从建筑物理学的原理浅析教室建筑的设计现状

从建筑物理学的原理浅析教室建筑的设计现状我们的生活离不开建筑，家居建筑更是我们身体兼心灵的归宿。所以，家居建筑的设计值得我们重视。从建筑物理学的角度来看，家居建筑的设计可以从建筑声学、光学、热工学的角度来分析一下。二、主要内容？建筑声学建筑声学是研究建筑中声学环境问题的科学。它主要研究室内音质和建筑环境的噪声控制。建筑声学的基木任务是研究室内声波传输的物理条件和声学处理方法，以保证室内具有良好的听闻条件，即音质设计；研究控制建筑物内部和外部一定空间内的噪声干扰和危害,即噪声控制。室内音质设计应在建筑设计方案初期就同时进行，而且要贯穿在整个建筑施工图设计、室内装修设计和施工的全过程中，直至工程竣工前经过必要的测试鉴定和主观评价，进行适当的调整、修改、才有可能达到预期的效果。对音质的主观评价和客观指标的分析，要求在音质设计时应遵循以下几个原则：防止外部噪声及振动传入室内，使室内的背景噪声足够低。这是室内音质设计的一个前提条件。充分利用直达声，使室内各处都有足够的响度，并保证声场分布尽可能均匀（对于以自然声为主的厅堂，要注意选择适当的规模）。使房间具有与使用目的相适应的混响时间。隔声是控制噪声的重要措施，效果十分显著。当前建筑隔声中存在诸多问题：设计问题——建筑选址不合理，材料选用不当、施工存在问题等等。材料不合格——墙体材料、楼板、门、窗等等隔声性能不足。近年来轻型隔墙材料的使用，以及人们生活水平提高后对建筑品质要求提高，提出了建筑隔声的新课题。建筑光学?建筑光学是研究天然光和人工光在建筑中的合理利用，创造良好的光环境，满足人们工作、生活、审美和保护视力等要求的应用学科，是建筑物理的组成部分。光环境的内涵很广，是由光与颜色在室内建立的同房间形状有关的生理和心理环境。优良的光环境需要满足：适当的照明度；舒适的亮度比；宜人的光色，良好的显色性；避免眩光干扰；正确的投光方向与完美的造型立体感。采光设计的主要任务：根据视觉工作的主要特点，确定房间的采光要求；确定采光口的形式、位置；计算所需的采光口面积；防止眩光、不均匀等采光质量问题；防止紫外线影响，考虑其他的功能要求。采光设计中应注意光线的方向，视觉中心的处理，对象表而的位置和反射性能，不同天气状况下的适应性。从影响室外地面照度的主要因素来看，天然光照度中，南方以天空扩散光照度较大，北方和西北以太阳直射为主。可以通过采光口调整采光系数。采光口应以侧窗为主，天窗给予补充。但不能单以窗地比来控制采光标准，还应该考虑窗的形状，采光的均匀度等因素;还有要注意，人工照明不能替代天然光，天然光中的紫外线辐射有杀菌的作用，而人造光没有，没有天然光的照射会对人的身体产生不利影响，不利于居住。采光是为了给人好的视觉感受，所以，光线不宜太亮或太暗，最好可以调节，以满足更多人的喜好。?建筑热工学建筑热工学的任务是介绍建筑热工学原理，论述如何通过建筑规划和设计上的相应措施，有效地防护或利用室内外环境的热湿作用,合理解决建筑和城市设计中的防热、防潮、保温、节能、生态等问题，以创造可持续发展的人居环境。单靠建筑措施是不能完全满足对室内外热环境的要求的。为了获得合乎标准的室内外热环境，往往需要配备适当的设备，进行人工调节。须注意的是，只有首先充分发挥各种建筑措施的作用，再配备一些必不可少的设备，才能做出技术上和经济上都合理的设计。在我国大约有占全国总而积70%的地区冬季室内需要采暖。这些地区的建筑在设计上既要考虑保证良好的室内热环境，还要注意节省采暖的能耗和建造费用，即需要注意建筑保温问题。建筑保温包扌4围护结构保温；建筑方案设计中的保温综合处理。如外墙和屋顶的保温设计、最小传热阻、门窗和地面的保温设计。