1、建 筑 装 饰 系 列 教 材建 筑 装 饰 与 物 理 环 境彭 克 伟 刘 强 主 编天 津 科 学 技 术 出 版 社书 名: 建筑装饰与物理环境作 者 ： 彭 克 伟出 版 社：天津科学技术出版社 出版时间：2006年定 价：29：00ISBN 7-5308-3861-X /TU767建 筑 装 饰 系 列 教 材 编 委 会主 编编 委吴 骥 良马 宝 康 刘 建 峰王 东 刘春强冯 孙 文阳 全朱 治 安 杜 咏吴 骥 良 张 国 华 林 晓 东 郑 曦 阳本 书 主 编赵 斌 彭 克 伟彭 克 伟赵 慧 童刘宁艳强顾 建 曾平波龚 延 风本 书 编 者 彭 克 伟 刘 强内 容
2、提 要本书 系 “建 筑 装饰 专 业 系 列 教 材 ”之 一 。本书 分 为 三 篇 , 共 计 12 章 。 第 一 篇 建 筑 声学 , 包 括 4 章 : ( 1 ) 建 筑 声 学 基 本 知 识 ; ( 2 ) 吸 声 材 料 和 隔 声材 料 ( 构 造 ) ; ( 3)噪 声 控 制 ; ( 4) 室 内 音 乐 设 计 。 第 二 篇 建 筑 光 学 , 包 括 3 章 : ( 5) 建 筑 光 学 基 本 知 识 ; (6) 天 然 采 光 ; (7 )建 筑 照 明 。 第 三 篇 建 筑 热 工 学 , 包 括 5 章 : ( 8) 传 热 的 基 本 知 识 ; (
3、 9) 室 内 热 环 境 ; (10 )建 筑 保 温 ; ( 11) 建 筑 防 热 ; (12) 建 筑 日 照 。 此 外 , 还 有 3 个 附 表 。本书 具 有 体 系 完 备 、 结 构 新 颖 、 语 言 精 练 、 内 容 翔 实 、 图 文 并 茂 、 深入 浅 出 、 系统 性 强 、 可 操 作 性 强 、 适 用 面 广 等 特 点 。本书 系 高 等 院 校 及 高 等 职 业 技术 学 院 建 筑 专 业 通 用 教 材 , 同 时 亦 适 用 于 室 内 装 饰 、 室 内 设 计 、 装 饰 装 潢、 物 业 管 理、 工 业 与 民 用建 筑 、 建 筑
4、学等 专 业 。 此 外 , 还 可 作 为 建 筑 装 饰 企 业 和 建 筑 企 业 岗 位 培 训 教 材 及 有 关 人 员 的 自 学 教 材 。前 言建 筑 物 理 主 要 是 研 究 人 在 建 筑 环 境 中 的 声 、 光 、 热 等 因 素 作 用 下 , 通 过 听觉 、 视 觉 、 触 觉 和 平 衡 感 觉 所 产 生 的 反 应 ; 采 取 技 术 措 施 、 调 整 建 筑 的 物 理 环 境 的 设 计 , 从 而 使 建 筑 物 达 到 特 定 的 使 用 效 果 。 建 筑 物 理 研 究 的 环 境 领 域 则 主 要 是 建 筑 环 境 和 与 城 市
5、建 设 有 关 的 环 境 ; 研 究 各 种 物 理 因 素 对 人 的 作 用 和 对 建 筑 环 境 的 影 响 。我 国 高 等 学 校 建 筑 类 学 科 设 置 建 筑 物 理 课 程 始 于 20 世 纪 50 年 代 , 主 要 以 各 类 单 体 建 筑 为 对 象 介 绍 室 内 物 理 环 境 诸 因 素 与 人 们 生 产 、 生 活 的 关 系 , 以 及 为 优 化 这 些 物 理 因 素 刺 激 作 用 可 以 采 取 的 建 筑 措 施 。 随 着 时 代 的 发 展 , 物 理 环 境 日 渐 引 起 人 们 的 重 视 。 一 方 面 由 于 建 筑 技 术
6、 的 发 展 使 得 建 筑 师 对 “ 建筑 功 能 ”的 理 解 更 加 深 刻 , 注 入 了 新 的 内 容 , 形 成 了 新 的 概 念 ; 另 一 方 面 由 于 众 多 相 关 学 科 的 相 互 交 叉 , 从 而 促 进 了 以 建 筑 热 工 学 、 建 筑 光 学 、 建 筑 声 学 为 基 本 内 容 的 建 筑 物 理 学 科 的 发 展 。 自 上 世 纪 60 年 代 以 来 , 国 内 外 众 多 的 建 筑 科学 工 作 者 认 为 “建 筑 环 境 设 计 取 代 了 作 为 建 筑 科 学 主 要 问 题 的 建 筑 结 构 “ , 社 会 发 展 的
