建筑声环境课后习题答案

1-1.用铁锤敲击钢轨，在沿线上距此1km处收听者耳朵贴近钢轨可以听到两个声音。求这两个声音到达的时间间隔。

解：因为声音在空气中传播的速度为340m/s,而在钢中的传播速度为5000m/s。所以有：

t1?

1-2.如果影院内最后一排观众听到来自银幕的声音和画面的时间差不大于100ms(1/10 s),那么观众厅的最大长度应不超过多少米？

解：因为声音在空气中传播的速度为340m/s,而光在空气中传播的速度为3.0x10 m/s.

8

1000?2.94340S, t2?1000?0.25000S, ?t?t1?t2?2.74S

?3.0?108?LL17 所以有?t?,由此解得L?34 。 ?????L?1?3.0?108??3403.0?1010?340?1-3.声音的物理计量中采用级有什么实用意义？80dB的声强级与80dB的声压级是否是一回事？为什么？（用数学计算证明）

解：声强和声压的数值变化范围比较大，声强的数值变化范围约为1万亿倍(10）,声

6

压的数值变化范围约为1百万倍(10),用声强和声压计量很不方便；人对声音的感觉变化不与声强、声压成正比，而是近似地跟他们的对数成正比，所以引入“级”的概念。

12

在常温下，空气的介质特性阻

近似为400(N.S)/m3,通常可以认为二者数值相等，80dB

的声强级与80dB的声压级是一回事。证明如下： 因为： I0?10?12W/m2，p0?2?10?5N/m2，常温下，?0c?400(N?S)/m3 ，

22p0p0(2?10?5)2?12??10?I0，即 I0?所以有。 ?0c400?0cp2pI又因为：I? ，Lp?20lg ，LI?10lg

p0I0?0cp2/?0cIp2p?10lg2?10lg2?20lg?Lp。 所以： LI?10lgI0p0/?0cp0p01-4. 求具有100 dB声强级的平面波的声强与声压（空气密度??1.21kg/m，声速

3c?343m/s）。

解：因为LI?10lgLI10I，I0?10?12W/m2，LI?100dB， I0所以

I?I010?10?12?1010010?10W/m?22p2。又因为I??0c, 所以

p?I??0c?10?2?1.21?343?415?10?2?20.37?10?1?2.03N7/m2.

1-5. 试证明在自由场中Lp?Lw?20lgr?11，式中Lw为声源声功率级，Lp为距声源r 米处之声压级。

解：在自由声场中，点声源发出的球面波，均匀地向四周辐射声能，距声源中心为r 的球

Wp2面上的声强为：W?I?S，I?，而I?，I0与W0的数值相等，均为10?12，24?r?0c所以p?I??0c?W??0cW??0cW2p?，， L?10lgw224?r4?rW0W2p04?r??0c2W??0cPp2Lp?20lg?10lg2?10lg?10lg22p0p04?r?p0?10lgWW?10lg4?r2?I04?r2?W0Lp?10lgW?10lgr2?10lg(4?)?Lw?20lgr?11。 W01-6. 录音机重放时，如果把原来按9.5cm/s录制的声音按19.5cm/s重放，听起来是否一样?为什么？（用数学关系式表示）

解：录音机是把声音记录下来以便重放的机器，它以硬磁性材料为载体，利用磁性材料的剩磁特性将声音信号记录在载体上。录音时，声音使话筒中产生随声音而变化的感应电流，音频电流经放大电路放大后，进入录音磁头的线圈中，在磁头的缝隙处产生随音频电流变化的磁场。磁带紧贴着磁头缝隙移动，磁带上的磁粉层被磁化，在磁带上就记录下声音的磁信号。 放音是录音的逆过程，放音时，磁带紧贴着放音磁头的缝隙通过，磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流，感应电流的变化跟记录下的磁信号相同，所以线圈中产生的是电流音频，这个电流经放大电路放大后，送到扬声器，扬声器把音频电流还原成声音。

