室内音质-秦佑国清华大学建筑学院的最牛资料

室内音质RoomAcoustics秦佑国清华大学建筑学院AAAAAArchitecturalAcousticsAsanArt厅堂音质与其说是科学不如说是一门艺术.轰动一时的失败1960年代，著名美国建筑声学家白瑞纳克（Beranek）有两件事轰动国际建筑声学界：1962年出版了一部巨著：“Music，AcousticsandArchitecture”。以他为声学顾问的纽约菲哈莫尼音乐厅建成后，其音质很差，成为轰动一时的失败。Schroeder将厅堂音质问题归结为三个方面：1）物理方面：给定了形状和界面材料的房间里，声波在其间是如何传播的？2）心理声学方面：给定了已知的声场，人们在其间听到了什么？3）美学方面：给定了已知的声场和可听的内容的全部信息，人们喜欢什么样的音质？物理方面：几何声学20世纪前声线作图求反射1898年賽宾提出混响公式1911年Jaeger用几何声学的统计方法导出賽宾公式1920~30导出伊林公式基于几何声学的计算机模拟波动声学1900年，刚性界面矩形房间简正振动及简正频率数公式1929~30年，混响由简正模式的衰变构成1936年，均匀阻尼界面矩形房间的简正模式及衰变的解1938~39年，马大猷对简正频率数公式的修正和给出均匀阻尼界面矩形房间的混响解有限差分、有限元、边界元法的计算机求解系统分析1929年，在厅堂内开枪诊断回声1935年，房间声频率传递函数提出40年代用电火花作声源测回声图50年代房间声频率传递函数的研究60年代厅堂脉冲响应数字信号处理：FFT、相关SECTIONIScienceofacousticsPrinciplesofacousticsSoundandsoundingbodiesPropagationofsoundAbsorptionofsoundReflectionofsoundReinforcementofsoundTransmissionofsoundSECTIONIIObstaclesandauxiliariestosoundEffectofbuildingsonsoundDecayofsoundAbsorptionofsoundinbuildingsObstructiontosoundArrangementofseatsinlecturehalls,&cIsacousticcurveReverberationofsoundEchoAuxiliariestosoundthatcanbeaffordedbybuildingsReflectionasanauxiliarytosoundBlackburn'sexperimentsinAttereliffeChurchConductionofsoundinbuildingsResonanceofbuildingsMusicalnoteofroomsMusicalresonanceofcathedralsProportionsofroomsforpublicspeakingPropervalueofauxiliariestosoundSECT1ONIIIPracticalapplicationsofthetheoretioa1princip1esprevious1yexplainedI.Buildingsinwhichthevoicespreadsbynatura1radiationConstructionofGreekandRomantheatresDescriptionanduseoftheecheiaLecturetheatresTheatreLawcourtsII.Buildingsinwhichthesoundisdirected,preserved,orconductedBasilicandBasilicachurchesRequirementsofmodernchurchesandplacesofworshipMethodofcorrectingtheacousticdefectsofchurches,&c.EffectofgalleriesinchurchesPositionofthepulpitorreading-desk心理声学方面1854年，Henry研究了反射声的“感知极限”：50ms。1898年，赛宾（Sabine）提出混响时间T1951年，Hass效应1953年，Thiele提出清晰度（definition)D：50ms前到达的声能/全部到达的声能1962年，Beranek出版《MusicAcousticsandArchitecture》提出初始延迟间隙(initial-time-delaygap)：第一个反射声相对于直达声的延迟时间，与亲切感（intimacy）有关；1967年，Marshall提出側向反射声对音质的重要性；1968年，Barron提出空间感的客观量度S：早期（5~80ms）側向反射声能/早期（0~80ms）非側向反射声能1970年，Jordan提出“早期衰减时间”EDT；1974年，AbdelAlim提出明晰度（clarity）C,用于音乐的清晰度：80ms前到达的声能/80ms后到达的声能1976年，Lehmann提出强度指数G作为厅堂中响度的度量接收点接收到的声能/参考点接受到的声能（dB表达）1967~1985，Damaske、Schroeder、Ando等研究双耳听闻1985年，安藤四一（Ando）提出双耳互相关系数IACC音质主观评价一个厅堂其音质的客观参量可以通过声学测量获得，但音质优劣的最终评价决定于听众的主观感受。