹顶采光 则须依每种条件的限制综合分析对屋顶隔声性能的影响 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 4墙体 门 窗及屋顶隔声 楼板隔声通常讲楼板隔声 主要是指隔绝撞击声的性能楼板下面的撞击声声压级 决定于楼板的弹性模量 密度 厚度等因素 但又主要决定于楼板的厚度 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 5楼板隔声 L 标准撞击声级与隔声效果成反比 L越大 隔声性能越差 楼板隔声措施 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 5楼板隔声 1 声源处 可铺设弹性面层以减少楼板本身的振动 对高频声效果显著 2 传播途径上 可在楼层之间或楼板与墙之间加弹性垫层 3 接收点上 在楼板下增加弹性悬吊式顶棚 或作吸声处理 首先应对声源进行控制 然后改善楼板隔绝撞击声的性能 隔声测量空气声隔声量 隔声量R 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 6建筑隔声测量与单值评价 发声室与相邻的受声室声压级分别为Lp1 Lp2 提高隔墙隔声量 增加房间吸声量 减小隔墙面积都有助于降低房间噪声 此式用于检验和选择隔墙的隔声量 隔声测量空气声隔声量 隔声量R 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 6建筑隔声测量与单值评价 隔声测量空气声隔声量 标准化声压级差DnT现场测试修正后的计算式 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 6建筑隔声测量与单值评价 隔声测量楼板撞击声级 规范化撞击声压级Ln或Lpn不用隔声量而用撞击声级作为评价指标 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 6建筑隔声测量与单值评价 隔声测量楼板撞击声级 标准化撞击声压级L nT或L pnT现场测试修正后的计算式 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 6建筑隔声测量与单值评价 空气声隔声单值评价量根据1 3倍频带的空气声隔声测量数值确定单值评价量时 所规定的空气声隔声基准值及相应的曲线 撞击声隔声的单值评价量根据1 3倍频带或倍频带的测量量来确定单值评价量时所规定的撞击声隔声基准值及相应的基准曲线 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 6建筑隔声测量与单值评价 单值评价量特定方法 移动法则 不利偏差 标准曲线高于实测隔声量的差值按倍频程测量1 每个倍频带的不利偏差 5dB 2 五个倍频带不利偏差的总和 10dB 3 在不违反上述2个原则的条件下 标准曲线向上移到最高位置时 标准曲线上500Hz所对应的隔声量R值 为该构件的计权隔声量RW 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 3 2 6建筑隔声测量与单值评价 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 计权隔声量的确定 计权隔声量Rw的标准曲线 某材料隔声量R与频率关系曲线 500Hz 47dB 1 低于参考曲线的任一1 3倍频程的隔声量 与参考曲线相应的数值差均不大于8dB 2 低于参考曲线的任一1 3倍频程的隔声量 与参考曲线相应的数值差的总和不大于32dB 500Hz处标准曲线对应的隔声量及为此材料的计权隔声量 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声 撞击声隔声指数的确定 第3 2章建筑吸声扩散反射建筑隔声