本书介绍城市声环境研究的最新发展，提出该领域的基本知识和原理，内容涵盖了城市声环境的三个主要方面：声评价，包括噪声的烦扰及相关法规，起正面作用的声音的声舒适及声景观；声预测，小区块如街道或广场的声模型，大区块如整个城市的声模型；声环境的建立，建筑和城市设计的选项的影响。本书将技术内容和多学科方法相结合，通过一系列现场研究，为实际的应用和设计提供建议。第1章介绍一些背景和基本声学知识，其余各章相对独立，以方便读者挑选阅读。
本书可作为从事城市规划、建筑、声景观、声学和噪声控制、环境科学、市政工程、交通工程、环境心理学和社会学等领域的研究人员、工程人员和学生的参考书或教科书。
样章试读
目录
- 第1章 声学基础
1.1 声波的基本特性
1.1.1 声波
1.1.2 声功率、声压和声强
1.1.3 声级
1.1.4 频带
1.2 听觉感知
1.2.1 声级和频率的感知
1.2.2 响度和噪度
1.2.3 计权声级
1.2.4 掩蔽
1.2.5 声质量
1.2.6 噪声的影响
1.3 声源
1.3.1 声源的基本形式
1.3.2 声源指向性
1.3.3 城市噪声源
1.4 声学材料
1.4.1 反射、透射和吸收系数
1.4.2 声吸收器
1.4.3 声反射器和声扩散器
1.4.4 空气声隔离
1.5 户外声传播
1.5.1 基本方程
1.5.2 大气条件:大气、风和温度
1.5.3 地面衰减
1.5.4 声屏障
1.6 室内声学
1.6.1 混响过程
1.6.2 混响时间
1.6.3 混响的测量
1.6.4 扩散场中的声音分布
1.6.5 简正模式
第2章 城市噪声评价
2.1 噪声主观评价
2.1.1 声学的/物理的因素
2.1.2 社会的/心理的/经济的因素
2.1.3 噪声评价方法
2.1.4 多重声源
2.2 声音描述量
2.2.1 统计声级
2.2.2 等效连续声级
2.2.3 昼-夜声级
2.2.4 昼-晚-夜声级
2.2.5 交通噪声指数
2.2.6 噪声污染级
2.2.7 校正噪声级
2.2.8 有效感觉噪声级
2.2.9 声暴露级
2.2.10 飞机噪声评价
2.2.11 噪声对语言通信的干扰
2.2.12 室内噪声评价
2.3 标准和法规
2.3.1 立法的原理和形式
2.3.2 WHO和ISO
2.3.3 欧洲联盟(欧盟)委员会(EU)
2.3.4 英国
2.3.5 其他欧洲国家
2.3.6 其他国家
2.4 城市噪声气候
2.4.1 英国
2.4.2 其他国家
2.4.3 调查结果比较
第3章 城市声景观
3.1 声景观的研究
3.2 声景观评价
3.2.1 声
3.2.2 个体
3.2.3 城市街道和广场
3.2.4 声和其他物理条件的相互作用
3.3 欧洲城市公众广场现场研究
3.3.1 研究现场
3.3.2 问卷调查
3.3.3 测量
3.4 声舒适
3.4.1 识别的声音
3.4.2 声级的评价
3.4.3 声舒适评价
3.4.4 特定声音的影响
3.4.5 其他物理因素的影响
3.4.6 统计因素的影响
3.5 声音偏好性
3.5.1 声音的偏好
3.5.2 声音的偏好性和广场的选择
3.5.3 统计因素的影响
3.5.4 文化因素的影响
3.5.5 声音偏好的三个等级
3.6 中国城市公众广场现场研究
3.6.1 方法学
3.6.2 结果
3.7 语义细分分析
3.7.1 语义的过程
3.7.2 城市公众广场现场研究方法论
3.7.3 声景观评价的主要因子
3.7.4 季节、现场、采样量和特色声音的影响
3.7.5 个体和设计师之间的比较
3.8 城市公众广场声景观的描述
3.9 人工神经元网络声景观评价
3.9.1 人工神经元网络
3.9.2 采用ANN进行声景观评价的路线图
3.9.3 数据库的建设和初步分析
3.10 城市公众广场声景观设计
3.10.1 声音
3.10.2 广场
