建筑中的物理学 .pdfVIP

一.建筑中的声学

1.概况

建筑声学是研究建筑环境中声音的传播，声音的评价和控制的学科，是建筑物理

的组成部分。

2.历史起源

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》。书中记述了古希建筑声学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。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，使建筑声学进入力学

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。

3.研究对象

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。

建筑声学还要考虑室内声场声学参数与主观听闻效果的关系，

即音质的主观评价。可以说确定室内音质的好坏，建筑声学测

量作为研究。探索声学参数与听众主观感觉的相关性，以及室内声信号主观感觉与室

内音质标准相互关系的手段，也是室内声学的一个重要内容。

在大型厅堂建筑中，往往采用电声设备以增强自然声和提高直达声的均匀程度，

还可以在电路中采用人工延迟、人工混响等措施以提高音质效果。室内扩声是大型厅

堂音质设计必不可少的一个方面，因此，现代扩声技术已成为室内声学的一个组成部

分。噪声干扰，除与噪声强度有关外，还与噪声的频谱持续时间、重复出现次数以及

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人的听觉特性、心理、生理等因素有关。控制噪声就是按照实际需要和可能，将噪声

控制在某一适当范围内，其所容许的最高噪声标准称为容许噪声级，即噪声容许标准。

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4.室内声学

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。

5.应用

1.建筑物空气声隔声的能力取决于墙或间壁(隔断)的隔声量。

2.直接对楼厂房间造成噪声干扰。

3.在机械设备下面设置隔振器，以减弱振动，是建筑设备隔振的主要措施。隔振器已

由逐个设计发展成为定型产品。

二.建筑构造学

1.概况

建筑构造学是研究建筑物的构成、各组成部

分的组合原理和构造方法的学科。主要任务是根据

建筑物的使用功能、技术经济和艺术造型要求提供

合理的构造方案，作为建筑设计的依据。

2.历史

中国先秦典籍《考工记》对当时营造宫室的屋顶、墙、基础和门宙的