1、大跨度充氣建筑聲學(xué)問題研究大跨度充氣建筑聲學(xué)問題研究1充氣膜面臨的聲學(xué)問題和問題成因1.1ETFE充氣膜材料在聲學(xué)方面的缺陷水立方表皮采用ETFEEthylenetetra-flur-ethylene乙烯-聚四氯乙烯共聚物是繼PV(Plyvinyhlride聚氯乙烯)膜材、PTFEPlytetrafluethylene聚四氯乙烯膜材之后用于建筑構(gòu)造的第三大類產(chǎn)品，自1982年起開始在建筑中得到應(yīng)用。ETFE是一種透明的顆粒狀結(jié)晶體，由這種材料制成的膜材是由生料擠壓形成的，是一種典型的非織物類膜材，為目前國(guó)際上最先進(jìn)的薄膜材料。但這種膜材在聲學(xué)方面缺陷較大：由于膜材很薄，所以其隔絕噪聲的才能差，

2、尤其在大雨和冰雹時(shí)，會(huì)產(chǎn)生敲鼓似的噪聲。1.2引發(fā)室內(nèi)聲學(xué)問題的內(nèi)因和外因充膜構(gòu)造的聲學(xué)設(shè)計(jì)向聲學(xué)專家提出了許多挑戰(zhàn)，因?yàn)槌錃饽?gòu)造不僅面臨任何其他建筑構(gòu)造面臨的聲學(xué)問題，還面臨其獨(dú)有的問題。所有問題歸總?cè)缦拢?室外噪聲滲入及內(nèi)部噪聲會(huì)造成較強(qiáng)的背景噪聲，如來(lái)自室外飛機(jī)或道路交通的噪聲，或室內(nèi)音樂表演或演講擴(kuò)音設(shè)備的室內(nèi)噪聲，這些噪聲會(huì)嚴(yán)重惡化室內(nèi)的聲學(xué)環(huán)境。2對(duì)于充膜構(gòu)造而言，由于膜構(gòu)造厚度很小，質(zhì)量很輕，所以上條所述的背景噪聲會(huì)引起膜面的劇烈震顫。另外本文由論文聯(lián)盟搜集整理，背景噪聲可能會(huì)沿配套設(shè)施傳至構(gòu)造并發(fā)生共振。3膜構(gòu)造擊鼓效應(yīng)，即雨和冰雹落在膜面上的強(qiáng)度和節(jié)奏在室內(nèi)產(chǎn)生的回聲也是噪

3、聲。風(fēng)暴持續(xù)時(shí)間一般很短，較強(qiáng)的噪聲集中在數(shù)分鐘內(nèi)。盡管如此，在頂峰時(shí)刻，室內(nèi)的聲強(qiáng)也超過90dB，聲強(qiáng)和頻率與膜面的張力及曲率有關(guān)。4膜材的吸聲才能很差，回聲、聲音聚焦、聲場(chǎng)分布不均以及常遇到的回響時(shí)間過長(zhǎng)等問題都是充氣膜構(gòu)造中常見的問題。這些問題會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)聲學(xué)環(huán)境較差并難以控制，使得從演講到音樂等各種演出都難以進(jìn)展。2聲學(xué)問題的解決現(xiàn)代體育館一般都是一個(gè)綜合性的群眾活動(dòng)場(chǎng)所，所以聲學(xué)設(shè)計(jì)既要考慮到比賽時(shí)聲音明晰的要求，還要考慮到文娛活動(dòng)和大型會(huì)議對(duì)音質(zhì)的其他要求，因此它也要求有一定的飽滿度，并能控制好各種高中低頻率的混響時(shí)間，同時(shí)還要兼顧考慮電聲系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)場(chǎng)館內(nèi)的音質(zhì)情況。2.1.1從噪聲

4、源和噪聲的傳播媒介兩方面來(lái)阻隔噪聲這兩個(gè)方面在傳統(tǒng)建筑中經(jīng)常使用，而且很有效。詳細(xì)做法如下。1針對(duì)室外噪聲源首先考慮充氣膜構(gòu)造的朝向和位置，以便最大限度地降低噪聲的滲入。其次，將噪聲源與充氣膜構(gòu)造隔開。一般情況下，將聲源與建筑物之間的間隔 每增加一倍，噪聲降低6dB，而利用灌木叢屏障噪聲只能降低0.4dB，以致可以忽略不計(jì)。2針對(duì)室內(nèi)噪聲源首先，各通風(fēng)管道、泵房、通風(fēng)機(jī)房均需做降噪消音處理和各種減震措施。其次，各種水管、風(fēng)管、洞口、井道要做好封堵。2.1.2加強(qiáng)充氣膜構(gòu)造的隔聲才能1增加膜的層數(shù)利用單層膜面即可有效隔絕滲入或外泄噪聲的例子比較少見，而雙層膜面可使低于500HZ的噪聲降低510d

