《建筑物理》复习资料大全.docx

《建筑物理》复习资料大全.docx

《《建筑物理》复习资料大全.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《建筑物理》复习资料大全.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

《建筑物理》复习资料大全

《建筑物理》复习资料

第一章 建筑声学基本知识

1、 了解声音的基本性质，明确声功率、声强、声压、声功率级、声强级、声压级、频程和频谱等有关建筑声学物理概念及计算方法。

声功率：

声源在单位时间内向外辐射的声能，符号：

W，单位：

瓦（W）， 微瓦（μW）

声强：

在单位时间内，垂直于声波传播方向的单位面积所通过的声能。

符号：

I，单位：

（W/m2），

声强与声功率的计算：

 I= w/s  

声压：

某瞬时，介质中的压强相对于无声波时压强的改变量。

符号：

p,单位：

N/m2, Pa（帕）， μb（微巴）。

1N/m2 = 1 Pa = 10 μb

声压级：

一个声音的声压与基准声压之比的常用对数乘以20。

Ｌp = 20lg （p/p0） （dB） （ 在0~120分贝之间）

式中

p０——参考声压（基准声压）， p０＝２´１０－５Ｎ／m2，使人耳感  到 疼痛的上限声压为２０Ｎ／m2 

声强级：

一个声音的声强与基准声强之比的常用对数乘以10。

               ＬI = 10lg （I/I0 ） （dB）    （ 在0~120分贝之间）

式中I0——参考声强（基准声强）， I0＝１０－１２ W/m2，使人耳感到疼痛的上限声压为１ W/m2。

声功率级：

一个声音的声功率与基准声功率之比的常用对数乘以10。

     ＬW = 10lg W/WO   （dB）    （ 在0~120分贝之间）

式中　Ｗ０——参考声功率（基准声功率），Ｗ０ ＝１０－１２ W

声音的叠加：

P270-271公式

频谱表示某声音频率组成及各频率音量的大小

倍频程（倍频带）：

f2 / f1=2n,  n=1，中心频率：

125，250，500，1000，2000，，4000…Hz。

1/3倍频程（1/3倍频带）：

 f2 / f1=2n,  n=1/3

2.掌握声音在户外的传播的规律和计算

（一）点声源随距离的衰减

         在自由声场中，声功率为 W 的点声源，在与声源距离为  r  处的声压级 Lp 和距离 r 的关系式：

         Lp =Lw – 11 – 20 lg r      （dB）

从上式可以看出，观测点与声源的距离增加一倍，声压级降低 6 dB，

（二）线声源随距离的衰减

             线声源，如公路上的车辆，声波以圆柱状向外传播，当线声源单位长度的声功率为W，在与声源距离为 r 处的声强为 

声压级为：

                        Lp = Lw – 8 – 10 lgr         （dB） 

因此，观测点与声源的距离每增加一倍，声压级降低3 dB。

（三）面声源随距离的衰减

 如果观测点与声源的距离比较近，声能没有衰减，在距声源较远的观测点有3 ~ 6dB的衰减。

3.理解声音的三要素；掌握声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射等概念；理解驻波和房间共振现象以及克服此现象的措施。

