建筑聲學領域的研究和應用現(xiàn)狀

這是一個很大的題目,談不上對世界上建筑聲學發(fā)展的全面了解,僅就我個人在國內(nèi)外的所見所聞談談個人的認識,僅供參考。

建筑聲學包涵兩方面內(nèi)容,一是廳堂音質(zhì),如音樂廳、劇場、影院等音質(zhì)效果,另一方面是建筑中的噪聲控制問題,如住宅、賓館、醫(yī)院、學校、工業(yè)廠房、交通干線兩側(cè)的隔聲、吸聲、減振、消聲等降噪問題。

廳堂音質(zhì)在設計方面的主要發(fā)展體現(xiàn)在縮尺比例模型和計算機模擬的深入研究,借助這些輔助設計手段,可以使得對音質(zhì)指標控制更加準確和全面,如中國國家大劇院、廣州歌劇院、韓國首爾漢江音樂島音樂廳、丹麥哥本哈根廣電中心大劇院、德國漢堡易北河音樂廳、美國迪斯尼劇院等世界知名廳堂建筑的音質(zhì)設計,均得益于這些技術(shù)手段的成功應用。2007年中國頒布了《廳堂音質(zhì)模型試驗規(guī)范》國家標準,德國、法國、丹麥、比利時等國家開發(fā)和發(fā)展的模擬軟件精準度越來越高,模擬應用越來越廣泛和普遍。

噪聲控制技術(shù)發(fā)展最突出的表現(xiàn)是新型材料的大量研發(fā)。例如,德國可耐福公司研發(fā)的添加硫酸鋇填料的紙面石膏板,其構(gòu)造墻體隔聲量可高達70dB,相當于2米厚的混凝土墻隔聲量,而重量不到其1/50。還有德國巴斯夫化學公司根據(jù)最佳流阻理論研發(fā)的密胺海綿吸聲材料,從降低重量、減少粉塵、提高吸聲效率等方面都比傳統(tǒng)的玻璃棉(巖棉)等吸聲材料有很大的提高。另外,在噴涂型吸聲保溫材料、微穿孔吸聲材料、彈性減振材料、阻尼減振材料、寬頻多腔共振消聲器等方面的發(fā)展也是很值得稱道的。除此以外,國外研發(fā)很多的新型聲學材料,在美觀、節(jié)能、綜合功能上也出現(xiàn)新的可喜趨勢,如德國可耐福公司研制的穿孔石膏板,孔型多樣,外表美觀,甚至與裝飾效果比吸聲效果更受設計人員的偏愛。還有可耐福研制的添加相變顆粒的石膏板,既具有傳統(tǒng)的隔聲效果,還可以起到保溫節(jié)能的作用,使用這種材料作為隔墻和吊頂?shù)姆块g,通過相變材料的吸放熱作用,夏季室內(nèi)溫度可降低2攝氏度。甚而,將石膏板與鉛板符合在一起,為房間起到防止有害射線和電磁微波輻射的功能作用,等等,這些與傳統(tǒng)材料相結(jié)合的新型功能,也是建筑聲學材料發(fā)展的一大特色。噪聲控制中的另一大技術(shù)也非常具有特色——有源降噪技術(shù),即使用揚聲器發(fā)出反向聲波抵消噪聲。這一技術(shù)在頭戴式耳機和汽車降噪中已經(jīng)實用,國外市場中相應產(chǎn)品已很普遍。在建筑聲學領域,由于聲源條件的復雜性和現(xiàn)場環(huán)境的不可控性,應用難度很大,但是澳大利亞阿德雷德大學、法國CSTB研究所、德國弗朗霍夫研究所等研究機構(gòu)在管道低頻降噪和高壓變壓器降噪中的研究取得了相當?shù)膽贸晒?br />
建筑聲學測量方法的發(fā)展也是很值得一提的。德國、丹麥、法國等國家先后研制出傳聲器陣列成像設備,即所謂的聲學照相機,可像照相機一樣將對面的噪聲大小通過顏色圖表現(xiàn)出來,這將對未來噪聲控制工程的現(xiàn)場診斷提供巨大的便利。還有,ISO已公布了現(xiàn)場測試吸聲材料吸聲系數(shù)的國際標準,此種方式比混響室和駐波管測量吸聲系數(shù)的方法更具有工程應用性。德、美等國研制的聲強測試探頭,可準確測量聲音傳播方向,對聲源定位、聲反射路徑判定、現(xiàn)場吸隔聲檢測都將具有革新意義。

建筑聲學問題涉及的領域非常廣泛,不但有聲波傳播、聲學測量等物理問題,還有建筑、結(jié)構(gòu)、材料、暖通等多面的工程問題,甚至還有心理學、行為學、經(jīng)濟學、法學等社會綜合問題,世界范圍內(nèi)越來越多的專家學者達成一直共識,制定法規(guī)標準是解決建筑聲學復雜性問題的關鍵。因此,歐洲已有近20個國家組成合作體,共同研究各國聲學標準法規(guī)的優(yōu)劣異同,目標是通過國際力量將歐洲的建筑聲學標準進行整合統(tǒng)一,從根本上保護、保持、促進居民的建筑聲環(huán)境質(zhì)量。建筑聲學法規(guī)標準的發(fā)展,是世界范圍內(nèi)建筑聲學未來發(fā)展的動力推進器。

目前,中國的建筑聲學方興未艾,快速經(jīng)濟發(fā)展和巨大的國內(nèi)市場需求,使得建筑聲學的應用成幾何級數(shù)在增長。但是,客觀地說,這種增長的主要支撐,應得益于國外成熟的那部分建筑聲學理論、技術(shù)、手段和材料在工程上的積極應用。就研究而言,除30年前的微穿孔理論外,基礎性的、具有突破性的理論和技術(shù)尚不著顯。

但是,在國內(nèi)建筑聲學研究中值得一提的有輕質(zhì)屋蓋的雨噪聲研究和聲景學研究兩項。當然,可能還有其他有價值的研究,只不過未在我的視野范圍之內(nèi)。目前國內(nèi)建筑體系有越來越輕質(zhì)化發(fā)展的趨勢,如2008北京奧林匹克國家游泳中心“水立方”,墻頂都是膜結(jié)構(gòu),很輕質(zhì),但是下雨時,雨滴的噪聲會非常嚴重。雨噪聲研究就是解決這類輕質(zhì)屋蓋體系雨滴沖擊噪聲的,國內(nèi)主要有我們清華大學建筑學院在研究。聲景學屬于聲環(huán)境和心理學相結(jié)合的范疇,例如,北京頤和園內(nèi)很多景點,如蘇州街,都進行了仿古恢復,雖然視覺景觀回到的了古時候的感覺,但是聲音景觀又如何呢,古代有旁邊環(huán)線路的噪聲嗎?古代有高音喇叭的宣叫聲嗎,如何對聲音景觀的保護,也是聲音景觀研究的課題之一,這類研究主要有廣州華南理工大學等研究單位在進行。

在發(fā)達國家中,建筑聲學最多的應用的“人居聲環(huán)境”,例如英國,現(xiàn)今要求住宅隔聲量必須達到53dB,也就是說大聲喊叫根本聽不見,而我們國家是發(fā)展中國家,住宅不可能在隔聲品質(zhì)上花費太大,所要求隔聲量只有40dB,相當于正常講話會有30-40%的人能聽到,可見在聲環(huán)境品質(zhì)上要求差距之大。不過,隨著中國的快速發(fā)展,人們需求也將自然而然地提高。為了適應這種不可阻擋的歷史發(fā)展,為了讓更多的建筑設計師掌握建筑聲學設計原理及應用,為了讓更廣大的人民群眾有機會了解建筑聲學知識,為了讓更多的質(zhì)優(yōu)價廉的聲學材料和聲學服務商被社會所認識,我們需要做的工作還很多。

中國建筑聲學的發(fā)展自有其內(nèi)在規(guī)律,絕非個人愿望所能改變。但是,遠觀近察發(fā)達國家的發(fā)展之路,應該說,也能夠看到朦朦朧朧的端倪,這也是我2009年通過“知音講壇”為平臺,廣泛接觸、參訪世界上建筑聲學科研單位目的之一,以順應趨勢,避免無意義的曲折道路。建筑聲學是實用的科學,社會的需求,大眾的需求促進了她的進步與發(fā)展。在今年世界范圍內(nèi)嚴峻的金融危機情況下,中國經(jīng)濟發(fā)展依然如此穩(wěn)步,可預計的未來經(jīng)濟必將更加繁榮,人民生活條件、生活水平也必將節(jié)節(jié)攀高。因此,我認為,建筑聲學在中國如此大的需求市場和現(xiàn)今國民人居聲環(huán)境水平尚較低的實情下,其應用的發(fā)展將是突飛猛進的。
 

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