建築聲學

建築聲學

建築聲學是研究建築中聲學環境問(wèn)題的(de)科(kē)學。它主要研究室內(nèi)音(yīn)質和(hé)建築環境的(de)噪聲控制。

有(yǒu)關建築聲學的(de)記載最早見于公元前一世紀，羅馬建築師(shī)維特魯威所寫的(de)《建築十書(shū)》。書(shū)中記述了古希臘劇(jù)場(chǎng)中的(de)音(yīn)響調節方法，如利用共鳴缸和(hé)反射面以增加演出的(de)音(yīn)量等。在中世紀，歐洲教堂采用大的(de)內(nèi)部空間(jiān)和(hé)吸聲系數低(dī)的(de)牆面，以産生(shēng)長(cháng)混響聲，造成神秘的(de)宗教氣氛。當時(shí)也曾使用吸收低(dī)頻(pín)聲的(de)共振器(qì)，用以改善劇(jù)場(chǎng)的(de)聲音(yīn)效果。

15～17世紀，歐洲修建的(de)一些劇(jù)院，大多有(yǒu)環形包廂和(hé)排列至接近(jìn)頂棚的(de)台階式座位，同時(shí)由于聽(tīng)衆和(hé)衣着對(duì)聲能的(de)吸收，以及建築物(wù)內(nèi)部繁複的(de)凹凸裝飾對(duì)聲音(yīn)的(de)散射作(zuò)用，使混響時(shí)間(jiān)适中，聲場(chǎng)分布也比較均勻。劇(jù)場(chǎng)或其他(tā)建築物(wù)的(de)這(zhè)種設計(jì)，當初可能隻求解決視(shì)線問(wèn)題，但(dàn)無意中卻取得了較好(hǎo)的(de)聽(tīng)聞效果。

16世紀，中國(guó)建成著名的(de)北京天壇皇穹宇，建有(yǒu)直徑65米的(de)回音(yīn)壁，可使微(wēi)弱的(de)聲音(yīn)沿壁傳播一二百米。在皇穹宇的(de)台階前，還(hái)有(yǒu)可以聽(tīng)到幾次回聲的(de)三音(yīn)石。

18～19世紀，自(zì)然科(kē)學的(de)發展推動了理(lǐ)論聲學的(de)發展。到19世紀末，古典理(lǐ)論聲學發展到最高(gāo)峰。20世紀初，美(měi)國(guó)賽賓提出了著名的(de)混響理(lǐ)論，使建築聲學進入利學範疇。從(cóng)20年(nián)代，開(kāi)始，由于電(diàn)子(zǐ)管的(de)出現(xiàn)和(hé)放(fàng)大器(qì)的(de)應用，使非常微(wēi)小(xiǎo)的(de)聲學量的(de)測量得以實現(xiàn)，這(zhè)就為(wèi)現(xiàn)代建築聲學的(de)進一步發展開(kāi)辟了道(dào)路(lù)。

建築聲學的(de)基本任務是研究室內(nèi)聲波傳輸的(de)物(wù)理(lǐ)條件(jiàn)和(hé)聲學處理(lǐ)方法，以保證室內(nèi)具有(yǒu)良好(hǎo)聽(tīng)聞條件(jiàn)；研究控制建築物(wù)內(nèi)部和(hé)外(wài)部一定空間(jiān)內(nèi)的(de)噪聲幹擾和(hé)危害。

室內(nèi)聲學的(de)研究方法有(yǒu)幾何聲學方法、統計(jì)聲學方法和(hé)波動聲學方法。

當室內(nèi)幾何尺寸比聲波波長(cháng)大得多時(shí)，可用幾何聲學方法研究早期反射聲分布以加強直達聲，提高(gāo)聲場(chǎng)的(de)均勻性，避免音(yīn)質缺陷；統計(jì)聲學方法是從(cóng)能量的(de)角度，研究在連續聲源激發下(xià)聲能密度的(de)增長(cháng)、穩定和(hé)衰減過程(即混響過程)，并給混響時(shí)間(jiān)以确切的(de)定義，使主觀評價标準和(hé)聲學客觀量結合起來(lái)，為(wèi)室內(nèi)聲學設計(jì)提供科(kē)學依據；當室內(nèi)幾何尺寸與聲波波長(cháng)可比時(shí)，易出現(xiàn)共振現(xiàn)象，可用波動聲學方法研究室內(nèi)聲的(de)簡正振動方式和(hé)産生(shēng)條件(jiàn)，以提高(gāo)小(xiǎo)空間(jiān)內(nèi)聲場(chǎng)的(de)均勻性和(hé)頻(pín)譜特性。