7、实 践 也 证 明 这 种 观 点 是 正 确 的 。 当 然 , 建 筑 环 境 设 计 的 内 涵 并 非 仅 仅 是 建 筑 物 理 环 境 设 计 。本 书 在 编 写 时 着 重 考 虑 以 下 几 点 :一 、 本 书 着 重 讲 述 相 关 设 计 人 员 必 备 的 物 理 环 境 基 本 概 念 , 基 本 知 识 , 经 验 公 式 , 有 实 用 价 值 的 规 划 、 设 计 原 则 以 及 为 达 到 标 准 或 规 范 要 求 可 以 采 取 的 工 程 技 术 措 施 , 而 减 少 数 学 公 式 和 物 理 细 节 。 作 为 专 业 基 础 课 , 可 以
8、采 用 一 些不 同 的 , 但 又 相 互 补 充 的 教 学 方 法 。 例 如 , 选 择 基 本 知 识 部 分 进 行 系 统 讲 授 , 还 可 以 考 虑 把 分 别 编 入 三 篇 的 人 对 物 理 环 境 的 感 受 集 中 讲 授 。 有 些 内 容 可 以结 合 不 同 的 课 程 设 计 题 目 , 安 排 和 组 织 教 学 ( 例 如 建 筑 日 照 结 合 居 住 区 的 规 划设 计 , 室 内 音 质 结 合 影 剧 院 设 计 等 ) 。二 、 尽 可 能 按 国 家 近 年 制 定 的 “规 范 ”、 “标 准 ”组 织 相 关 内 容 , 同 时 以
9、典 型 的 、 先 进 而 又 实 用 的 内 容 充 实 教 材 。 这 样 在 设 计 过 程 中 解 决 建 筑 物 理 问 题 时 既 有 准 确 的 依 据 , 又 有 助 于 建 立 和 加 强 使 用 技 术 法 规 的 观 念 。三 、 本 书 在 编 写 过 程 中 , 充 分 了 解 了 国 内 外 建 筑 物 理 学 科 最 新 的 发 展 动 态 , 整 理 搜 集 了 一 些 新 材 料 、 新 技 术 、 新 成 果 , 并 组 织 到 相 关 章 节 中 。本 书 分 三 篇 介 绍 了 建 筑 声 学 、 建 筑 光 学 、 建 筑 热 工 学 的 基 本 概
10、念 、 理 论 和 具 体 操 作 方 法 , 使 学 生 在 掌 握 建 筑 物 理 基 本 知 识 的 基 础 上 , 具 备 相 应 的 实 际 操作 能 力 。参 与 本 书 的 编 写 的 人 员 有 : 彭 克 伟 ( 负 责 建 筑 声 学 、 建 筑 光 学 ) 、 刘 强 ( 负 责 建 筑 热 工 学 )。 刘 强 老 师 在 本 书 的 编 写 过 程 中 承 担 了 大 量 的 工 作 , 付 出 了 诸 多心 血 , 在 这 里 向 他 表 示 深 深 的 感 谢 。本 书 在 编 写 过 程 中 , 参 考 了 有 关 专 家 、 学 者 的 著 述 , 在 此 ,
11、 一 并 表 示 感 谢 !由 于 编 者 水 平 所 限 , 加 之 时 间 仓 促 , 书 中 错 漏 之 处 难 免 会 有 , 恳 请 广 大 读 者 给 予 批 评 、 指 正 。编 者2005 年 5 月1目 录CONTENTS第 一 篇 建 筑 声 学 ( 1 )第 一 章 建 筑 声 学 基 本 知 识 ( 2 )第 一 节 声 音 、 声 源 的 方 向 性 ( 2 )一 、 声 音 ( 空 气 中 的 声 波 ) ( 2 )二 、 波 阵 面 和 声 源 的 方 向 性 ( 3 )第 二 节 声 功 率 、 声 强 、 声 压 和 分 贝 ( 3 )一 、 声 功 率 、
12、声 强 和 声 压 ( 3 )二 、 分 贝 和 声 音 的 叠 加 ( 4 )第 三 节 频 率 和 频 谱 、 音 乐 和 噪 声 ( 6 )一 、 频 率 和 频 谱 ( 6 )二 、 音 乐 ( 6 )三 、 噪 声 ( 6 )第 四 节 声 音 在 户 外 的 传 播 ( 7 )一 、 点 声 源 随 距 离 的 衰 减 ( 7 )二 、 线 声 源 随 距 离 的 衰 减 ( 7 )三 、 面 声 源 随 距 离 的 衰 减 ( 7 )第 五 节 声 波 的 反 射 、 折 射 、 衍 射 、 扩 散 、 吸 收 和 透 射 ( 7 )一 、 声 反 射 、 声 折 射 、 声 衍
