從建筑物理學的原理淺析教室建筑的設計現(xiàn)狀

從建筑物理學的原理淺析教室建筑的設計現(xiàn)狀我們的生活離不開建筑，家居建筑更是我們身體兼心靈的歸宿。所以，家居建筑的設計值得我們重視。從建筑物理學的角度來看，家居建筑的設計可以從建筑聲學、光學、熱工學的角度來分析一下。二、主要內容？建筑聲學建筑聲學是研究建筑中聲學環(huán)境問題的科學。它主要研究室內音質和建筑環(huán)境的噪聲控制。建筑聲學的基木任務是研究室內聲波傳輸?shù)奈锢項l件和聲學處理方法，以保證室內具有良好的聽聞條件，即音質設計；研究控制建筑物內部和外部一定空間內的噪聲干擾和危害,即噪聲控制。室內音質設計應在建筑設計方案初期就同時進行，而且要貫穿在整個建筑施工圖設計、室內裝修設計和施工的全過程中，直至工程竣工前經過必要的測試鑒定和主觀評價，進行適當?shù)恼{整、修改、才有可能達到預期的效果。對音質的主觀評價和客觀指標的分析，要求在音質設計時應遵循以下幾個原則：防止外部噪聲及振動傳入室內，使室內的背景噪聲足夠低。這是室內音質設計的一個前提條件。充分利用直達聲，使室內各處都有足夠的響度，并保證聲場分布盡可能均勻（對于以自然聲為主的廳堂，要注意選擇適當?shù)囊?guī)模）。使房間具有與使用目的相適應的混響時間。隔聲是控制噪聲的重要措施，效果十分顯著。當前建筑隔聲中存在諸多問題：設計問題——建筑選址不合理，材料選用不當、施工存在問題等等。材料不合格——墻體材料、樓板、門、窗等等隔聲性能不足。近年來輕型隔墻材料的使用，以及人們生活水平提高后對建筑品質要求提高，提出了建筑隔聲的新課題。建筑光學?建筑光學是研究天然光和人工光在建筑中的合理利用，創(chuàng)造良好的光環(huán)境，滿足人們工作、生活、審美和保護視力等要求的應用學科，是建筑物理的組成部分。光環(huán)境的內涵很廣，是由光與顏色在室內建立的同房間形狀有關的生理和心理環(huán)境。優(yōu)良的光環(huán)境需要滿足：適當?shù)恼彰鞫?；舒適的亮度比；宜人的光色，良好的顯色性；避免眩光干擾；正確的投光方向與完美的造型立體感。采光設計的主要任務：根據(jù)視覺工作的主要特點，確定房間的采光要求；確定采光口的形式、位置；計算所需的采光口面積；防止眩光、不均勻等采光質量問題；防止紫外線影響，考慮其他的功能要求。采光設計中應注意光線的方向，視覺中心的處理，對象表而的位置和反射性能，不同天氣狀況下的適應性。從影響室外地面照度的主要因素來看，天然光照度中，南方以天空擴散光照度較大，北方和西北以太陽直射為主。可以通過采光口調整采光系數(shù)。采光口應以側窗為主，天窗給予補充。但不能單以窗地比來控制采光標準，還應該考慮窗的形狀，采光的均勻度等因素;還有要注意，人工照明不能替代天然光，天然光中的紫外線輻射有殺菌的作用，而人造光沒有，沒有天然光的照射會對人的身體產生不利影響，不利于居住。采光是為了給人好的視覺感受，所以，光線不宜太亮或太暗，最好可以調節(jié)，以滿足更多人的喜好。?建筑熱工學建筑熱工學的任務是介紹建筑熱工學原理，論述如何通過建筑規(guī)劃和設計上的相應措施，有效地防護或利用室內外環(huán)境的熱濕作用,合理解決建筑和城市設計中的防熱、防潮、保溫、節(jié)能、生態(tài)等問題，以創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的人居環(huán)境。單靠建筑措施是不能完全滿足對室內外熱環(huán)境的要求的。為了獲得合乎標準的室內外熱環(huán)境，往往需要配備適當?shù)脑O備，進行人工調節(jié)。須注意的是，只有首先充分發(fā)揮各種建筑措施的作用，再配備一些必不可少的設備，才能做出技術上和經濟上都合理的設計。在我國大約有占全國總而積70%的地區(qū)冬季室內需要采暖。這些地區(qū)的建筑在設計上既要考慮保證良好的室內熱環(huán)境，還要注意節(jié)省采暖的能耗和建造費用，即需要注意建筑保溫問題。建筑保溫包扌4圍護結構保溫；建筑方案設計中的保溫綜合處理。