建筑工程声学设计与施工
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奇妙的声学建筑
在中国古代,声学效应早就在实际中加以应用了。《墨子·备穴篇》曾最早记述了应用共鸣现象侦探敌方情况的案例。从公元4世纪起,中国常在碗碟式乐器内控制加入水量的多少,使其发音和其它琴弦乐器谐和。北魏郦道元在《水经注》中也提到建筑师陈遵发明的与今天以声速测距离相类似的近似方法;唐代的《朝野佥载》一书中也讲到一个工人曾经做了一个机械木僧,能代人在市上行乞,能发出简单的“布施”二字的音。这些成就都走在西方同类发明的前面。除此以外,中国古代还有一项杰出的成就,那就是奇妙的声学建筑。如中国古琴发声低微,古代人就专门盖起琴室,在地下埋设类似共振腔作用的陶瓮,来加强音响效果。还有些特殊建筑,采用陶瓮砌墙,瓮口朝向屋里,使每个瓮都起着吸音作用,屋里的声音就无法传出去。在这些声学建筑中,最有名的要数莺莺塔和北京天坛了。
世界奇塔——莺莺塔
莺莺塔位于山西省永济县普救寺内。本名是普救寺舍利塔,因文学名著《西厢记》把张生巧会莺莺的故事安排在普救寺的舍利塔下,随着《西厢记》的广泛传播和烩炙人口,人们自然地把舍利塔改叫莺莺塔,而其本名倒很少有人提及了。
按1564年知州张佳胤重修普救寺塔时留下的《再建普救寺浮图诗》碑刻记载,普救寺塔“创自隋唐”。明嘉靖三十八年(1559年)因发生大地震,包括此塔在内的“城廓庐舍尽覆”。现存的寺塔正是大地震后于1564年由张佳胤重新修建的。
现存的莺莺塔坐北朝南,共13层,高36.76米(不计塔刹),为方形密檐式砖塔。它在两个方面保留了唐塔的风格,一是其外形是四方形,内部是四方空筒形;二是塔檐叠涩和檐子呈反曲线形状。
现存莺莺塔被世人称为世界奇塔,这是由于它具有一种特殊的声学效应——蛙鸣声。最早记述这种效应的历史文献为清乾隆乙亥重镌的《蒲州府志》,其卷三第40页“普救寺”条下有这样的记载:
“寺有窣堵坡(即塔),合砖成之,于地击石,有声若吠蛤,盖空谷应响类矣。”
建筑声学与生活
随着经济水平的提升,人们生活水平也随之得到大幅提高。在这种情况下,人们不仅仅重视身体上的享受,也越来越重视精神上的享受。于是文化事业逐步走向繁荣,文化设施建设得到了较快的发展。全国许多大城市兴建了一批大型剧场、音乐厅、戏剧院等文化艺术中心,比如广州歌剧院、洛阳歌剧院等。
作为以视听感官为主的音乐剧场,它们最重要的功能就是给观众带来理想的视听享受,而这就离不开建筑声学。建筑声学是以研究建筑中声学环境问题的科学,它主要研究室内音质和建筑环境的噪声控制。作为听音场所,剧场、音乐厅等厅堂建筑的听音质量是第一重要的,其效果的好坏直接决定了该建筑设计的成败,而建筑声学设计是声学设计的基础,更是做好扩声系统的基础。没有合理的建声环境,再高档的后期装修,再先进的电声设施也无法弥补先天的声音缺陷,从而导致使用效果的大打折扣。
音乐剧场的设计,首先应是音质设计。混响时间是目前音质设计中能定量估算的重要评价指标,它直接影响厅堂音质的效果。混响时间长,乐声就丰满圆润,相反则单调干瘪,但是如果过长的话,又会影响清晰度。
封闭场所混响时间长短是由它的吸声量和体积大小所决定的,体积大且吸音量小的房间,混响时间长,吸声量大且体积小的房间,混响时间就短。一般,首先根据功能需要确定剧场的混响时间,然后可以用赛宾公式(A=0.16V/ T60(A——为总吸声量,V——为实际容积,T60——为混响时间))反算求得各频段的总吸声量。比如上海音乐厅,混响时间为1.5秒,使得其非常适合演奏交响乐,音质堪称世界一流。
相比于音质设计,背景噪声控制也十分重要。建筑声学设计的另一个重要任务就是进行背景噪声控制。背景噪声是指除所要获取声音以外所有声音的总称。如剧场外汽车的鸣笛声、飞机的轰鸣声、高跟鞋敲击地板的声音、剧场外人的喧哗声等。背景噪声控制就是要屏蔽掉这些和剧场演出内容无关的声音,让剧场内演出有一个良好的声学环境。那么如何运用建筑声学的手段来控制混响时间、降低背景噪声呢?
