2019第五讲-厅堂音质设计

第五讲厅堂音质设计第一节概述室内音质设计是建筑声学设计的一项重要内容，其音质设计的成败往往是评价建筑设计优劣的决定性因素。室内音质设计应在建筑设计方案初期就同时进行，而且要贯穿在整个建筑施工图设计、室内装修设计和施工的全过程中，直至工程竣工前经过必要的测试鉴定和主观评价，进行适当的调整、修改，才有可能达到预期的效果。一、音质设计的一般要求1.合适的响度——语言声：不低于60-65dB；音乐声——可低到40dB，高到80dB。2.声能分布均匀措施：a.体型设计的扩散处理；b.均匀布置吸声材料3.选择合适的混响时间4.充分利用近次反射声——设计好天花和侧墙反射面，以向观众厅提供适当数量的近次反射声。5.消除音质缺陷——声聚焦、回声、颤动回声、声影和延时较长的强反射声二、音质设计的任务及目的音质设计的任务就是利用室内声学和噪声控制的研究成果所提供可科学方法和技术措施来达到预期的音质效果（通常通过客观音质指标来体现），并接受相应的声学测量来验证是否达标。音质设计的最终目的是满足人们良好的听音感受的主观要求。三、音质设计内容音质设计内容包括厅堂选址，总平面布置，体积容积的确定，音质指标的考量，反射面的布置，混响设计以及噪声控制等。四、音质设计的步骤1.厅堂用地的选择。调查比较各种可供选择的场地的环境噪声和振动状况，尽可能选择安静的场所。2.总平面布置考虑相应的防噪减震总体平面布置方案，观众厅和设备房的关系。3.观众厅容积和体型设计选择适当的观众厅平面与剖面形式，选择使厅堂容易达到最佳混响时间，响度和有利于充分利用有效声能，壁免音质缺陷的方案。4.音质指标的选择与计算确定各项音质指标，选定其优选值，进行包括混响时间在内的各项指标的计算。必要时可进行计算机仿真或声学缩尺模型试验。5.噪声振动控制确定围护结构的隔声方案，进行包括空调与制冷设备等噪声源在内的消声与减震设计。6.观众厅内部的声学设计修正观众厅体型，从声学角度参与考虑舞台，乐池，包厢，楼座及座椅布置等细节，布置声反射面，选择与布置吸声材料和结构，进行厅堂内部的声学装修设计。7.施工过程的音质测试与调整必要时，在施工过程中尚应进行音质测试工作，检验各项音质指标计算的精度，根据测量结果，进行必要的修正设计。8.音质评价与验收竣工后进行音质评价，包括主观评价，听众调查和客观音质测量。五.围蔽空间里的声学现象有音质要求的厅堂，可分为以下三类：1）供语言通信2）供音乐演奏用3）多用途厅堂——要兼顾语言和音乐的要求，一般采用比较折衷的解决方案，权衡语言和音乐两方面使用要求的主次。第二节供语言通信的厅堂音质设计一.语言声的主观评价和客观参量对于以语言声为主的厅堂，在音质设计和主观评价时，主要考虑以下因素：1.语言声的特征汉语是单音节的语言，一个字是一个音节，每个音节由元音和辅音组成。元音比辅音容易辨别。2.语言的音质主观属性主观属性对应词名称主观评价声学术语1.响度响度合适响度不够、声音太轻响度2.清晰度、可懂度听得清听不清清晰度、可懂度3.宏亮感声音宏亮干涩丰满度4.讲话者自我感不费劲费劲反应及时性5.回声没有回声有回声回声干扰6.噪声安静太吵噪声干扰3.语言清晰度语言听闻条件的主要评定指标之一，是对语言能够听清的程度。影响语言清晰度的因素主要有下列几点：1）响度2）混响时间3）反射声——室内反射声的分布对语言清晰度有比较重要的影响。在音质设计时，要设法消除延时较长的强反射声。4）背景噪声5）近次反射声能与总的声能之比。一般认为，在直达声后50ms以内到达的所有反射声，对听音起有利作用，这些反射声可提高响度和清晰度。二.考虑听者与声源的距离演讲者的口语声随距离的增加而不断衰减。改变声音衰减程度的措施：1.适当装置反射板2.设法缩短讲台（声源）至最后排席位的距离：a.选取较经济的席位宽度；b.选取较经济的席位排距；c.在符合疏散安全要求的前提下，经济地设置厅堂的走道；d.选取听众席区域的最佳分布形状；e.设置挑台等。三.