建筑聲學(xué)
作者：聲學(xué)小編 來源： 日期：2014-10-23 11:26 人氣：
建筑聲學(xué)是研究建筑中聲學(xué)環(huán)境問題的科學(xué)。它主要研究室內(nèi)音質(zhì)和建筑環(huán)境的噪聲控制。
有關(guān)建筑聲學(xué)的記載最早見于公元前一世紀(jì)，羅馬建筑師維特魯威所寫的《建筑十書》。書中記述了古希臘劇場中的音響調(diào)節(jié)方法，如利用共鳴缸和反射面以增加演出的音量等。在中世紀(jì)，歐洲教堂采用大的內(nèi)部空間和吸聲系數(shù)低的墻面，以產(chǎn)生長混響聲，造成神秘的宗教氣氛。當(dāng)時(shí)也曾使用吸收低頻聲的共振器，用以改善劇場的聲音效果。
15～17世紀(jì)，歐洲修建的一些劇院，大多有環(huán)形包廂和排列至接近頂棚的臺(tái)階式座位，同時(shí)由于聽眾和衣著對(duì)聲能的吸收，以及建筑物內(nèi)部繁復(fù)的凹凸裝飾對(duì)聲音的散射作用，使混響時(shí)間適中，聲場分布也比較均勻。劇場或其他建筑物的這種設(shè)計(jì)，當(dāng)初可能只求解決視線問題，但無意中卻取得了較好的聽聞效果。
16世紀(jì)，中國建成著名的北京天壇皇穹宇，建有直徑65米的回音壁，可使微弱的聲音沿壁傳播一二百米。在皇穹宇的臺(tái)階前，還有可以聽到幾次回聲的三音石。
18～19世紀(jì)，自然科學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了理論聲學(xué)的發(fā)展。到19世紀(jì)末，古典理論聲學(xué)發(fā)展到最高峰。20世紀(jì)初，美國賽賓提出了著名的混響理論，使建筑聲學(xué)進(jìn)入利學(xué)范疇。從20年代開始，由于電子管的出現(xiàn)和放大器的應(yīng)用，使非常微小的聲學(xué)量的測量得以實(shí)現(xiàn)，這就為現(xiàn)代建筑聲學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展開辟了道路。
建筑聲學(xué)的基本任務(wù)是研究室內(nèi)聲波傳輸?shù)奈锢項(xiàng)l件和聲學(xué)處理方法，以保證室內(nèi)具有良好聽聞條件；研究控制建筑物內(nèi)部和外部一定空間內(nèi)的噪聲干擾和危害。
室內(nèi)聲學(xué)的研究方法有幾何聲學(xué)方法、統(tǒng)計(jì)聲學(xué)方法和波動(dòng)聲學(xué)方法。
當(dāng)室內(nèi)幾何尺寸比聲波波長大得多時(shí)，可用幾何聲學(xué)方法研究早期反射聲分布以加強(qiáng)直達(dá)聲，提高聲場的均勻性，避免音質(zhì)缺陷；統(tǒng)計(jì)聲學(xué)方法是從能量的角度，研究在連續(xù)聲源激發(fā)下聲能密度的增長、穩(wěn)定和衰減過程(即混響過程)，并給混響時(shí)間以確切的定義，使主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和聲學(xué)客觀量結(jié)合起來，為室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)；當(dāng)室內(nèi)幾何尺寸與聲波波長可比時(shí)，易出現(xiàn)共振現(xiàn)象，可用波動(dòng)聲學(xué)方法研究室內(nèi)聲的簡正振動(dòng)方式和產(chǎn)生條件，以提高小空間內(nèi)聲場的均勻性和頻譜特性。
室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括體型和容積的選擇，最佳混響時(shí)間及其頻率特性的選擇和確定，吸聲材料的組合布置和設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)姆瓷涿妫院侠淼亟M織近次反射聲等。
聲學(xué)設(shè)計(jì)要考慮到兩個(gè)方面，一方面要加強(qiáng)聲音傳播途徑中有效的聲反射，使聲能在建筑空間內(nèi)均勻分布和擴(kuò)散，如在廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)中應(yīng)保證各處觀眾席都有適當(dāng)?shù)捻懚?。另一方面要采用各種吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)，以控制混響時(shí)間和規(guī)定的頻率特性，防止回聲和聲能集中等現(xiàn)象。設(shè)計(jì)階段要進(jìn)行聲學(xué)模型試驗(yàn)，預(yù)測所采取的聲學(xué)措施的效果。
處理室內(nèi)音質(zhì)一方面要了解室內(nèi)空間體型、所選用的材料對(duì)聲場的影響。還要考慮室內(nèi)聲場聲學(xué)參數(shù)與主觀聽聞效果的關(guān)系，即音質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)。可以說確定室內(nèi)音質(zhì)的好壞，最終還在于聽眾的主觀感受。由于聽眾的個(gè)人感受和鑒賞力的不同，在主觀評(píng)價(jià)方面的非一致性是這門學(xué)科的特點(diǎn)之一；因此，建筑聲學(xué)測量作為研究。探索聲學(xué)參數(shù)與聽眾主觀感覺的相關(guān)性，以及室內(nèi)聲信號(hào)主觀感覺與室內(nèi)音質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相互關(guān)系的手段，也是室內(nèi)聲學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容。
