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1、建筑声学的进展清华大学建筑学院秦佑国尽管中国的建筑声学工作者通常都涉及环境声学和噪声控制的研究和1 = 程设计，但建筑声学的领域严格地讲。只限于建筑( 通常是民用建筑) 隔声和室内声学，前者包括空气声隔声和撞击声隔声，后者包括吸声降噪和室内音质。而且建筑声学主要以工程设计为主要 作内容，是一门应用科学和技术。建筑声学工程尽管有客观的物理量可以测试，但因为最终的接受者是人，结果的评判是人的主观评价，带来了问题的复杂性和不确定性。近年来，中国的经济社会发展迅速，建筑规模和数量空前。住房制度的改变、观演建筑的普遍、建筑标准诉求的提高、建筑材料和结构的变化等等都对建筑卢学的需求和发展既带来了巨大的机遇
2、，也带来新的问题和挑战。一、建筑隔声中国的城市居民在可以预见的朱米，仍然要住在多层和高层的集合住宅内，住户问分户墙的空气声隔声和分户楼板的撞击声隔声、外墙上的窗( 及阳台门) 和单元内的户门的隔声仍然是建筑声学面临的量大面广的问题。1 1 分户墙空气声隔声分户墙空气卢隔卢首先遇到的问题是隔声标准问题，民J 】建筑隔卢设计规范( G B J l l 8 8 8 ) 规定了住宅分户墙隔声分为二级：一级( 较高标准) R w = 5 0 d B ，- 二级( 般标准) R w - - 4 5 d B ，三级( 最低限) R w - - 4 0 d B 。实际反应R w - = 4 0 d B 的分户
3、墙难以满足住户的要求，在住房商品化取代了计划分房，住户要求提高和家庭音响设备普及的情况下，住宅分户堵隔声标准取消三级标准R w = 4 0 d B 的诉求，从住户利益出发被提上议事日程。目前，民用建筑隔声设计规范( G B J l l 8 8 8 ) 正在修订之中，相廊丁隔声标准提高的提议，亦有对住宅室内噪声级取消三级标准( 最低限) i 白天5 0 d B ，夜间4 0 d B的提议。但建筑材料和建筑结构的改革( 即所谓“墙改”) ，实心粘十砖墒的禁H ，轻质墙材的推J L ，加之建筑师、施l ：单何和开发商的“疏忽”，使得不少商品住宅的分户墙隔声甚至低于4 0 d B 。尽管轻质隔墙的隔声
4、国内从1 9 7 0 年代就已开始研究，但单一材料的单层墙服从“质鲑定律”，无法取得既要培轻义要墙隔声好的结果，复合墙体可以突破“质量定律”，内填岩棉的轻钢龙骨纸面石膏扳墙( 两侧各两层板) 可以做剑墙既轻隔卢义好的结果，但纸面石膏扳的强度低，只能被用于办公楼、旅馆客房等公用建筑中，而不能在住宅中应用。看来，不能为了减轻墒体重量( 墙改要求) 而置墙的隔声性能于不顾，住宅分户墙还是以重墙为宜( 不用实心粘十砖的重堵) ，瑞典规定集合住宅分户墙必须是不薄于2 5 c m 的混凝十墙，就是为了保证其隔声性能。住宅设计时，把分户墙和结构承重墙结合起来，使承重墙即是分户墙，可以一举两得。如果分户墙是填
5、充墙，并不得不采用轻培，那就要采用双层墙或复合墙，保证其隔声达纠标准要求。在空气声隔声评价问题上，当年( 1 9 3 0 年代) 制定隔卢评价曲线主要考虑实心砖墙的隔声性能，没有考虑噪声源的特征，作为主要隔绝住户间生活噪声的分户墙和主要隔绝室外环境噪声尤其 是交通噪声的外墙评价曲线是相同的。根据近来的研究，参照l S o 相关标准，中国国家标准G B T 5 0 1 2 1 - 2 0 0 5 建筑隔声评价标准( 2 0 0 5 年1 0 月1 日起实施) 引入了两类噪声源的频谱修正量C 和c t r ，前者考虑中高频成分较多的生活噪声，后者考虑中低频成分较多的交通噪声。堵隔卢的预测计算，尽管
6、从单层匀质墙的质量定律公式，到H j 统计能量分析( S E A ) 法计算复合墙体隔声，发展出许多方法，但墙体隔声作为一个实用性问题，和构筑一堵实际的墙的费用并不高的原因，墙体隔声研究仍然以实验研究为主。如何在实验室测试值与建筑中实际墙隔声性能之间确定对应关系，如何估计实际建筑中侧向传声的影响，是可以研究的问题。但因为问题的复杂性，在隔声设计中，往往采用实验室数据降低5 d B 作为殴计余量的方法来处理。1 2 楼板撞击声隔声楼板撞击声隔声问题首先碰到的是评价量( 指标) ，现行的方法是以I S O 标准规定的“标准打击器”撞击楼板表面，在楼板下房间中测量噪声级的大小。对这种方法，早就有不同
7、看法，一些国家 如日本、韩国根据本国民众生活方式的特点采用另外的冲( 打) 击楼板的方式；一些欧美学者也进行过对打击器改进的研究。I S OT c 4 3 建筑声学专业委员会在1 9 7 0 年代成立了专题：l ：作组，经过近十年的探讨，终冈找不到满意的替代方法而解散。尽管大家都意识到目前采用的标准打击器存在种种问题，但一方面还没有提出更好的方法去代它，另一方面这种方法已经使用多年，在此基础上形成的大量的资料和信息积累难以和新方法对接，所以目前仍然维持标准打击器的测试和评价方法。基于和住宅分户墙空气声相同的社会背景和时代因素，民用建筑隔声设计规范( G B J l l 8 8 8 ) 在目前的
8、修订中，取消了原规范中住宅分户楼板撞击声“等外级”的标准：k 一 8 5 d B ；一级( k 旷 6 5 d B ) 和二级( k 7 5 d B ) 标准不变。-在中国多层和高层集合住宅楼内，分户楼板通常是钢筋混凝土楼板，无论是现浇板还是预制圆孔空心板，如果楼地面做刚性铺装，如瓷砖、石( 板) 材、水磨石等，还难以满足_ 二级标准：如做木地板或铺薄地毯，一般可达二级标准，但尚达不到一级标准：如铺较厚地毯，可以达剑一级标准，但中国的情况不同于欧美，住户不愿在住宅中满铺或大面积铺设地毯，即使一些非常富有的家庭。浮筑楼面( 即在结构楼板和楼地面铺装层之间设置弹性垫层) 是一种有效的解决办法，目前
9、在住宅中采用的通常做法是，在结构楼板上铺设玻璃棉板( 厚度1 5 m m 左右) 作为弹性垫层，住其上再浇筑4 0 - - 一5 0 m m 厚配有钢筋网的细石混凝士，交付用户再行做地面铺装。弹性垫层的材料也不限丁玻璃棉板，有用岩棉板、聚酯泡沫材料、再生橡胶、尼龙丝垫等。浮筑楼面做法，撞击声隔卢效果很好，增加的造价与商品房的房价相比占的比例很小，但要增加6 0 7 0 m m 的楼层层高。1 3 窗的隔声住宅对室外环境噪声的防护是建筑外同护结构的隔卢。外同护结构中墙体和脬薷的隔声通常较好，但窗子是薄弱环节，窗子的隔声低于墙体，更何况窗子常常要打开，用以房间的臼然通风，打开窗子，室外噪卢自然也就
10、传入室内，雨者窗子还有采光和视线通透的功能。所以对窗子进行防噪设计和采取技术措施，必须考虑窗子的通风、采光和视线功能。冈为近年来建筑节能的要求和窗子制造I ：艺与材料的改进，窗子玻璃的隔声性能随着其保温性能的改进而提高，窗子的密闭性能也是如此。所以，通常把窗f 关闭，即可使传入室内的环境噪卢降低到满足标准要求。我国对窗子( 作为产晶) 的热I ：性能和隔卢性能制定了测试规范和标准要求，并在民用建筑隔卢设计规范中对外墙上的窗( 包括f l I 台门) 规定了隔声标准。窗子隔声的问题在于开窗通风与隔声的矛盾。把窗子关上。用机械通风器通风或采用室内空调新风系统，严格讲已不属于建筑声学范畴。在窗子本身
11、上解决通风和隔声的矛盾，有过一些探索，1 9 8 0 年代国内有单位研制一种“通风隔声窗”，系采刚消声r 白叶的做法，通风没有问题，降噪量冈为窗厚度局限，只有5 7 d B 的增加( 与开窗相比) ，而且降低采光、阻挡视线，雄以适刖。后米清华大学建筑物理实验室试验了“双层窗交错开启”，在间距l o 1 5 c m 的两层窗子上，内外的开启扇不在相同部位，例如，外窗开启右( 或上) 侧扇，内窗开启左( 或下) 侧扇，即“交错开启”，使室外噪声通过曲折的空气通路传入室内，比直接从开启窗口传入有8 I O d B 的降低。室内外空气也通过此曲折通路联通，用以室内通风。此方法在现场试验，重点是夏天的热