13、 射 和 声 扩 散 ( 7 )二 、 声 吸 收 ( 9 )三 、 声 透 射 ( 9 )第 六 节 驻 波 和 房 间 共 振 、 混 响 时 间 、 室 内 声 压 级 (10)一 、 驻 波 和 房 间 共 振 (10)二 、 混 响 时 间 (10)三 、 室 内 声 压 级 (11)第 七 节 人 对 声 音 的 感 受 (11)一 、 人 耳 的 听 觉 、 响 声 级 和 A 声 级 (11)二 、 噪 声 对 人 的 影 响 (12)2复 习 思 考 题 (15)第 二 章 吸 声 材 料 和 隔 声 材 料 ( 构 造 ) (17)第 一 节 吸 声 材 料 ( 构 造 )
14、 (17)一 、 多 孔 吸 声 材 料 (17)二 、 共 振 吸 声 结 构 (20)三 、 其 他 吸 声 构 造 (22)四 、 吸 声 材 料 的 选 用 (24)第 二 节 声 音 在 建 筑 围 护 结 构 中 的 传 播 (25)第 三 节 墙 体 隔 声 材 料 ( 构 造 ) (25)一 、 单 层 匀 质 密 实 墙 (25)二 、 双 层 匀 质 密 实 墙 (26)三 、 轻 质 墙 (27)四 、 门 和 窗 (28)第 四 节 楼 板 隔 声 (30)第 五 节 建 筑 围 护 结 构 隔 声 评 价 标 准 (31)一 、 按 建 筑 隔 声 测 量 规 范 (
15、 GBJ 75 84 ) 测 量 计 算 所 需 的 原 始 数 据(32)二 、 空 气 声 隔 声 的 单 值 评 价 量 (33)三 、 撞 击 声 隔 声 的 单 值 评 价 量 (33)复 习 思 考 题 (33)第 三 章 噪 声 控 制 (35)第 一 节 城 市 噪 声 及 噪 声 评 价 量 (35)一 、 城 市 噪 声 (35)二 、 噪 声 评 价 量 (35)第 二 节 环 境 噪 声 标 准 和 立 法 (37)一 、 保 护 听 力 的 噪 声 允 许 标 准 (37)二 、 城 市 区 域 环 境 噪 声 标 准 (37)三 、 住 宅 、 学 校 、 医 院
16、及 旅 馆 建 筑 的 有 关 标 准 (37)四 、 演 出 类 建 筑 的 有 关 标 准 (37)第 三 节 环 境 噪 声 的 控 制 (38)一 、 控 制 原 则 和 步 骤 (38)二 、 城 市 规 划 (38)三 、 控 制 城 市 噪 声 的 主 要 措 施 (39)四 、 合 理 的 总 图 布 置 及 单 体 建 筑 设 计 (39)第 四 节 室 内 吸 声 减 噪 (40)一 、 吸 声 减 噪 原 理 (40)3二 、 吸 声 减 噪 量 的 确 定 (41)第 五 节 建 筑 隔 声 (41)一 、 围 护 结 构 隔 声 的 计 算 (41)二 、 组 合 结
17、 构 的 隔 声 量 (41)三 、 隔 墙 的 噪 声 降 低 值 (42)复 习 思 考 题 (43)第 四 章 室 内 音 质 设 计 (45)第 一 节 围 蔽 空 间 里 的 声 学 现 象 综 述 (45)第 二 节 供 语 言 通 信 用 的 厅 堂 音 质 设 计 (46)一 、 考 虑 听 者 与 声 源 的 距 离 (46)二 、 考 虑 声 源 的 方 向 性 (47)三 、 考 虑 听 众 直 达 声 的 吸 收 (48)四 、 设 置 有 效 的 反 射 面 (49)五 、 扩 声 系 统 的 选 用 (51)六 、 避 免 出 现 声 影 区 、 回 声 (53)七
18、 、 选 择 适 当 的 混 响 时 间 (55)八 、 排 除 噪 声 干 扰 (58)第 三 节 供 音 乐 欣 赏 用 的 厅 堂 音 质 设 计 (59)一 、 欣 赏 音 乐 的 主 观 要 求 和 客 观 评 价 量 (59)二 、 音 乐 厅 设 计 应 考 虑 的 基 本 方 面 (60)三 、 声 学 模 型 (61)第 四 节 多 用 途 厅 堂 音 质 设 计 (62)第 五 节 大 型 厅 堂 音 质 设 计 实 例 (63)第 六 节 室 内 音 质 设 计 各 论 (65)一 、 电 影 院 (65)二 、 体 育 馆 (65)三 、 播 音 室 (66)四 、 法
19、 院 审 判 厅 (67)五 、 歌 舞 厅 (68)六 、 露 天 剧 场 (68)七 、 改 善 现 有 厅 堂 的 音 质 (69)第 七 节 混 响 时 间 的 设 计 计 算 (69)一 、 混 响 时 间 的 计 算 实 例 (69)二 、 混 响 时 间 计 算 的 精 确 性 (70)复 习 思 考 题 (71)4第 二 篇 建 筑 光 学 ( 72 )第 五 章 建 筑 光 学 基 本 知 识 ( 73 )第 一 节 眼 睛 与 视 觉 ( 73 )一 、 眼 睛 的 构 造 和 视 看 过 程 ( 73 )二 、 人 眼 的 视 觉 特 点 ( 74 )第 二 节 基 本