3.11 从户外声景观到室内声舒适
3.11.1 大型商场的门廊
3.11.2 图书馆阅览室
3.11.3 足球场
3.11.4 游泳场
3.11.5 教堂
第4章 小区块声模型
4.1 能量虚源法
4.1.1 围蔽街道
4.1.2 城市广场
4.2 考虑干涉效应的虚源法
4.3 声线追踪法
4.3.1 一般原理
4.3.2 城市广场模型
4.4 无规扩散反射放射线模型
4.4.1 扩散的作用
4.4.2 放射线模型一般原理
4.4.3 面元的划分
4.4.4 1阶面元源
4.4.5 形状因子
4.4.6 面元之间的能量交换
4.4.7 从面元到接收器的能量
4.4.8 几何反射地面
4.4.9 十字形街道和城市广场
4.4.10 数值模拟和算法验证
4.4.11 与测量的比较
4.5 输运理论
4.5.1 通用方程
4.5.2 空置街道
4.6 波动理论模型
4.6.1 有限元法和边界元法
4.6.2 用于平行围蔽街道的等效源法
4.6.3 有限差分时域法和抛物线方程法
4.7 经验公式
4.8 其他模型
4.9 声动漫
4.9.1 经过参数研究实现简化
4.9.2 通过主观测试作简化
4.9.3 范例
4.10 物理缩尺模型
4.10.1 一般原理
4.10.2 应用
4.11 现场测量
第5章 大区块声模型
5.1 噪声地图绘制技术
5.1.1 道路交通噪声源模型
5.1.2 一般计算方法
5.1.3 几何发散
5.1.4 大气吸收
5.1.5 地面效应
5.1.6 声屏障
5.1.7 反射
5.1.8 气象条件校正
5.1.9 其他衰减
5.1.10 噪声地图绘图软件
5.2 噪声地图绘制:精度和策略应用
5.2.1 噪声地图及其绘制技术的应用
5.2.2 与虚源法的比较
5.2.3 斜屋顶的简化
5.2.4 建筑物之间的间隔
5.2.5 计算参数
5.2.6 数据采集
5.2.7 现场研究
5.3 噪声地图应用
5.3.1 欧洲
5.3.2 英国
5.3.3 工业现场噪声地图
5.4 其他模型
5.4.1 平面城市模型
5.4.2 线性输运模型
5.4.3 动态交通噪声
第6章 城市噪声降低
6.1 规划考虑
6.1.1 建筑规划
6.1.2 自防护建筑物
6.1.3 植物
6.2 建筑物外结构
6.2.1 隔声罩
6.2.2 复合墙
6.2.3 空调通风口消声器
6.2.4 防声窗
6.2.5 振动隔离
6.3 环境噪声屏障
6.3.1 多边缘屏障
6.3.2 抗性屏障
6.3.3 相位干涉屏障
6.3.4 倒相屏障
6.3.5 屏障上沿的纵向设计
6.3.6 窗百叶式和窗帘式屏障
6.3.7 绕射边缘的吸收处理
6.3.8 反射的处理
6.3.9 策略性建筑/景观设计
6.4 屏障设计中的非声学因素
6.4.1 公众的参与
6.4.2 使用寿命评估
6.4.3 感觉
6.4.4 设计过程
第7章 城市街道和广场的声环境
7.1 城市街道
7.1.1 声场的基本特性
7.1.2 边界面反射
7.1.3 街道几何形状
7.1.4 边界面吸收和建筑物布局
7.2 现场研究:英国和香港街道的比较
7.2.1 街道布局
7.2.2 结果
7.3 城市广场
7.3.1 声场基本特性
7.3.2 边界面反射条件
7.3.3 广场几何设计
7.3.4 边界面吸收和建筑物布局
7.4 现场研究:经典广场
7.5 两条平行街道之间的声传播
参考文献
附录 简略语表
索引
图目录
图1.1 标准纯音等响级曲线,前向入射,自由场双耳测听(ISO 2003b)
图1.2 卡车和火车噪声典型频谱(Jonasson and Storeheier 2001;Van Beek et al. 2002;Jonasson et al.2004)
图1.3 典型建筑材料的吸声系数(UK DfES 2003)
图1.4 Schroeder声扩散器横截面图