5、B。水立方兩個(gè)三層氣枕的隔聲量據(jù)測(cè)可達(dá)20dB。在充氣膜構(gòu)造中要確保膜與膜或與其他構(gòu)造連接時(shí)的密閉性，以降低噪聲從縫隙中滲入的可能性。2增加膜的重量一些實(shí)驗(yàn)說明：膜面上的微小附重可以大幅改善膜材對(duì)于低噪聲的隔離作用對(duì)于低于300Hz的噪聲，可隔絕511dB,同時(shí)又不太影響其透光性。3增大膜布之間的空氣間隔假設(shè)雙層膜間空氣的厚度小于100，那么附重對(duì)膜面振動(dòng)的抑制效果會(huì)被全部抵消空氣的作用就像一個(gè)彈簧。為了讓膜構(gòu)造附重更好地發(fā)揮效能夾層厚度必須大于500。4在多層膜之間安裝降噪設(shè)備如在ETFE墊子內(nèi)安放聚碳酸酯片，但使用還不廣泛。又如：北京奧運(yùn)工程專門為賽時(shí)制定了雨噪音降噪方案，即在屋面ETFE

6、氣枕上覆蓋Texln雨噪音降噪網(wǎng)。Texln是阻尼材料，Texln膜材的彈性大就像鼓面，Texln的工作原理就像在屋面氣枕上覆蓋毛毯一樣。它本來(lái)是不透明的，不過在加工成網(wǎng)狀構(gòu)造之后，就有了半透明的效果。阻尼材料減小了雨滴對(duì)膜的沖擊，材料上的網(wǎng)眼還可以將雨滴的粒徑減小，也在一定程度上減小了將于引起的噪聲。2.2室內(nèi)聲場(chǎng)問題的解決1增加外層膜面的質(zhì)量外層膜密度越大，內(nèi)層膜的吸聲系數(shù)就越大(主要是頻率低于1000Hz的噪聲，高于1000Hz時(shí)那么無(wú)明顯效果)。而增加內(nèi)層膜的質(zhì)量會(huì)降低其震動(dòng)才能，其吸聲才能也隨之降低。2控制空氣夾層的厚度加層厚度過大時(shí)，吸聲幅度和峰值頻率都會(huì)降低因?yàn)榭諝獾膹椈勺饔孟?/p>

7、了。3仔細(xì)處理非膜界面這種方法就是運(yùn)用處理此類問題的傳統(tǒng)方式，例如：在能布置吸聲體的墻面上盡量做吸聲構(gòu)造，尤其在兩側(cè)山墻；比賽大廳上空設(shè)置吸聲構(gòu)造及擴(kuò)散體，主要吸收中高頻聲；天棚上層設(shè)置擴(kuò)散體和吸聲措施，主要吸收中、低頻；場(chǎng)邊四周窗前設(shè)吸聲窗簾。同時(shí)還要考慮電聲擴(kuò)音器的間隔 方位、分區(qū)布置。4盡量增加吸聲面積我們可以在不影響膜材透明特性的前提下，盡可能增加吸聲材料的覆蓋面積。如將安裝膜材的夾具加寬，在底下做一些吸聲面積安裝吸聲材料。因?yàn)殇摌?gòu)造是不透明的，所以安裝吸聲材料不會(huì)影響透視效果。又如在體育館的上方有檢修燈具的馬道，可在其底部和兩側(cè)安裝吸聲材料，增大吸聲面積。另外，可在不影響大局的前提下將觀眾席臨時(shí)看臺(tái)上方的天花板改成不透明的，以便安裝吸聲性能高的材料。3充氣膜構(gòu)造的聲學(xué)預(yù)測(cè)3.1傳統(tǒng)建筑聲學(xué)預(yù)測(cè)方法(1)聲學(xué)縮尺模型如將膜材按聲學(xué)相似性來(lái)縮尺是很難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槿鄙傧鄳?yīng)的薄膜材料。(2)數(shù)值預(yù)測(cè)如今已有許多軟件可以用來(lái)評(píng)價(jià)構(gòu)造的聲學(xué)特性，但因計(jì)算時(shí)采取了很多假定，又缺乏膜聲學(xué)的相關(guān)知識(shí)及關(guān)于膜材的根本數(shù)據(jù)，例如與角度相關(guān)的吸聲系數(shù)等，所以這種預(yù)測(cè)方法局限性，對(duì)計(jì)算構(gòu)造的有效性應(yīng)持慎重態(tài)度。3.2傳統(tǒng)建筑聲學(xué)預(yù)測(cè)方法在充氣膜構(gòu)造中應(yīng)用的可行性由上述內(nèi)容可知，傳統(tǒng)構(gòu)造的聲學(xué)測(cè)試目前還不能完全適用于充氣膜構(gòu)造，所以利用構(gòu)造建成后的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法去驗(yàn)證設(shè)計(jì)時(shí)使