考虑声源的方向性语言可懂度随听者与演讲者的方向性关系而有所不同。如果SA表示演讲者正前方面对的听众距离，那么：SA=15m，听闻不费力；SA=15-20m，良好的可懂度；SA=20-25m，听闻满意；SA=30m，不用扩声系统听闻距离的极限。我们可以利用可懂度等值线，来设计听众席位合理布置方案。四.考虑听众对直达声的吸收在水平布置作为的观众厅，由于对直达声能的吸收随着掠过的听众席位排数而增加，因此造成观众厅后部席位听闻困难。如果把大厅地面设计成逐排或隔排升起的形状，可减少声音的掠射吸收。五.设置有效的反射面正确设置反射面，可以对直达声的加强起重要作用。设置反射板，应注意以下几点：1.反射板最好装于（或悬挂在）大厅的顶棚下，以使反射声能不致因掠过前部席位听众而被吸收。2.反射板尽可能装得低些，以使听众接收直达声和反射声之间的时差减到最小。3.根据需要加强大厅后部听众区域听音的要求，确定反射板的位置和倾斜角度。4.反射板应有足够的宽度，边长不小于3m。5.反射板应当是平面或接近于平面，吸声系数应该很小。在顶棚以下不同高度分块设置反射板。当大型厅堂顶棚较高时，设计中可以考虑在顶棚下面水平或呈一定角度地悬挂反射板，其高度比顶棚低，但仍在声源上方。考虑到厅堂建筑艺术造型的需要，也可以把反射板设计成曲面，但来自凸曲面的反射声，比来自平反射面和凹反射面的反射声弱。六.扩声系统的选用1.扩声系统的组成:扩声系统包括三种基本设备：传声器（话筒），功率放大器（功放）用于扩声，扬声器（音箱）用以发声。2.扬声器系统的布置扬声系统的布置应根据厅堂的使用性质及内容的大小来确定，通常可以分为集中式布置，立体声布置和分散式布置三种。1）集中式布置把扬声器系统集中布置在观众席前方靠近自然声源处，如剧场，报告厅的台口上方或两侧。2）分散式布置当大厅顶棚的高度较低而场地面积较大时，集中式布置的扬声器所产生的声束难以覆盖所有观众席。这时，可把扬声器分区布置在顶棚或侧墙上。分别照射一部分观众席。3）立体声布置在舞台上及大厅各个界面装置两路或几路扬声器。七.避免出现声影区、回声1.避免出现声影区声影区：由于遮挡使近次反射声不能到达的区域。如观众厅内的挑台。声影的产生使大厅声场分布不均匀。解决方法：在舞台口上方设置较低的、呈一定角度的放射板，将有助于改善声影区席位的听闻条件。2.防止产生回声回声的产生是个非常复杂的问题，在实际的设计工作中，须对所设计的大厅是否有出现回声的可能性进行检查，方法是：利用声线法检查反射声与直达声的声程差是否超过23m(即延迟是够超过1/15s）观众厅最易产生回声的部位是后墙（包括挑台上后墙）、与后墙相接的天花，以及跳台的前沿等。如后墙是曲面，更会由于反射声的聚集加强回声的强度。在有回声的部位处理措施：1）作吸声处理；2）作扩散处理；3）应改变其倾斜角度，使反射声落入近处的观众席；4）吸声处理最好与扩散处理并用，并应当与大厅的混响设计一起考虑。八.选择适当的混响时间1.选择最佳混响时间及其频率特性不同使用要求的大厅，有不同的混响时间的最佳值。推荐的最佳混响时间是通过对已有大厅的实测、统计归纳得到的。高频混响时间应当尽可能与中频一致，而中频以下可以保持与中频一致，或者随着频率的降低适当延长，这取决于大厅的用途。音乐演出用大厅应有的较长的混响时间，同时希望低频比中频略长，在125Hz附近可以达到中频500Hz的1.1－1.25倍，甚至1.45倍。但对于以语言听闻为主的大厅，应用较平直的混响时间频率特性。混响时间应当较短，以保证厅内的清晰度。2.控制大厅容积在大厅的音质设计中，首先要根据厅的用途和规模确定其容积，厅堂容积对音质的影响很大。《剧院、电影院和多用途厅堂声学设计规范》中规定各类厅堂每座容积限值为：歌舞剧院：5-6m3话剧院：4-4.5m3戏曲剧院：3.5-4m3电影院：3.5-5.5m3多用途厅堂：3.5-5m3九.排除噪声干扰背景噪声和侵扰噪声都可能干扰听闻。