聲學(xué)與建筑

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我們?nèi)粘I瞽h(huán)境中的住宅、教室、禮堂、影劇院等場(chǎng)所,都存在著許多聲學(xué)問(wèn)題。正確地處理這些建筑中的聲學(xué)問(wèn)題,可以改善人們的生活、工作和學(xué)習(xí)環(huán)境,提高工作與學(xué)習(xí)的效率,也可以為人們的休息和娛樂(lè)提供舒適的場(chǎng)所。可見(jiàn),聲學(xué)研究與建筑設(shè)計(jì)的關(guān)系是很密切的,專門(mén)研究這方面知識(shí)的聲學(xué)領(lǐng)域叫做建筑聲學(xué)。
    對(duì)一座建筑物的聲學(xué)特性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是多方面的,其中一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)就是交混回響時(shí)間。交混回響,就是建筑物內(nèi)反復(fù)反射的聲音的總體。人的聽(tīng)覺(jué)有個(gè)特點(diǎn),那就是只能區(qū)別時(shí)間間隔大于1/10秒的兩個(gè)聲音。當(dāng)原聲與反射聲先后傳播到人耳的間隔小于1/10秒,人耳便不能區(qū)分它們,即聽(tīng)不到回聲而只聽(tīng)到原聲的余音在回蕩。聲波在反復(fù)被反射時(shí),它的能量不斷損失,因此余音只能存在一段時(shí)間。這段存在的時(shí)間就叫做交混回響時(shí)間。實(shí)際上余音全部消失需要的時(shí)間較長(zhǎng),但是雜音減弱到一定程度后,對(duì)人的聽(tīng)覺(jué)來(lái)說(shuō)意義已經(jīng)不大。因此規(guī)定:當(dāng)聲源停止發(fā)聲后,聲強(qiáng)(由聲音本身的能量來(lái)衡量的聲音的強(qiáng)弱)減弱到原聲聲強(qiáng)的百萬(wàn)分之一所需要的時(shí)間叫做交混回響時(shí)間。
    交混回響能夠增強(qiáng)原聲的響度,并能增強(qiáng)樂(lè)音的感染力。交混回響時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)建筑物的音響效果影響很大。過(guò)長(zhǎng)的混響時(shí)間由于來(lái)回反射聲波的疊加,會(huì)使人感到聲音“混濁”不清,音樂(lè)聲音的節(jié)奏不清晰;而過(guò)短的混響時(shí)間,由于缺乏反射聲,聽(tīng)起來(lái)會(huì)感到響度不夠而使人產(chǎn)生“沉寂”的感覺(jué)。建筑物用途不同,對(duì)混響時(shí)間的要求也有差異。對(duì)教室、專用報(bào)告禮堂一般要求混響時(shí)間偏短些較好,通常在0.2~0.6秒之間,這樣會(huì)使語(yǔ)言聽(tīng)起來(lái)清晰。音樂(lè)廳等音樂(lè)場(chǎng)所的混響時(shí)間一般都在1.5秒左右,這樣會(huì)使聲音回蕩,余音繚繞。一般的劇場(chǎng)、禮堂多數(shù)都具有多種用途,因此,要注意兼顧。我國(guó)首都北京的人民大會(huì)堂、首都劇場(chǎng)、科學(xué)會(huì)堂的報(bào)告廳的聲學(xué)結(jié)構(gòu)都比較好,它們的交混回響時(shí)間分別是1.8~2秒、1.36秒和1.2秒。
    交混回響時(shí)間的長(zhǎng)短受很多因素的影響。其中,建筑物的容積越大,混響時(shí)間越長(zhǎng);反射面的面積越大,聲能的損失也越大,混響時(shí)間就越短;屋內(nèi)的陳設(shè)和人也是聲音的反射體,其存在相當(dāng)增大了反射面,因此也起到縮短混響時(shí)間的作用;另外,由于不同的建筑材料對(duì)聲音的反射性能和吸收性能的差異,因此使用的建筑材料的種類也影響著交混回響的時(shí)間。大理石、混凝土、磁磚和玻璃等材料,對(duì)聲音的反射能力很強(qiáng)而吸收能力很差,用這些材料做成的反射面會(huì)使混響時(shí)間大大增長(zhǎng);天鵝絨、地毯、毛氈等軟材料,對(duì)聲音的反射能力弱而吸收能力強(qiáng),尤其對(duì)高頻率聲音的吸收能力更強(qiáng),用這些材料做成的反射面會(huì)縮短混響時(shí)間。適當(dāng)選擇反射面的材料,是調(diào)整混響時(shí)間的重要手段之一。