所以重放时录制的声音的波长不会因为播放的快慢而不同，即声音的波长保持不变，但声音的频率会受到影响。

V1???f1而V2???f2?f2V219.5???2.05 f1V19.51-7.验证中心频率为250,500,1000,2000Hz的倍频带和1/3倍频带的上界和下届频率。

''解：设倍频带的上界频率和下届频率为f2和f1，1/3倍频带的上界和下届频率为f2和f1。

则有中心频率为250Hz的倍频带和1/3倍频带的上界和下届频率为：

f262500?21,f1f2?250?2f12?250?f1??1252?176.75?177?f2?2f1?354f12f2'f1'?21/3,f1'f2'?250?21/3f1'2?250?f1'?62500'1/3'?222.7?223?f?2f1?280.6?28121/32

同理有中心频率为500Hz的倍频带和1/3倍频带的上界和下届频率为：

f2?21,f1f1f2?500?2f12?500?f1?353.5?354?f2?2f1?708

f2'5001/3''1/3'2''1/3'?2,ff?500?2f?500?f??445?f?2f1?561.2?56112112'1/6f12

同理有中心频率为1000Hz的倍频带和1/3倍频带的上界和下届频率为：

f2?21,f1f1f2?1000?2f12?1000?f1?707.1?707?f2?2f1?1414

同理有中心频率为2000Hz的倍频带和1/3倍频带的上界和下届频率为：

f2?21,f1f1f2?2000?2f12?2000?f1?1414.2?1414?f2?2f1?2828

f2'20001/3''1/3'2''1/3'?2,ff?2000?2f?2000?f??1782?f?2f1?2245 12112'1/6f121-8.要求距广场的杨声器40m远处的直达声声压级不小于80dB，如把扬声器看作是点声源，它的声功率至少为多少？声功率级是多少？

解：因为Lp?Lw?20lgr?11 所以有：Lp?Lw?20lgr?11?80?Lw?20lgr?91即：LW?20lg40?91?LW?123

所以Lw?10lg

WW?123??1012.3?W?1.995W W0W01-9.下列纯音相当于多少方？

频率： 1000Hz 2000Hz 5000Hz 100Hz 50Hz

声压级： 40dB 30 dB 60 dB 80 dB 80 dB 解：根据书上图1-15 等响曲线，可知：

频率： 1000Hz 2000Hz 5000Hz 100Hz 50Hz 声压级： 40dB 30 dB 60 dB 80 dB 80 dB 约相等于：40方 33方 66方 75方 64方 2-1.在运用几何声学方法时应注意哪些条件？

(1)厅堂中各方面的尺度应比入射波的波长大几倍或几十倍。 (2)声波所遇到的反射面、障碍物的尺寸要大于波长。 2-2.混响声与回声有何区别？它们和反射声的关系怎样？

混响声：声音达到稳态时，声源停止发声，直达声消失后，声音逐渐衰减的反射声； 回声：长时差的强反射声或直达声后50ms到达的强反射声。

关系：混响声和回声都是由反射声产生的，混响声对直达声具有加强作用；回声使声音产生声缺陷。

2-3.混响时间计算公式应用的局限性何在？

（1）公式的假设条件与实际情况不符。声源均具有一定的指向性，因此室内各表面不可能是均匀吸收或是均匀扩散的。

（2）代入公式的各项数据不准确。材料的吸声系数是在实验室条件下测得的，与实际使用时的吸声系数有一定的差异。

2-4.有一个车间尺寸为12m?40m?6m,1000Hz时的平均吸声系数为0.05，一机器的噪声声功率级为96dB，试计算距机器10m处与30m处之声压级。并计算其混响半径为若干？当平均吸声系数改为0.5时，再计算上述两点处之声压级与混响半径有何变化？ 解：声源发声后室内某点的声压级为：Lp?LW?10lg?房间常数R?4??Q??，指向因数Q?1， 2R?4?r?S?，房间室内的总表面积为：S?2??12?40?12?6?40?6??15841??S?1584?0.05??83.37 ， 当??0.05时：R?1??1?0.05m2

r01?0.14QR?0.14?83.37?0.14?9.13?1.27m

dB

?Q4?14???Lp1?LW?10lg???96?10lg????82.88?83?4?r2R??4??10083.37??1??Q4?14???Lp2?LW?10lg???96?10lg????82.82?83?4?r2R?4??90083.37??2??当??0.05时：R?dB