室內(nèi)聲學設計(jì)內(nèi)容包括體(tǐ)型和(hé)容積的(de)選擇，最佳混響時(shí)間(jiān)及其頻(pín)率特性的(de)選擇和(hé)确定，吸聲材料的(de)組合布置和(hé)設計(jì)适當的(de)反射面，以合理(lǐ)地(dì)組織近(jìn)次反射聲等。

聲學設計(jì)要考慮到兩個(gè)方面，一方面要加強聲音(yīn)傳播途徑中有(yǒu)效的(de)聲反射，使聲能在建築空間(jiān)內(nèi)均勻分布和(hé)擴散，如在廳堂音(yīn)質設計(jì)中應保證各處觀衆席都(dōu)有(yǒu)适當的(de)響度。另一方面要采用各種吸聲材料和(hé)吸聲結構，以控制混響時(shí)間(jiān)和(hé)規定的(de)頻(pín)率特性，防止回聲和(hé)聲能集中等現(xiàn)象。設計(jì)階段要進行聲學模型試驗，預測所采取的(de)聲學措施的(de)效果。

處理(lǐ)室內(nèi)音(yīn)質一方面要了解室內(nèi)空間(jiān)體(tǐ)型、所選用的(de)材料對(duì)聲場(chǎng)的(de)影響。還(hái)要考慮室內(nèi)聲場(chǎng)聲學參數與主觀聽(tīng)聞效果的(de)關系，即音(yīn)質的(de)主觀評價。可以說(shuō)确定室內(nèi)音(yīn)質的(de)好(hǎo)壞，最終還(hái)在于聽(tīng)衆的(de)主觀感受。由于聽(tīng)衆的(de)個(gè)人(rén)感受和(hé)鑒賞力的(de)不同，在主觀評價方面的(de)非一緻性是這(zhè)門學科(kē)的(de)特點之一；因此，建築聲學測量作(zuò)為(wèi)研究。探索聲學參數與聽(tīng)衆主觀感覺的(de)相(xiàng)關性，以及室內(nèi)聲信号主觀感覺與室內(nèi)音(yīn)質标準相(xiàng)互關系的(de)手段，也是室內(nèi)聲學的(de)一個(gè)重要內(nèi)容。

在大型廳堂建築中，往往采用電(diàn)聲設備以增強自(zì)然聲和(hé)提高(gāo)直達聲的(de)均勻程度，還(hái)可以在電(diàn)路(lù)中采用人(rén)工(gōng)延遲、人(rén)工(gōng)混響等措施以提高(gāo)音(yīn)質效果。室內(nèi)擴聲是大型廳堂音(yīn)質設計(jì)必不可少的(de)一個(gè)方面，因此，現(xiàn)代擴聲技(jì)術已成為(wèi)室內(nèi)聲學的(de)一個(gè)組成部分。

即使有(yǒu)良好(hǎo)的(de)室內(nèi)音(yīn)質設計(jì)，如果受到噪聲的(de)嚴重幹擾，也将難以獲得良好(hǎo)的(de)室內(nèi)聽(tīng)聞條件(jiàn)。為(wèi)了保證建築物(wù)的(de)使用功能，保證人(rén)們正常生(shēng)活和(hé)工(gōng)作(zuò)條件(jiàn)，也必須減弱噪聲的(de)影響。因此，控制建築環境噪聲，保證建築物(wù)內(nèi)部達到一定的(de)安靜标準，是建築聲學的(de)另一個(gè)重要方面。

噪聲幹擾，除與噪聲強度有(yǒu)關外(wài)，還(hái)與噪聲的(de)頻(pín)譜持續時(shí)間(jiān)、重複出現(xiàn)次數以及人(rén)的(de)聽(tīng)覺特性、心理(lǐ)、生(shēng)理(lǐ)等因素有(yǒu)關。控制噪聲就是按照(zhào)實際需要和(hé)可能，将噪聲控制在某一适當範圍內(nèi)，其所容許的(de)最高(gāo)噪聲标準稱為(wèi)容許噪聲級，即噪聲容許标準。對(duì)于不同用途的(de)建築物(wù)，有(yǒu)不同建築噪聲容許标準：如對(duì)工(gōng)業(yè)建築主要是為(wèi)保護人(rén)體(tǐ)健康而制定的(de)衛生(shēng)标準；而對(duì)學習(xí)和(hé)生(shēng)活環境則要保證達到一定的(de)安靜标準。

