建筑物理声学室内音质设计

第六讲室内音质设计6.1厅堂分类及其特性6.2室内音质设计要求6.3音质设计关注的指标6.4音质设计步骤和方法6.5室内音质评价与鉴定6.1厅堂分类及其特性按声源性质分语言用厅堂音乐用厅堂多功能厅堂教室、会议室、播音室、法庭等特点：用于语言交流，响度变化范围小、清晰度要求高、混响时间较短。专门用于音乐演出：音乐厅特点：用于音乐欣赏，响度变化范围大、清晰度和丰满度要求高、混响时间较长。电影院、歌剧院、礼堂、舞厅等特点：特点间于语言用厅堂与音乐厅之间；有调节功能最好。6.2室内音质设计要求（1）合适的响度响度：指人们听到的声音的大小。足够的响度是室内具有良好音质的基本条件，它与声压级和频率有关。合适：对于语言用厅堂，不低于60～65dB；对于音乐厅，40～80dB；干扰噪声的水平应低于所听音10dB。影响因素：声源功率；厅堂体积；房间的体形和吸声状况；允许噪声级；扩声系统。（2）声能分布均匀指响度均匀，声压级差别不大。录音室：1～3dB；一般厅堂：±3dB。与厅堂体形、扩散、吸声处理有关。（3）满意的清晰度、明晰度、丰满度和立体感可懂度：听者对语言的理解和听懂程度，习惯上当语言单位间有上下文联系时，用可懂度；上下文无联系时用清晰度。清晰度：听者对语言听得清楚的程度。清晰度与混响时间和响度有直接关系，还与声音的空间的反射情况及衰减的频率特性等综合因素有关。清晰度与可懂度间关系清晰度与声压级关系清晰度的客观描述直达声后50ms内到达的声音能量与总声能之比值。清晰度与噪声间关系清晰度与混响时间之间关系明晰度：一是指听者能清楚辨别音乐每种声源的音色；二是指听者能听清音乐的每个音符。是指近次反射声能与总的声能之比。清晰度与明晰度间关系丰满度：室外声音由于缺乏反射声使人感觉“干瘪”，不丰满。指相对于室外而言，室内声音音质的提高程度；或指人们对声音发出后“余音”的感觉。或称活跃(余音悠扬），或称亲切（坚实饱满）或称温暖（音色浑厚）。影响丰满度的物理指标是混响时间。立体感（空间感）：是指人们对声音的感受具有身临其境的效果，听视方向一致，真实。包括方向感、距离感（亲切感）、围绕感等。空间感与反射声的强度、时间分布、空间分布有密切关系。（4）合适的混响时间语言厅:0.8～1.1秒；音乐厅:稍长些，与体积有关。（5）动态范围大：听众能听清低声压级声音与高声压级声音。（6）无任何声学缺陷：声聚焦、颤动回声、回声、近似回声、声影等。6.3音质设计关注的指标（1）声压级Lp：房间中某处的声压级反映了该处的响度。在声源功率一定的情况下，更多的反射声可增大声压级。（2）混响时间T60：T60与室内的混响感、丰满度、清晰度有很大关系。T60越长，越感丰满，但清晰度越差；T60越短，清晰度提高，但声音“干涩”。T60的频率特性与音色有一定关系。T60低频适当增长，声音有温暖感、震撼感；T60高频适当增长，声音有明亮感、清脆感。（3）反射声时间序列分布：清晰度D（difinition)明晰度C(Clarity)（4）反射声时间序列分布：来自前方的近次反射声能够增加亲切感，来自侧向的反射声能够增加环绕感。一般讲，听者左右两耳接收的侧向反射声有较大差别，形成了人们对声源的空间印象。6.4音质设计的步骤和方法确定容积目的：满足使用要求，造价合理方法：综合建筑、结构、声学、照明通风,造价施工等因素总图布置、房间组合目的：防止外界噪声和附属房间对主要听音室的影响和噪声干扰.方法：布局合理，现场测定噪声.体型设计目的：充分利用有效声能、避免音质缺陷方法：几何声学作用或模型实验噪声控制目的：保证室内达到噪声允许标准。