建筑聲學(xué)

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建筑聲學(xué)(architectural acoustics)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,以保證室內(nèi)具有良好聽聞條件。
中文名
建筑聲學(xué)
外文名
architectural acoustics
簡    介
建筑環(huán)境中聲音傳播聲音評(píng)價(jià)控制
學(xué)    科
建筑物理的組成部分
詞    性
名詞
時(shí)    間
公元前1世紀(jì)

建筑聲學(xué)概況

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建筑聲學(xué)是研究建筑環(huán)境中聲音的傳播,聲音的評(píng)價(jià)和控制的學(xué)科,是建筑物理的組成部分。 [1] 

建筑聲學(xué)歷史起源

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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
建筑聲學(xué) 建筑聲學(xué)
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。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)入力學(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)基本任務(wù)

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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。 [1] 

建筑聲學(xué)研究方法

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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。
建筑聲學(xué)書籍 建筑聲學(xué)書籍
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。

建筑聲學(xué)建筑聲環(huán)境

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建筑聲環(huán)境一般有兩個(gè)構(gòu)成要素:聲源;聲音傳播其中的建筑環(huán)境。
聲源一般是指受外力作用而產(chǎn)生振動(dòng)的發(fā)聲體。聲源的振動(dòng)通過媒介傳播,形成一種物理波動(dòng).在空氣介質(zhì)中.就是空氣的壓力波動(dòng),成為物理學(xué)意義上的客觀聲音。如果這種壓力的波動(dòng)作用于人耳,在一定條件下,就會(huì)形成聽覺中的聲音,這是生理學(xué)意義上的主觀聲音。
建筑環(huán)境一般是指人類生存其問的人工建成物及其所在區(qū)域的狀態(tài)和格局。不同的建成物具有不同的使用功能.對(duì)傳播其中的聲音也具有不同的聲學(xué)要求.例如,學(xué)校、劇院、會(huì)議廳等都有一定的音質(zhì)要求.住宅區(qū)、文教區(qū)、商業(yè)區(qū)、工廠區(qū)等又都有相應(yīng)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。通常,采取建筑布局、阻尼、吸聲、隔聲、隔振、反射、消聲器和個(gè)人防護(hù)等八大措施,可分別在聲源、傳聲途徑和聽覺器官三個(gè)階段上,合理有效地創(chuàng)造出以人為核心的,有益于身心健康的聲環(huán)境。聲學(xué)常識(shí)告訴我們,任何一種實(shí)際材料,從氣態(tài)、液態(tài)到同態(tài),都可以是聲音的產(chǎn)生者、傳遞者和接受者。這些材料一經(jīng)有意識(shí)有選擇的運(yùn)用,就可能成為改造或創(chuàng)造某種聲環(huán)境的功能材料。聲場中,獨(dú)立于聲源存在的某種材料的同有組成結(jié)構(gòu)決定了該種材料一定的聲學(xué)特性;而一種或幾種材料的某種組合構(gòu)造,又會(huì)具有相應(yīng)獨(dú)特的聲學(xué)性能。習(xí)慣上,常稱前者為某種聲學(xué)材料,后者為某種聲學(xué)結(jié)構(gòu)。例如,玻璃棉、礦巖棉等這類無機(jī)纖維材料,結(jié)構(gòu)本身多孔蓬松,孔口外開,孔道曲折,具有很好的吸聲性能,便稱之為多孔性吸聲材料;另如,金屬穿孔板、金屬穿孔板后填玻璃棉等這類制成品及裝置,結(jié)構(gòu)加工成聲學(xué)共振構(gòu)造,也具有一定較強(qiáng)的吸聲性能,則稱之為共振吸聲結(jié)構(gòu)。建筑聲環(huán)境材料是對(duì)建筑聲學(xué)材料和建筑聲學(xué)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱。 [2] 

建筑聲學(xué)研究對(duì)象

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吸聲材料的組合布置和設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)姆瓷涿?,以合理地組織近次反射聲等。
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。
建筑聲學(xué) 建筑聲學(xué)
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,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。
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)??刂圃肼暰褪前凑諏?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)。
噪聲按傳播途徑可分為兩種:一是由空氣傳描的噪聲,空氣聲會(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。

建筑聲學(xué)應(yīng)用

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建筑物空氣聲隔聲的能力取決于墻或間壁(隔斷)的隔聲量。
直接對(duì)樓廠房間造成噪聲干擾。
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。隔振器已由逐個(gè)設(shè)計(jì)發(fā)展成為定型產(chǎn)品。

