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球形构造声反射研究

金迪锋  
【摘要】: 建筑师运用球形构造创造丰富多彩的建筑外观与室内空间的同时,也给厅堂室内声学设计提出了挑战。球形构造声聚焦问题始终是建筑声学设计中的一个难点。 1999年4月,我的导师在改造宜宾五浪液酒厂多功能厅建声环境时遇到了球形构造声聚焦问题。经过分析,发现了在平行声波入射情况下,不同的反射区域内单位面积对声聚焦能量的不同作用,同时还做出了不同反射区域对声聚焦的影响严重性排序。在本文中对这一分析进行了简要介绍,并命名为“声能面积法”。而本文是在这一方法的基础上对球形构造声反射做更进一步的分析,对其形成的声聚焦区域及区域内的声压级的增量得到量化的结果。 本文选题的意义在于:将球形构造产生的声聚焦区域量化,声聚焦区域内的声压级增量量化,为建筑师,装饰工程设计者在壳形构造的设计与室内装饰过程中,提出避免产生声聚焦的基本设计原则与方法,从而合理解决球形构造在建筑造型与声学设计间的矛盾。 论文做了如下工作: ①简单总结了先前人们避免球形构造产生声聚焦的各种方法; ②在凹面镜定律与声能面积法的理论基础上,用几何声学的方法分析平行声波入射球形构造产生的声聚焦,求出其反射声形成的包络线方程,从而将球形构造产生的声聚焦区域定量化; ③在聚焦中心区内近似得出聚焦声压级比入射声声压级的增加值⊿Lpc,从而将聚焦声压级量化; ④用电脑软件MATLAB编程绘出求得包络线方程的曲线,从理论上证明本文所推导方程的可靠性; ⑤设计实验方案,用16个扬声器模拟平面声波,实验室的天空半球模拟半球构造,进行模拟试验,在其内部测量迭加声声压级,在四周无障碍的屋顶露天平台测量直达声声压级,将两者相减得到半球构造下的反射声声压级; ⑥利用所得的反射声声压级绘出天空半球截面上不同频率的声压级分布图,以验证球形构造声聚焦区域与反射声线包络线存在必然联系; ⑦用离地高度2.5米和2.7米层面中的测点数据检证⊿Lpc值; ⑧用重庆市国税局网球场球冠天棚的声学设计实例说明球形构造声反射的包络线在实际工程中的应用。 文章最后总结出本文理论分析所得的几个解析式和避免声聚焦的设计原则,同时在理论和实验上提出今后研究其它构造时的一些方法和方向。


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