S?1584?0.05??83.37 ，

1??1?0.05r01?0.14QR?0.14?83.37?0.14?9.13?1.27m

dB

?Q4?14???Lp1?LW?10lg???96?10lg????82.88?83?4?r2R??4??10083.37??1??Q4?14???Lp2?LW?10lg???96?10lg????82.82?83?4?r2R??4??90083.37?2??当??0.5时：R?dB

S?1584?0.5??1584 ，

1??1?0.5r02?0.14QR?0.14?1584?0.14?39.8?5.57m

dB

?Q4?14???Lp1?LW?10lg???96?10lg????71.21?71?4?r2R??4??1001584??1?Lp2

?Q4?14?????LW?10lg???96?10lg????70.17?702?R4??90015844?r???2?dB

2-5.房间共振对音质有何影响？什么叫共振频率的简并，如何避免？

(1)会导致室内原有的声音产生失真。

(2)当不同共振方式的共振频率相同时，会出现共振频率的重叠， 称为“简并”。 (3)防止简并现象的根本原则：使共振频率分布尽可能均匀。

具体措施有：①选择合适的房间尺寸、比例和形状；②将房间的墙或天花做成不规则形状；③将吸声材料不规则地分布在房间的界面上。

2-6.试计算一个4m x4m x4m的房间内，63Hz以下的固有频率有多少？

4?Vfc3?Sfc2Lfc， fc?63HzN???328c3c4c即固有频率有5个。

V?43S?4?4?6L?4?1?N?5.4

2-7.一个矩形录音室尺寸为15m?11.5m?8m，侧墙的吸声系数?为0.30，天花的?为0.25，

地面全铺地毯，?为0.33，室中央有一声功率级为110dB的点声源。求： ⑴距点声源0.5m,1m,2m,4m处的声压级（用曲线表示）；⑵混响半径；⑶混响时间；⑷上述声源移至两墙交角处时，距声源0.5m,1m,2m,4m处的声压级（可画在⑴图上）。 解：声源发声后室内某点的声压级为：Lp?LW?10lg?房间室内的总表面积为：S?4??Q??，指向因数Q?1， 2R??4?r?Si?2??15?11.5?15?8?11.5?8??769m2

S??平均吸声系数：???Siii?2?(11.5?15)?8?0.3?11.5?15?0.25?11.5?15?0.33?0.3

769房间常数R?S?769?0.3??324.64， 混响半径为：

1??1?0.3r0?0.14QR?0.14?324.64?0.14?18.02?2.52m

dB

?Q4?14???Lp1?LW?10lg???110?10lg????105.19?105?4?r2R?4??0.25324.64???1??Q4?4??1?Lp2?LW?10lg???110?10lg????99.63?100?4?r2R??4??1324.64?2???Q4?4??1?Lp3?LW?10lg???110?10lg????95.08?95?4?r2R?4??4324.64???3??Q4?4??1?Lp4?LW?10lg???110?10lg????92.37?92?4?r2R??4??16324.64?4??dB

dB

dB

西方古典的歌剧院多是马蹄形平面，侧面及后面有多层包厢。新式的歌剧院平面多为扇形、六角形等形式，台口后有大型舞台。我国最早的剧场，舞台三面伸入观众席，没有乐池。目前这种形式已不多见。京剧及其他地方戏的演出也大多是在镜框式台口之内进行，只是伴奏仍在台侧，不用乐池。

