建筑声学

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所属分类:声学科普
摘要

介绍建筑声学的概念,发展史,研究方法,并给出控制建筑环境噪声的方法。

建筑声学是研究建筑中声学环境问题的科学。它主要研究室内音质建筑环境噪声控制。

建筑声学

有关建筑声学的记载最早见于公元前一世纪,罗马建筑师维特鲁威所写的《建筑十书》。书中记述了古希腊剧场中的音响调节方法,如利用共鸣缸和反射面以增加演出的音量等。在中世纪,欧洲教堂采用大的内部空间和吸声系数低的墙面,以产生长混响声,造成神秘的宗教气氛。当时也曾使用吸收低频声的共振器,用以改善剧场的声音效果。

15~17世纪,欧洲修建的一些剧院,大多有环形包厢和排列至接近顶棚的台阶式座位,同时由于听众和衣着对声能的吸收,以及建筑物内部繁复的凹凸装饰对声音的散射作用,使混响时间适中,声场分布也比较均匀。剧场或其他建筑物的这种设计,当初可能只求解决视线问题,但无意中却取得了较好的听闻效果。

16世纪,中国建成著名的北京天坛皇穹宇,建有直径65米的回音壁,可使微弱的声音沿壁传播一二百米。在皇穹宇的台阶前,还有可以听到几次回声的三音石。

18~19世纪,自然科学的发展推动了理论声学的发展。到19世纪末,古典理论声学发展到最高峰。20世纪初,美国赛宾提出了著名的混响理论,使建筑声学进入利学范畴。从20年代开始,由于电子管的出现和放大器的应用,使非常微小的声学量的测量得以实现,这就为现代建筑声学的进一步发展开辟了道路。

建筑声学的基本任务是研究室内声波传输的物理条件和声学处理方法,以保证室内具有良好听闻条件;研究控制建筑物内部和外部一定空间内的噪声干扰和危害。

室内声学的研究方法有几何声学方法统计声学方法波动声学方法

当室内几何尺寸比声波波长大得多时,可用几何声学方法研究早期反射声分布以加强直达声,提高声场的均匀性,避免音质缺陷;统计声学方法是从能量的角度,研究在连续声源激发下声能密度的增长、稳定和衰减过程(即混响过程),并给混响时间以确切的定义,使主观评价标准和声学客观量结合起来,为室内声学设计提供科学依据;当室内几何尺寸与声波波长可比时,易出现共振现象,可用波动声学方法研究室内声的简正振动方式和产生条件,以提高小空间内声场的均匀性和频谱特性。

室内声学设计内容包括体型和容积的选择,最佳混响时间及其频率特性的选择和确定,吸声材料的组合布置和设计适当的反射面,以合理地组织近次反射声等。

声学设计要考虑到两个方面,一方面要加强声音传播途径中有效的声反射,使声能在建筑空间内均匀分布和扩散,如在厅堂音质设计中应保证各处观众席都有适当的响度。另一方面要采用各种吸声材料和吸声结构,以控制混响时间和规定的频率特性,防止回声和声能集中等现象。设计阶段要进行声学模型试验,预测所采取的声学措施的效果。

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