PDF《晃动、震颤 和摇摆》

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2016 晃动、震颤 和摇摆 挪威研究人员正在追踪低频声波在建筑 内的传播,希望能据此给出调整设计的 建议,减少各种令人烦躁的振动.

作者 JENNIFER HAND 曾 在机场旁留宿的人一定能体会这种感受:早班飞机 把人从睡梦中惊醒,除了引擎噪声,似乎身边所有 的东西都在晃动.另外,住在风力发电机、军事基地和设 有直升机起降场的酒店旁的住户也经常抱怨,当有外部噪声 时,窗户会震颤,各种日常物品都会发出嗡嗡声.更让人费 解的是,即使没听到任何声音,也还是能看到这类恼人的振 动. 如果声音的振动不超过

20 次每秒 (20 Hz) ,被称为次声 波,人耳无法听到这种声波.然而,我们还是能轻易察觉到 它的影响.当声波遇到窗户、传到地板上,并影响内墙时, 会引起明显的室内振动.由于低频声波会带来各种令人烦躁 的干扰,所以一直饱受诟病. ?建筑内的低频声波 噪声是现代生活的一部分,在正式标准中通过声压级 来测量高频噪声的敏感度、 干扰水平以及对人体的危害.根 据挪威岩土工程研究院 (Norwegian Geotechnical Institute, NGI) Finn L?vholt 的说法,人们目前尚未深入研究建筑在次 声波影响下产生的振动.因此, 多年来, 作为一家国际性的地 球科学研究及咨询中心,NGI 一直在为挪威国防资产管理局 (Norwegian Defence Estate Agency) 进行各种调查项目. 与高频的声音相比,低频声音在空气中传播时被吸收 的更少,因此传得更远.从建筑物外传到建筑内的声音数量 要更多.我们希望了解在听力阈值内将发生什么. L?vholt 解释说, 我们希望了解来自外部声源的声音如何与建筑发生 相互作用,并产生能被人体捕捉到的振动.之后我们将能提 出各种对策来阻止振动,也许还能为这些'

恼人'

的因素给 出一些标准的指标. ?模拟声波的传播 L?vholt 和他的同事决定开发一个计算模型, 找出低频声 波撞击及穿透建筑的原理. 他们使用 COMSOL Multiphysics? 软 件模拟了一个木制结构, 内部的两个房间由墙壁隔开(见图

1 上) , 模型精确复制了实验室内的实验装置. 他们在模型中的 一个房间内安装了扬声器, 在另一个房间安装了麦克风, 并在 挪威岩土工程研究院 我们之前从未得到与实际 测试如此高度的契合,这 一切都得益于我们能够在 COMSOL Multiphysics 中模拟不同的结构单元. C FINN L?VHOLT, NGI 译者注: 原标题为 Shake, Rattle, and Roll, 源自美国堪萨斯州的一支爵士乐队的原创歌曲. CN.COMSOL.COM

25 结构周围安装了各种探头, 以便监控声压级和振动. 他们模拟 了屋子的每个组件, 包括钢架、 墙内的气腔和立柱、 窗户、 胶合 板以及石膏板. 每个部分的共振都依赖于声波的波长和压力 分布. 例如, 扬声器房间的压力较高, 麦克风房间的压力较低, 墙体的共振与它的长度、 厚度和刚度有关. L?vholt 解释说. 团队还必须考虑两个部分结合在一起时产生的复合共 振,比如拧在一起的两块木料. COMSOL Multiphysics 的 优势在于我们能够输入需要监控的所有参数,而它支持耦合 多个物理场这一特点尤为重要.因此,我们能查看例如空气 域内外声音与室内结构动力学的相互作用.这是一个双向耦 合过程,所以我们可以找出反馈.在我们的分析中,耦合非 常重要,因为声波会在一个很大的范围内产生多种共振.模 型帮助我们真正实现了此类分析. NGI 的团队随后在实验室中对穿过木屋(含两个房间)的 低频声音进行了测试, 用来验证仿真结果. L?vholt 解释说, 图1.上:在模拟实验室内被墙隔开的两个房间中的声压.在左侧房 间中安装一个扬声器;