12、舒适测试和住户对通风的主观反映，测试和调查反映居民可以接受。2 0 0 0 年在深圳一高速公路旁的十栋高层住宅中采朋此方法，获得成功。随后有多家门窗制造厂家，按照此原理推出“通风隔声窗”产品。至于声称有2 0 d B降嗓量，是把室外噪声通过开着的窗传入室内就已有l O d B 的衰减也包括在内。对于住宅以外的民用建筑如学校、医院、旅馆、办公楼等的隔声，因其使用特点不同，在比用建筑隔声设计规范中都有各自的隔声标准。但技术措施与住宅大同小异。一些对隔卢有特殊要求的建筑，如录音室、播音室、声学实验室等，用护结构需要很高的隔声量，同时也要防J 卜同体传声。通常采H j “房中房”的做法，尽管复杂，但日
13、前在技术上可以解决，需要的是技术经济上做方2案比较。1 4 轻型屋盖的雨噪声近些年来，许多大型公共建筑，如广州体育馆、国家大剧院、奥运会游泳馆( 水立方) 、北京火车南站等采用轻型尾盖，用金属板、透光的“阳光板”( 聚碳酸酯板) 、“E T F E 四氟乙烯聚合物”薄膜等做屋面。轻型屋盖在下暴雨时，雨滴撞击尾面，会在建筑室内造成噪声干扰，以致影响室内的正常活动。清华大学建筑学院建筑声学实验室在2 0 0 0 年即开始研究，时年国防部某作战模拟演示厅冈采_ 彩钢夹心板屋面，雨噪声影响使用而求助于该实验室：2 0 0 2 年对国家大剧院钛金属板屋面的雨噪声以及防护进行了研究，2 0 0 4 年为研
14、究奥运会游泳馆( 水立方) 屋面雨噪卢，搭建了1 6 m 高的试验塔台。近年来该实验室对雨噪声开展了系统的研究：雨滴( 水) 撞击屋面产生噪声的机理和影响因素，实际降雨试验与人工模拟试验的比较、测试方法和评价方法及评价指标、减低雨噪声的技术措施等。国际上，从9 0 年代中期开始，一些研究机构对雨噪声的模拟试验和测试规范进行了研究，一些屋面材料和工程公司进行了雨噪声降噪技术研究。2 0 0 2 年1 1 月美国、澳大利亚、英国、德国等国家联合向I S O 提交了雨噪声实验室测量标准草案( I S 0 1 4 0 1 8 C O ) 。2 0 0 4 年英国建筑研究中心( B R E ) 按照该草
15、案，对E T F E 、聚碳酸酯板、玻璃等进行了系统的雨噪声试验测量。二、室内声学建筑声学另一个研究对象是建筑空间内的声音传输：声音从室内的声源发出，在建筑空间中传播，并受到房间界面的吸收和反射，接受者既接收到由声源发出的直达卢，也接收到房间界面的反射声。如果声源发出的声音对接收者而言是不需要的和有干扰的( 如机器噪声和不想听的人声) ，则需要加以减弱，这就是吸声减噪问题：如果声源发出的卢音是接收者需要听闻的声音( 如语言、音乐) 则要求听得清楚和感到动听，这就是室内音质问题。室内声学问题首先涉及到室内声场的物理方面和从声源到接收者的声音传输问题，再有是作为接收者的人对室内卢场中的声音( 直达
16、声与反射声共同存在) 的感知和审关问题。2 1 吸声降噪吸声降噪主要是一个j I ：程问题，目标是降低室内噪声级。如果不计经济成本和材料使州效率，房问界面的吸声做得越多，噪声级降得越低，这是一个单向问题。这就使得吸卢降噪问题，通常不需要对室内声场的物理方面做详细的稿I 精确的分析白瑞奈克提出的室内稳态卢压级公式一般情况卜以敷应朋，而现场情况的实际分析和I ：程实践经验倒是十分重要的，如何与建筑空间、室内装修、房间功能、j 【作( 艺) 流程等现场实际情况结合，往往是设计考虑的主要冈素，也是J ：程成败的关键。新型吸声材料和构件的研制和开发，尽管并非完全是建筑声学的范畴，但吸声材料与构件的使用是建筑声学设计的重要内容。由马大猷先生首创的微穿孔板吸声结构，是吸声材料的历史性突破，近年来，复合微穿孔结构、微穿孔薄膜等的问世，表示微穿孔吸声结构还在发展。更好地满足建筑要求( 防火、防水、防潮、防霉、防尘、变形小、强度高、外观美) 的吸声材料和构件不断为厂家推出。对于建筑物的公共
