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建筑声学诞生

发表时间:2021-07-21 17:34

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。 1877年,英国物理学家威廉·瑞利 (Lor d John William Royleigh)发表巨著《声学原理》,19世纪初,德国人弗里德利克·察拉迪(E. F.Frei ch Chloudi) 对室内混响现象进行了研究,并编著《声学》。德国物理学家亥姆霍兹于1862年发表了伟大著作《音的感知》,较为系统地论述了声音物理现象和听觉现象。那时,建筑声学正处于接近黎明的黑暗期。

    

20世纪初,美国哈佛大学赛宾( W.C. Sabine )   教授首先从事室内声学设计的研究工作,并提出声音吸收系数及方程式,形成了著名的混响理论,是厅堂 学从原来推测的领域中解放出来,成为工程科学中的支学科。建筑声学理论和实践的研究迅速发展 ,加上声学量测仪表的使用,建立了一些室内声学理论,使建筑声学进入力学范畴。


1895年,美国波士顿哈佛大学的弗格艺术博物馆(Fogg Art Museum) 讲演厅落成,因墙面为硬质石材,回音很大而不能使用。哈佛大学校长埃利奥特 (Charles W. Eliot) 委托w.c赛宾解决这一问题。赛宾在40 不同容积的房子里进行了实验研究,提出了混响时间和吸声的概念,发现长混响是 影响语言清晰度的原因总结出混晌时间与房间容积成正比、与吸声成反比的重要结论。即著名的塞宾混响公式。



波士顿音乐厅就是由w.c 赛宾教授根据室内混响时间理论设计的。在建筑艺术上,该厅承袭19世纪末以前古典音乐厅的模式一一鞋盒式的体型侧墙有两层浅挑台,后墙有两层挑台,演奏区为尽端式,侧墙和顶棚具有V以利反射。厅的高度 ( H ) 18 .5m , 宽度 ( w ) 23m , 长度 ( L ) 39.5m,   空间比例 ( H:W:L )   1 : 1. 24 : 2. 14,   符合黄金率"赛宾教授在设计该厅时,坚持了声学科学的原则,拒绝了业主提出容为维也纳容量( 1680座)两倍的要求而为2631保持了该厅的鞋盒式的空间比例,改进了演奏台上高而斜的顶棚,以利反射。波士顿音乐厅是世界上第一个经过科学计算设计而建成的音乐厅,其音效设计,验证了建筑声学理论的科学性,该大厅优良的音质至今仍为世界称道。


  


中国第一次出现建筑声学的自然需求是在1921年,清华大学新建的1000多座的礼堂因听音问题而寻求改进。1926我国物理学家叶企孙教授带领的研究小组对国外建筑声学的最新进展进行全面学习,掌握了通常情况下赛宾公式的意义,初步认识到大空间结构、发声特点、声场分布、温度等因素对混响时间的影响,同时,叶企孙小组创造性地研究了赛宾公式未考虑在内的室内温度变化对混响时间的影响,并完成了着中国衣服吸声能力的测定,为近代中国建筑声学研究提供了重要的基础参数。



马大猷(1915- 2012), 1939年获美国哈佛大学硕士、哲学博士学位。是中国著名声学家, 中国科学院院士。主要从事物理声学建筑声学的研究。他建立了我国第一个声学实验室、第一个水声实验室及第一个高声强实验室;提出了语音统计分析分布的新理论,开展了我国语言声学的研究工作。由他主持设计的世界上最大的厅堂一一人民大会堂,直到今天仍是大型建筑音质设计的一个顶峰。他创立的微穿孔板理论,解决了世界各国各行各业面临的无数声学难题。他几乎就是中国声学界的代名词。


1959年,周恩来亲自点将,由时任中国科学院电子所副所长、44岁的马大猷承担人民大会堂的音响设计和施工任务。在体积超过9万立方米的穹顶万人大会堂里,保证坐在任何角落里的人都能清晰地听到主席台上嘉宾的讲话,这在当时是个极大的挑战。


人民大会堂礼堂被设计成椭圆形穹顶。这种设计看上去很美观,声学处理上却极为麻烦,因为声音传播的时候这种曲面产生的回声很难控制。面对建声缺陷,马大猷设计了两种声音传播方式,一种供会议用,一种供演出用。供会议使用的系统是个分散式声源,即在每两个座位前设置一个扬声器,通过修改声音到达各个扬声器的时间,使每个人都好像只听到了个声音。供演出用的系统对声音传播质至要求很高,采用了另外一套系统,即在大会堂的主席台分左中右设置三个声道的大扬声器,通过控制各个声道发出声音的时间差,使听众听到唯一一个连续的声音,并且不会受到回声的干扰。北京人民大会堂的音质设计,直到今天仍然是大型建筑音质设计的个顶峰,中国的建筑声学由此进入世界先进水平。





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