20建筑物理-音质

1音质设计§1音质评价标准一.主观评价标准(1)合适的响度语言：60～70方音乐：80方以上(2)低的噪声干扰(3)无声学缺陷声学缺陷：（1）回声（2）颤动回声（3）声聚焦（4）声染色(4)高的清晰度2(4)高的清晰度音节清晰度语言可懂度国家声学所编制的音节表，由标准播音员在舞台上读，下面观众听，听清楚的音节就在表上打“√”测试用全部音节数观众正确接收音节数音节清晰度=读一段文章，以下列标准判断语言可懂度听懂文章65%不满意3音节清晰度国家声学所编制的音节表，由标准播音员在舞台上读，下面观众听，听清楚的音节就在表上打“√”测试用全部音节数观众正确接收音节数音节清晰度=语言可懂度读一段文章，以下列标准判断语言可懂度听懂文章65%不满意65～75%及格75～85%良85%优4音质设计§1音质评价标准一.主观评价标准(5)好的音色(1)合适的响度(2)低的噪声干扰(3)无声学缺陷(4)高的清晰度5(5)好的音色丰满度取决于T60及频响丰满度:饱满圆润，有弹性感，其反面是声音干硬亲切感取决于20ms反射声亲切感：坚实有力，声音透亮，其反面是声音无力发飘临场感环绕感：环绕感取决于房间的扩散设计清晰度：可察觉音节的改变6(1)T60及频响特性音质评价第一指标(2)声脉冲响应分析§1音质评价标准一.主观评价标准二.客观技术指标7tLp50ms早期反射声:50ms以内的反射声声脉冲响应分析对响度的影响取决于50ms以内反射声的数量和大小对清晰度的影响取决于声学比混响声能量早期反射声能量直达声声学比+=声学比越大越清晰对丰满度的影响取决于30ms以内的早期反射声对亲切感的影响取决于20ms以内的早期反射声早期反射声越多,音质越好8(3)方向性扩散反射声的空间分布用刺猬图表示，即在橡皮泥上插小棍，小棍的大小和方向指明了反射声的空间分布(1)T60及频响特性(2)声脉冲响应分析§1音质评价标准一.主观评价标准二.客观技术指标9(4)语言传输指数RASIT清晰度(3)方向性扩散(1)T60及频响特性(2)声脉冲响应分析§1音质评价标准一.主观评价标准二.客观技术指标10语言传输指数RASIT标准评价0.3～0.45及格0.45～0.6良0.6～0.75好0.75优RASIT0.3差11(5)背景噪声A声级NR数通过隔声设计达到(4)语言传输指数RASIT(3)方向性扩散(1)T60及频响特性(2)声脉冲响应分析§1音质评价标准一.主观评价标准二.客观技术指标12电影院35dB（A）背景噪声要求剧场30dB（A）录音、演播25dB（A）13一.大厅容积V的确定决定大厅容积的因素:以自然声为主的厅堂容积受限，而以电声为主的厅堂容积不受限响度T60()α−−=1ln163.060SVT确定V的方法:容量（观众）×每座容积=大厅净容积V功能电影院3.5～5.5m3/座，话剧4～4.5m3/座，多功能厅3.5～5m3/座音质设计§2体型设计14一.大厅容积V的确定二.体型设计充分利用直达声争取早期反射声消除声学缺陷原则：方法:作定向反射图§2体型设计15定向反射图声源位置：大幕后2～3m，高1.5m或选演员常使用区域，高1.5m16充分利用直达声影响因素：长距离衰减，遮挡与掠射吸收措施：控制大厅尺寸比例避免过长一般影剧院长度36m音乐厅长度45m设楼座短而宽但首排与舞台中心线夹角120度地面起坡每排升高12cm错位排列17争取和控制好早期反射声早期反射声形成部位：台口附近天花声源高度以下观众听觉高度以上侧墙分析方式：时差声程差50ms17m30ms10.2m20ms6.8m一般原则：高度13m，宽度26m1326剖面平面18争取和控制好早期反射声天花形状（剖面设计）前部天花设计原则：一次反射声均匀分布到大部分观众席（台口附近天花）尽量减小面光孔面积19面光孔争取和控制好早期反射声天花形状（剖面设计）前部天花设计原则：一次反射声均匀分布到大部分观众席（台口附近天花）