图1.5 典型构筑物的传声损失(Möser 2004)
图1.6 计算声屏障声绕射的示意图
图2.1 Lden与烦扰和高烦扰人群百分数的关系(WG-HSEA 2002)
图2.2 用式(2.8)算得的交通流量Q与交通噪声Leq之间的关系,式中a和b的值由Barrigón-Morillas 等(2005)收集
图2.3 英国大伦敦(Skinner and Grimwood 2005),西班牙Pamplona (Arana and García 1998)和Badajoz (Barrigón-Morillas et al.2005),意大利Messina (Piccol et al.2005)和埃及大开罗(Ali and Tamura 2002)的LAeq 24h分布.注意,由于测量条件不同,把这些分布画在一起,主要是比较它们随时间的相对变化,而非比较它们绝对值
图3.1 (a)EDINA电子地图上显示的和平公园平面图,灰度表示声级,虚线圆标明进行调查的区域;(b)全景
图3.2 (a)EDINA电子地图上显示的Barkers Pool的平面图,灰度表示声级,虚线圆标明进行调查的区域;(b)全景
图3.3 在谢菲尔德于四个季节现场调查的不同年龄受访者人数
图3.4 为(a)和平公园及(b)Barkers Pool的受访者识别的主要声音
图3.5 测得的声级与声级的平均主观评价之间的关系,已作了线性回归和用R作了校准
图3.6 在(a)和平公园及(b)Barkers Pool,测得的Leq 与声级的主观评价之间的关系,和测得的Leq 与声舒适评价之间的关系.已作了二项式回归和用R2作了校准
图3.7 (a)和平公园及(b)Barkers Pool声级的主观评价与声舒适之间的比较
图3.8 在和平公园,在三种声源条件下,(a)测得的声级与声级平均主观评价之间的关系;(b)测得的声级与平均声舒适评价之间的关系,已作了二项式回归和用R2作了校正
图3.9 在Barkers Pool,在两种声源条件下,(a)测得的声级与声级平均主观评价之间的关系;(b)测得的声级与平均声舒适评价之间的关系,已作了二项式回归和用R2作了校正
图3.10 两个谢菲尔德现场研究所得的声偏好性
图3.11 从在谢菲尔德所做的两次现场研究得到的不同年龄组之间的声偏好性差异.(a)鸟鸣声;(b)商店音乐声;(c)周围交谈声
图3.12 从在谢菲尔德所做的关于偏好的休闲声环境的两次现场研究所得的不同年龄组之间的差异
图3.13 从在谢菲尔德所做的两次现场研究所得的男性组和女性组之间声偏好性差异.(a)教堂钟声;(b)马路音乐;(c)孩子欢叫声
图3.14 (a)北京西单广场;(b)北京长椿园广场
图3.15 (a)和平公园和(b)Barkers Pool受访者年龄组分布,两个季度平均
图3.16 (a)和平公园和(b)Barkers Pool受访者的教育和职业分布,两个季度平均
图3.17 以舒适和不舒适指数表示的四个广场之间的比较
图3.18 选择给定环境因子作为“重要”的建筑系学生百分数
图3.19 描述城市公共广场声景观的模型
图3.20 用ANN做声景观评价的线路图
图3.21 英格兰Chatsworth Garden三个水景的声音的频谱
图3.22 在Meadowhall典型位置测得的噪声的(a)时域谱和其(b)频域谱
图3.23 在谢菲尔德大学主图书馆建筑阅览室中放送的声音的频谱和时间特性
图3.24 主游泳区典型的SPL时间分布
图4.1 理想围蔽街道内虚源分布
图4.2 一个理想化城市广场平面图.网格线所示为单元划分(见4.4节).用于数值研究的声源和传声器位置也示于图中(见7.3 节),广场大小:50m×50m,声源位置:(10m,10m),四个典型的传声器位置:标号24(12.5m,17.5m);标号56 (27.5m,27.5m);标号89(42.5m,42.5m);标号100 (47.5m,47.5m),与之相当的声源-传声器距离为8m,25m,46m 和53m