20、光 度 单 位 和 应 用 ( 75 )一 、 光 通 量 ( 75 )二 、 发 光 强 度 ( 76 )三 、 照 度 ( 77 )四 、 发 光 强 度 和 照 度 的 关 系 ( 77 )五 、 亮 度 ( 78 )六 、 照 明 和 亮 度 的 关 系 ( 79 )第 三 节 材 料 的 光 学 性 质 ( 80 )一 、 光 的 反 射 、 吸 收 和 透 射 比 ( 80 )二 、 定 向 反 射 和 透 射 ( 81 )三 、 扩 散 反 射 和 透 射 ( 82 )第 四 节 视 度 及 其 影 响 因 素 ( 83 )一 、 适 当 的 亮 度 ( 83 )二 、 物 件
21、尺 寸 ( 83 )三 、 对 比 ( 83 )四 、 识 别 时 间 ( 84 )五 、 避 免 眩 光 ( 84 )复 习 思 考 题 ( 84 )第 六 章 天 然 采 光 ( 86 )第 一 节 光 气 候 和 采 光 标 准 ( 86 )一 、 光 气 候 ( 86 )二 、 采 光 标 准 ( 90 )第 二 节 采 光 口 ( 92 )一 、 侧 窗 ( 92 )二 、 天 窗 ( 92 )第 三 节 采 光 设 计 步 骤 ( 93 )一 、 概 述 ( 93 )二 、 中 、 小 学 教 室 采 光 设 计 ( 94 )三 、 美 术 展 览 馆 采 光 设 计 ( 99 )
22、5四 、 采 光 计 算 ( 104)复 习 思 考 题 ( 105)第 七 章 建 筑 照 明 ( 106)第 一 节 人 工 光 源 的 光 特 性 ( 106)一 、 热 辐 射 光 源 ( 106)二 、 气 体 放 电 光 源 ( 109)第 二 节 灯 具 ( 116)一 、 灯 具 的 特 性 ( 117)二 、 灯 具 分 类 及 其 适 用 场 合 ( 119)第 三 节 室 内 工 作 照 明 设 计 ( 123)一 、 选 择 照 明 方 式 ( 124)二 、 照 明 设 计 标 准 ( 124)三 、 光 源 和 灯 具 的 选 择 ( 131)四 、 照 明 设 计
23、 举 例 ( 133)五 、 照 明 计 算 ( 138)六 、 照 明 节 能 和 绿 色 照 明 ( 142)第 四 节 室 内 环 境 照 明 设 计 ( 143)一 、 室 内 环 境 照 明 对 视 觉 的 影 响 ( 143)二 、 室 内 环 境 照 明 处 理 方 法 ( 143)三 、 室 内 照 明 光 环 境 设 计 ( 151)四 、 照 明 环 境 对 视 觉 与 心 理 的 作 用 ( 157)五 、 博 物 馆 和 展 馆 展 室 照 明 设 计 ( 159)六 、 室 内 照 明 设 计 示 例 ( 161)第 五 节 夜 间 建 筑 物 立 面 照 明 ( 1
24、67)一 、 夜 间 建 筑 物 立 面 照 明 方 式 ( 168)二 、 室 外 照 明 的 污 染 ( 170)复 习 思 考 题 ( 170)第 三 篇 建 筑 热 工 学 ( 171)第 八 章 传 热 的 基 本 知 识 ( 172)第 一 节 传 热 方 式 ( 172)一 、 导 热 ( 172)二 、 对 流 ( 172)三 、 辐 射 ( 173)第 二 节 平 壁 的 稳 定 传 热 ( 174)6一 、 平 壁 传 热 过 程 ( 174)二 、 封 闭 空 气 间 层 ( 176)三 、 平 壁 的 总 热 阻 ( 176)四 、 平 壁 内 部 温 度 的 确 定
25、( 177)复 习 思 考 题 ( 179)第 九 章 室 内 热 环 境 ( 180)第 一 节 人 与 室 内 热 平 衡 ( 180)一 、 人 体 的 热 平 衡 ( 180)二 、 人 体 热 平 衡 的 影 响 因 素 ( 181)第 二 节 室 内 热 环 境 的 影 响 因 素 ( 182)一 、 室 外 气 候 因 素 ( 182)二 、 室 内 的 影 响 因 素 ( 182)复 习 思 考 题 ( 183)第 十 章 建 筑 保 温 ( 184)第 一 节 建 筑 保 温 设 计 的 基 本 原 则 ( 184)一 、 充 分 利 用 太 阳 能 ( 184)二 、 防
