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城市建筑物為什么會(huì)呼嘯?

2006-08-17 17512 0
  曼徹斯特市中心171米高的比瑟姆塔要到10月才開(kāi)放。但是從4月份比瑟姆塔屋頂14米高的玻璃和鋼鐵的葉狀結(jié)構(gòu)完工起,當(dāng)?shù)氐木用窬鸵呀?jīng)開(kāi)始抱怨噪音污染了。在多風(fēng)的日子里,“葉片”周圍的空氣以250到260赫茲的頻率振動(dòng)--同鋼琴上的中音C接近。

  比瑟姆塔既不是第一幢,也不是最后一幢會(huì)發(fā)出噪音的建筑。通常建筑物發(fā)出的噪音很小,淹沒(méi)在一座繁忙城市的喧囂中。但是每年世界上都有1到2座新建筑會(huì)制造吵鬧而煩人的聲音。這不僅是因?yàn)榇髽且呀?jīng)造得越來(lái)越高--從而經(jīng)常會(huì)暴露在強(qiáng)風(fēng)中,而且很多建筑都具有利于環(huán)境的特征,比如用帶有遮陽(yáng)篷的氣窗來(lái)減少空調(diào)的使用。這些氣窗非常利于制造呼嘯的風(fēng)聲。那么我們能讓城市消除尖叫的高塔嗎?

  建筑物噪音的基本機(jī)制之一同你吹一個(gè)空啤酒瓶形成聲音的機(jī)制相同。瓶口的邊沿?cái)_亂了空氣的流動(dòng),并在瓶頸處制造出一個(gè)小的氣體漩渦。這個(gè)漩渦的振蕩頻率同瓶頸的大小和風(fēng)的速率有關(guān)。

  當(dāng)你更猛烈地把氣吹過(guò)瓶頸,漩渦的振蕩頻率增加,最終同瓶腔的自然共振頻率相匹配。瓶頸的漩渦充當(dāng)了瓶中空氣的活塞,于是你的瓶子就發(fā)出了聲音。

  建筑上的氣窗、隔柵、欄桿和具有規(guī)則間隔的外部結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于瓶頸。有隔柵的格子制造的氣體漩渦更是各種噪音的來(lái)源--甚至在沒(méi)有共鳴腔的情況下也是如此。

  23年前,維也納的研究人員偶然遇到了這個(gè)現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)他們?cè)跈z測(cè)維也納一家醫(yī)院新大樓的設(shè)計(jì)在多風(fēng)天氣中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這個(gè)設(shè)計(jì)包括兩座13層的塔樓,它的外部有給維修工人使用的金屬格柵走道。風(fēng)洞測(cè)試顯示沒(méi)有結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題,但是研究人員還是發(fā)現(xiàn)了令人不快的結(jié)果。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到每小時(shí)55公里時(shí),就出現(xiàn)了2000到2500赫茲的非常響亮的聲音。

  他們進(jìn)一步的測(cè)試發(fā)現(xiàn),風(fēng)的速度和方向是關(guān)鍵。風(fēng)要以與篩網(wǎng)平面成0到15度角的角度進(jìn)入才能制造出噪音--這正是在長(zhǎng)笛上吹出聲響所需要的角度。

  當(dāng)研究人員從風(fēng)洞中拆掉走道格柵,噪音就消失了。因此解決方法是,將格柵上篩孔的大小從40毫米減小到31毫米,并把格柵上金屬的部分從1.5毫米增加到1.8毫米。這樣做的結(jié)果是,風(fēng)速必須要達(dá)到每小時(shí)130公里才能制造出噪音。這種情況50年才會(huì)出現(xiàn)一次。

  人們進(jìn)行過(guò)綜合研究的噪音建筑之一是位于荷蘭角的博覽會(huì)展館。這個(gè)展館的設(shè)計(jì)包括了一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的、具有傾斜角度的后墻。后墻同通常的風(fēng)向大致在一直線上,而且是用格柵制成的,格柵由長(zhǎng)9厘米、寬4厘米的小格構(gòu)成。

  當(dāng)風(fēng)俗達(dá)到每小時(shí)72小時(shí),格柵就會(huì)發(fā)出震耳欲聾的嚎叫,就好像有人在你的耳朵里吹哨子。荷蘭的研究人員通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)證實(shí),格柵就是罪魁禍?zhǔn)住?/P>

  風(fēng)噪專家喬吉姆•戈利亞爾說(shuō),解決這類問(wèn)題意味著要找到漩渦的來(lái)源和共振腔的位置,并打破兩者之間的聯(lián)系。最簡(jiǎn)單的方法之一是改變風(fēng)的方向,從而避免形成漩渦。你可以把一些洞堵上,或者如果有共振腔的話就去掉它。另一種方法是在結(jié)構(gòu)上制造鋸齒狀的邊沿來(lái)產(chǎn)生不同頻率的漩渦,因此避免引發(fā)任何共振。

  幸運(yùn)的是,大部分的格柵不會(huì)制造引人注意的噪音。戈利亞爾說(shuō):“不是所有可能嘯叫的結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)出聲音。因?yàn)檫@還要依賴其他因素,比如風(fēng)向和金屬的表面?!比欢?,正如比瑟姆塔所表現(xiàn)的,格柵并不是唯一的問(wèn)題。甚至一個(gè)單一的凸出物--比如煙囪--都能發(fā)出嘈雜的聲音。只要風(fēng)速合適,背風(fēng)處的漩渦就能共同制造出一種強(qiáng)有力的單一聲調(diào)。這種頻率能從整體的喧嚷中突現(xiàn)是因?yàn)槲覀兊拇竽X被其吸引。加拿大一家工程公司的專家布萊恩•豪說(shuō):“單一的聲調(diào)比混在一起的噪音更讓人感到煩躁。”

    所以,我們不能忽視任何出現(xiàn)的問(wèn)題。然而,風(fēng)力工程專家安德魯•奧爾索普說(shuō),如果建筑師沒(méi)能發(fā)現(xiàn)他設(shè)計(jì)了一幢呼嘯的大樓,那么他就不得不從零開(kāi)始解決問(wèn)題。他說(shuō):“沒(méi)有任何絕對(duì)有效的規(guī)則來(lái)避免風(fēng)造成的噪音。對(duì)一幢大樓有效的辦法對(duì)另一幢大樓來(lái)說(shuō)可能就是麻煩?!?/P>

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