建筑聲學(xué)研究內(nèi)容

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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。
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。因此,現(xiàn)代建筑聲學(xué)可分為室內(nèi)聲學(xué)建筑環(huán)境噪聲控制兩個(gè)研究領(lǐng)域。

建筑聲學(xué)室內(nèi)聲學(xué)

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)姆瓷涿嬉院侠淼亟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。另一方面要考慮室內(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)性和室內(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。

建筑聲學(xué)建筑環(huán)境噪聲控制

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)??刂圃肼暰褪前凑諏?shí)際需要和可能,將噪聲控制在某一適當(dāng)范圍內(nèi)。這一范圍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。在城市規(guī)劃和建筑布局上要有合理的安排。一般按照各類建筑對(duì)安靜程度的要求,劃分區(qū)域并布置道路網(wǎng),使要求安靜的建筑物,如住宅、文教區(qū)遠(yuǎn)離喧鬧的工廠區(qū)或交通干線,避免交通流量大的街道和高速公路穿過住宅區(qū),這是控制城市噪聲的基本措施。在各分區(qū)內(nèi)各單體建筑物中,同樣需要從控制噪聲的角度,對(duì)有不同安靜程度要求的建筑群和各個(gè)房間分別進(jìn)行合理的安排和布局(見建筑物隔聲)。
噪聲按傳播途徑可分為兩種:一是由空氣傳播的噪聲,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??諝饴曇騻鞑ミ^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)接等技術(shù)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)樓下房間造成噪聲干擾??捎脴?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??刂茦前遄矒袈暤闹饕椒ㄊ窃跇前迕鎸由匣虻孛姘迮c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。建筑物的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備會(huì)產(chǎn)生空氣動(dòng)力噪聲。在氣流通道上設(shè)置消聲器是防止空氣噪聲的措施。工程上采用的消聲器,根據(jù)消聲原理大致可分為阻性、抗性或阻抗復(fù)合等類型。許多國家的消聲器已發(fā)展成為商品化的消聲器系列。(見通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的噪聲控制)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。,隔振器已由逐個(gè)設(shè)計(jì)發(fā)展成為定型產(chǎn)品。

建筑聲學(xué)廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)方法

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廳堂建筑空間都比較大,所以 [3]  在設(shè)計(jì)上尤其是保證其內(nèi)部聲學(xué)設(shè)計(jì)合理到位,吸音材料以及其他的各種聲學(xué)材料不可缺少,所以合理的設(shè)計(jì)及材料設(shè)備的正確使用才能確保其音質(zhì)效果,只有了解廳堂上的聲學(xué)要求和設(shè)計(jì)方法才能保障有效的音質(zhì)設(shè)計(jì)。