如外墻和屋頂?shù)谋卦O計、最小傳熱阻、門窗和地面的保溫設計。在進行建筑保溫設計時，要充分利用有利因素，克服不利因素。要注意選擇合理的建筑體型、朝向和平面形式，防止冷風的不利影響，使房間具有良好的熱特性與合理的供熱系統(tǒng)，還要充分利用太陽能。影響建筑耗熱量的因素，除了圍護結構的保溫性能外，建筑物的體型、朝向、窗墻比等都對耗熱有很大影響。一般來說，低層、體型復雜的建筑的耗熱指標大；東西向比南北向建筑耗熱指標大；另外,適當減小窗墻比及提高窗縫的密封性，減少空氣滲透量，也可明顯地減少采暖耗熱，以達到節(jié)能的目的。建筑防熱可以通過減弱室外熱作用、窗口遮陽、圍護結構的隔熱與散熱、合理地組織自然通風、盡量減少室內余熱等途徑實現(xiàn)。一、頻譜研究的意義聲音源于振動的物體，振動的物體就稱之為聲源。聲源發(fā)聲后要經過一定的介質的分子振動而向外傳播聲能，介質的分子只是振動而不移動，所以聲音的木質是波動。實際動態(tài)物理量的測試波形總是比較復雜的，而且任何動態(tài)測試波形都會有不同程度的波形畸變和失真。動態(tài)測試中的波形絕大多數(shù)場合是看不到真實波形的，測到的波形無法與真實波形比較。因此在動態(tài)測試中，必須重視波形分析和研究波形的畸變問題，并修正畸變，從而取得可靠的結果。因此動態(tài)物理學參量的數(shù)據(jù)處理——確定性的或者隨機的等各種狀態(tài)的數(shù)據(jù)處理分析是科研工作中的重要內容，即動態(tài)測試中的數(shù)據(jù)處理分析最重要的是要得到真實的、可靠的數(shù)據(jù)和結果，以便找出事物的規(guī)律。其中頻譜分析是動態(tài)數(shù)據(jù)處理中的最重要和最基本的方法之一。二、頻譜的定義表征聲音物理量的除聲壓級與頻率外，還有各個頻率的聲壓級的綜合量，即聲音的頻譜。聲音的頻譜是用來表示聲音各組成頻率的聲壓級分布。通常頻譜的表示方法是橫坐標為頻率，縱坐標為聲壓級。動態(tài)信號一般不是單純的正弦波形，按照傅里葉分析法，動態(tài)信號可以分解為許多諧波分量（諧波是指頻率為基本頻率整數(shù)倍的正弦波），而每一個諧波分量可由其振幅和相位來表征。各次諧波可以按其頻率高低依次排列起來成為譜狀，按照這樣排列的各次諧波的總體稱為頻譜。三、頻譜的分類具有單一頻率的聲音，稱為純音，其頻譜圖為一直線段；由頻率離散的若干個分量復合而成的聲音，稱為復音，其頻譜圖為線狀譜；在一定的頻率范圍內含有連續(xù)頻率成分的譜稱為連續(xù)譜。頻譜圖形中的離散譜是與周期性（或準周期）信號相對應的，連續(xù)譜是與非周期性信號相對應的。在日常生活中經常遇到的聲音很少是單頻率的純音，絕大部分都是復合音。例如樂器發(fā)岀的聲音是線狀譜；包含連續(xù)頻率成分的噪聲的頻譜為連續(xù)譜，例如機器設備發(fā)出的噪聲就是連續(xù)譜。對于連續(xù)譜的噪聲，若其聲壓級用頻帶聲壓級表示，則得到頻帶聲壓級譜。聲音的頻譜一般分為三個頻段:低頻段（500Hz以下）、中頻段（500Hz?7kHz）、高頻段（7kHz以上）。中頻段還可以再細分為中低頻段（500Hz~2kHz）和中高頻段（2kHz~7kHz）。低頻：聲音的低頻成分多或錄放系統(tǒng)低頻響應（200Hz以下）有提升，則聲音有氣魄、厚實、有力，有溫暖感，柔和、圓潤、豐滿；但聲音的低頻成分過多或錄放系統(tǒng)的頻率響應的低頻過分提升，則聲音渾濁、沉重（200?300Hz）,有隆隆聲。聲音的低頻成分適中或錄放系統(tǒng)的低頻頻率響應平直擴展,則聲音豐滿、有氣魄、渾厚、低沉、堅實、有力，但也有可能有隆隆聲。聲音的低頻成分少或錄放系統(tǒng)的低頻響應有衰減，則聲音可能比較干凈，但單薄無力。中頻：聲音的中頻成分多或者錄放系統(tǒng)的中頻響應有提升，則聲音有力、活躍、清晰、透亮。聲音的中頻成分過多或錄放系統(tǒng)的中頻響應過分提升，則聲音的動態(tài)出不來、渾濁、有號角聲、鳴聲（500-800Hz）、電話聲（1kHz）、聲音硬（2?4kHz）、刺耳（2~5kHz）、有金屬聲（3~5kHz）、綻音（4~7kHz）。