在进行建筑保温设计时，要充分利用有利因素，克服不利因素。要注意选择合理的建筑体型、朝向和平面形式，防止冷风的不利影响，使房间具有良好的热特性与合理的供热系统，还要充分利用太阳能。影响建筑耗热量的因素，除了围护结构的保温性能外，建筑物的体型、朝向、窗墙比等都对耗热有很大影响。一般来说，低层、体型复杂的建筑的耗热指标大；东西向比南北向建筑耗热指标大；另外,适当减小窗墙比及提高窗缝的密封性，减少空气渗透量，也可明显地减少采暖耗热，以达到节能的目的。建筑防热可以通过减弱室外热作用、窗口遮阳、围护结构的隔热与散热、合理地组织自然通风、尽量减少室内余热等途径实现。一、频谱研究的意义声音源于振动的物体，振动的物体就称之为声源。声源发声后要经过一定的介质的分子振动而向外传播声能，介质的分子只是振动而不移动，所以声音的木质是波动。实际动态物理量的测试波形总是比较复杂的，而且任何动态测试波形都会有不同程度的波形畸变和失真。动态测试中的波形绝大多数场合是看不到真实波形的，测到的波形无法与真实波形比较。因此在动态测试中，必须重视波形分析和研究波形的畸变问题，并修正畸变，从而取得可靠的结果。因此动态物理学参量的数据处理——确定性的或者随机的等各种状态的数据处理分析是科研工作中的重要内容，即动态测试中的数据处理分析最重要的是要得到真实的、可靠的数据和结果，以便找出事物的规律。其中频谱分析是动态数据处理中的最重要和最基本的方法之一。二、频谱的定义表征声音物理量的除声压级与频率外，还有各个频率的声压级的综合量，即声音的频谱。声音的频谱是用来表示声音各组成频率的声压级分布。通常频谱的表示方法是横坐标为频率，纵坐标为声压级。动态信号一般不是单纯的正弦波形，按照傅里叶分析法，动态信号可以分解为许多谐波分量（谐波是指频率为基本频率整数倍的正弦波），而每一个谐波分量可由其振幅和相位来表征。各次谐波可以按其频率高低依次排列起来成为谱状，按照这样排列的各次谐波的总体称为频谱。三、频谱的分类具有单一频率的声音，称为纯音，其频谱图为一直线段；由频率离散的若干个分量复合而成的声音，称为复音，其频谱图为线状谱；在一定的频率范围内含有连续频率成分的谱称为连续谱。频谱图形中的离散谱是与周期性（或准周期）信号相对应的，连续谱是与非周期性信号相对应的。在日常生活中经常遇到的声音很少是单频率的纯音，绝大部分都是复合音。例如乐器发岀的声音是线状谱；包含连续频率成分的噪声的频谱为连续谱，例如机器设备发出的噪声就是连续谱。对于连续谱的噪声，若其声压级用频带声压级表示，则得到频带声压级谱。声音的频谱一般分为三个频段:低频段（500Hz以下）、中频段（500Hz〜7kHz）、高频段（7kHz以上）。中频段还可以再细分为中低频段（500Hz~2kHz）和中高频段（2kHz~7kHz）。低频：声音的低频成分多或录放系统低频响应（200Hz以下）有提升，则声音有气魄、厚实、有力，有温暖感，柔和、圆润、丰满；但声音的低频成分过多或录放系统的频率响应的低频过分提升，则声音浑浊、沉重（200〜300Hz）,有隆隆声。声音的低频成分适中或录放系统的低频频率响应平直扩展,则声音丰满、有气魄、浑厚、低沉、坚实、有力，但也有可能有隆隆声。声音的低频成分少或录放系统的低频响应有衰减，则声音可能比较干净，但单薄无力。中频：声音的中频成分多或者录放系统的中频响应有提升，则声音有力、活跃、清晰、透亮。声音的中频成分过多或录放系统的中频响应过分提升，则声音的动态出不来、浑浊、有号角声、鸣声（500-800Hz）、电话声（1kHz）、声音硬（2〜4kHz）、刺耳（2~5kHz）、有金属声（3~5kHz）、绽音（4~7kHz）。