26、止 冷 风 的 不 利 影 响 ( 184)三 、 选 择 合 理 的 建 筑 体 形 与 平 面 形 式 ( 185)四 、 使 房 间 具 有 良 好 的 热 工 特 性 与 合 理 的 供 热 系 统 ( 185)第 二 节 外 围 护 结 构 的 保 温 设 计 ( 185)一 、 外 围 护 结 构 的 保 温 要 求 ( 185)二 、 最 小 总 热 阻 的 确 定 ( 186)三 、 绝 热 材 料 ( 187)四 、 保 温 材 料 的 选 择 ( 188)五 、 围 护 结 构 构 造 方 案 的 选 择 ( 189)第 三 节 水 蒸 气 渗 透 ( 190)一 、 蒸
27、汽 渗 透 的 计 算 ( 190)二 、 围 护 结 构 的 内 部 冷 凝 ( 191)第 四 节 防 止 和 控 制 冷 凝 的 措 施 ( 192)一 、 防 止 和 控 制 表 面 冷 凝 ( 192)二 、 防 止 和 控 制 内 部 冷 凝 ( 192)复 习 思 考 题 ( 194)第 十 一 章 建 筑 防 热 ( 195)第 一 节 室 外 热 环 境 与 防 热 途 径 ( 195)一 、 室 外 热 环 境 ( 195)7二 、 防 热 途 径 ( 197)第 二 节 外 围 护 结 构 的 隔 热 设 计 原 则 和 措 施 ( 197)一 、 外 围 护 结 构 隔
28、 热 设 计 的 原 则 ( 197)二 、 外 围 护 结 构 的 隔 热 措 施 ( 198)复 习 思 考 题 ( 203)第 十 二 章 建 筑 日 照 ( 204)第 一 节 日 照 的 基 本 原 理 ( 204)一 、 地 球 运 行 基 本 知 识 ( 204)二 、 太 阳 高 度 角 和 方 位 角 的 确 定 ( 206)第 二 节 棒 影 图 的 原 理 及 其 应 用 ( 207)一 、 棒 影 日 照 图 的 基 本 原 理 ( 207)二 、 棒 影 日 照 图 的 绘 制 步 骤 ( 208)三 、 用 棒 影 日 照 图 求 解 日 照 问 题 ( 209)四
29、 、 确 定 建 筑 物 的 日 照 时 间 和 遮 阳 尺 寸 ( 209)复 习 思 考 题 ( 211)附 录 ( 212)参 考 文 献 ( 217)第 一 篇建 筑 声 学第 一 章建 筑 声 学 基 本 知 识第 一 节 声 音 、 声 源 的 方 向 性一 、 声 音 ( 空 气 中 的 声 波 )声 音 是 人 耳 所 感 觉 到 的 “弹 性” 介 质 的 振 动 或 压 力 的 迅 速 而 微 小 的 起 伏 变 化 。 “弹 性” 介 质 , 在 这 里 是 指 在 受 到 振 动 波 干 扰 后 , 其 质 点 能 迅 即 回 到 原 来 位 置 的 介 质 。声 源
30、通 常 是 受 到 外 力 作 用 而 产 生 振 动 的 物 体 , 例 如 拨 动 琴 弦 或 运 转 的 机 械 设 备 引 起的 与 其 连 接 的 建 筑 部 件 的 振 动 。 声 波 的 产 生 也 可 能 因 空 气 的 剧 烈 膨 胀 导 致 空 气 扰 动 所 产 生 , 例 如 汽 笛 或 喷 气 引 擎 的 尾 波 。声 音 在 空 气 中 传 播 时 , 传 播 的 只 是 振 动的 能 量 , 空 气 质 点 并 不 传 到 远 处 。 以 振 动 的扬 声 器 膜 向 外 辐 射 声 音 为 例 , 如 图 1-1 所 示 , 扬 声 器 膜 向 前 振 动 ,
31、引 起 邻 近 空 气 质 点 的 压 缩 , 这 种 密 集 的 质 点 层 依 次 传 向 较 远 的质 点 ; 当 扬 声 器 膜 向 后 振 动 时 , 压 缩 的 空 气 稀 疏 , 扬 声 器 膜 另 一 侧 的 空 气 层 压 缩 , 邻 近质 点 的 疏 密 状 态 又 依 次 传 向 较 远 的 质 点 。 膜 片 的 继 续 振 动 使 这 种 密 集 与 稀 疏 依 次 扰动 空 气 质 点 , 这 就 是 所 谓 “ 行 波 ”。 图 1-1 表 示 在 某 一 时 刻 的 这 种 疏 密 状 态 系 列 。 这 种图 1-1 扬 声 器 膜 辐 射 的 声 波压 力