（一）声反射

声波在传播过程中，遇到一块其尺度比波长大得多的障板时，声波将被反射。

对于平面，反射声波呈球状分布，曲率中心就是声源的“像”。

凹面使声波聚集，凸面使声波发散。

（二）声折射

声波在传播过程中，遇到介质密度变化时还会发生折射。

声波在空气中传播时，白天由于近地面的气温较高，声速较大，声速随地面高度的增加而减少导致 传播方向向上弯曲；夜晚相反。

（三）声衍射

 声音在传播的过程中，如果遇到比波长大的障壁或构件时，声音绕到障板的背后改变原来的传播方向，在它的背后继续传播的现象叫声衍射。

同样尺寸的反射板对低频声的衍射作用较大，反射作用较少。

（四）声扩散

 声波在传播过程中，如果遇到凸的表面，其突出的部分如果不小于入射声波波长的1/7时，会发生声扩散。

（五）声吸收

声波入射到建筑构件时，声能的一部分被反射，一部分透过构件，还有一部分由于构件的振动或声音在其中传播时介质摩擦、热传导而被损耗，我们通常说它被材料吸收。

吸声系数是指被吸收的声能（即没有被表面反射的部分）与入射声能之比。

材料的吸声量：

材料表面的面积（平方米）乘以材料的吸声系数。

单位为平方米（m2）

六）声透射

材料的透声能力以透射系数 τ 表示，材料的透声能力愈强（ τ 值大），材料的隔声能力愈差。

工程中用隔声量表示建筑构件的隔声性能。

七）驻波

当两列相同的波在同一直线上相向传播时，叠加后产生的波。

房间共振现象

房间受到声源激发时，将按照它本身所具有的共振频率而振动的现象叫做房间共振现象。

当某些振动方式的共振频率相同时，即出现了共振频率重叠的现象，叫做简并现象。

措施：

（1）选择合适的房间尺寸、比例，房间的三个尺度不相等或不成整数倍

（2）用不规则表面做声以及适当布置扩散吸声材料。

      （3）将房间做成不规则的形状。

4.理解混响时间的概念及其对室内音质的影响，掌握混  响时间的计算方法。

混响时间：

当室内声场达到稳态，声源停止发声后，声音衰减60dB所经历的时间叫混响时间，符号：

T60  ，单位：

s 

混响时间与音质的丰满度和清晰度有关。

一般而言，混响时间长则丰满度增加，而清晰度下降。

（一） 赛宾（Sabine）混响时间计算公式

                                （ α <  0.2 ）          

式中   V —— 房间容积，m3；

           A —— 室内总吸声量，A = S • α ； m2                                          

           S —— 室内总表面积， m2；

           α—— 室内平均吸声系数。

                  α 1S1 + α 2S2 + · · · + α nSn

            α  = ———————————                       

                      S1 + S2 + · · · + Sn  

式中 α 1 ， α 2 · · · α n —— 不同材料的吸声系数；

          S1，S2 · · · Sn —— 室内不同材料的表面积， m2。

赛宾（Sabine）混响时间计算公式只适用于室内平均吸声系数较小（α <  0.2）的房间的混响时间计算，否则计算误差较大。

（二） ©伊林（Eyring）混响时间计算公式（用于工程计算）

                                 0.161V 

                      T60 = ———————————       （ s ）            

                           – S • ln（1– α ）+ 4mV

式中   V —— 房间容积，m3；

           A —— 室内总吸声量，A = S • α ； m2                                          

           S —— 室内总表面积， m2；

           α —— 室内平均吸声系数。

式中  4m —— 空气吸收系数：

空气中的水蒸汽、灰尘的分子对波长较 小，一般指1000Hz以上的高频声音的吸收作用，查附录（参见教材     P394）波长小于1000Hz时，此项为0 （4m = 0） 。

5.掌握室内声压级计算

Q       4

             Lp = 10lgW + 10lg（——  + —— ）+ 120      （dB）     

                              4πr2      R

或写为

                        Q       4

         Lp = Lw+ 10lg（——  + ——）（dB）（ Lw = 10lgW + 120 ）

                       4πr2     R

式中 W —— 声源的声功率， W ；

          r  —— 测点和声源间的距离，m；

                               S • α

          R —— 房间常数， R = ——  （m2）                            

                               1- α 

          α  值趋近1时， Lp =Lw – 11 – 20 lg r （与自由声场相同）  

          α —— 室内平均吸声系数；

          S —— 室内总表面积， m2；

         Q —— 声源的指向性因数，

6.了解人对声音的感受，理解响度级、A声级的概念；了解噪声对人的影响。

人对声音的感受

音调的高低：

由频率决定

音量的大小：

由声压级或声强级决定

音色的好坏：

由频谱决定

（一）时差效应：

人耳的听觉暂留为50ms，如果直达声和反射声的时间差大于50ms，即声程差大于17m（0.05s×340m/s）,可能听到回声。

（二）响度级：

如果某一声音与已定的1000Hz的纯音听起来一样响，这个1000Hz纯音的声压级就定义为待测声音的响度级，单位是方（Phon）。

等响曲线

（1）当声音的声压级较小时，人对高频声敏感。

（2）当声音的声压级较大时人对高、低频声响度感觉比较一致。

（三）、掩蔽作用

人的听觉器官能够分辨同时存在的几个声音，但是若某一个声音增大，别的声音就难以听清甚至是听不到。

低频声能够有效的掩蔽高频声，但高频声对低频声掩蔽作用不大。

A声级：

在声级计中参考40方等响曲线，对500赫兹以下的声音有较大的衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性。