声音的中频成分适中或录放系统的中频响应平直，则声音自然、中性、圆滑、舒适、悦耳、和谐，有音乐性，但声音可能无活力、平淡（缺乏色彩和个性）。声音的中频成分少或录放系统的中频响应有衰减，则声音圆润、柔和，但松散（500-1kHz）,动态出不来，沉重（5kHz）,浑浊（5kHz）o高频：声音的高频成分多或录放系统高频响应有提升，则声音明亮、清晰、锐利。声音的高频成分过多或录放系统高频响应过分提升，则声音刺耳、有喊殴声，轮廓过分清楚、呆板、硬、缺乏弹性，有弦乐噪声。声音的高频成分适中或录放系统高频响应平直扩展，则声音开阔、活跃、透明、清晰、自然、圆滑，但可能细节过分清楚。声音的高频成分少或录放系统高频响应有衰减，则声音圆润、柔和、丰满，但声音枯燥、受限制、放不开、动态出不来、沉重、浑浊、有遥远感。全频段：声音在整个音频范围内各频率成分均匀或录放系统的总体频率行营平直，则声音自然、清晰、圆滑、透明、悦耳、和谐、有音乐味、无染色、柔和、清脆。声音的某些频率成分多，另一些频率又少，或录放系统频响多峰谷，则声音粗糙、刺耳有染色；如果录放系统的频响有深谷，则声音不协调；整个频响的频带窄，则声音单薄、无力、平淡（缺乏色彩）。四、频谱的测量与分析在对声音作测量时，既可以对整个频率范围作测量，也可以在测量系统中利用电通滤波器（带通滤波器是指通频带从大于零的下限频率到有限的上限频率的滤波器），把可听频率范围的声音分段测量。为了方便，人们把20-™Hz的声频范围分为几个段落，划分的每一个具有一定频率范围的段落称作频带或频程。将声频范围划分为这样的频带:使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，即频率之比为2,这样划分的每一个频程称1倍频程，简称倍频程。即采用倍频程或2/3倍频程进行声音的测量。一般地，精度要求高时频带可以窄，允许简单测量时，则可以将频带带宽放宽。频谱分析是对动态信号在频率域内进行分析，分析的结果是以频率为坐标的各种物理量的谱线和曲线。频率分析或频谱分析是在频率域上分析测量信号。频谱分析的主要理论基础是傅里叶分析方法，即周期的时间函数可分解为余弦函数和正弦函数的无限项之和。在进行频谱的测量和分析时常用的分析仪器是频谱分析仪。它的工作性能与作用于仪器的频率有一定的依赖关系。频谱分析仪是完成时-频变换，把信号的能量作为频率的函数显示出来的仪器。滤波器式频谱分析仪是通过对输入动态信号作带通滤波，从而选择需要的频谱。谐波的频率分量由滤波器的滤波频率值给出，滤波器指示的幅值即为其谱值。五、频谱的应用1、音质设计在进行音质设计时，应遵循以下几个原则：（1）防止外部的噪声及振动传入室内，使室内的背景噪声级足够低。（2）使室内各处都具有足够的响度。（3）安排足够的近次反射声。（4）使室内具有与使用目的相适应的混响声。（5）防止岀现回声、多重回声等声学缺陷。在室内音质设计中，与音质的主观评价中量的因素有关的物理指标有声压级和混响时间。各个频率的声压级，即声音的强度与该频率声音的响度是相对应的。同样的乐团在不同的大厅里演奏可能产生不同的声压级，听众对这样的差别很敏感。因此，在设计时应该通过频谱图预先了解室内的声压级，尽量减少声源频谱成分的畸变，保证音色不失真，同时减少背景噪声和侵扰噪声的影响，以获得良好的音质。2、噪声控制噪声控制并不等于噪声降低。在多数情况下，噪声控制是要降低噪声的声压级，但有时是增加噪声（即利用声音的掩蔽效应，掩蔽不希望被听到的声音）。在噪声控制中，必须知道噪声源的频谱特性，即噪声是由哪些频率成分组成的，哪部分最突岀。只有首先有效地降低或消除这部分噪声，才能有效地减少噪声干扰。通过频谱图可以预计噪声的刺耳特性与程度，根据标准或原则，对噪声进行适当地处理,减少噪