方法：计算和试验隔声措施、设备噪声控制混响时间选择和控制目的：达到合适的混响时间。方法：计算布置吸声材料、模型试验声场计算目的：响度达到合适,声能分布均匀。方法：计算或模型试验扩声系统设计目的：有足够的响度和清晰度。方法：计算设计施工中的测试和调整目的：检查音质设计指标方法：现场测量、采取措施音质鉴定目的：指标是否达到要求方法：客观指标测量，主观评价第一步：总图布置及房间组合目的：主要从区域规划和单体设计上控制外界噪声。方法：（1）利用噪声等值线（2）利用过渡地带和吵闹场所屏蔽噪声。（3）将静室与闹室集中分开布置等。总图布置例—陕西汉中文化馆第二步：确定厅堂容积目的：保证厅内有足够的响度与合适的混响时间。对于以自然声为主的厅堂，大厅的体积有一定限度。（推荐值见下表）以电声为主的可以不受限制。用途讲演话剧独唱大型交响乐最大体积（m3）2000～300060001000020000用途推荐每座容积（m3)音乐厅8-10歌剧院6-8多功能厅、礼堂5-6演讲厅、教室3-5电影院4方法：按每座容积确定。人的吸声量占房间吸声量1/3~2/3。不同用途的厅堂的混响时间与每座容积率关系较大。第三步：厅堂体形设计目的：（1）充分利用直达声与反射声（2）避免声音缺陷方法：从平面和剖面两方面考虑；利用声线分析法进行分析关系到直达声、近次反射声、混响声在室内的分布情况，对音质有很大的影响，是声学设计的主要内容：平面、剖面形式、房间尺寸比例、室内反射面（天花墙面）形式做法，反射板设计等。（1）充分利用直达声的措施：直接影响响度和清晰度；直达声有衰减，被听众吸收衰减更快。A、控制厅堂长度保证直达声到达每个观众，控制纵向长度：对于语言声30m；对于扩声系统可以放宽，但对于电影院即使用扩声40m（声像才同步）。B、观众席尽量靠近声源布置平面：采用扇形、六角形、马蹄形剖面：观众厅人数1500人时，采用一层眺台；2500人时，二层或多层眺台。典型平面形状剖面形状分析矩形：容量较小，声能分布较均匀（侧墙反射）：座区前部反射声空白小；宽度大于30m，会在前区中部产生回声，而且边座偏离声源辐射主轴多。钟形：容量较小，对减少反射距离很有效；后墙作成曲率半径较大曲面。结构简单，施工方便，空间规整，适于中小型。扇形：视角良好，视距较好，偏座较多。声音效果决定侧墙与轴线夹角，一般不应大于22.5°，应在10°左右。侧墙做成扩散体，后墙曲率半径要大，曲率中心在午台后。倒扇形能为听众提供更多反射。六角形：偏座少，用于伸出式舞台的场合，如话剧院、会议厅等。声场分布均匀，座区中心能接受更多反射声；侧墙前短后长较好；视距近，视角好。圆形：声场分布不均，有沿边反射和声聚焦；沿墙应做扩散处理；视角偏，座位多，直达声程短。卵形：声场不均可能性大，沿墙应设扩散体，视角好，偏而远的座位少。有利于声场扩散和均匀，视线好。15m：听不费力，可懂度100%，15~20m：听闻良好，95%20~25m：听闻满意，85%30m：不用电声极限。C、按可懂度等值线布置观众席：可懂度等值线：可懂度相等的点连接而成的曲线。对于移动的声源，用重合的部分。对于扬声器也有方向性，且高频的方向性更强。D、座位尽量布置在以声源为顶点的140°角范围内。E、足够的地面坡度升高：减少声吸收，以视线要求即可，后排较前排升高，一般为12cm。声线分析方法：以5°为角引出。F、经济地安排座位宽度、排距、过道。过道尽量布置在偏座处，一般不大于1m宽。（2）充分利用有益反射声的措施：确定反射面的位置、角度、尺寸、材料选择：50ms内到达有益，允许声程差=50*0.34=17m。