尽量减小面光孔面积单排灯0.7m，双排灯1.2m尽可能利用前部天花的各部位：台口梁下扬声器箱下部天花扬声器与面光孔间的天花面光桥下方20争取和控制好早期反射声天花形状（剖面设计）悬挂反射板前部天花设计原则：一次反射声均匀分布到大部分观众席（台口附近天花）尽量减小面光孔面积单排灯0.7m，双排灯1.2m尽可能利用前部天花的各部位：21前部天花悬挂反射板22后部天花作扩散设计原则：向观众席及侧墙扩散声能争取和控制好早期反射声天花形状（剖面设计）前部天花设计原则：一次反射声均匀分布到大部分观众席（台口附近天花）尽量减小面光孔面积单排灯0.7m，双排灯1.2m尽可能利用前部天花的各部位：悬挂反射板23侧墙形状（平面设计）基本平面分类：矩形、扇形、马蹄形、六角形、园形争取和控制好早期反射声天花形状（剖面设计）24侧墙形状（平面设计）基本平面分类：矩形、扇形、马蹄形、六角形、园形争取和控制好早期反射声天花形状（剖面设计）前部中部无一次反射声选择原则：主要看前区早期反射声的多少一般以矩形、钟形平面为多25侧墙形状（平面设计）基本平面分类：矩形、扇形、马蹄形、六角形、园形选择原则：主要看前区早期反射声的多少一般以矩形、钟形平面为多争取和控制好早期反射声天花形状（剖面设计）如果是扇形平面，扇形角8～10°前部侧墙：尽可能减少耳光孔面积耳光楼悬挑利用下底板及墙面侧墙上设置跌落式包厢或挑台侧墙内或外悬挂反射板侧墙内倾26侧墙形状（平面设计）争取和控制好早期反射声天花形状（剖面设计）反射面的尺度与材料尺度1.5λ例如对100Hzλ=340/100=3.4m，尺度5m材料：硬、厚、重如钢筋混凝土板，钢板网抹灰扩散体的尺度与材料27侧墙形状（平面设计）争取和控制好早期反射声天花形状（剖面设计）反射面的尺度与材料尺度1.5λ例如对100Hzλ=340/100=3.4m，尺度5m材料：硬、厚、重如钢筋混凝土板，钢板网抹灰扩散体的尺度与材料尺度：a≥220/fb≥0.15a扩散体的设计对尺度有要求，对形状没有要求ab28侧墙形状（平面设计）争取和控制好早期反射声天花形状（剖面设计）反射面的尺度与材料尺度1.5λ例如对100Hzλ=340/100=3.4m，尺度5m材料：硬、厚、重如钢筋混凝土板，钢板网抹灰扩散体的尺度与材料尺度：a≥220/fb≥0.15a扩散体的设计对尺度有要求，对形状没有要求材料：密实、坚硬29消除声学缺陷回声出现部位：舞台、乐池、观众席前区产生部位：后墙、楼座栏板二次反射措施：前部天花：h13m后墙：强吸声处理、扩散处理栏板：吸声处理，栏板下倾声音向后反射后部天花扩散、吸声处理30颤动回声消除声学缺陷回声出现部位：平行墙面间产生条件：硬反射面措施：墙面不平行，夹角5°吸声、扩散对于平行的墙面，装修不对称31颤动回声消除声学缺陷回声声聚焦出现部位：壳型天花弧型墙面产生条件：曲率半径小R措施：不使用弧型扩散、吸声处理使用壳型天花时，曲率半径要大，使聚焦点落到厅堂地面以下32颤动回声消除声学缺陷回声声聚焦出现部位：壳型天花弧型墙面产生条件：曲率半径小R措施：不使用弧型扩散、吸声处理使用壳型天花时，曲率半径要大，使聚焦点落到厅堂地面以下HRR2H聚焦点33声影颤动回声消除声学缺陷回声声聚焦出现部位：楼座下方堂座产生条件：挑台过长作用：堂座后排声音响度不够，缺少反射声措施：一般剧场hb/2，音乐厅hbhb34声学缺陷出现的一般规律：声影颤动回声消除声学缺陷回声声聚焦建筑体型设计不当关键部位处理不当T60过短35最佳T60大量的经主观评价音质良好的厅堂，进行T60测定所得到的统计平均值，通常以500Hz为代表音质设计§3混响设计一.混响时间设计标准36特点：功能不同最佳T60不同容积不同确定方法：功能＋容积最佳T6037T60频响特性频率范围：一般125～4k6个倍频带,高要求时100～8k特性：平直为好允许低频为500Hz的1.1～1.2倍，高频为500Hz的1.0～0.9倍特点：功能不同最佳T60不同容积不同确定方法：功能＋容积最佳T60国标对各种功能的厅堂给出了最佳T60的范围383940二.