建筑聲學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

這是一個很大的題目，談不上對世界上建筑聲學(xué)發(fā)展的全面了解，僅就我個人在國內(nèi)外的所見所聞?wù)務(wù)剛�人的認(rèn)識，僅供參考。

建筑聲學(xué)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(xué)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(shè)計方面的主要發(fā)展體現(xiàn)在縮尺比例模型和計算機(jī)模擬的深入研究，借助這些輔助設(shè)計手段，可以使得對音質(zhì)指標(biāo)控制更加準(zhǔn)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(shè)計，均得益于這些技術(shù)手段的成功應(yīng)用。2007年中國頒布了《廳堂音質(zhì)模型試驗規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)，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(zhǔn)度越來越高，模擬應(yīng)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(dá)70dB，相當(dāng)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(xué)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(xué)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(shè)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(xué)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(jī)和汽車降噪中已經(jīng)實用，國外市場中相應(yīng)產(chǎn)品已很普遍。在建筑聲學(xué)領(lǐng)域，由于聲源條件的復(fù)雜性和現(xiàn)場環(huán)境的不可控性，應(yīng)用難度很大，但是澳大利亞阿德雷德大學(xué)、法國CSTB研究所、德國弗朗霍夫研究所等研究機(jī)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(dāng)?shù)膽?yīng)用成果。

建筑聲學(xué)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(shè)備，即所謂的聲學(xué)照相機(jī)，可像照相機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)用性。德、美等國研制的聲強(qiáng)測試探頭，可準(zhǔn)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(xué)問題涉及的領(lǐng)域非常廣泛，不但有聲波傳播、聲學(xué)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(xué)、行為學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、法學(xué)等社會綜合問題，世界范圍內(nèi)越來越多的專家學(xué)者達(dá)成一直共識，制定法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)是解決建筑聲學(xué)復(fù)雜性問題的關(guān)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(xué)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的優(yōu)劣異同，目標(biāo)是通過國際力量將歐洲的建筑聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合統(tǒng)一，從根本上保護(hù)、保持、促進(jìn)居民的建筑聲環(huán)境質(zhì)量。建筑聲學(xué)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，是世界范圍內(nèi)建筑聲學(xué)未來發(fā)展的動力推進(jìn)器。

目前，中國的建筑聲學(xué)方興未艾，快速經(jīng)濟(jì)發(fā)展和巨大的國內(nèi)市場需求，使得建筑聲學(xué)的應(yīng)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(yīng)得益于國外成熟的那部分建筑聲學(xué)理論、技術(shù)、手段和材料在工程上的積極應(yīng)用。就研究而言，除30年前的微穿孔理論外，基礎(chǔ)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(xué)研究中值得一提的有輕質(zhì)屋蓋的雨噪聲研究和聲景學(xué)研究兩項。當(dāng)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(yán)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(xué)建筑學(xué)院在研究。聲景學(xué)屬于聲環(huán)境和心理學(xué)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(jìn)行了仿古恢復(fù)，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(hù)，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(xué)等研究單位在進(jìn)行。

在發(fā)達(dá)國家中，建筑聲學(xué)最多的應(yīng)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(dá)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(dāng)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(yīng)這種不可阻擋的歷史發(fā)展，為了讓更多的建筑設(shè)計師掌握建筑聲學(xué)設(shè)計原理及應(yīng)用，為了讓更廣大的人民群眾有機(jī)會了解建筑聲學(xué)知識，為了讓更多的質(zhì)優(yōu)價廉的聲學(xué)材料和聲學(xué)服務(wù)商被社會所認(rèn)識，我們需要做的工作還很多。

中國建筑聲學(xué)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(yuǎn)觀近察發(fā)達(dá)國家的發(fā)展之路，應(yīng)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(xué)科研單位目的之一，以順應(yīng)趨勢，避免無意義的曲折道路。建筑聲學(xué)是實用的科學(xué)，社會的需求，大眾的需求促進(jìn)了她的進(jìn)步與發(fā)展。在今年世界范圍內(nèi)嚴(yán)峻的金融危機(jī)情況下，中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展依然如此穩(wěn)步，可預(yù)計的未來經(jīng)濟(jì)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(rèn)為，建筑聲學(xué)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(yīng)用的發(fā)展將是突飛猛進(jìn)的。