观众厅高度8.5m房间宽度17mB、在靠近声源处布置反射面。如利用午台与面光之间的天花，与耳光之间侧墙、声反射罩等，利用眺台天花花或后墙提供反射声。A、控制厅堂高度与宽度北京师范大学音乐厅上海大剧院观众厅反射面设计注意：反射板的尺寸应大于声波波长；材料选用密实坚硬，反射性能好的材料，如抹灰砖墙、混凝土板，厚度大于19mm的木板，大于16mm石膏板，大于30mm的抹灰吊顶等；充分利用靠近声源的天花和墙面做反射面，处理好反射面与面光，耳光孔与扬声器之间关系，避免声能的逸散和被遮挡。（3）进行声音扩散设计扩散声：能使声场分布均匀，使清晰度提高、声音柔和、创造亲切感。声音遇到与声波相当的物体时，会产生扩散，一些欧洲古典音乐厅音质所以良好，除了房间形状比例有关外，还与室内许多装饰处理有关，如壁柱、雕刻、藻井式天花，大的吊顶等，可结合室内设计进行，如锯齿形，波浪形天花和墙面，内表面贴浮雕式的几何体，悬吊几何体，采用不规则的平面布局。柏林室内音乐厅上海大剧院观众厅多伦多路易.汤姆森音乐厅交响乐演奏情景舞台上方扩散处理哈尔滨工人文化宫侧墙扩散处理侧、后墙扩散处理立柱扩散，凸体扩散扩散体形状及设计扩散体的尺寸计算a—扩散体宽度b—扩散体凸出部分g—扩散体间距（4）混响时间控制和吸声材料布置常用最佳混响时间(秒)音乐厅1.8-2.2剧院1.4-1.7多功能1.0-1.3电影院0.8-1.0高保真0.4-0.6录音室0.3-0.4A.确定500HZ最佳混响时间B.确定其他频率下混响时间C.确定最佳混响时间下的吸声量D.实测混响时间确定已有吸声量E.选择布置吸声材料料面积，确定吸声系数G.计算满场与空场时混响时间与最佳值比较F.根据吸声系数选择和布置吸声材料避免吸声材料集中布置：与反射面、扩散体错开、均匀布置。混响时间较短的厅堂，演播室和录音室需要布置较多吸声材料的。(5)声学缺陷处理A.回声与颤动回声处理回声最易出现的地方是中前坐区,顶棚、后墙、眺台、侧墙反射。颤动回声B.声聚焦处理：多出现于具有凹形的平割面大厅中。改变弧面曲率，吸声或扩散处理。C.声影处理：主要出现在眺台下面，控制开口比：音乐厅：D≯H歌剧院：D≯2H6.5室内音质评价与鉴定语言声主观评价与鉴定名称主观评价声学术语响度合适、不够、轻响度清晰度听得清听不清清晰度宏亮感宏亮干涩丰满度自我感不费劲费劲反应及时性回声没有有回声干扰噪声安静吵闹噪声干扰音乐声主观评价与鉴定名称主观评价声学术语响度☆音量合适、不足响度饱满感☆音质饱满不饱满丰满度亲切感亲切不亲切亲切感清楚感☆声音清楚不清楚清晰度融合程度融合不融合整体感平衡感平衡不平衡平衡感扩散感有柔和感不柔和扩散乐队空间感空间感无空间感空间感回声☆没有有回声干扰噪声☆安静吵闹噪声干扰组成：一般包括拾声、扩声、重放。扩声系统简介作用：提高声源在听众席的声级，提高大型主席台后或两侧的声压级和清晰度;配合戏剧、话剧歌剧、地方戏演出时音响效果；利用人工混响和频响均衡器,达到某种声学效果;向观众厅以外地区（如候演室、化妆室、灯控室人员）广播舞台演出实况;对观众厅、厅外和有关房间发布通知。要求：频率响应范围宽：对语言300HZ～8000HZ，对音乐30～12000HZ；有足够的功率，动态范围宽，室内平均语言声压级应达79dB左右；不产生回声和反馈、啸叫。布置形式安装：集中式、分散式、集中分散式。各类厅堂的音质设计音乐厅（音质要求最高）剧院（以语言声，对白为主）电影院（兼顾音乐与语言声）多功能厅、礼堂教室、讲堂录音室、演播室体育馆、体育场