第二章 吸声材料和隔声材料（构造）

一、掌握多孔吸声材料、空腔共振吸声结构、薄膜、薄板吸声结构的吸声基理、吸声特性、吸声特性曲线及其影响因素，了解吸声材料的选用方法。

掌握混响室法测量吸声系数的计算方法。

（一）、多孔吸声材料

1、吸声基理：

多孔吸声材料具有大量内外联通的微小间隙和连续气泡，因而具有通气性，这是多孔吸声材料最基本的构造特征。

当声波入射到多孔吸声材料表面时，声波能顺着微孔进入材料内部，引起孔隙中的空气振动。

由于存在摩擦和空气的粘滞阻力，使一部分声能转变成热能；此外，气体压缩放热、膨胀吸热，因此孔隙中的空气与孔壁、纤维之间进行热交换，也使声能被吸收。

2、吸声特性：

多孔吸声材料的吸声系数随声波的频率的提高而增加。

即对中高频的声音有较大的吸声系数，当背后有空气层时还能吸收低频声。

3、吸声特性曲线

4、影响因素

1.空气流阻：

材料两边静压差和空气流动速度之比称为单位面积流阻。

2.孔隙率：

70% ~ 80%。

    上两项测量不便，通常测出材料的厚度和表观密度。

超细玻璃棉的表观密

度为20~25kg/m3，矿棉为120kg/m3。

3. 厚度：

厚度增加，中低频吸收增加。

4. 背后条件：

后边留空气层与填充同样材料效果近似。

5. 吸收频率：

一般用5cm 厚，吸收中高频。

材料吸声系数可以用驻波管法测声波垂直入射时的吸声系数。

用混响室法

测无规则入射时的吸声系数。

空腔共振吸声结构

1、吸声基理（p292）：

当孔的深度和孔径比声波波长小得多时，孔颈中空气柱的弹性变形很小，可以作为质量块处理，类似于一个活塞。

空腔中的空气起着空气弹簧的作用。

于是形成了类似于在弹簧下悬挂了一个重物的简单振动系统，当外界入射波的频率等于系统的固有频率时，孔颈中的空气柱就由于共振产生剧烈振动，在振动过程中，由于克服摩擦阻力而消耗声能。