图4.3 理想化广场内的虚源分布平面图
图4.4 理想围蔽街道的三维投影,面元划分的例子
图4.5 从点源到达地面上一个面元的能量分布
图4.6 从发射面源Al,n到垂直接收面源Gl,m的形状因子的确定
图4.7 几何反射地面和扩散反射立面的理想长方形街道的横断面图,表示声源能量分布和面元之间能量交换的分布
图4.8 沿长度方向(a)SPL衰减的和(b)RT的计算与测量的比较
图4.9 两个典型传声器位置处测得的几何反射地面与扩散反射地面衰变曲线的比较
图4.10 耦合FDTD-PE模型的建立,根据Van Renterghem等(2006)的资料重画
图4.11 用于数值研究的典型广场(50m£50m),标明了声源和传声器位置
图4.12 SPL、RT和EDT随声线数增加的变化,1000Hz,反射次数50
图4.13 SPL、RT和EDT随反射次数增加的变化,1000Hz,100 000条声线
图5.1 50m×50m 的(a)理想广场和(b)理想街道,标明了声源(大个子点)和传声器(小个子点)的位置.坐标原点在广场/街道的一角
图5.2 NMS计算得到的SPL,反射次数R=1~20,以R=20的虚源模型结果作参考.(a)广场;(b)街道
图5.3 广场的NMS法和虚源模型之间的SPL之差,α=0:1,0.5 和0.9
图5.4 斜屋顶和3个简化建筑的横断面
图5.5 两个计算布局的平面图,标明了道路、建筑物和传声器的位置
图5.6 以斜屋顶的SPL为基准,SPL随不同平屋顶高度的变化,布局见图
图5.7 建筑物间隔宽度不同的3 种布局,用于考察间隔宽度的影响
图5.8 SPL随建筑物之间的间隔的变化.(a)以建筑物之间的间隔用砖块堵塞的街道的SPL 为基准;(b)间隔为5m的4种不同建筑物布局图
图5.9 一条街道图5.5(a)内不同反射次数时的噪声地图
图5.10 谢菲尔德市一个城区内反射次数为0和1的噪声地图的比较
图5.11 以图5.9 的建筑布局为例,计算时间随反射次数的增大而增加
图5.12 谢菲尔德市中心一个区块的平面图,表示了(a)声源数据测点及其(b)视图
图5.13 绘制谢菲尔德市中心一个区块噪声地图的三维模型
图5.14 谢菲尔德市中心一个区块的噪声地图,反射次数:(a)1和(b)3
图5.15 一个工厂周围预测的SPL分布
图5.16 SPL 分布比较.(a)道路噪声;(b)工厂噪声;(c)道路和工厂噪声的合成
图6.1 自防护建筑物的原理、例子及其横断面
图6.2 典型的(a)吸收型消声器和(b)抗性消声器
图6.3 “声锁”平面图
图6.4 铺衬管道宽度对其声学性能和气流性能的影响,管长为0.3m,0.45m和0.6m.(a)有效通风面积比随宽度的变化;(b)单元计权归一化级差Dn,e,w随宽度的变化(Oldham et al.2005d)
图6.5 普通窗户系统的基本结构.HL为窗帘长度;HD为窗帘与玻璃之间的距离;SSO为声源一侧的孔洞;RSO为居室一侧的孔洞;MVG为最小通风间隙;TWW为典型窗宽;D为玻璃与MPA之间的距离
图6.6 FEMLAB 数值模拟得来的声源室的与接收室的SPL的差值,(a)不同的SSO-RSO(mm);(b)不同的TWW (mm)和百叶窗的效果,(见图6.5—PB003a:45°硬质百叶窗;PB003b:声阻为0.3(½0c)的45°百叶窗;PB003c:声阻为0.3(ρ0c)的105°百叶窗;(c)不同的HL(mm)
图6.7 以声源室与接收室的SPL之差表示的、典型的/策略设计的窗的声学性能测量结果(Kang et al.2005).为比较,也给出了单层和双层窗的声学性能
图6.8 策略性设计的屏障断面图.(a)多边缘屏障;(b)抗性屏障;(c)相位干涉屏障;(d)倒相屏障(Ekici and Bougdah 2004)