建筑物声学设计标准
建筑物声学设计是指在建筑设计过程中,考虑到建筑物内部和外部声音传播的特点,使建筑物能够满足声学性能的要求,保证人们在建筑物内部能够享受到良好的声学环境。下面将重点介绍建筑物声学设计中需要遵循的标准。
一、环境噪声控制标准
在建筑物声学设计中,环境噪声控制是一个重要的方面。根据相关标准,建筑物的外部噪声水平应该符合国家规定的限值,以保证建筑物内部的安静环境。例如,对于居住建筑来说,白天和夜间的环境噪声限值分别为55 dB(A)和45 dB(A)。在设计建筑物时,需要考虑到周边环境的噪声源,采取合适的隔声措施,减少噪声的传入。
二、内部噪声控制标准
除了控制外部环境噪声,建筑物内部的噪声控制也是十分重要的。根据不同用途的建筑物,有不同的内部噪声控制标准。例如,住宅建筑的客厅和卧室的内部噪声限值分别为35 dB(A)和30 dB(A)。而对于教室、图书馆等需要安静环境的建筑物来说,内部噪声限值要求更加严格,通常为25 dB(A)。在设计建筑物时,需要考虑到不同空间的功能需求,采取相应的隔声、降噪等措施来控制内部噪声。
三、隔声设计标准
隔声是建筑物声学设计中最重要的一项内容之一。根据国家标准,不同建筑物的隔声要求也有所不同。例如,住宅建筑的隔声等级通常为RW≥40 dB,而对于商业建筑来说,隔声等级要求一般为RW≥45 dB。在设计隔声时,需要考虑到隔声材料的选择、结构的合理布置等因素,以达到隔声效果的要求。
四、吸声设计标准
吸声是指建筑物内部表面对声波的吸收能力。根据国家标准,不同建筑物的吸声要求也有所不同。例如,对于音乐厅、剧院等要求良好音质的建筑物来说,吸声等级通常为NRC≥0.6;而对于办公室、会议室等一般建筑物来说,吸声等级要求一般为NRC≥0.4。在吸声设计中,可以采用吸声板、吸音天花、吸音窗帘等吸声材料,使建筑物内部的声学环境更加优良。
五、振动控制标准
振动是建筑物声学设计中需要考虑到的另一个因素。在建筑物设计中,需要控制地震、风荷载等外部因素对建筑物结构和设备的振动影响,同时还需要控制建筑物内部的机械设备、电梯等因振动引起的噪声。根据国家标准,建筑物的振动限值需要满足相应的振动控制指标,以保证建筑物的结构安全和使用舒适。
建筑物声学设计规范
引言:
在现代社会中,建筑物的声学设计规范越来越受到重视。好的声学设计可以提供一个舒适、健康和高效的环境,而糟糕的声学设计则可能导致噪音、回声和其他不良影响。本文将探讨建筑物声学设计的一些规范和标准,以帮助建筑师和设计师在设计和施工过程中遵循最佳实践。
一、背景与概述
建筑物声学设计旨在控制声音的传播和反射,以确保室内环境的声学舒适性。它涉及到声音吸收、隔音、噪音控制等方面,也与建筑物的结构、布局以及使用目的密切相关。
二、建筑物声学设计规范的分类
根据不同的建筑物类型和用途,声学设计规范可以分为以下几个方面:
1. 室内噪音控制
室内噪音是影响人们健康和生活质量的重要因素。在声学设计中,应该考虑到室内噪音源的类型和强度,并采取适当的措施来控制噪音传播和干扰。
2. 隔音设计 隔音设计是指通过采取适当的建筑结构和材料来阻挡外界噪音的传播。根据建筑物的用途和周围环境,应确定合适的隔音要求,并选择适当的隔音材料和技术来满足这些要求。
3. 声学吸声
声学吸声是指通过采用吸音材料和结构来减少声波的反射和回声,提高室内声音质量。在声学设计中,应该合理选择吸音材料,并根据需要进行合适的布局和安装。
4. 噪音预测与控制
在建筑物设计的早期阶段,应进行噪音预测和评估,以确定可能存在的噪音问题,并采取适当的措施来控制和减少噪音的影响。
5. 建筑物震动控制
除了声音传播之外,建筑物震动也是一个需要关注的问题。在声学设计中,应考虑到建筑物受到振动的情况,并采取措施来减少和控制这些振动的影响。
6. 环境噪音控制
除了建筑物内部的噪音控制,声学设计还需要考虑周围环境的噪音对建筑物的影响。根据不同的场景和要求,应采取措施来减少环境噪音对建筑物的干扰。
7. 声学测试与检测标准 声学设计的有效性需要通过测试和检测来验证。根据相关标准和规范,应进行声学性能的测试和评估,并确保设计符合规定的要求。
三、声学设计规范的实施与挑战