在噪聲控制中，首先要降低(dī)噪聲源的(de)聲輻射強度，其次是控制噪聲的(de)傳播，再次是采取個(gè)人(rén)防護措施。噪聲按傳播途徑可分為(wèi)兩種：一是由空氣傳描的(de)噪聲，即空氣聲；一是由建築結構傳播的(de)機(jī)械振動所輻射的(de)噪聲，即固體(tǐ)聲。空氣聲會傳播過程的(de)衰減和(hé)設置隔牆而大大減弱；固體(tǐ)聲由于建築材料對(duì)聲能的(de)衰減作(zuò)用很(hěn)小(xiǎo)，可傳播得較遠(yuǎn)，通(tōng)常采用分離式構件(jiàn)或彈性聯接等措施來(lái)減弱其傳播。

建築物(wù)空氣聲隔聲的(de)能力取決于牆或間(jiān)壁(隔斷)的(de)隔聲量。基本定律是質量定律，即牆或間(jiān)壁的(de)隔聲量與它的(de)面密度的(de)對(duì)數成正比。現(xiàn)代建築由于廣泛采用輕質材料和(hé)輕型結構，減弱了對(duì)空氣聲隔聲的(de)能力，因此又(yòu)發展出雙層牆體(tǐ)結構和(hé)多層複合牆闆，以滿足隔聲的(de)要求。

在建築物(wù)中實現(xiàn)固體(tǐ)聲隔聲，相(xiàng)對(duì)地(dì)說(shuō)要困難些。采用一般的(de)隔振方法，如采用不連續結構，施工(gōng)比較複雜(zá)，對(duì)于要求有(yǒu)高(gāo)度整體(tǐ)性的(de)現(xiàn)代建築尤其是這(zhè)樣。人(rén)在樓闆上(shàng)走動或移動物(wù)件(jiàn)時(shí)産生(shēng)撞擊聲，直接對(duì)樓廠(chǎng)房(fáng)間(jiān)造成噪聲幹擾。可用标準打擊器(qì)撞擊樓闆，在樓下(xià)測定聲壓級值。聲壓級值越大，表示樓闆隔絕撞擊聲的(de)性能越差。

控制樓闆撞擊聲的(de)主要方法是在樓闆面層上(shàng)或地(dì)面闆與承重樓闆之間(jiān)設置彈性層，特别是在樓闆上(shàng)鋪設彈性面層，是隔絕撞擊聲的(de)簡便有(yǒu)效的(de)措施。在工(gōng)業(yè)建築物(wù)中，隔聲間(jiān)或隔聲罩已成為(wèi)廣泛采用的(de)降低(dī)設備噪聲的(de)手段。

在機(jī)械設備下(xià)面設置隔振器(qì)，以減弱振動，是建築設備隔振的(de)主要措施。目前，隔振器(qì)已由逐個(gè)設計(jì)發展成為(wèi)定型産品。

由于室內(nèi)聲學同建築空間(jiān)的(de)體(tǐ)積、形狀和(hé)室內(nèi)表面處理(lǐ)都(dōu)有(yǒu)密切關系，因此室內(nèi)聲學設計(jì)必須從(cóng)建築的(de)觀點确定方案。取得良好(hǎo)的(de)聲學功能和(hé)建築藝術的(de)高(gāo)度統一的(de)效果，這(zhè)是科(kē)學家(jiā)和(hé)建築師(shī)進行合作(zuò)的(de)共同目标。

改善建築物(wù)的(de)聲環境，必須加強基礎研究、技(jì)術措施和(hé)組織管理(lǐ)措施，雖然重點應放(fàng)在聲源上(shàng)，但(dàn)是改變聲源往往較為(wèi)困難甚至不可能，因此要更多地(dì)注意傳播途徑和(hé)接收條件(jiàn)。各種控制技(jì)術都(dōu)涉及經濟問(wèn)題，因此必須同有(yǒu)關的(de)各種專業(yè)合作(zuò)進行綜合研究，以獲得最佳的(de)技(jì)術效果和(hé)經濟效益。

其它聲學分支學科(kē)

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