32、的 起 伏 依 次 作 用 于 人 的 耳 膜 , 最 终 产 生 了 声 音 的 感 觉 。 在 声 音 传 播 途 径 中 的 任 何 一处 的 空 气 质 点 , 都 只 是 在 其 原 有 静 止 位 置 ( 或 称 平 衡 位 置 ) 两 侧 来 回 运 动 , 即 仅 有 行 波 经 过 时 的 扰 动 而 没 有 空 气 的 流 动 。图 1-1 中 还 表 示 出 声 源 不 同 距 离 处 的 压 力 变 化 。 中 间 的 一 条 水 平 线 代 表 空 气 处 于 正常 的 大 气 压 , 起 伏 曲 线 代 表 声 波 传 播 时 压 力 的 增 加 或 减 少 , 亦
33、 即 增 加 或 减 少 的 大 气 压 。 对 于 中 等 响 度 的 声 音 , 这 种 压 力 的 变 化 仅 约 为 正 常 大 气 压 的 百 万 分 之 一 。23第 一 章 建 筑 声 学 基 本 知 识二 、 波 阵 面 和 声 源 的 方 向 性声 波 在 同 一 时 刻 到 达 的 球 面 称 为 波 阵 面 。 声 波 的 传 播 方 向 可 以 用 声 线 表 示 。 球 面 波 的 扩 展 导 致 了 声 音 强 度 随 着 声 源 距 离 的 增 加 而 迅 速 减 弱 , 这 种 单 个 声 源 ( 或 称 点 声 源 ) 的尺 度 比 所 辐 射 的 声 波 波
34、 长 小 得 多 。 大 多 数 扬 声 器 、 家 用 电 器 以 及 露 天 建 筑 工 地 上 使 用 的许 多 施 工 机 械 等 , 都 属 于 这 一 类 声 源 。如 果 把 许 多 很 靠 近 的 单 个 声 源 沿 一 直 线 排 列 , 就 形 成 了 “ 线 声 源 ”, 这 种 声 源 辐 射 柱面 波 。 在 干 道 上 行 驶 的 成 行 的 车 辆 以 及 在 工 厂 中 排 列 成 行 的 同 类 型 机 器 就 是 拉 长 的 声 源 。在 靠 近 一 个 大 的 振 动 表 面 处 , 声 波 接 近 于 平 面 波 , 其 扩 展 很 小 , 因 而 强
35、度 的 减 弱 也 慢 ; 如 果 把 许 多 距 离 很 近 的 声 源 放 置 在 一 平 面 上 , 也 类 似 于 平 面 波 。 这 两 种 情 况 都 接 近 于 “ 面声 源” 。我 们 所 涉 及 的 大 多 数 单 个 的 声 源 是 向 所 有 的 方 向 辐 射 声 音 , 但 是 也 有 不 少 声 源 则 在某 一 个 方 向 辐 射 的 声 音 具 有 较 大 的 强 度 , 人 们 嗓 音 的 方 向 性 就 是 一 个 代 表 性 的 例 子 。第 二 节 声 功 率 、 声 强 、 声 压 和 分 贝一 、 声 功 率 、 声 强 和 声 压声 功 率 是 指
36、 声 源 在 单 位 时 间 内 向 外 辐 射 的 声 音 能 量 , 记 作 W , 单 位 为 瓦 ( W ) 或 微 瓦( W) 。 在 建 筑 声 学 中 , 对 声 源 辐 射 的 声 功 率 , 一 般 可 看 做 是 不 随 环 境 条 件 而 改 变 的 , 它 是 声 源 本 身 的 一 种 特 性 。在 声 波 传 播 过 程 中 , 每 单 位 面 积 波 阵 面 上 通 过 的 声 功 率 称 为 声 强 , 记 为 I , 单 位 是 瓦每 平 方 米 ( W/ m2 ) 。 平 面 声 波 的 波 阵 面 都 一 样 大 小 , 传 过 的 功 率 相 同 , 所
37、 以 声 强 不 变 ; 但 球 面 面 积 是 4 r2 , 随 着 与 声 源 的 距 离 r 而 变 , 因 此 球 面 波 的 强 度 与 距 离 平 方 成 反 比 , 愈 远 愈 弱 , 这 称 为 平 方 反 比 定 律 , 如 图 1-2 所 示 。图 1-2 球 面 波 的 声 音 强 度 与 距 离 平 方 成 反 比空 气 质 点 由 于 声 波 作 用 而 产 生 振 动 所 引 起 的 大 气 压 力 的 起 伏 称 为 声 压 , 记 作 p , 单 位是 牛 每 平 方 米 ( N/ m2 ) 。 声 压 和 声 强 有 密 切 的 关 系 , 在 不 受 边 界