建筑聲學(xué)建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

一般而言,建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)主要包括噪聲控制和音質(zhì)設(shè)計(jì)兩大部分。
(一)噪聲控制
通常音樂廳、劇場等廳堂都要求很低的室內(nèi)背景噪聲,因此,這些廳堂的選址很重要,應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離戶外的噪聲與振動(dòng)源。另外,還要進(jìn)行場地環(huán)境噪聲與振動(dòng)調(diào)查、測量與仿真預(yù)測,目的是為進(jìn)行廳堂建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲設(shè)計(jì)提供依據(jù)。保證廳堂建成后能達(dá)到預(yù)定的室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)。此外,建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要任務(wù)就是進(jìn)行室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)。
(二)音質(zhì)設(shè)計(jì)
音質(zhì)設(shè)計(jì)通常包括下述工作內(nèi)容:
1.確定廳堂體型及體量。
2.確定音質(zhì)設(shè)計(jì)指標(biāo)及其優(yōu)選值。根據(jù)廳堂的使用功能選擇混響時(shí)間、明晰度、強(qiáng)度指數(shù)、側(cè)向能量因子、雙耳互相關(guān)系數(shù)等音質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo),并確定各指標(biāo)的優(yōu)選值,是音質(zhì)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。
3.對(duì)樂池、樂臺(tái)、包廂、樓座及廳堂各界面進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)。
4.計(jì)算廳堂音質(zhì)參量。當(dāng)廳堂的平、剖面及樓座、包廂、樂池、樂臺(tái)等設(shè)計(jì)方案擬定以后,就可開始計(jì)算廳堂音質(zhì)參量。
5.進(jìn)行聲學(xué)構(gòu)造設(shè)計(jì)。廳堂音質(zhì)除了受前述建筑因素影響之外,還與室內(nèi)裝修材料與構(gòu)造密切相關(guān)。聲學(xué)裝修構(gòu)造設(shè)計(jì)通常包括各界面材料的選擇和繪制構(gòu)造設(shè)計(jì)圖,需詳細(xì)規(guī)定材料的面密度、表觀密度、厚度、穿孔率、孔徑、孔距、背后空氣層厚度以及龍骨的間距等技術(shù)參數(shù)。
6.聲場計(jì)算機(jī)仿真。對(duì)廳堂建筑進(jìn)行仔細(xì)的聲場分析和音質(zhì)參量計(jì)算,有賴于聲場三維計(jì)算機(jī)仿真。
7.縮尺模型試驗(yàn)。對(duì)于重要的廳堂,除了計(jì)算機(jī)仿真外,通常還須建立一定縮尺比的廳堂模型,進(jìn)行縮尺模型聲學(xué)試驗(yàn)。
8.可聽化主觀評(píng)價(jià)。可聽化技術(shù)是通過仿真計(jì)算?;蛘咄ㄟ^模型試驗(yàn)測量獲得雙耳脈沖響應(yīng),將之與在消聲室中錄制的音樂或語言“干信號(hào)”卷積,輸出已加入廳堂影響的聲音信號(hào),供受試者預(yù)先聆聽建成后的廳堂音質(zhì)效果。這是近年發(fā)展起來的建筑聲學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)高新技術(shù)。
9.建筑聲學(xué)測量。建筑聲學(xué)測量包括噪聲與振動(dòng)測量,圍護(hù)構(gòu)造隔聲測量,重要材料與構(gòu)造的吸聲量測量以及廳堂音質(zhì)參量的測量等。
10.對(duì)電聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供咨詢意見。對(duì)于需要安裝電聲系統(tǒng)的廳堂,建筑聲學(xué)專家尚需與音響工程師配合,對(duì)電聲系統(tǒng)的設(shè)備選型、設(shè)計(jì)與安裝提供咨詢意見。
11.組織主觀評(píng)價(jià)。對(duì)于重要廳堂,在工程落成后,組織專門的演出和主觀評(píng)價(jià),來檢驗(yàn)建成后廳堂的音質(zhì)效果,是建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