背景噪声：伴随围蔽空间使用所发出的噪声，例如：听众脚步声、翻动座椅声、门的砰击声等。由使用者发出的噪声，主要由使用者自己控制。我们也可以设法降低这种噪声，例如在可翻动的席位、小的写字板上安装橡皮止动器。侵扰噪声：由外界透过建筑围护结构传入室内的噪声，不仅会掩蔽语言声，甚至使语言的清晰度大为降低。这一类噪声除了交通道路噪声外，还包括：来自门厅、走廊、过道、楼梯间、设备间等噪声，因此在这一类辅助用房中我们要进行严格的噪声控制设计。第三节供音乐欣赏用的厅堂音质设计一.音乐的物理特性从物理特性分析，音乐（包括声乐）和语言有下述差别：（1）音乐的频率范围比语言要宽得多，大约从40Hz到15000Hz；各种乐器也有较大的差别；（2）音乐的泛音（谐波）成分和结构比语言复杂，音色也丰富得多；（3）音乐的节奏变化也比语言大得多；（4）乐器产生的声功率一般比讲话大，演唱时能产生较大声功率；（5）音乐的音量动态范围比语言大，通常有50dB左右，交响乐的动态范围则更大，有时可达70dB。二.欣赏音乐的主观要求和客观评价量对于欣赏音乐很难导出客观的评价标准，因为在人们的反映中包括了数值的判断和情感两个方面。（一）音乐声音质主观评价关于音乐声的主观评价流行许多术语：丰满，活跃，温暖，干涩，沉寂，亲切，清晰，平衡，空间感和环绕感等。1.丰满度：各界面的反射声对直达声所起的增强和烘托作用，缺乏反射声的音质环境称为干涩和沉寂。有时把低频反射声丰富的音质称为有温暖感，而把中高频反射声丰富的音质称为具有活跃度。2.音乐的清晰度：可分为横向清晰度和纵向清晰度，前者指相距音符的分离与可辨析的程度，即能听清急速连贯演奏乐段的旋律。后者指同时演奏的各声部音符的可辨析的程度。即音乐的透明度和层次感。3.音乐的平衡感：低，中，高音部分的平衡与协调，即自然音色不失真，不畸变。4.音乐的空间感：含义较广，可包括声源的轮廓感，立体感，以及声源的横向拓宽感和纵向延伸感。还包括音乐的环绕感。5.音质的亲切感：仿佛处身于尺度较小的厅堂中的听音感觉。即对厅堂大小的听觉印象。一般认为好的音质应该具有四个方面的特征:1.在丰满度与清晰度之间具有恰当的平衡2.具有合适的响度3.具有一定的空间感4.具有良好的音色。即低，中，高频各声部取得良好的平衡。音色不畸变，不失真。（二）音乐声音质客观评价量1.早期衰减时间：声源停止发声后，室内声场衰变过程早期部分从0dB到-10dB衰变曲线斜率所确定的混响时间。2.明晰度：直达声到达之后80ms内到达的早期反射声能与在此后到达的后期发射声能之比。早期反射声能越高，明晰度就越高，对清晰度越有利。3.围蔽感：指80ms以内到达的侧向声能与80ms内到达的总声能之比。这个比值关系到欣赏音乐所感受的空间效果。4.总声压级：即声音的强度，与人们判断的响度有关。在声源功率一定的情况下，增大声压级需要获得更多的反射声。三.音乐厅设计应考虑的基本方面（一）音乐厅的规模、容积和形状1.厅堂容积的确定（在大厅的音质设计中，首先要根据厅的用途和规模确定其容积）厅堂容积对音质的影响很大：（1）厅堂容积正比于混响时间。（2）厅堂容积影响到厅堂的响度。2.音乐厅的形状当体积确定时，厅堂的体型对直达声的传播以及反射声的数量、方向、到达的时间和空间的分布都具有重要的影响。因此体型设计是音质设计的主要内容。体型设计时应遵循以下几个基本原则：1.充分利用声源的直达声；2.争取和控制早期反射声；3.进行适当的扩散处理；4.防止声学缺陷的产生。（二）早期反射设计早期反射声：声源停止发声后，直达声到达后特定的一段时间内到达的反射声，我们称之为早期反射声。早期反射声可提高直达声的强度、清晰度和声场的亲切感。侧向早期反射声还可以增强空间感。矩形平面的大厅：结构简单，能让绝大多数观众席有良好的视角，侧墙能提供覆盖面较大且均匀的反射声，当跨度较小时，反射声延时较短，有利于音乐的演出，这也是某些古典音乐厅音质优良的原因。（三）挑台设计1.控制眺台口的高度和出挑深度a.为了不影响挑台下听众对音乐的感受，