空间吸声体的设计与应用

　　1　引　言

　　将吸声材料离散地悬空吊置后,由于材料的暴露表面增大,加上声波衍射影响,其吸声性能将比同面积材料紧贴墙面时有很大提高。这种空间吸声体在国外又称高效吸声体(functional absorber),这在大空间中尤为适用。它还具有构造简单轻巧、吊装灵活、造型多变、装饰效果特殊以及便利顶部管线的安装和维修,适应屋顶采光等许多特点,当它们的悬吊高度允许大幅度下降时,在一定程度上还可以起到减少有效空间的作用。因此空间吸声体兼具经济、实用、美观的优点,在我国的应用至少已有30多年的历史。从70年代开始,一些大型公共建筑界中的成功设计案例,备受建筑和声学界的关注,也促进了空间吸声体的推广应用和理论研究。

　　早在40年代,Olson (1946年)[1]曾利用声学类比电路对空间吸声体的吸声机理作了分析。他指出当吸声体材料的声阻抗ξA选择得当,加上衍射声的影响,会产生大于1的吸声系数,乃至达到一般贴墙安装时吸声量的两倍。它适用于吸声体的尺度比波长小得多的频率范围。他又以薄壳空间吸声体为例,如选用声阻合适的轻薄材料,可产生很大的声吸收,在用料方面就非常经济。按材料每单位重量所取得的吸声量(m2-Sab)作比较,它几乎可达到常用材料按传统构造方式的12倍!这是非常具有吸引力的启示。

　　对空间吸声体吸声机理作比较深入地研究,也许还是80年代初同济大学声学研究所盛胜我和赵松龄[2,3]两位开创的。近年来我们又继续在新颖空间吸声体设计和实验方面做了些工作,可选材料范围扩大很多,以适应不同的需求。工作中也摸索到一些控制和增加吸声的途径和规律,为推广应用空间吸声体提供了设计指南。

　　2　空间吸声板

　　利用吸声板材作为空间吸声体是应用最早和最广的一种类型。上海文化广场(1971年)[4]和上海黄浦体育馆(1975年)[5]乃是早期大面积采用的两个成功案例。用的都是很普通的玻璃棉外复穿孔板的预制吸声构件形式,所不同的是前者取平放,后者取竖立。它们不仅在控制大厅混响方面显示出优异作用,而且产生了新颖美观的室内效果,见本期封底图片I(a)和I(b)。加上它们造价低、重量轻、吊装方便等优点,为推广空间吸声板开创了新局面。

　　2.1　吸声效果的理论分析和预计

　　盛胜我[2]在理论研究中,巧妙地把它简化为按板厚减半来考虑,并分解为两个基本问题:一是背面为刚性;二是背面为自由。利用现成的严格解,大大简化了理论推导,所得结果也有清晰的物理含义,其表达式也便于计算。如是,空间吸声板的总暴露面积应当为半厚板面积的加倍,于是它在扩散声场中的吸声量A(按单位面积计算)可由下式来表达: