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建筑物理 室内声环境4


第四章

目的:创造一个良好的听音环境。 内容:介绍室内音质要求、评价标准、设计方法。
表现形式:通过建筑体型、尺寸、构造及材料等与 建筑各种功能要求、艺术处理有密切关 系。 程序:音质设计贯穿建筑设计、施工全过程。

音质设计程序

第一节

音质评价标准: 房间音质的好坏最终要看是否满足使用者的 听 闻要求? 对于语言和音乐,人的听闻要求不尽相同。 因此有时不得不采取折衷折中方案。 1、主观听闻要求; 2、客观声学技术指标。

一、主观听闻要求 1、合适的响度; 实验指出:对语言,合适的响度级:60~70方。 对音乐,合适的响度级:50~85方。 2、高的清晰度和明晰度; 听众正确听到的音节数 音节清晰度= ×100% 测定用的全部音节数
音节清晰度(%) 听音感觉 <65 不满意 65~75 勉强可以 75~85 良好 >85 优良

语言音节清晰度与听音感觉的关系

3、足够的丰满度 定义:声源在室内发声与露天发声,在音质上提高 的程度。 通常认为它的含义: 余音悠扬(或称活跃):无跳跃、间断感; (连续且中、高频丰富) 坚实饱满(或称亲切):不单调、充实、清晰; (基频纯、泛音丰富) 音色浑厚(或称温暖):基频纯、泛音丰富且均衡 (低频丰富,低、中、高频适度平衡)

4、无回声和颤动回声。 5、低噪声。 二、客观声学指标: 1、混响时间: 2、脉冲响应: 3、声扩散值:d(%) 4、声场不均匀度: 5、频率不均匀度:F 6、允许噪声级:

1、混响时间:“必要不充分” 定义:声源发声,声场达到稳态后,声源 突然停止发声,声音衰减 60 dB 所经历的时间。

2、脉冲响应:

3、声扩散值:d(%) d = 1 – m / m0 m :厅内实测扩散值, m0:自由声场扩散值。 m=ΔM / M ΔM:声强平均差值; M :各方位角的平均声强。 4、声场不均匀度: 各座位间:P max – P min < 6 dB 。

5、频率不均匀度 :F ΣLmax—ΣLmin F= f2—f1

dB/Hz

∑Lmax,∑Lmin:分别是在 f2-f1 的频率响应图内峰 值和谷值的总合。

6、允许噪声级 dB (A)和噪声评价曲线

第二节

室内音质设计首先应根据建筑功能和声学 要求来确定房间的容积。 房间容积 ~ 音质效果; ~ 艺术造型; ~ 结构体系; ~ 设备; ~ 造价等。 单从建筑声学的角度来确定容积: 一、保证足够的响度; 二、保证合适的混响时间。

一、保证足够的响度: 人所发出的自然声能是很有限的,声功率 较弱。如果厅堂容积很大,又不注意充分利用, 随着与声源距离的增加,直达声将有较大衰减, 而早期反射声的补强作用毕竟有限。因此对于不 用扩声设备的厅堂,控制有效容积显得尤为重要。

不用扩声系统时厅堂最大允许容积的参考值 声源种类
讲演、会议 戏剧、对白 独奏(唱)、多重奏、小合唱 室内乐、合唱 歌剧、交响乐

最大允许容积 2000 m3 5000 m3 8000 m3
10000 m3 20000 m3

各类厅堂每座容积建议值
每座容积 音乐 7.0~10.0 m3/座 ≯6.0 m3/座 5.0 m3/座 剧院 4.0~5.0 m3/座 6.0~7.5 m3/座 5.0~6.0 m3/座 4.0 m3/座 电影 3.0~3.5 m3/座 5.5~7.0 m3/座 会议 4.0 m3/座 多功能大厅:(视其主要用途或采用可调容积而定) 厅堂类别和用途 交响乐 室内乐 合 唱 话剧 (伸出式舞台) 歌剧 地方戏 普通银幕 立体声宽银幕

二、确定合适的混响时间:

V:房间容积,m3; S:室内总表面积,m2; α:平均吸收系数; 4m:空气吸收系数。 因此T60与室内各表面,人、家具有关。 一般以自然声为主的厅堂 :宽度不宜超过30米 :长度不宜超过40米 :高度一般控制在13-15米之间

第三节

体型设计:直达声、前次反射声的控制和 利用,声吸收和扩散、防止声学缺陷。 1、充分利用直达声。 2、争取和控制早期反射声,使其具有合理的时间 和空间分布。

3、适当的扩散处理,使声场达到一定的扩散程度。 4、防止出现声学缺陷,如回声、多重回声、声聚 焦、声影及小空间可能出现的低频染色现象。

具体体现:平、剖形式,室内各界面的尺寸和形式, 室内装饰及构造。 1、充分利用直达声 (1)、减少直达声传播距离并注意声源的方向性

(2)、避免直达声被遮挡和被观众掠射吸收

2、争取和控制早期反射声 把直达声到达后50ms以内到达的反射声称 为早期反射声。 使所有观众都能获得丰富的早期反射声 (尤其是侧向)是良好音质的必备条件之一。 对于矩形房间:

对于矩形房间:

(1)平面形式与声场分布。 a、矩形:体型简单,声能分布较均匀,一次反射 声能空白区小。由于声能交叉反射,有利于丰满 度。但是当宽度大于30米时,前部将产生大于 50毫秒的反射声,形成干扰。一般适于中、小型 观众厅。

b、钟形:音质、视线均有较好效果,中、小型观 众厅常采用。

c、扇形:侧墙面与中轴线水平夹角φ≤10度时,音 质良好。当22.5>φ>10度时,声能反射区小, 且不均匀。一般φ≯22.5,各排座位有较好的水 平视角。在同样条件下,较其它类型能安排更多 的座位。适于大、中型观众厅。

d、六角形:声能分布均匀。视线特点是视角正而 视距较远。适于中、小型观众厅。

e、马蹄形:如果不做声学处理,将会出现严重的 声能不均匀现象。视线效果较扇形、矩形好,座 位也可安排在良好视角范围内。适于大、中型观 众厅。

f:圆形:如果不做声学处理,将会出现严重的声 能不均匀现象。视线效果:视角较偏的座位多。 上述缺点在半圆形平面中更严重。一般剧院观众 厅很少采用,多用于会堂。

俄罗斯布拉戈维申斯克市社会活动中心

(2)剖面形式与声场分布 观众厅剖面形式:一般有定向反射、扩散、 平顶、弧顶四种。 a、定向反射形式:能将声能均匀地反射到坐 席的各个区域。

b、扩散形式:一般在顶棚后部常常采用此 形式。而顶棚前部依然用定向反射形式处理。

c、平顶:一般小厅常采用此形式。当观众 厅体积过大时,对音质不利,声能过多的向后部 反射,易产生回声。另外声源前后移动时,易使 声能分布不均。所以台口上方一般加设反音板, 两侧墙体易做成倾斜的。

d、弧形:优点是可容纳更多的视线与音质好的 座位。一般慎用,特别是弧度的处理上一定要 适当,否则会出现声聚焦现象。

(3)增加侧向反射声 a、利用倾斜侧墙。

b、利用顶棚扩散反射。

c、利用楼座护栏,或包厢护栏增加侧向反射声。

d、山地葡萄园式座位布局来增加侧向反射声。

3、声扩散设计 (1)声波在界面上的行为:

(2)几种声波扩散模式:

德国声学家提出的“二次剩余扩散面”。 W ≤ λmin/2 N=λmax/ λmin dn=Sn*λmax/2N Sn:二次剩余数列 整数M、A最大公因数为 1,如果X*X同余于 A,则模M。如果该方程有解,把A叫做模M的二 次剩余。如果A取不同值时,形成的序列叫二次 剩余序列。

4、与体型有关的声学缺陷。 (1)声聚焦

(2)回声与多重回声

三 、混响设计 混响设计是音质设计的重要内容。其目的:为室内 大厅设计合适的混响时间与频率特性。 具体内容:1、确定最佳混响时间和频率特性; 2、计算体积、吸声量及混响时间; 3、选择和确定室内装修材料及其布 置。 1、最佳混响时间及频率特性的确定 最佳混响时间:通常指中频(500Hz或1000Hz) 的混响时间。 丰满度要求高的大厅 ----- 混响时间长。 清晰度要求高的大厅 ----- 混响时间短。

(a)各类建筑最佳混响时间范围。

(b)各类建筑不同容积时的最佳混响时间。

(c)频率特性。

2、混响时间计算。
观众厅混响时间计算表(V=5400m3,ΣS=2480m2)
序 号 项目 材料及做 法 面 积 m
2

吸声系数及吸声量(m2) 125 α
0.54 0.2 0.21 0.17 0.02 0.02 0.16 0.30 0.80

250 α
0.66 0.07 0.73 0.48 0.02 0.02 0.15 0.35 0.8

500 α
0.75 0.05 0.21 0.92 0.02 0.02 0.10 0.40 0.80

1000 α
0.85 0.05 0.19 0.75 0.03 0.03 0.10 0.45 0.8

2000 α
0.83 0.06 0.08 0.31 0.03 0.03 0.10 0.50 0.80 49

4000 α
0.75 0.07 0.12 0.13 0.03 0.03 0.10 0.50 0.8

A
29 7 18 0 32 17 7.5 4.8 4.5 39 4.8

A
36 3 63 11 0 48 7.5 4.8 4.2 46 4.8

A
41 3 45 32 92 7.5 4.8 2.8 52 4.8

A
46 8 45 29 75 11 7.2 2.8 59 4.8

A
45 7 54 12 31 11 7.2 2.8 65 4.8

A
41 3 63 18 13 11 7.2 2.8 65 4.8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

观众、坐席

观众+过道

55 0 90 0 15 0 10 0 37 6 24 0 28 13 0 6

吊顶 墙面 墙面 墙面
走道、乐池

FC板吊顶
三夹板后空50

穿孔石膏板

水泥抹灰 混凝土 木板门
舞台耳光面光

门 开口 通风口 4m

送回风口

140

3、室内装饰材料的选择和布置。 (1)室内装饰材料及构造形式的选择要结合室内艺术设 计的整体要求进行。 (2)各种材料的面积按前面计算结果选择。 (3)各种材料尽可能均匀地布置在室内各表面上。 (4)对高、中、低频吸声材料及扩散体要均衡使用。 (5)各种吸声材料与构造位置: (a)观众厅内靠近舞台周边的墙面、顶棚主要布置 反射体。 (b)观众厅内周边的墙裙部位主要布置反射体。 (c)观众厅内顶棚后部主要布置扩散体。 (d)吸声材料及构造应尽可能布置在厅内侧墙中部、 上部及后墙上部。

实例分析: 1、音乐厅:齐齐哈尔,农业大学,工程大学 2、多功能剧场:少年宫, 3、演播室:黑龙江省新闻演播室,黑龙江省气象 演播室 4、体育馆:黑龙江大学,齐齐哈尔大学


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