38、 影 响 的 情 况 下 ( 即 远 离 反 射 或 吸 收 的 界 面 或 称 自 由 声 场 ) , 某 点 的 声 强 与 该 点 声 压 的 平 方 成 正 比 , 即 :42I建 筑 装 饰 与 物 理 环 境I = p o c式 中 p有 效 声 压 , N/ m2 ; 0 空 气 密 度 , kg/ m3 , 一 般 为 1 .225 kg/ m3 ;c空 气 中 的 声 速 , m/ s。(1-1)因 此 , 在 自 由 声 场 中 测 得 声 压 和 已 知 与 声 源 距 离 , 即 可 算 出 该 点 的 声 强 及 声 源 的 声 功率 。二 、 分 贝 和 声 音 的
39、 叠 加在 正 常 人 耳 听 觉 范 围 里 , 声 强 和 声 压 的 变 化 范 围 很 大 , 而 且 对 声 音 变 化 的 反 应 不 是 线 性 的 。 能 听 见 的 声 强 下 限 为 10 - 1 2 W/ m2 , 相 应 的 声 压 为 2 10 - 5 N/ m2 ; 使 人 耳 产 生 疼 痛 感 觉 的 声 强 上 限 为 1W/ m2 , 相 应 的 声 压 为 20 N/ m2 。 人 们 可 以 听 得 出 声 音 从 一 个 单 位 到 两 个 单 位 的 变 化 , 但 是 从 100 个 单 位 改 变 为 101 个 单 位 就 听 不 出 其 区
40、别 了 。 因 此 很 难 直接 用 声 强 或 声 压 来 计 量 , 改 用 对 数 标 度 不 仅 “ 压 缩” 了 上 述 的 变 化 范 围 , 还 能 大 致 符 合 人 耳 对 响 度 反 应 的 特 征 。 对 声 音 计 量 常 用 的 单 位 是 分 贝 ( dB) 。声 强 级 的 表 示 式 为 :ILl = 10 lg0(1-2)式 中 Ll 声 强 级 , dB ;I所 研 究 的 声 音 的 强 度 , W/ m2 ;- 1 2 2I0 基 准 声 强 , 其 值 为 10声 压 级 的 表 示 式 为 :Lp = 20 lg pp0式 中 Lp 声 压 级 ,
41、dB ;W/ m 。(1-3)p所 研 究 的 声 音 的 声 压 , N/ m2 ;p0 基 准 声 压 , 其 值 为 2 10 - 5 N/ m2 。 声 功 率 级 的 表 示 式 为 :LW = 10l g WW0式 中 LW 声 功 率 级 , dB ;W所 研 究 的 声 音 的 声 功 率 , N/ m2 ;- 1 2(1-4)W0 基 准 声 功 率 , 其 值 为 10 W。在 分 贝 标 度 中 , 声 压 每 增 加 1 倍 , 声 压 级 增 加 6dB ; 声 压 每 乘 10 , 声 压 级 增 加 20dB ; 声压 级 每 增 加 10dB , 人 耳 主 观
42、 听 闻 的 响 度 大 致 增 加 1 倍 。 人 长 时 间 暴 露 在 高 于 80dB 的 噪 声 环 境 中 , 有 可 能 导 致 暂 时 性 或 永 久 性 听 力 损 失 。若 干 声 源 的 声 压 级 如 下 :4 引 擎 喷 气 飞 机 在 距 100m 处 120dB钢 板 铆 接 在 距 10 m 处 105dB51 2第 一 章 建 筑 声 学 基 本 知 识风 钻 在 距 10 m 处 95dB圆 盘 锯 在 距 10 m 处 80dB重 型 运 输 车 辆 在 距 10 m 处 75dB电 话 铃 在 距 10 m 处 65dB男 子 语 言 ( 平 均 ) 在
43、 距 10 m 处 50dB细 声 交 谈 在 距 10 m 处 25dB听 力 正 常 的 听 阈 0dB如 果 2 个 声 源 在 某 处 的 声 压 分 别 为 p1 和 p2 , 则 它 们 叠 加 后 的 声 压 ( 有 效 声 压 ) 为 :p总 = p2 + p2两 个 声 源 的 声 压 级 如 果 相 等 , 则 总 声 压级 比 单 个 的 声 压 级 增 加 3dB ; 如 果 两 个 声 源的 声 压 级 不 等 , 则 增 加 的 分 贝 数 就 比 较 小 。 图 1-3 是 用 于 声 压 级 相 加 的 图 。如 果 不 需 要 很 准 确 , 也 可 以 利