在大型廳堂建筑中，往往采用電聲設(shè)備以增強(qiáng)自然聲和提高直達(dá)聲的均勻程度，還可以在電路中采用人工延遲、人工混響等措施以提高音質(zhì)效果。室內(nèi)擴(kuò)聲是大型廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)必不可少的一個(gè)方面，因此，現(xiàn)代擴(kuò)聲技術(shù)已成為室內(nèi)聲學(xué)的一個(gè)組成部分。
即使有良好的室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)，如果受到噪聲的嚴(yán)重干擾，也將難以獲得良好的室內(nèi)聽聞條件。為了保證建筑物的使用功能，保證人們正常生活和工作條件，也必須減弱噪聲的影響。因此，控制建筑環(huán)境噪聲，保證建筑物內(nèi)部達(dá)到一定的安靜標(biāo)準(zhǔn)，是建筑聲學(xué)的另一個(gè)重要方面。
噪聲干擾，除與噪聲強(qiáng)度有關(guān)外，還與噪聲的頻譜持續(xù)時(shí)間、重復(fù)出現(xiàn)次數(shù)以及人的聽覺特性、心理、生理等因素有關(guān)。控制噪聲就是按照實(shí)際需要和可能，將噪聲控制在某一適當(dāng)范圍內(nèi)，其所容許的最高噪聲標(biāo)準(zhǔn)稱為容許噪聲級(jí)，即噪聲容許標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于不同用途的建筑物，有不同建筑噪聲容許標(biāo)準(zhǔn)：如對(duì)工業(yè)建筑主要是為保護(hù)人體健康而制定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；而對(duì)學(xué)習(xí)和生活環(huán)境則要保證達(dá)到一定的安靜標(biāo)準(zhǔn)。
在噪聲控制中，首先要降低噪聲源的聲輻射強(qiáng)度，其次是控制噪聲的傳播，再次是采取個(gè)人防護(hù)措施。噪聲按傳播途徑可分為兩種：一是由空氣傳描的噪聲，即空氣聲；一是由建筑結(jié)構(gòu)傳播的機(jī)械振動(dòng)所輻射的噪聲，即固體聲?？諝饴晻?huì)傳播過程的衰減和設(shè)置隔墻而大大減弱；固體聲由于建筑材料對(duì)聲能的衰減作用很小，可傳播得較遠(yuǎn)，通常采用分離式構(gòu)件或彈性聯(lián)接等措施來減弱其傳播。
建筑物空氣聲隔聲的能力取決于墻或間壁(隔斷)的隔聲量?；径墒琴|(zhì)量定律，即墻或間壁的隔聲量與它的面密度的對(duì)數(shù)成正比?，F(xiàn)代建筑由于廣泛采用輕質(zhì)材料和輕型結(jié)構(gòu)，減弱了對(duì)空氣聲隔聲的能力，因此又發(fā)展出雙層墻體結(jié)構(gòu)和多層復(fù)合墻板，以滿足隔聲的要求。
在建筑物中實(shí)現(xiàn)固體聲隔聲，相對(duì)地說要困難些。采用一般的隔振方法，如采用不連續(xù)結(jié)構(gòu)，施工比較復(fù)雜，對(duì)于要求有高度整體性的現(xiàn)代建筑尤其是這樣。人在樓板上走動(dòng)或移動(dòng)物件時(shí)產(chǎn)生撞擊聲，直接對(duì)樓廠房間造成噪聲干擾。可用標(biāo)準(zhǔn)打擊器撞擊樓板，在樓下測定聲壓級(jí)值。聲壓級(jí)值越大，表示樓板隔絕撞擊聲的性能越差。
控制樓板撞擊聲的主要方法是在樓板面層上或地面板與承重樓板之間設(shè)置彈性層，特別是在樓板上鋪設(shè)彈性面層，是隔絕撞擊聲的簡便有效的措施。在工業(yè)建筑物中，隔聲間或隔聲罩已成為廣泛采用的降低設(shè)備噪聲的手段。
在機(jī)械設(shè)備下面設(shè)置隔振器，以減弱振動(dòng)，是建筑設(shè)備隔振的主要措施。目前，隔振器已由逐個(gè)設(shè)計(jì)發(fā)展成為定型產(chǎn)品。
由于室內(nèi)聲學(xué)同建筑空間的體積、形狀和室內(nèi)表面處理都有密切關(guān)系，因此室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)必須從建筑的觀點(diǎn)確定方案。取得良好的聲學(xué)功能和建筑藝術(shù)的高度統(tǒng)一的效果，這是科學(xué)家和建筑師進(jìn)行合作的共同目標(biāo)。
改善建筑物的聲環(huán)境，必須加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、技術(shù)措施和組織管理措施，雖然重點(diǎn)應(yīng)放在聲源上，但是改變聲源往往較為困難甚至不可能，因此要更多地注意傳播途徑和接收條件。各種控制技術(shù)都涉及經(jīng)濟(jì)問題，因此必須同有關(guān)的各種專業(yè)合作進(jìn)行綜合研究，以獲得最佳的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。