设计步骤(1)准确计算厅堂容积V根据”功能＋容积”确定125～4k的T60(2)确定T60一.混响时间设计标准§3混响设计()α−−=1ln163.060SVTT60(3)计算各频率的T60所对应需要的AfAα(4)计算固定的已不再改变的吸声量Af固如Af固=A舞台口＋A风口＋A观众＋A门＋A家具41(5)计算所需要的△Af=Af－Af固(6)选择吸声材料可布置吸声材料的位置、面积大小吸声构造的形式、外观注意吸声构造的频率特性（多种）(7)计算knnkkknnSSSASSSA4,4,224,114125,125,22125,11125αααααα+++=Δ+++=Δ(8)验证各频率的T60，重复上面步骤(6)、(7)42国际ASA剧场设计竞赛为美国密苏里州的一个中等规模的音乐学院设计一个剧院建筑，剧院主要用于歌剧演出，同时还会兼具音乐会，舞蹈，以及会议讲座等功能。43室内声压级分布44国家大剧院的声学设计国家大剧院的建筑声学主设计为法国CSTB研究所，清华大学建筑学院作为国内声学配合单位，协助CSTB完成深化设计、理论计算、实验研究等工作。45国家大剧院的声学设计¾国家大剧院的“蛋壳”屋盖巨大，为减轻结构荷载，采用了钛金属为装饰面的轻型屋盖。¾存在问题：降雨时，室内会受到雨点撞击金属屋面所产生的雨噪声干扰。¾解决方案：在屋盖板下，喷涂一层25mm厚的K-13纤维素喷涂吸声材料。未喷涂纤维素前，屋盖空气声隔声量最高只能达到Rw=37dB。喷涂后，屋盖的空气声隔声性能可提高到Rw=47dB。在雨强1mm/min的大雨下，雨击隔声量可达到Lpn,w=40dB，估算大厅室内噪声小于25dB(A)。纤维素喷涂能够大大提高屋盖隔声性能的主要原因是：一、纤维素均匀喷涂附着在屋盖底的2mm厚钢板上起到了一定的声阻尼作用，改善了钢板本身的振动模式，较大提高了中低频的隔声性能。二、纤维素为密实颗粒状粘稠材料，喷涂后起到了良好密封作用。三、纤维素喷涂材料具有良好的吸声性能，25mm厚纤维素喷涂层降噪系数NRC达到0.75。国家大剧院的屋盖经纤维素喷涂后,大厅内混响明显降低,语言清晰度明显提高。另外,纤维素喷涂还具有良好的保温隔热作用,建筑节能效果明显。46国家大剧院的声学设计¾戏剧场观众厅墙面采用了MLS设计的声扩散墙面，保证室内声场的均匀性。MLS扩散声音的原理是，声波到达墙面的某个凹凸槽后，一部分入射到深槽内产生反射，另一部在槽表面产生反射，两者接触界面的时间有先后，反射声会出现相位不同，叠加在一起成为局部非定向反射，大量不规则排列的凹凸槽整体上形成了声音的扩散反射。MLS扩散墙面的设计需要进行数学计算，并在声学实验室中测量设计方案的效果。47国家大剧院的声学设计戏剧场观众厅墙面采用了MLS设计的声扩散墙面，保证室内声场的均匀性。48音乐厅GRG声扩散装饰板顶棚上的GRG装饰有看似凌乱的沟槽，侧墙GRG为起伏的表面，目的在于扩散反射声音。49录音室“房中房”弹簧减振隔声结构国家大剧院的录音室为“房中房”全浮筑结构，隔振的关键技术在于“房中房”的支撑弹簧。50录音室QRD声扩散单元录音室因录音的需要，要求更高的声场均匀度，因此需要更良好的墙面声扩散。国家大剧院录音室墙面大面积地采用了QRD(二次剩余扩散体)扩散单元。QRD与MLS不同，它的槽更窄，每个槽的深度是不一样的，槽深是通过对自然数列二次平方后对周期数取余数，得到的数值序列，QRD的扩散原理主要是因不同槽深的声阻存在差异，利用其反射声波动之间的衍射效应。QRD具有更强烈的扩散效果和扩散频率范围，非常适用于录音室等小房间应用。511、混响声和回声有何区别？早期反射声和回声有何区别？它们和反射声的关系怎样？2、评价房间音质的主观和客观技术指标是什么？3、厅堂音质设计中如何保证充分利用直达声？思考题