44、用 简 单 的声 压 级 相 加 的 规 则 , 如 表 1-1 所 示 。有 时 我 们 需 要 在 由 许 多 声 源 形 成 的 声 场 中 确 定 其 中 某 一 个 声 源 的 声 压 级 , 这 时 可 以 用 图 1-4 查 得 在 总 声 压 级 中 应 扣 除 的 分 贝 数 。 图 1-3 用 于 分 贝 相 加 的 图表 1-1 声 压 级 相 加 的 近 似 法声 压 级 差 ( dB ) L( dB ) LP = LP1 - LP2 ( 加 到 较 大 一 个 声 压 级 LP1 上 的 量 )声 压 级 差 ( d B ) LP = LP1 - LP2 L ( dB
45、 )( 加 到 较 大 一 个 声 压 级 LP1 上 的 量 )0 1 32 3 24 91 0 及 1 0 以 上10图 1-4 用 于 分 贝 相 减 的 图如 果 不 需 要 很 准 确 , 也 可 以 利 用 表 1-2 得 到 近 似 的 结 果 。6建 筑 装 饰 与 物 理 环 境表 1-2 确 定 总 声 场 中 某 一 声 源 声 压 级 的 近 似 法声 压 级 差 ( dB ) LP = LP总 - LP背 景 LP ( dB )从 LP总 中 扣 除 的 分 贝 数声 压 级 差 ( dB ) LP = LP总 - LP背 景 LP ( dB )从 LP总 中 扣 除
46、 的 分 贝 数0 至 少 为 10 2 41 7 3 34 或 56 或 92110 及 1 0 以 上 0第 三 节 频 率 和 频 谱 、 音 乐 和 噪 声一 、 频 率 和 频 谱我 们 已 经 了 解 当 声 波 通 过 空 气 或 其 他 弹 性 介 质 传 播 时 , 介 质 质 点 只 是 在 其 平 衡 位 置来 回 振 动 。 每 一 个 完 全 振 动 称 为 一 周 , 质 点 在 1 秒 钟 内 的 完 全 振 动 次 数 称 为 频 率 。 它 与声 源 振 动 的 频 率 相 同 , 单 位 为 赫 兹 ( Hz ) 。 频 率 决 定 声 音 的 音 调 ,
47、高 频 声 音 是 高 音 调 , 低 频 声 音 是 低 音 调 。 声 波 在 每 次 完 全 振 动 周 期 所 传 播 的 距 离 ( 也 就 是 两 个 相 邻 压 缩 中 心 的 距离 ) 称 为 波 长 , 单 位 为 米 ( m ) 。 声 波 在 空 气 中 以 340m/ s 的 速 度 传 播 , 声 速 随 空 气 温 度 仅 有 很 小 的 变 化 , 而 与 声 音 的 强 度 和 频 率 无 关 。 如 果 以 f 表 示 频 率 , 表 示 波 长 , c 表 示 声 速 , 则 它 们 之 间 的 恒 定 关 系 为 = c/ f 或 f = c。在 房 屋
48、建 筑 中 , 频 率 为 100 10 000 Hz 的 声 音 很 重 要 , 因 为 它 们 的 波 长 范 围 相 当 于3 .4 0 .034 m , 与 建 筑 物 内 部 的 一 些 部 件 的 尺 度 很 相 近 。以 频 率 范 围 ( 或 称 频 带 范 围 ) 为 横 坐 标 与 其 相 应 的 声 压 级 为 纵 坐 标 所 组 成 的 图 形 称 为 声 源 的 频 谱 。 由 一 些 离 散 频 率 成 分 形 成 的 谱 称 为 线 谱 。 在 一 定 频 率 范 围 内 包 含 连 续 频 率 成 分 的 谱 称 为 连 续 谱 。二 、 音 乐敲 击 音 叉
49、所 听 到 的 单 一 频 率 的 声 音 称 为 纯 音 。 然 而 一 件 乐 器 发 出 的 声 音 往 往 包 含 有 许 多 频 率 , 其 中 的 最 低 频 率 的 声 音 称 为 基 音 , 该 频 率 称 为 基 频 , 人 们 据 此 辨 别 其 音 调 ; 另 一 些 则 称 为 谐 音 , 它 们 的 频 率 都 是 这 个 最 低 频 率 的 整 数 倍 , 这 些 频 率 称 为 谐 频 , 这 些 谐 音 的音 量 一 般 都 比 基 音 弱 , 把 它 们 组 合 在 一 起 时 , 则 决 定 了 声 音 的 音 色 或 音 质 。 借 助 于 这 个 特 性 , 才 可 能 对 不 同 乐 器 发 出 的 声 音 加 以 区 别 。三 、 噪 声噪 声 是 频 率 结 构 更 为 复 杂 的 声 音 。 这 种 声 音 包 含 的 有 些 频 率 甚 至 处 在 人 们 的 可 听 范 围 之 外 , 人 耳 听 不 出 其 中 包 含 有 任 何 谐 音 或 音 调 的 特 征 , 但 这 种 声 音 的 主 要 频 率 是 可 以 辨 认 的 , 譬 如 人 们 说 某 一