图6.9 各种窗百叶屏障和悬挂窗帘屏障(Ekici and Bougdah 2004)
图6.10 吸收处理的屏障,横断面图(Ekici 2004)
图6.11 发散屏障,平面图
图6.12 策略性建筑/景观设计,横断面图.(a)道路水平高度的调整;(b)伸臂式和长廊式屏障;(c)悬吊的平板(Ekici 2004)
图6.13 各种屏障的噪声衰减的预想等级,1表示最有效,5表示最差(Joynt 2005)
图7.1 用于计算的(a)围蔽街道和(b)城市单元的基本布局
图7.2 声音随声源与传声器之间距离增大而衰变的曲线,扩散反射,街道长L=120m,宽W=20m 和围蔽高H=18m.声源位于(30m,6m,1m)
图7.3 单个点源在街道S-M内5个位置的SPL分布.(a)( 60m,0m,1m );(b)(60m,15m,1m);(c)(60m,30m,1m);(d)(60m,45m,1m);(e)(60m,60m,1m)和(f)沿y=0~120m每隔15m 共9 个声源.围蔽高H=20m
图7.4 街道S-M内,点声源在3个位置时混响时间的分布.(60m,0m,1m):(a)RT;(a\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\')EDT.(60m,30m,1m):(b)RT;(b\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\')EDT.(60m,60m,1m):(c)RT;(c\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\')EDT.围蔽高H=18m
图7.5 两条街道内声音按扩散反射和几何反射时沿长度衰减的比较,街道宽W20m,围蔽高H分别为(a)6m 和(b)18m
图7.6 扩散反射的和几何反射的反射边界面之间(a)RT;(b)EDT 和(c)衰变曲线的比较,街道宽20m
图7.7 沿不同围蔽高度的扩散反射边界面的街道长度方向的声衰减,街道宽20m
图7.8 两个街道宽度的混响时间比较,扩散反射边界面,围蔽高18m
图7.9 衰变曲线与围蔽高度的关系,扩散反射边界面,街道宽度20m,声源到传声器的距离20m
图7.10 城市单元内SPL随街道宽度的分布,围蔽高20m,(a)街道S 宽30m,街道N宽10m;(b)街道S宽10m,街道N宽30m
图7.11 街道S和N错位引起的SPL的变化,(a)街道N 错位到x = 70~90m;(b)街道S错位到x=30~50m,而街道N仍在x=70~90m.围蔽高20m
图7.12 沿边界面吸声系数不同的街道长度方向的SPL 衰减.(a)扩散反射边界面,(b)几何反射边界面.街道宽20m,围蔽高18m
图7.13 传声器位置(50m,2m,1m)处边界面吸声系数不同时的衰变曲线,扩散反射边界面,街道宽20m,围蔽高18m
图7.14 比较英国与香港街道的典型布局的三维图
图7.15 沿几何反射边界面的街道长度方向SPL的变化.(a)传声器高1.5m,(b)传声器与围蔽的高度相同
图7.16 沿几何反射边界面的街道长度方向的衰变曲线.(a)距离声源40m,(b)距离声源120m,传声器高出地面1.5m
图7.17 街道HK5与街道UK5的(a)SPL、(b)RT和(c)EDT的比较,扩散反射边界面
图7.18 地面以上1.5m 水平面内的SPL.所有建筑物的立面扩散系数都为0.3,地面几何反射,点声源
图7.19 距离一立面1m的垂直平面内SPL分布,所有立面扩散系数都为0.3,地面几何反射,线声源
图7.20 垂直于街道长度方向的平面内SPL分布.所有立面的扩散反射系数都为0.3,地面几何反射,线声源