一个公认为音质优异的厅堂，肯定具有最佳的客观声学参量；然而一个具备各项最佳（设计取值）客观声学参量的厅堂，却不一定会被公认为是音质优异的大厅。原因在于音质的主观评价是多种因素综合评价的结果。首先当然与客观声学参量有关，但还与厅堂的视觉效果、舒适程度、所处的环境、演唱（奏）曲目的类别以及评价者的素质、音乐修养、民族、爱好、年龄等诸多因素有关，从而使主观评价带有一定的模糊性。因此，采取何种方法能较确切地评价厅堂的音质效果，是声学设计中的一项尚待解决的课题。Beranek对厅堂音质评价进行研究，1962年提出了认为是独立的五个主观参量：响度、混响感、亲切感、温暖感和环绕感，并提出相对应的客观量。在对一个厅堂进行评价时，先对于各个指标进行评分，最后加权得到厅堂音质的总分。这一方法的最大问题是加权的根据不足。20世纪70年代，德国哥廷根大学、柏林技术大学运用现代心理学的实验方法和多变量分析中的因子分析方法进行了厅堂音质研究工作。哥廷根大学利用录制的“干”信号在厅堂中重放，并在厅堂中不同座席上用人工头进行双耳录音。用录制的信号在消声室内做听音试验，通过成对比较，提出了厅堂音质的三个参量：混响时间（RT），明晰度（C）和双耳听闻互相关（IACC）。在听音试验中总声压级不定，故这些参量中没有涉及响度。柏林技术大学则采取不同的方法，即听音材料是柏林爱乐交响乐团在6个厅中的演奏录音。听音试验是通过耳机进行的，并要求听音者对各个主观指标评分，经因子分析后得出独立的参量：响度（强度指数G）、明晰度（C）、低频混响比（BR）。结果显示出在40个听音试验的人中明显地分成两组，一组对响度较敏感，而另一组则对明晰度较敏感。同时还发现混响时间除了对响度有影响外，对音质的关系不敏感，只有在混响时间低于1.7s时才对音质有明显的影响。安藤四一（Ando）在哥廷根大学通过人工合成声场模拟厅堂中的声场，合成声场中包括直达声和反射声，其中反射声的方向、强度及混响时间是可变的。实验得出决定音乐厅音质的4个独立参量：响度、亲切感、混响、双耳互相关IACC。根据这4个参量，安藤提出了相应的音质评分方法，但由于该方法测量时，声源特性不同和接收点位置稍有偏移，结果影响很大，因此，对应用该方法目前尚有争议。布朗（M．Barron）组织20个有经验的音质评价人员，大部分为声学顾问，对英国的11个厅堂进行了现场评价。评价者在厅内不同的位置听音，根据问卷调查对各主观指标作出评价。最后对厅堂总的音质分成7个级别，从“顶级”到“很差”。结果显示5个音质指标，即明晰度、混响感、环绕感、亲切感和响度是相互独立的，而厅堂音质的总印象与混响、环绕感、亲切感的相关性最高。同时，也发现评价人员对于厅堂音质有不同的偏好，一部分倾向于混响感，而另一部分则倾向于亲切感。1996年Beranek在他的新著《HowTheySound:ConcertandOperaHalls》一书中，总结了厅堂音质过去30年的研究工作及对76个大厅的主观调查评价和实测数据分析后，提出了7个厅堂音质主观评价参量及相关的客观物理量，即响度（G）、混响时间（RT）、明晰度（C）、亲切感（ITDG）、空间感（IACCLF）、温暖感（BR）和舞台支持（STI），并提出了根据厅堂中实测客观参量值的音质综合评价法。运用这套方法对其中37个厅堂进行了评价，按其音质分成三个档次，其结果与主观调查符合较好，由此提出了各客观量的最佳设计值。这种方法，应该说是至今较为全面、可靠性较大的一种主观评价方法，但测量工作量很大，且有些指标如IACC等能够测试的单位多，也不够成熟，难以推广使用。荷兰阿姆斯特丹Concertgebouw1888年波士顿交响音乐厅1900年奥地利维也纳音乐厅1870年瑞士BaselStadt-Casino1776年柏林Schauspielhaus1821年英国Gadiff,St.David’sHall1982年纽约CarnegieHall1891建，1986和1989年改建东京HamarikyuAsahiHall1992年瑞士苏黎士GrosserTonhallesaal1895建，1930年改建伦敦皇家节日音乐厅1951年委瑞内拉CaracasAulaMagna1954年斯图加特Liederhalls,Beethovensaal1956年德国波恩Beethovenhalle1959建，1983年火灾后重建柏林交响音乐厅1963年新西兰ChristchurchTownHall1972年