歌剧是以歌唱、音乐为主，混响时间应当较长，但比音乐厅短。京剧及我国其他地方戏的最佳混响时间尚无定论，一般可按歌剧院考虑，或较之略短。

话剧院一般较歌剧院规模为小，一般也有镜框式台口，也有的话剧院，舞台可以伸到观众席中，即所谓伸出式舞台。

话剧院应按语言用大厅的要求，取较短的混响时间，以保证有足够的清晰度。 歌剧院、话剧院在体型上都应考虑近次反射声在观众席上的均匀分布。歌剧院还应有适当的扩散处理；话剧院要特别注意避免出现回声。

乐池的声学持性也必须注意：一是要保持乐池内各声部声音的平衡l：是不使观众厅内听到的乐池中的伴奏声压倒舞台上的演员声。这要求乐池的开口与进深保持适当的比例，乐池上部的天花有适当的形状与倾角。

近年来，歌剧、话剧演出使用电声的情况越来越多，同时，还有效果声的需要，因此，剧院应当有较为完善的电声系统。电声系统最理想的使用状态应当是，既加强了观众席上的声级，又能控制其音量，不使其破坏自然的方向感，使观众几乎感觉不到它的存在。

剧院的允许噪声级可采用N为20或25。

电影院按放声方式分为扬声器布置在银幕后面、片宽为35mm的普通电影、遮幅法和变形法宽银幕立体声影院，和片宽为70mm，扬声器不只在银幕之后，在观众厅墙面、天花上也布置环绕声扬声器的宽银幕数字式立体声影院两类。

电影院的放映室与观众厅之间应有良好的隔声。放映孔应有双层玻璃，并加以密封。放映室内部应作吸声处理，以减低机械噪声。

电影院观众厅的容许噪声级可比剧场高些，例如N取25—30。宽银幕立体声电影院希望N不低于25。

在片宽为35mm的电影院中观众听到的是位于银幕后扬声器发出的影片录音的重放声。影片在录音时已经加入了与场景相应的声音效果，它要求电影院大厅能够重现这些效果，不致因大厅的声学特性(例如混响过长)而影响这些效果。混响时间应当以短为好。但在实际上，过于沉寂的大厅会使前徘座位与后排座位上的声级相羌过大，保持一定的混响，有利于厅内声场的均匀。这类电影院的中频混响时间可取1.0s左右。为此，每座容积取(3—4)m3为宜。此外，为保证后部有足够的声级，前部又不致过响，厅的长度不宜超过40m．

对于片宽为70mm的宽银幕数字式立体声电影院，在观众厅的侧墙面和后墙面上以及天花板上还布置有扬声器以形成“环绕声”的效果(约距3.5m一4.0m一个)。为保证这些扬声器发出的声音有明确的方向感，厅内混响时间应当更短一些，其中频混响时间应当控制在0.7左右。

多功能厅堂多用于举行会议和放映电影，戏曲、歌舞演出也多用电声系统扩声，一般多功能大厅的音质设计应当以适于电声扩声为主要原则，即短混响，同时设置一套功率足够、声场分布较为均匀的电声系统。

多功能大厅根据使用情况；还可设置可变混响装置，改变厅内的混响时间。可变混响装置有电声的与建筑的两种。

在多功能大厅中，如有可能，应设置活动的舞台反射板，以增加音乐演出时的近次反射声。同时，用舞台反射板将舞台空间封闭，也可以延长观众厅内的中、高频混响时间。舞台反射板与厅内的可变混响装置共同作用，可使厅内混响进间的变化幅度(中、高频)达到20％。

教室、讲堂的主要音质要求是保证语言清晰度。在一般小型教室，主要是防止混响时间过长，特别是在听众没有坐满时。大型教室或讲堂还要注意适当设置反射表面以充分利用第一次反射声，保证室内有足够的声级。如果设计适当，500座位以内的教室或讲堂可以不用电声系统。为使室内有足够的声级和短的混响时间(小型教室在0.65s以内，500人的教室不超过1s)，教室、讲堂的每座容积应不超过(3—3.5)m3。