图7.21 一个(50m×50m)广场内(a)SPL、(b)RT 和(c)EDT 的分布,颜色深的网格属扩散反射边界面,颜色浅的网格属几何反射边界面.围蔽高20m.声源位置:(10m,10m,1.5m).边界面吸收系数0.1
图7.22 传声器100处,扩散反射边界面与几何反射边界面时的衰变曲线比较,声源到传声器距离为53m
图7.23 在传声器位置24、56 和89处,(a)SPL、(b)RT 和(c)EDT 随扩散系数的增大而变化的情况,声源到传声器距离分别为8m、25m 和46m
图7.24 3个不同围蔽高度50m、20m和6m时的(a)SPL、(b)RT和EDT的比较,扩散反射边界面
图7.25 3个不同大小25m×25m、50m×50m和100m×100m广场的(a)SPL、(b)RT 和EDT 的比较,扩散反射边界面
图7.26 3个不同大小25m×25m,50m×50m和100m×100m广场的(a)SPL、(b)RT 和EDT的比较,几何反射边界面
图7.27 2个不同形状50m×50m和100m×25m广场的(a)SPL、(b)RT和EDT的比较,扩散反射边界面
图7.28 2个不同形状50m×50m和100m×25m广场的(a)SPL、(b)RT 和EDT的比较,几何反射边界面
图7.29 边界面吸收对(a)SPL和(b)RT和EDT的影响,扩散反射边界面
图7.30 边界面吸收对(a)SPL和(b)RT和EDT的影响,几何反射边界面
图7.31 在50m×50m广场上的(a)4种建筑物布局和(b)4种吸声体布局
图7.32 4种建筑物布局的SPL分布(见图7.31)
图7.33 4种吸声体布局的SPL分布(见图7.31)
图7.34 4种建筑物布局的RT分布(见图7.31)
图7.35 4种吸声体布局的RT分布(见图7.31)
图7.36 4种建筑物布局的EDT分布(见图7.31)
图7.37 4种吸声体布局的EDT分布(见图7.31)
表目录
表2.1 世界卫生组织(WHO)推荐的几种环境中的社区噪声指导值(Berglund et al.1999)
表2.2 PPG 24为附近存在噪声源的新建住宅所推荐的各种噪声暴露等级的限值,LAeq;T(ODPM 1994)
表2.3 意大利以LAeq 表示的噪声发射限值、照射限值和质量目标(Porter et al.1998;Kang et al.2001a)
表2.4 中国城市区域环境噪声LAeq限值,数据取自(SAC 1993)
表2.5 荷兰为噪声所高度烦扰的人群百分数(Franssen et al.2004)
表3.1 研究现场的基本资料
表3.2 测得的噪声级、现场噪声主观评价、住户声环境的主观评价
表3.3 总的物理舒适度评价的因子分析.Kaiser-Meyer-Olkin 采样适定测度,0.613;累计,55.1%;提取法,主元素分析;转动法,Kaiser 归一化方差最大;N=9200
表3.4 研究现场的各种声音的分级/%.F 偏好;N不偏好也不烦扰;A烦扰
表3.5 用于谢菲尔德声景观漫步的声景观评价表.黑体字表示在和平公园和Barkers Pool做的第二阶段考察结果
表3.6 和平公园和Barkers Pool第二阶段研究中的受访者人数
表3.7 声景观评价因子分析——和平公园和Barkers Pool两个季节总的研究结果.Kaiser-Meyer-Olkin采样适定测度,0.798;累计,53%;提取法,主元素分析;转动法,Kaiser归一化方差最大;N=491
表3.8 4个广场的典型描述语的平均评价得分,由建筑系学生组(第三阶段)和普通公众组(第二阶段)完成
表5.1 计算结果与测量结果的比较(单位:dBA)
表7.1 两个典型接收位置(31~90m,18m,18m)和(31~90m,2m,1m)处混响时间之比
表7.2 英国和香港的街道布局比较
京公网安备 11010102004214号