建筑聲學(xué)聲學(xué)設(shè)計(jì)的手段

準(zhǔn)確地預(yù)測房間的音質(zhì)效果一直是建筑聲學(xué)研究者追求的理想。廳堂音質(zhì)模型測定是建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的重要手段。隨著軟件技術(shù)的發(fā)展,使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行聲場的模擬研究成為現(xiàn)實(shí)。近年來,使用基于有限元理論的方法模擬聲音的高階波動(dòng)特性,在低頻模擬上獲得了一些進(jìn)展。
廳堂中短延時(shí)反射聲的分布,是決定音質(zhì)的重要因素。在縮尺模型中,用電火花作為脈沖聲源測得的短延時(shí)反射聲分布,與實(shí)際大廳的短延時(shí)反射聲分布有良好的對(duì)應(yīng),對(duì)在設(shè)計(jì)階段確定廳堂的大小、體型等有重要參考意義?;祉憰r(shí)間是公認(rèn)的一個(gè)可定量的音質(zhì)參數(shù),通過模型試驗(yàn)可以預(yù)測所要興建廳堂的混響時(shí)間。聲場不均勻度也是一個(gè)重要的音質(zhì)參數(shù)。
模型試驗(yàn)的測量系統(tǒng)、測量方法和結(jié)果的表達(dá)與實(shí)際廳堂相同,但需要根據(jù)廳堂模型的縮尺比s,在混響時(shí)間測量和聲場不均勻度測量時(shí)對(duì)測量頻率作相應(yīng)改變。不同頻率的聲波,在空氣介質(zhì)中傳播,特別是高頻聲波,它的由空氣吸收引起的衰減在不同溫、濕度條件下差別很大,對(duì)混響時(shí)間測量結(jié)果,需采取對(duì)空氣吸收的影響作相應(yīng)的修正,且有足夠的精度。
對(duì)于短延時(shí)反射聲分布測量,廳堂音質(zhì)模型的縮尺比s一般采用1/5或1/10,也有采用1/20的,但因受試驗(yàn)設(shè)備和頻率過高的限制,精度受到一定影響。對(duì)混響時(shí)間的測量,縮尺比s為1/20時(shí)只能對(duì)應(yīng)實(shí)際廳堂1000Hz或2 000Hz以下的頻率。推薦縮尺比s不小于1/10,對(duì)混響時(shí)間和聲場不均勻度的測量可擴(kuò)展至實(shí)際廳堂中的4000Hz。短延時(shí)反射聲分布測量的精度也較高。
模型的內(nèi)表面形狀,有些起伏尺寸比較小,對(duì)聲波的反射和擴(kuò)散沒有多大影響,在制作模型時(shí)可適當(dāng)簡化。但必須保留等于或大于實(shí)際廳堂中聲波為2000Hz的波長的起伏,不能省略。因?yàn)檫@些部分會(huì)對(duì)聲場的不均勻度有較大影響。要使廳堂音質(zhì)模型的內(nèi)表面各個(gè)部分,包括觀眾席的吸聲系數(shù)在所測量的頻率范圍內(nèi)與相對(duì)應(yīng)的實(shí)際廳堂內(nèi)表面各部分及觀眾席的吸聲系數(shù)完全相符,實(shí)際上有很大難度,因此允許有±10%的誤差。
為了避免在模型中的背景噪聲過高導(dǎo)至動(dòng)態(tài)范圍達(dá)不到要求而影響精度,廳堂音質(zhì)模型的外殼必須有足夠的隔聲量。舞臺(tái)空間大小、形狀及吸聲狀況,對(duì)觀眾廳的短延時(shí)反射聲分布、混響時(shí)間及聲壓級(jí)分布有很大影響。在模型試驗(yàn)時(shí),這部分宜包括在內(nèi)。舞臺(tái)空間部分的吸聲狀況也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的模擬。
短延時(shí)反射聲分布測量所用的聲源信號(hào)為電容器放電時(shí)產(chǎn)生的脈沖聲,適于用做模型試驗(yàn)中的脈沖聲源信號(hào)。聲源中心位置規(guī)定為一般演出區(qū)的中心,高度相當(dāng)于人口的高度。聲場不均勻度測量的聲源位置與高度,與混響時(shí)間測量相同。短延時(shí)反射聲分布測量常用的方法是將接收到的直達(dá)聲和反射聲信號(hào)經(jīng)過放大,以時(shí)間為橫軸在示波器上顯示,即脈沖響應(yīng)聲圖譜(回聲圖)。
接收用傳聲器,可以用電容傳聲器或靈敏度比較高的球形壓電晶體傳聲器。傳聲器口徑不宜過大,防止傳聲器的圓柱體型在接收位置對(duì)聲場形成影響。在測量時(shí)要求記錄模型內(nèi)空氣的溫度和相對(duì)濕度,是為了修正由于高頻聲在模型內(nèi)過量的空氣吸收所造成的低于實(shí)際廳堂混響時(shí)間的偏差。

建筑聲學(xué)探索展望

編輯
室內(nèi)音質(zhì)問題不論是主觀方面還是客觀方面都還沒有完全解決?;祉戇^程在室內(nèi)聲學(xué)各方面都起著重要作用,它又是判斷各類房間音質(zhì)時(shí)爭論最少的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。但經(jīng)典的混響時(shí)間公式有局限性,因此混響過程的研究工作仍在進(jìn)行,如研究聲信號(hào)特性,分析室內(nèi)聲反射產(chǎn)生的基本信號(hào)的延遲重復(fù)以提高不同風(fēng)格節(jié)目的演出效果,探索室內(nèi)聲信號(hào)的主觀感覺和房間音質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系,研究室內(nèi)聲音傳播的計(jì)算機(jī)模擬,用電聲技術(shù)特別是用立體聲混響系統(tǒng)來控制室內(nèi)音樂的音質(zhì)等。
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。
建筑聲學(xué)作為建筑技術(shù)學(xué)科的一個(gè)分支,在當(dāng)下越來越收到人們的重視。建筑聲學(xué)之所以受到重視與其研究的內(nèi)容有重大的關(guān)系,建筑聲學(xué)主要研究室內(nèi)音質(zhì)和建筑環(huán)境的噪聲控制,通俗的說一方面要研究在室內(nèi)如何保證一個(gè)很好的聲響效果,另一方面要求降低和控制噪音。 [4] 
參考資料