建筑物理9PPT课件

第十二章室内音质设计室内音质设计是指对音乐厅 剧院 体育馆 演播厅等对声音质量要求较高的民用建筑的设计 其目的是避免和减弱房间的声学特性的不利影响 或将不利影响变以有利因素 使听众能不受干扰地接收到有足够响纯真和美化了的声音 声波在室内的传播比在露天场合复杂得多 声源在室内发声和传播 界面的反射 吸收 扩散和透射 形成室内声学的特点 一 室内音质的影响因素1 听众与声源的距离 2 听众对直达声的反射和吸收3 房间对直达声的反射和吸收4 来自界面相交凹角的反射声5 室内装修材料表面的散射6 界面边缘的声衍射7 障板背后的声影区8 界面的前次反射声9 铺地板的共振10 界面之间对声波的反射 混响和驻波11 声波透射 对于要求有良好听闻条件的房间 建筑设计主要可以通过空间的体形 尺度 材料和构造的设计与布置 来利用 限制或消除上述若干声学现象 为获得优良的室内音质创造条件 在综合考虑各种有利于室内音质因素时 应力求取得与建筑造型和艺术处理效果的统一 有音质要求的厅堂 可以粗略地归纳为3类 供语言通信用 供音乐演奏用以及多用途厅堂 因为供语言通信用的厅堂与供音乐演奏用的厅堂有不同的要求 所以需要对他们分别地加以讨论 而在多用途厅堂中 要兼顾语言和音乐的要求 有时是互相矛盾的 只能提供折衷的解决方案 二 各类语言类用途的厅堂的声学设计主要是满足听众对语言的可懂度可懂度 语言声功率 清晰度在设计中应考虑的因素主要有 1 听众与声源的距离 考虑直达声 2 声源的方向性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 根据可懂等值线来布置观众席和作听众大厅的平面形态 3 听众对直达声有一定的吸收 如果把大厅地面设计成逐排升起的形状 到达到后排听众席的直达声波就远远高于前排听众的头部 因此几乎没有或者很少校吸收 4 设置有效的反射面如果在厅堂里能够正确地设置反射面 就可以对直达声的加强起重要作用 因为听到的声音是直达声和反射声的叠加 如果这两部分声音到达听者的时差很短 人们听到的是一个提高了的声级 5 选用扩声系统对扩声系统的基本要求是 适当的频率响应范围 适当的功率输出 能够辐射足够的声压级而不失真 必须放在正确的位置并且与大厅的建筑装修设计很好地结合 6 在建筑设计中避免出现声影区 回声 7 选择适当的混响时间 s 类型倍频带中心 Hz 12525020004000歌剧院1 1 31 1 150 9 10 8 0 9戏曲话剧院1 1 11 1 10 9 10 8 0 9电影院1 1 21 1 10 9 10 8 1会场 礼堂等1 1 21 1 10 9 10 8 1 要使大型厅堂有合适的混响时间 需要控制大厅的容积 一般地 歌剧院 5 6m3 座话剧院 4 4 5m3 座戏曲院 3 5 4m3 座 电影院 3 5 5m3 座多功能厅 3 5 5m3 座 8 防止噪声干扰主要是背景噪声和侵扰噪声 背景噪声是由使用者使用室内空间引起的噪声 侵扰噪声是由外界透过建筑围护结构传入室内的噪声 这些噪声都会影响听闻效果 三 音乐建筑的声学设计1 音乐建筑的声学设计指标音乐建筑的声学设计指标的标准高于采用一般扩声的厅堂建筑 原因是 A 音乐建筑均采用自然声演出 如何利用有限的自然声能 确保听众席有足够的响度是音质设计最关键的指标 B 音乐建筑中的厅堂 房间 是乐器或演唱者的共鸣箱 要求能起到美化演奏效果的作用 C 对音乐的和音乐欣赏的音质评价 有其特殊的评价指标 D 对音乐演奏的纯真度要求很高 而最好的扩声系统也有失真 一般考虑的指标 1 响度 对音乐厅 足够的响度是最基本的要求 通过确定声压值可达到满意的响度 建议交响乐 75dB A 室内乐 70dB A 2 混响时间 丰满度 类型混响时间 s 交响乐厅1 7 2 0室内乐厅1 2 1 6合唱 独唱 奏 厅1 2 1 4歌剧院观众厅1 4左右3 声扩散声扩散是表示室内声场的均匀分布和各构件的方向性扩散 是音乐建筑的一项 重要的声学措施 