2、吸声特性：

共振频率处吸声系数最大，板后放多孔吸声材料时，能加大声音吸收的频率范围，板后有大空腔（如吊顶）能增加低频吸收。

3、吸声特性曲线

薄膜、薄板吸声结构

1、吸声基理：

薄膜、薄板与在它们背后的空气层构成共振系统，当投射到薄膜、薄板上的声波频率和这一系统的共振

频率一致时，薄膜、薄板就发生共振，由于内部摩擦而吸收声音。

2、吸声特性：

薄膜：

这种系统的共振频率通常是200~1000Hz，最大的吸收系数0.3~0.4，可用作为主要是对中频范围的吸声材料。

薄板：

这种系统的共振频率通常是80~300Hz，其吸收系数约为0.2~0.5，可用作为低频声音的吸声材料。

薄板后的空气层里填放多孔吸声材料时，会使吸收系数的峰值有所增加。

3、吸声特性曲线      

（二）、吸声材料的选用方法（了解）

     除了考虑建筑声学设计要求外，还应考虑材料的装饰性，材料的强度、防火、防潮、反光、清洁的维护、造价等。

（三）、掌握混响室法测量吸声系数的计算方法

试材未放入混响室时：

赛宾（Sabine）混响时间

试材放入混响室时：

混响时间

试材吸声系数α1 ：

联立

（1）、

（2）求吸声系数α1 ：

二、掌握“质量定律”、“吻合效应”的概念。

质量定律：

 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, 隔声量

愈大; 对于同一墙体而言, 随着声音的频率增加, 墙体的隔声量也随之加大。

吻合效应：

声波接触墙板后，墙板除了垂直方向的受迫振动以外，还有沿着板面方向的受迫弯曲振动。

在某个特定频

率以上，受迫弯曲振动将和板固有的自由弯曲振动发吻合，这时板就非常顺从地跟随入射声弯曲，造成声能大量地透

射到另一侧去，形成隔声量的低谷，这种现象被称作吻合效应，这个与材料有关的特定截止频率被称为吻合频率fc。

三、理解双层均质密实墙的隔声原理；掌握提高双层均质密实墙、轻质墙、门和窗隔声效果的具体措施。

（一）双层均质密实墙的隔声原理（理解）：

双层墙能提高隔声量的主要原因是空气间层的作用，可以把空气间层看作

是与两层墙板相联的“弹簧”。

由于空气间层的弹性变形具有减振作用，传递给第二层墙体的振动大为减弱，从而提高

了墙体总的隔声量。

（二）提高双层均质密实墙、轻质墙、门和窗隔声效果的具体措施：

1、双层均质密实墙：

通常采用的空气层厚度至少为5cm，其最佳厚度可选为8~12cm。

为了避免发生波的吻合效应和相

应的固有共振，以便防止隔声能力在某一频带内下降，就需要考虑两个墙体厚度不同或重量不同的双层墙，为了消除

这种共振，可在空气层中悬挂或铺放玻璃棉毡之类的多孔材料。

2、轻质墙：

（1）、将多层密实材料用多孔弹性材料（如玻璃棉或泡沫塑料等）分隔，做成夹层结构，则其隔声量比材

料重量相同的单层墙可以提高很多。

（2）、当多层密实材料的多层资料的各层质量相似相等时，在质量定律控制的范围内可以得到较理想的隔声量。

（3）当将空气间层的厚度增加到7.5cm以上时，在大多数的频带内可以增加隔声量8~10dB。

（4）、用松软的吸声材料填充空气间层，一般可以提高轻墙的隔声量2~8dB。

3、门：

（1）采用隔声门

（2）为了达到较高的隔声量，可以用设置“声闸”的方法

   窗：

（1）采用较厚的玻璃；

（2）双层玻璃之间留有较大的间距（10~20cm）；（3）在两层玻璃之间沿周边填放吸声材

   料；（4）保证玻璃与窗框、窗框与墙壁之间的密封；

四、掌握提高楼板隔声性能的方法 p363

主要措施：

（1）在楼板面层处进行处理，使撞击声能减弱，以降低楼板本身的振动。

（2）在楼板面层受撞击产生振动后，使面层与结构层之间进行减振而减弱振动的传播，并使振动不致传给其他刚性结构。

（3）当楼板整体已被撞击而产生振动时，则可用空气声隔绝的办法来降低楼板产生的固体声。

改善措施：

（1）弹性面层处理

（2）弹性垫层处理（3）楼板做吊顶处理

五、建筑围护结构隔声评价标准（了解）p345

3、了解围蔽空间里的声音传播规律。

4、明确人的主观听音要求。

a.合适的响度     语言60 ~80方，音乐50~100方。

b.较高的清晰度和明晰度

　　　　　　  听众正确听到的音节数目

音节清晰度＝  ———————————　×　100%

　　　　　　   测定用的全部音节数目

音节清晰度与听音感觉

＜60%　　 不满意                          75%~85%　　良好

65%~75%　勉强可以                         ＞85%　　　优良

对音乐，要求能区别每种声源音色，能听清每个音符。

c.足够的丰满度

n 余音悠扬（活跃感）。

每座容积大，硬表面多，混响时间长。

n 坚实饱满（亲切感）。

直达声与前次反射声大于20ms。

直达声后20~30ms以内的反射声有加强直达声响度和提高清晰度的作用。

n 音色浑厚（温暖感）。

小于250Hz的低频声混响时间长。

d.无噪声干扰、无声学缺陷:

如回声、颤动回声、声聚焦、声遮挡、声染色等影响听音效果及声音音质的缺陷

e.良好的空间感

5、掌握从建筑声学角度进行房间容积的确定、房间体形设计的方法。

（一）房间容积的确定

（1）保证足够的响度

自然声的最大容许容积

n 讲演　　　　　　　　2000~3000m3

n 话剧　　　　　　　　6000m3

n 独唱、独奏　　　　　10000m3

n 大型交响乐　　　　　20000m3

（2）保证合适的混响时间 

每座容积越大，混响时间 越长。

n 音乐厅　　　　　　7~10　m3/ 座

n 歌剧院　　　　　　5~6 m3/ 座

n 话剧院　　　　　　4~4.5 m3/ 座

n 戏曲剧院　　　　　3.5~4 m3/ 座

n 电影院　　　　　　3.5~5.5 m3/ 座

n 多用途厅堂　　　　3.5~5 m3/座。

同时建议，以自然声为主的话剧院不宜超过1200座，歌剧院不宜超过1400座。

如果以使用扩声系统为主则一般不受限制。

（二）房间体形设计的方法

（1）充分利用直达声。

语言、自然声≤30m.。

1.减少直达声传播距离（平面、楼座），观众席最好在声源的140°范围内。

2.避免直达声波遮挡和掠射吸收，每排升起≥8cm ，一般前后座位对齐时后排比前排升高9cm，前后座位错开时升高6cm.。

（2）争取和控制前次反射声

© 在厅堂设置反射板时，应考虑的要点（参见教材 P328）

1.调整顶棚反射面和侧墙反射面的倾角,主要使一次反射声均匀分布于整个观众席。

2.减少一次反射面至声源的距离：

降低顶棚高度，减小二侧墙间的距离。

3.增加扩散反射。

扩散体的尺寸应与其扩散反射声波的波长相接近，声音的频率愈低，声波的波长愈大,要求扩散体的尺寸愈大。

为了使尺寸不致过大，多演出建筑如剧场，扩散声频率的下限可定为200Hz。

扩散体和频率关系

b ³0.15a

© （3）消除室内的声学缺陷

声缺陷：

回声、颤动回声、声聚焦、声影、沿边反射（声爬行）。

1.回声：

回声是由于滞后直达声50ms或行程差大于17~20m，而且声级足够强的反射声或其他声音形成。

消除回声的方法：

对于产生回声的表面作吸声处理，布置吸声材料；也可作声扩散处理，或将声音反射到附近的观众席上，减少反射距离。

2.颤动回声：

颤动回声是一连串的回声，它常产生在一对有高度反射性能的平行墙之间或壳顶。

消除颤动回声的方法：

使两对表面间的夹角大于5度，或采用声扩散和吸声处理。

4.声影区：

是由于阻挡而形成的声音不足的区域，如柱子后面或长挑台下，挑台长度应小于挑台下开口高度的2倍；对于音乐厅，挑台长度约等于挑台下开口高度，这样可以避免声影，并且应在挑台下设计反射板以使听众获得足够的反射声。

5.沿边反射：

即声音沿墙壁反射而没有达到观众席的情况，它常在圆形或大的凹面体型中发生，所以在利用圆形、扇形平面时，应注意在沿边增设扩散体等办法。

（4）几何声学法（声线法）

6、掌握房间混响时间设计的步骤和混响时间的计算方法。

（一）混响时间的计算步骤 P312

（一）混响时间的计算方法P313计算实例

7、掌握各厅堂音质设计的要点和克服室内声学缺陷的方法。

P317-324

n 建筑光学基本知识

8、人眼的视觉特点

人眼对不同波长的单色光敏感程度不同，在光亮环境中人眼对555nm的黄绿光最敏感；在较暗的环境中对507nm的蓝绿光最敏感。

2、光谱光效率、光通量、发光强度、照度、亮度等各光学基本单位的概念及其计算方法

 光谱光视效率V（λ）：

表示波长λm和波长λ的单色辐射，在特定光度条件下，获得相同视觉感觉（光通量相同）时，该两个单色辐射通量之比。

λ m选在视感觉最大处（明视觉 555nm，暗视觉 507nm视感度683lm/W其他波长的单色光的视感度都小于683lm/W，或者说其他波长的单色光要达到683 lm的光通量，其辐射通量要大于1W）

辐射通量———辐射源在单位时间内发出的能量，单位为瓦（W）

光通量（lm）:

 能使观察者获得视觉光亮感的辐射通量，等于各波长的光谱辐射通量与光谱光视效率之积的总和。

（参见教材   P136 例题2.1-1.2）

发光强度（cd）：

光源光通量在空间的分布密度

照度（lx）：

被照面接收的光通量密度

亮度：

发光体在视线方向上单位投影面积发出的发光强度

发光物体，在眼睛的视网膜上成像，视觉感觉和视网膜上的照度成正比，物像的照度愈大，我们觉得被看的发光物体愈亮。

3、发光强度与照度关系、照度与亮度关系

（1）、发光强度和照度的关系（距离平方反比定律）

用于已知点光源的发光强度求所产生的照度

4、照度与亮度的关系

所谓照度与亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系。

E=LαΩcosα

4、各种材料的光学性质。

光的反射、吸收和透射比

反射比    ρ = Ф ρ / Ф

吸收比    α = Ф α / Ф 

透射比     τ = Ф τ / Ф 

Ф= Ф ρ + Ф α+Ф τ 

       ρ+ α+ τ =1

5、视度就是观看物体时的清晰程度。

   影响视度的主要因素有：

（1）、被看物体上的照度或亮度。

（2）、被看物体的尺寸大小。

（3）、被看物体的亮度与它的背景亮度（或颜色）的对比。

（4）、实验表明，观看小尺寸物体，天然光照明比人工光照明的视度高。

（5）、观看时间的长短。

（6）、眩光。

（在视野内由于亮度的颁或范围不适宜，或在空间或在时间上存在着极端的亮度对比，以致起不舒适和降低目标可见度的视觉条件）

第二章  天然采光

考试内容：

光气候和采光标准、采光口、侧窗采光、天窗采光、采光设计、中小学教室采光设计、美术展览馆采光设计、采光计算

考试要求：

9、了解天然光的组成和影响因素。

 天然光组成：

太阳直射光:

照度高、方向性、阴影。

天空扩散光:

  照度低、无方向