外语实验室及其他电化教育教室，因为要用电声系统，混响时间还应更短一些。为此在天花及后墙上可作一部分吸声处理。

室内的允许噪声级不应超过N25，防止相邻教室的声音传入。为此要使隔墙有足够的隔声量。此外，走廊、门厅、楼梯间等要作吸声处理，不使其混响过长。 体育馆音质设计的要点是：

(1)防止天花与场地间的多重反射。 (2)控制混响时间。

(3)设置强指向性扩声系统。

前两项主要靠吸声性天花解决。除吸声吊顶外，还可以在天花上悬挂空间吸声体，以取得更大的吸声效果。此外，厅内侧墙也尽可能作吸声处理。有举行会议要求的体育馆，混响时间应控制在2s以内。

大型体育请中可以采用集中与分散并用的方式布置扬声器

体育馆的容许噪声级在文艺演出时V可取35，体育比赛时N可取45。 4-11.录音室与一般厅堂的声学要求有什么不同？

录音室的一端的界面是反射性的，另一端是吸声性的，使室内形成一个从活跃（混响声多）到沉寂（混响声少）的渐变声场。根据各种乐器对活跃度的不同要求，把它们布置在适当的位置。

4-12.简述自然混响录音室与强吸声录音室的设计原则。

4-13.混响室与消声室的声学要求是什么？二者根本不同之处是什么？有什么相同之处？ （1）混响室

①主要用途与性能要求：混响室主要用于吸声材料与构造的吸声性能测定，以及各种声源的声功率测定。为保证测定有足够的准确性与可重复性，要求混响室有长的混响时间和充分的声扩散及足够低的背景噪声。

②建筑设计与处理 ：室的容积最好大于200m3，室的形状要不规则，室的尺寸要不等，室内还可以悬挂扩散板，以保证有充分的声扩散。室内表面应采用坚硬、光滑的材料，其吸声系数多在0.02~0.03之间，以保证有足够长的混响时间。要防止外部的噪声及振动传入，以降低背景噪声。 （2）消声室

①主要用途与性能要求：消声室所要求的声场特性与混响室正好相反，它要求室内完全没有声反射，以得到一个接近理想的自由声场。消声室的内表面要做成在所测的频率上是完全吸收的。消声室的内表面的吸声系数应当等于1，这在实际上达不到，一般略高于0.99，根据用途的不同，也有略低于此值的。因此，声场与反平方定律有一定的偏差，这个偏差不应大于下列数值：

②建筑设计与处理 ：消声室的尺寸要大于测定范围，消声室的容积应为所测声源的最大体积的200倍以上。室内表面的吸声处理一般是在围护结构内紧密布置吸声尖劈。室内的六个面都做吸声处理。 消声室一般要做成双层结构，以防外部声音和振动的传入。 5-1.在城市噪声控制中存在哪些问题，应如何解决？ 交通噪声

防治措施

1）控制声源，使用低噪声发动机，严禁噪声超标的车辆在市区行驶； 2）拓宽道路，禁止随意停放和行驶； 3）禁止在市区禁鸣路段鸣笛；

4）对车辆集中的繁忙路线实行单行、限速、禁鸣、禁行等措施，较低交通噪声。 5）高速公路、高架公路应设有声屏障或采取其他有效控制措施。 工厂噪声

属于固定噪声源，噪声的控制应遵守国家颁布的城市区域环境噪声标准。 建筑施工噪声

离开施工作业现场边界30m处，噪声不许超过75dB，冲击噪声最大声级不得超过90dB。除特殊原因外，任何单位和个人不应在夜间11时至次日早晨6时内，进行超标准的，危害居民健康的施工作业。 生活噪声

5-2. 试论述在居住区规划中，控制噪声的主要措施？ ⑴利用绿化带降低噪声 ⑵利用隔声屏障降低噪声 ⑶合理地进行建筑平面布置 ⑷城市规划和总体设计

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