聲音的中頻成分適中或錄放系統(tǒng)的中頻響應平直，則聲音自然、中性、圓滑、舒適、悅耳、和諧，有音樂性，但聲音可能無活力、平淡（缺乏色彩和個性）。聲音的中頻成分少或錄放系統(tǒng)的中頻響應有衰減，則聲音圓潤、柔和，但松散（500-1kHz）,動態(tài)出不來，沉重（5kHz）,渾濁（5kHz）o高頻：聲音的高頻成分多或錄放系統(tǒng)高頻響應有提升，則聲音明亮、清晰、銳利。聲音的高頻成分過多或錄放系統(tǒng)高頻響應過分提升，則聲音刺耳、有喊毆聲，輪廓過分清楚、呆板、硬、缺乏彈性，有弦樂噪聲。聲音的高頻成分適中或錄放系統(tǒng)高頻響應平直擴展，則聲音開闊、活躍、透明、清晰、自然、圓滑，但可能細節(jié)過分清楚。聲音的高頻成分少或錄放系統(tǒng)高頻響應有衰減，則聲音圓潤、柔和、豐滿，但聲音枯燥、受限制、放不開、動態(tài)出不來、沉重、渾濁、有遙遠感。全頻段：聲音在整個音頻范圍內各頻率成分均勻或錄放系統(tǒng)的總體頻率行營平直，則聲音自然、清晰、圓滑、透明、悅耳、和諧、有音樂味、無染色、柔和、清脆。聲音的某些頻率成分多，另一些頻率又少，或錄放系統(tǒng)頻響多峰谷，則聲音粗糙、刺耳有染色；如果錄放系統(tǒng)的頻響有深谷，則聲音不協(xié)調；整個頻響的頻帶窄，則聲音單薄、無力、平淡（缺乏色彩）。四、頻譜的測量與分析在對聲音作測量時，既可以對整個頻率范圍作測量，也可以在測量系統(tǒng)中利用電通濾波器（帶通濾波器是指通頻帶從大于零的下限頻率到有限的上限頻率的濾波器），把可聽頻率范圍的聲音分段測量。為了方便，人們把20-?Hz的聲頻范圍分為幾個段落，劃分的每一個具有一定頻率范圍的段落稱作頻帶或頻程。將聲頻范圍劃分為這樣的頻帶:使每一頻帶的上限頻率比下限頻率高一倍，即頻率之比為2,這樣劃分的每一個頻程稱1倍頻程，簡稱倍頻程。即采用倍頻程或2/3倍頻程進行聲音的測量。一般地，精度要求高時頻帶可以窄，允許簡單測量時，則可以將頻帶帶寬放寬。頻譜分析是對動態(tài)信號在頻率域內進行分析，分析的結果是以頻率為坐標的各種物理量的譜線和曲線。頻率分析或頻譜分析是在頻率域上分析測量信號。頻譜分析的主要理論基礎是傅里葉分析方法，即周期的時間函數(shù)可分解為余弦函數(shù)和正弦函數(shù)的無限項之和。在進行頻譜的測量和分析時常用的分析儀器是頻譜分析儀。它的工作性能與作用于儀器的頻率有一定的依賴關系。頻譜分析儀是完成時-頻變換，把信號的能量作為頻率的函數(shù)顯示出來的儀器。濾波器式頻譜分析儀是通過對輸入動態(tài)信號作帶通濾波，從而選擇需要的頻譜。諧波的頻率分量由濾波器的濾波頻率值給出，濾波器指示的幅值即為其譜值。五、頻譜的應用1、音質設計在進行音質設計時，應遵循以下幾個原則：（1）防止外部的噪聲及振動傳入室內，使室內的背景噪聲級足夠低。（2）使室內各處都具有足夠的響度。（3）安排足夠的近次反射聲。（4）使室內具有與使用目的相適應的混響聲。（5）防止岀現(xiàn)回聲、多重回聲等聲學缺陷。在室內音質設計中，與音質的主觀評價中量的因素有關的物理指標有聲壓級和混響時間。各個頻率的聲壓級，即聲音的強度與該頻率聲音的響度是相對應的。同樣的樂團在不同的大廳里演奏可能產生不同的聲壓級，聽眾對這樣的差別很敏感。因此，在設計時應該通過頻譜圖預先了解室內的聲壓級，盡量減少聲源頻譜成分的畸變，保證音色不失真，同時減少背景噪聲和侵擾噪聲的影響，以獲得良好的音質。2、噪聲控制噪聲控制并不等于噪聲降低。在多數(shù)情況下，噪聲控制是要降低噪聲的聲壓級，但有時是增加噪聲（即利用聲音的掩蔽效應，掩蔽不希望被聽到的聲音）。在噪聲控制中，必須知道噪聲源的頻譜特性，即噪聲是由哪些頻率成分組成的，哪部分最突岀。只有首先有效地降低或消除這部分噪聲，才能有效地減少噪聲干擾。通過頻譜圖可以預計噪聲的刺耳特性與程度，根據(jù)標準或原則，對噪聲進行適當?shù)靥幚?減少噪