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建筑声学基础

建筑声学是研究建筑环境中有关声学问题的学科，涉及到声音的传播规律、评价以及控制等，本书主要阐述的建筑声学内容是室内厅堂音质、噪声控制、隔声隔振原理和解决方法。

1.1基本名词术语及概念

1.1.1声音的产生与传播

声源通常是受到外力作用产生振动的物体，物体振动引发周围介质的质点振动，继而向外辐射声音。介质的质点只是振动而不移动，声音传播呈现出一种波动，如图1-1所示。

例如拨动琴弦、敲击音叉产生的现象，或者运转的机械设备引起的与其连接的建筑部件的振动；声波也可能因为空气的剧烈膨胀带来空气扰动而产生，例如汽笛或喷气引擎的尾波。

图1-1声音的产生

声波、纵波、横波、波长、频率和周期

纵波与横波——声波是一种机械波，分为横波与纵波。

横波即发生于金属等介质中的声波传导，表现为声能在传播过程中所涉及的每一个质点会在自己的平衡位置附近上下振动。声波传导的相邻质点的振动步调存在一个相位差。传播状态为具有波峰与波谷的“波浪起伏”的振动状态，需要强调的是此时介质中的质点并不随波前进。

纵波即疏密波，是发生在空气中的声音传播。声源振动时，临近空气介质受到交替的压缩和扩张，空气分子形成疏密相间的状态，依次向外传播形成了声波的传播方向。

波长——声波在传播时，振动一个周期所传播的距离，或者声波相邻同相位的两个质点之间的距离称为“波长”，记作λ，单位是米（m）。

频率——声源及声波振动的速率，即1s内振动的次数称为频率，记作f,单位是周/秒，或者赫兹（Hz）,它与周期Τ呈倒数关系，如式1-1所示。

f=1

周期——声源完整振动一次所经历的时间称为“周期”，记作Τ，单位为秒（s）。

声速——声波在弹性介质中的传播速度，即声波每秒在介质中传播的距离。声速描述的是振动状态传播的速度，而非质点振动的速度，记作c，单位为米每秒（m/s）。声速的大小与介质的弹性、密度及温度有关。

反射、折射、衍射和扩散

反射

当声波进入或到达密度有明显改变的介质时，一些能量会被反射。图1-2中说明声能反射遵循光学原则，就像镜子对光的反射，入射角等于反射角那样，声波也同样遵循入射角等于反射角的规律。典型的反射面是光滑而坚硬的表面。

图1-2波的反射、折射与吸收

折射

正像光通过棱镜会弯曲，介质条件发生某些改变时，虽不足以引起声波的反射，但声速却发生了变化，这样声波传播方向会随之改变。这种由声速引起的声传播方向改变称之为折射。除了因材料或介质不同而改变，声速在同样介质中的不同温度部位传播速度也不一样，如图1-3（a、b）所示。

图1-3(a)随高度的增加而气温降低时的折射

图1-3(b)随高度的增加而气温上升时的折射

衍射

声衍射原理削弱了开敞式办公室隔断或室外噪声隔声屏障的声音衰减效果。声波沿墙体的周边弯曲并越过这些墙体。显然，声衍射影响到降噪效果的原理与隔断采用的是什么材料并无关联。图1-3REF_Ref9392\h（a）也显示了这种原理的作用，在声源与听者之间的视线与声线均被阻隔，声音像光一样形成影子区域，称之为“声影区”。

扩散

声场是各向同性且均衡的。扩散能获得房间内更一致的声音能量分布的声场响应，有利于给听音者提供声场的包围感，缺点是扩散过多将难以定位声源。评价房间中声音扩散的主要方法是稳态测量，输入频率变化的信号，观察并记录输出信号，以获得功放的频率响应。图1-4（a、b、c、d、e、f）表示了声波的几种传播现象。

图1-4(a)小孔对声波的影响图1-4(b)大孔对声波的影响

图1-4(c)声波的绕射图1-4(d)障板对声波的影响

图1-4(e)声波的反射图1-4(f)声波的散射

质点速度、波腹和波节

质点速度——连续弹性介质中的质点，因声波传播而引起其在平衡位置附近的振动速度，单位为米每秒（m/s）。

波腹——存在于驻波场，用于描述声场特性的一个物理量，是振幅最大的点、线或曲面。在一维驻波中表现为振幅最大的位置，即声压最大的地方。描述波腹时要说明其类型。

设驻波由一列右行波y1和一列左行波y

y1

y2

其中k=

y=y1

由波腹的定义，波腹所处的位置满足，按式计算：