建筑与城市物理环境概论---声环境.ppt

建筑与城市物理环境概论 声环境 声音的物理特性声波 声速 波长声压及声压级 dB 响度 频率 Hz 音调 声压级叠加 噪声的声级和频谱 人耳的听觉特性听觉范围 0 120dB 20 20000Hz 听觉频率特性掩蔽效应 建筑声环境 声源 传声途径 接收者房间的声学特性材料和结构的声学特性 吸声 隔声 反射建筑环境中的噪声及其传播建筑环境噪声控制 保证建筑环境的安静要求室内音质设计 保证声音信息 语言 音乐 交流的质量 剧场音质 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 现代建筑声学诞生于1900年前后 100年来进行了大量的科学研究和技术探索 但目前公认的音质最好的音乐厅却是在现代建筑声学诞生以前就建成了 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 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 城市噪声 噪者 扰也 群呼烦扰也 古希腊 把手工业作坊集中在城外 古罗马铁轮子的马车驶过石板的街道 噪声使街旁的住户彻夜难眠 中世纪的英国国王规定不得在夜间鞭打妻子 这不是为了保护妇女 而是因为挨打妇女的叫声会干扰邻居 噪省噪源 1992年联合国环境保护署 UNEP 发表的报告 环境状况 拯救我们的星球 其中关于噪声污染方面 报告指出 与10年前相比 噪声已经成为一个更加严重的问题 特别是在许多发展中国家 噪声污染日趋严重 在马尼拉 曼谷 开罗和许多其他城市 它成为一个主要的环境问题 经济合作与发展组织 OECD 的报告 九十年代与噪声的斗争 指出 经过长期的努力 在80年代其成员国的 黑色区域 环境噪声大于65dB的严重干扰区域 没有增加 但 灰色区域 环境噪声在55 65dB之间的中等干扰区域 在大多数成员国情况变糟了 1996年欧洲共同体委员会的 未来噪声政策 绿皮书指出 如今仍有20 的欧盟人口 约8000万人 生活在 黑色区域 而有40 的人口 1亿7千万人生活在 灰色区域 德国1994年的调查 全国有70 的人受道路交通噪声的干扰 其中22 的人受到严重干扰 有40 的人受到飞机噪声干扰 受工业噪声和铁路噪声干扰的人也超过25 噪声污染是四大环境污染 空气污染 水污染 垃圾 噪声 之一 二十年世纪末 在发达国家空气污染 水污染有了很大的改善 而噪声污染改善不大 噪声污染将成为二十一世纪环境污染控制的主要问题 世界卫生组织 WHO 认为 噪声不同程度地影响人的精神状态 噪声严重影响人们的生活质量 在一定意义上 是一个影响人健康的问题 住宅受到室内外各种噪声的干扰 城市噪声环境存在的问题 多年来 投诉各种环境污染的人民来信中 对噪声污染的投诉占第一位 约占来信总数的一半 其中绝大多数是居民对其住室受噪声干扰的不满 在各种噪声干扰中 交通噪声居首位 一方面 我国交通干道本身噪声水平高 80 的交通干线道路交通噪声超过标准限值70dB A 并随着机动车辆的激增 情况更趋严重 另一方面 在交通干道两侧盖住宅 尤其是高层住宅 在全国有很大的普遍性 全国城镇人口约有16 居住在交通干线两侧 铁路噪声 航空噪声 港口城市和内河航运的船舶噪声 其次是施工噪声 近年来 我国基建规模很大 全国是个大工地 一处盖房 四邻不安 尤其是在一个区域内先后施工 反复施工 影响更为严重 因为施工噪声引起的 扰民 和居民因此对施工现场进行的 民扰 纠纷 一时间成为社会的热点 工业噪声对住宅干扰 主要在工厂尤其是小型工厂和居住区混杂的区域 这个问题在城市旧街区比较严重 此外 居住区内的公用设施如锅炉房 水泵房 变电站等 以及邻近住宅的公共建筑中的冷却塔 通风机 空调机等的噪声干扰 也相当普遍 社会生活噪声中 目前集贸市场 流动商贩 卡拉OK厅 迪斯科舞厅 街头秧歌队等 对居民引起噪声干扰也很普遍 公寓式住宅楼内 住户间生活噪声相互干扰 在我国是一个普遍问题 一方面因为电视机 音响设备 家用电器的普及 住宅室内声级比以往提高 而且难以隔绝的低频成分增加更多 另一方面轻结构隔墙的推广使用 使墙体隔声性能比传统的粘土砖墙差 和空气隔声相比 楼板撞击声隔绝问题更严重 更具普遍性 电梯 卫生间上下水等设备噪声也是相互干扰的问题 住宅楼内住户自己进行室内装修 一家装修 全楼受扰 噪声标准 大量的调查表明 住宅在开窗的情况下 室外环境噪声传入室内 室内外噪声级大约有10dB之差 把上述两个表格比较一下 会发现 对于处于0 2类区域中的住宅 若环境噪声达标 住宅室内噪声级就满足要求 但对于3 4类区域 即工业区和交通干线道路两侧 若建有住宅 则尽管环境噪声达到标准 室内噪声级也不能满足标准的要求 除非住宅不开窗 事实正是这样 在上述两类区域中建有的住宅 居民普遍抱怨噪声干扰 住宅内部噪声 主要是多住户住宅楼内左邻右舍楼上楼下住户生活噪声的相互干扰 对于住宅内部生活噪声 我国没有制定限制噪声水平的法规 但对住宅分户墙空气声隔声和楼板撞击声隔声性能的要求制定了隔声标准 国家标准GBJ118 88 城市声环境改善的措施和建议 降低城市环境噪声是改善住宅声环境的治本之路 城市区域环境声控制首先是立法和执法 中华人民共和国环境噪声污染防治法 城市区域环境噪声标准 工业企业厂界噪声标准 建筑施工场地噪声限值 机场周围飞机噪声环境标准 铁路两侧边界噪声限值标准 机动车辆允许噪声 调查噪声和噪声源现状 对于超过标准的噪声污染源要限期治理 对难以治理的固定噪声源要求停止使用和搬迁 在颁布法规和标准的同时 应广泛宣传 严格执法 任何单位和个人都有保护声环境的义务 并有权对造成环境噪声污染的单位和个人进行检举和控告 城市规划部门在确定建设布局时 应当依据国家声环境质量标准和民用建筑隔声设计规范 合理划定建筑物与交通干线的防噪距离 并提出相应的规划设计要求 建设项目可能产生环境噪声污染的 建设单位必须提出环境影响报告书 规定环境噪声污染的防治措施 并按照国家规定的程序报环境保护行政主管部门批准 建设项目的环境噪声污染防治设施必须与主体工程同时设计 同时施工 投产使用 产生环境噪声污染的单位 应当采取措施进行治理 中华人民共和国环境噪声污染防治法 城市总体规划中 应按噪声等级合理分区 规划设计住宅小区时 要对环境噪声和住宅声环境进行预测 对噪声干扰进行预评价 考虑防噪措施 并作为住宅区建设项目可行性研究的一个方面 列为必要的基建程序 作为建设项目报批的内容之一 在住宅建成后 环境噪声是否达到标准 应作为验收的一个项目 城市住宅设计必须严格遵照国家颁布的有关住宅噪声标准和隔声标准 在工程竣工后列为工程验收考核的项目 改进我国现有住宅用门窗的隔声性能 主要是提高加工制作精度 减小门窗缝隙 要把隔声性能列为门窗重要的质量考核指标 要求生产厂家达到 对于户门 建议将隔声要求和防火 防盗要求结合 做成综合隔声门 改善交通干线两侧的住宅声环境从居住环境质量来评价是不好的 应设法限制 交通干线两侧完全不盖住宅是不可能的 住宅平面设计 外墙构件设计考虑对交通噪声的防护 窗子的隔声 采光和通风这三方面的功能之间是矛盾的 难以兼顾 双层窗交错开启是一种简便有效的措施 研制低噪声消声通风器 在试点住宅内进行了防噪试验和夏日关窗用通风器通风的热舒适测试和住户反映调查 效果良好 交通干道旁居住小区平面布置的三种形式 窗隔声与通风矛盾的解决 深圳金海湾住宅采用的交错开启双层窗 降低交通噪声对沿路住宅干扰的另一个方法是在路边设置声屏障 但根据我国目前的情况 对于声屏障必须慎用 必须认真做好可行性研究和实际降噪效果预测工作 声屏障的隔声效果主要去决于屏障的高度 声源 车辆 距屏障的距离 受声点 住户 距屏障的距离和高度 即由这几个因素确定的声波绕射路径与无屏障时直线传播路径的 声程差 所以 声屏障的隔声效果是设计结果 而不是声屏障的产品性能 当前迫切需要的是制定有关标准 以规范声屏障实际降噪效果的测试和评价 并进而规范声屏障的设计 声屏障的降噪量与声程差 a b d有关 声屏障的降噪量取决于 声程差 a b d 绿化降噪 绿化的降噪效果与树种搭配 种植方式 季节和绿带宽度等有关 单一的乔木林 噪声衰减大约为1dB 10m 由乔 灌 草搭配的郁闭度大的绿化带噪声衰减可以达到2 3dB 10m 住宅的分户墙隔声隔声是隔墙的重要