以此可消除音质缺陷 获得均匀的声场分布和良好的频度响应 扩散值d可用下式计算 m 在自由声场内测得的扩散值m 为实测室内声场的扩散值 声强的平均值差 各方位角的平均声强建议值 音乐排练厅d 0 7以音乐为主的多功能厅d 0 音乐厅和歌剧院0 9 d 0 8自然混响的音乐录音棚d 0 94 声场分布听众席响度差别应在允许的范围 不允许出现 死角 表征厅内声场分布不均匀度值 是用厅内测得的最大与最小声压级的差值来确定的 声场不均匀度值 dB Pmax Pmin 分别为厅内任一位置上测得的最大与最小声压级值 dB 在自然声演奏的音乐建筑中的不均匀度指标为 无楼座听厅堂 在 z覆盖频率范围内 6dB有楼座听厅堂 在 z覆盖频率范围内 dB5 频率响应 为在听众席上某一位置上接收到的各频率声压级的均衡程度 关系到听闻的纯真度 一般厅堂建筑的频率范围为125 4000Hz 音乐建筑的频率范围通常要扩展两个倍频 即为63 8000Hz 频率响应的指标F1为63 8000Hz的覆盖频率范围内各频率的声压级差 要求F1 10dB 可通过实时分析仪测定图形直接求得 6 早期反射声和声能比 明晰度 早期反射声可以提高直达声的强度和亲切感 经常把反射声分为早期 50ms 80ms 和后期 50 80ms 要求其声能密度之比C50和C80 C50适应于以清晰为主的厅堂 C80适应于以丰满为主的厅堂 C值大 表示清晰度较高 也即混响较短 C值小 表示丰满度 也即混响时间较长 也是说后期声能占很大比重 7 允许噪声级噪声对语言听闻有很大的掩蔽作用 特别是低频噪声 因此必须将噪声控制在允许范围内 音乐厅 歌剧院 允许噪声级为25dB A 评价曲线NR 30音乐录音棚 自然混响音乐棚允许噪声级为25dB A 评价曲线NR 30强吸声道录音棚 允许噪声级为25 30dB A 评价曲线NR 308 没有声学缺陷主要是没有声影区和聚焦区 二 音乐厅设计应考虑的基本方面1 音乐厅的规模 形状和容积 1 规模 包括容积和容纳观众的人数两方面 与演奏 唱 的内容和乐队的规模有关类型容量 名 每座容积 m3 交响乐大厅1200 30007 10室内乐厅500 6006 7合唱厅200 7005管风琴250 40013 8 22演奏厅 2 音乐厅平面组成 除了听众大厅外还有 1 听众活动部分 出入通道 演出前的等候 中场休息和观众服务等 2 行政管理部分 传达 办公 会议 贮藏 卫生间 陈列等 3 机械设备部分 空调 制冷系统 消防系统 灯光照明 扩声系统演奏台升降系统 吸声结构调节系统等 演奏厅部分 采用中心式布局 演奏台两侧尽量压缩 应设计得紧凑 一般宽度在 m范围 最大不超过 m 面积按乐队 2m2 人来设计 合唱队员按 25 0 3m2 人来设计 演奏台面积在 m2左右 演出的准备部分 休息室 化妆室 排练厅 监听 琴房等 3 音乐厅体形设计 体形设计主要考虑四个方面 要使听众席有足够的响度 使听众席有均匀的声强分布和良好的声扩散 没有音质缺陷 包括回声 颤动回声和声聚焦 为听众和乐师提供足够强的侧向早期和晚期反射声 前者可提高直达声的强度 后者则为获得空间感觉的重要条件 演奏台应有良好的声扩散 并为乐师们提供相互听闻的条件 体形 对容量小于1000座的音乐厅 可以沿用传统的 鞋盒 式形体 但应特别注意平行墙间引起的颤动回声 也可采用扇形平面 对大容量音乐厅 特别当容量超过1500座 就必须建立新的 适合大容量音乐厅的形式 有多边形 墨西哥大学音乐厅 三角形 挪威的奥斯陆音乐厅 圆形 加拿大的汤姆森音乐厅 椭圆形 新西兰的克雷斯特彻奇音乐厅 六角形英国的加的夫音乐厅 4 早期反射设计早期反射对明晰度 亲切感和响度都有重要作用 来自侧墙的较强的早期反射声 还能增加对声音的环绕感 侧向早期反射声的设计要解决如下问题 侧向反射声有足够的强度 时延间隙要短 即一次反射与直达声之间的时间间隙要小 一般要求小于20ms 要求有较大的覆盖面 措施 一次反射的强度取决于反射面的反射系数和离声源的距离 要