概述一建筑声环境基本知识PPT课件.ppt

第三篇建筑声环境 概述 一 意义二 主要内容三 发展史 1 好听声音 谈话声 音乐 泉水叮咚等 噪声 吵闹声 机器和车辆轰鸣声等 从人对声音的感受 C类 舒服 如音乐 歌唱 生活中的交谈等 U类 不舒服 如噪声 爆炸声 刺耳的啸叫声等 C类会转成U类 如午睡时邻居优美歌声 午夜音乐等 意义 1 如何保证C类的声音听清听好 音质设计 2 降低U类声音对正常工作 生活的干扰 噪声控制 一 意义 如何为建筑使用者创造一个合适的声环境 2 二 主要内容 一 厅堂音质设计 音乐厅 剧院 礼堂 报告厅 多功能厅 电影院等 1 设计得好 音质丰满 浑厚 有感染力 为演出和集会创造良好效果 2 设计得不好 嘈杂 声音或干瘪或浑浊 听不清 听不好 听不见 主要内容 3 剧场 体育馆 4 二 环境噪声控制噪声允许标准 规划 建筑设计阶段如何避免噪声 出现噪声如何解决 1 高档别墅区 丁香花园噪声干扰问题 2 临街住宅楼 教学楼 高速公路 高架桥交通噪声问题 3 公共场所声环境问题 4 机场噪声扰民问题 噪声控制 5 餐厅 热泵噪声治理 6 三 隔声隔振有安静要求的房间 如录音室 演播室 旅馆客房 住宅卧室等 1 录音室 演播室等对隔声隔振要求非常高 专门声学设计 2 对于客房 卧室等 人们对安静要求越来越重视 为节约空间和建筑造价 使用薄而轻的隔墙 隔声问题 实例 1 某高档公寓隔声不良问题 2 某高档公寓机房振动问题 3 某星级酒店客房隔声问题 隔声隔振 7 录播音室 乐队排练厅 8 三 建筑声学发展史 一 十九世纪之前1 古罗马露天剧场 存在问题 1 露天状态下 声能下降很快 2 相当大的声能被观众吸收 3 噪声干扰 解决方法 加声反射罩 做成台阶状 发展史 9 2 中世纪教堂建筑自罗马帝国被推翻后 中世纪建造的唯一厅堂就是教堂 室内声学知识主要来源于经验 科学成分很少 声学特点 音质特别丰满 混响时间很长 可懂度很差 适合演奏管风琴 建筑声学发展简史 10 3 十五世纪剧场十五世纪后欧洲建很多剧场 如意大利维琴察 由帕拉迪奥设计的奥林匹克剧院 建于1579年 有3000个座位 又如1618年由亚历迪奥设计的意大利帕尔马市的法内斯剧场 可容纳观众2500人 建筑师几乎无室内声学知识 但建造厅堂没有发现任何显著音质缺陷 主要原因是由于观众的吸声和剧场内华丽表面装饰起到扩散作用 使剧场的混响时间控制比较合理 声能分布比较均匀 声扩散 建筑声学发展简史 11 4 十七世纪马蹄形歌剧院十七世纪开始有人研究室内声学 十七世纪的阿 柯切尔所著 声响 最早介绍室内声学现象 并论述早期的声学经验和实践 十九世纪初 德国弗里德利科察拉迪著 声学 致力于解释有关混响的现象 17世纪马蹄形歌剧院 12 从十五世纪修建的一些剧院发展到十七世纪 出现马蹄形歌剧院 具有较大的舞台 观众厅平面为马蹄形 具有环形包厢或台阶式座位 排列至接近顶棚 演出声音特点从以往丰满 浑厚 余音袅袅发展为清脆 短促 节奏鲜明 非常适合于轻松愉快的意大利歌剧演出 达拉斯迈克德默特歌剧院 17世纪马蹄形歌剧院 13 5 十九世纪音乐厅19世纪前演奏空间基本是矩形 19世纪以后 随着浪漫主义音乐及现代音乐的产生 演出空间变得丰富多彩 出现扇形 多边形 马蹄形 椭圆形 圆形等多种形状 其混响时间及室内装饰风格也各不相同 音乐厅声学设计仍没有太多的理论可遵循 经验 19世纪音乐厅 14 19世纪欧洲陆续兴建一批较大规模的音乐厅 如维也纳爱乐之友金色大厅 1870 阿姆斯特丹音乐厅 1888 老波士顿音乐厅 1863 古典音乐厅共同特点 矩形平面 高顶棚 1 2个浅的楼座和丰富的装饰物 古典 鞋盒式音乐厅 适合演奏浪漫风格和古典风格时期的交响乐 维也纳爱乐之友金色大厅 19世纪音乐厅 15 二 十九世纪之后1 声学设计理论的出现 改善哈佛艺术博物馆内半圆形报告厅的不佳音质效果 通过大量测量和与附近音质较好的剧场进行比较分析 发现当声源停止发声后 声能的衰减率有重要的意义 混响时间 与房间容积和室内吸声量有关 赛宾受邀出任波士顿交响音乐厅声学顾问 分析大量实测资料 1898年提出混响时间公式 混响时间仍是厅堂设计中最主要的声学指标之一 声学设计理论的出现 赛宾公式 厅堂音质设计经验主义时代结束 16 2 室内声学设计的相关理论 1 马歇尔侧向反射声原理1967年 新西兰声学家马歇尔最先将人双耳收听原理同音乐厅的声学原理结合起来 认为19世纪 鞋盒型 音乐厅的绝佳音质 除缘于混响时间及声扩散以外 直达声到达听众后的前50 80ms的早期侧向反射声起着极为重要的作用 侧向反射比来自顶部的反射声更为重要 能提供给听众更强的空间感和音乐的环绕感 1968年 马歇尔提出 早期侧向反射声 对音质起重要作用 认为需要有较多早期侧向反射声 使听者有置身于音乐之中的空间感 室内声学设计的相关理论 近期影响音乐厅体型设计的主要理论 17 2 IACC两耳互相关函数日本声学家安藤四一70年代做一系列模拟双耳接收的 内耳互相关 实验 实验表明音质与反射声的水平方向分布有关 80年代 在德国哥廷根大学的研究引入双耳听觉互相关函数 IACC 表示两耳信号间的相互关系 又是声场空间感的量度 双耳听闻效应属心理和生理声学研究范畴 提示音乐厅中侧向反射的重要性 既使人了解到 鞋盒形 音乐厅音质良好的原因 同时掌握 鞋盒形 以外的有效的声学设计造型 室内声学设计的相关理论 18 现代音乐的产生 使演出空间变得丰富多彩 古典窄而小的 鞋盒式 音乐厅 显然不能适应随社会发展而提出的大容量 舒适程度高的现代化音乐厅的要求 出现扇形 多边形 椭圆形 圆形等多种形状 其混响时间各不相同 加州橘县表演艺术中心剧场 美国加州桔县表演艺术中心剧场 杰出的代表作 19 启示 建筑师从设计之初就要认识到声学设计的重要性 通过合理的城市规划和建筑平面布置 恰当地运用各种声学技术措施如吸声 隔声 消声 隔振 以达到良好的声学效果 20 第一章声环境基本知识 第一节声波及其描述1 声波弹性介质 空气 固体 中 声源振动引起质点间压力的变化 密集 正压 稀疏 负压 交替变化传播 形成波动 疏密波 纵波 声波 研究室内声学时 主要涉及空气传播的声音 空气声 噪声控制时 还须考虑经由固体材料传播的声音 固体声 空气质点在平衡位置做来回振动 振动能量以波的形式向前传播 振动方向与声波传播方向平行 21 2 声波的描述1 物理描述 3参数f 频率 每秒钟振动的次数 单位 Hz 赫兹 波长 传播途径上相邻同相位质点间距离或声波完成一次振动所走的距离 m c 声速 声波在某一介质中传播的速度 m s 0oC时 c钢 5000m s c水 1450m s 15oC时 c空气 340m s 常温参数间存在关系 c f或 c f 人耳可听频率范围为20Hz 20000Hz 人耳感觉最重要部分约在100Hz 4000Hz 相应波长约3 4m 8 5cm 物理描述 22 2 几何描述 1 波阵面 声波从声源发出 在某一介质内按同一方向传播 某时刻到达空间各点的包络面 平面波 波阵面为平面的波 声源互相平行 如线声源 多个点声源叠排 离声源足够远球面波 点声源发出的波 声线与波阵面垂直 如人 乐器 几何描述 球面波 平面波 23 点声源与线声源的球面波与平面波 球面波 平面波 24 2 声线 表示声波传播途径和方向的曲线 是假象工具 用于分析声音传播的曲线 各向同性介质 空气 中 声线为直线且与波阵面垂直 几何描述 球面波 平面波 几何声学 声线法 声线 声线 25 二 声音的传播特性 一 声反射 reflection 1 定义 当声波遇到一块尺寸比波长大得多的障碍时 声波将被反射 2 反射定律 入射线 反射线 法线在同一侧 入射线 反射线分别在法线两侧 入射角等于反射角 声反射 26 平面反射反射声波的声线可看作从虚声源发出 平面的镜像反射 凹曲面的反射某一声源发出的声线被凹面反射 曲率越大 聚焦程度越大 如圆形 聚焦 消除 凹曲面的反射 定向反射 3 典型反射面 平面 凹面 聚焦 凸面 扩散 27 凸曲面声反射声波入射到凸反射面上 产生无规则反射 扩散反射 凸曲面的反射 发散 利用 特殊的反射 扩散 diffusion 28 4 应用 1 回声与混响声 echo reverberation 平面反射引起 声反射 不利 消除 合理控制 2 声聚焦 凹曲面反射声聚焦引起 不利 消除 29 3 扩散 室内声学设计 使声场均匀 凸曲面反射引起 表面凸出部分 最小需相当于入射波长1 7才能起到扩散作用 有利 30 二 声绕射又称声衍射 diffraction 1 定义 声波在传播过程中遇到障碍物或孔洞时将发生绕射 2 现象 一声源在一侧发声 在墙另一侧能听到声音 隔墙有耳 3 原理 根据惠更斯原理 任一时刻波阵面上的各点都可看作一个发射子波的新波源 声绕射 31 当孔洞或障碍物尺寸相对于声波波长越小 绕射现象越明显 对声波而言 障碍物如同不存在 当障碍物尺寸大于波长时 绕射看不出 反射 障板后声音低 可降低噪声 由于低频声波波长比高频声波波长大 因而低频声绕射现象比高频声波显著 声绕射 低频声绕射明显 低频 波长长100Hz 3 4m 高频1000Hz 0 034m 4 规律 32 5 应用 有利 隔声屏障 防止交通噪声 不利 厅堂眺台声学问题 声影区 声绕射 隔声屏障 对高频声有效 33 三 声透射与吸收 transmission absorption 1 定义 声波具有能量 称声能 当声波碰到室内某一界面后 如天花 墙 一部分声能被反射 一部分被吸收 主要是转化成热能 一部分穿透到另一空间 r 透射系数 吸声系数 针对室内空间而言未被反射的声能 随堂思考 声波入射到某构件表面 24 能量被反射 75 被构件吸收 则此构件吸声系数和透射系数分别为多少 注意吸声系数 34 2 应用 厅堂音质设计 需选择吸声材料 控制室内声场 环境噪声控制 希望通过吸声降低噪声 隔声 希望用透射系数小的材料防止噪声影响 吸声材料与结构 隔声 35 四 声折射 refraction 1 定义 声波在传播过程中遇到不同介质的分界面时 除发生反射 还将发生折射 改变声波的传播方向 2 规律 同种介质1 空气中传播 随着离地面高度不同存在气温变化 会改变传播方向 白天 近地面处气温较高 声速大 声速随离地面高度增加而减少 导致声音传播方向向上弯曲 夜晚 地面气温较低 声速随离地面高度增加而增加 导致声音传播方向向下弯曲 声折射 夜晚声波传播得比较远 36 3 应用 1 建露天剧场 利用白天温差导致的声波向上弯曲 采用逐级升高的台阶式座椅 升起坡度与折射角度大致吻合 2 居住区应放在有噪声干扰的厂区常年主导风向的上风口 声折射 顺风声波传播得比较远 2 空气中各处风速不同也会改变声波传播方向 顺风时声线方向向下弯曲 逆风时向上弯曲 37 随堂思考题 建筑声学词汇英译中 请翻译建筑声学专有单词ArchitecturalacousticsAcousticaldesignAir bonesoundinsulationDecibelEchoPinknoiseReverber