[建筑声学]-第4讲-厅堂音质设计.ppt

建筑声学,第四讲厅堂音质设计,第一部分：【厅堂音质设计概述】,厅堂音质设计是建筑声学设计的一项重要组成部分。以听闻功能为主要使用功能的建筑中，如音乐厅、剧院、电影院、多功能厅、体育馆、会议厅、报告厅、审判厅、大教室以及录音室、演播室等厅堂，其音质设计的成败往往是评价往往是评价建筑设计优劣的决定性因素之一。室内最终是否具有良好的音质，不仅取决于声源本身和电声系统的性能，而且取决于室内固有的音质条件。,【厅堂音质设计概述】,音质设计的任务就是利用室内声学和噪声控制学的研究成果所提供的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），并经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。,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,（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的状况，作出声环境影响评价，尽量选择安静的场所。（2）总平面布置。根据场地声环境影响的评价结果，考虑相应的防噪减振的总体平面布置方案，包括观众厅与空调设备机房和其他容易产生噪声与振动干扰的房间的关系。,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,（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、避免音质缺陷的方案。（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，作为音质设计的辅助手段。,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,（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振设计。（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。,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,（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。,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,室内音质设计应在建筑方案设计初期就同时进行，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，才可能达到预期的效果。,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,星海音乐厅的声学设计自1990年3月与广东省文化厅和华南理工大学签约承接任务至1998年6月13日启用，历经八年之久，在这期间进行了三次模型试验，四次现场测定，以及大量的声学构件实验室测定和计算工作。,【厅堂音质设计概述】,音质设计的内容和步骤,【厅堂音质设计概述】,第二部分：【厅堂音质评价与设计】,厅堂音质评价一直是建筑声学最重要的研究内容之一。（1）音质主观评价主观评价需依赖若干评价参量进行。评价参量即指影响音质总评价等级的几个主要因素。（2）音质客观评价。音质客观评价也需要通过几个物理指标来加以检测。这几个物理指标是可以测量和计算的，各个物理指标应有一个优选值（或值域）及允许值的范围。客观评价物理指标与主观评价参量应具有相关性，即能通过客观指标的测量或计算，对音质的主观判断具有预见性。,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,量：有足够的响度。足够的响度是室内具有良好音质的基本条件。与响度相对应的物理指标是声压级。对于语言声，要求声压级应至少达到5055dB，信噪比要达到10dB以上。当语言声压级达到6575dB时，响度感觉更为良好。对于音乐演出，如交响音乐，由于演出时动态范围大，要求乐队齐奏强音标志乐段的平均声压级Lpf达到90dB左右，响度感觉就比较满意，且空间感也出得来。,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,质：不失真，有足够的清晰度（明晰度）和丰满度，在二者之间具有恰当的平衡。音质不失真，指音色自然、不畸变，音乐各声部和语音的低、中、高频声能之间具有自然的恰当的比例关系，做到平衡且协调。,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,质：不失真，有足够的清晰度（明晰度）和丰满度，在二者之间具有恰当的平衡。音质不失真，可以通过混响时间的频率特性是否平直来加以检验。,【厅堂音质评价与设计】,混响时间是影响室内音质的最基本要素，也是最基本评价量。,一、音质评价标准,质：不失真，有足够的清晰度（明晰度）和丰满度，在二者之间具有恰当的平衡。一般用于语言清晰度为主的厅堂采用平（或接近平直）的混响时间频率特性；用于歌剧和音乐演出的厅堂，混响时间频率特性曲线应中、高频平直，而低频高于中频（约15%20%），这样可使演唱和音乐富有低音感，起到美化音色的作用。,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,质：不失真，有足够的清晰度（明晰度）和丰满度，在二者之间具有恰当的平衡。清晰度（明晰度）：语言声听闻要求可懂度95以上，清晰度85以上；音乐声要求能听清急速连贯演奏乐段的旋律，且可辨析同时演奏的各声部的音符，具有透明度和层次感。,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,质：不失真，有足够的清晰度（明晰度）和丰满度，在二者之间具有恰当的平衡。丰满度是指在厅堂内听音时，由于各界面的反射声而对直达声所起的增强和烘托作用。以音乐演出为主的厅堂，丰满度占有重要地位。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具有温暖感，而把中高频反射声丰富的音质称为具有活跃度。,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,质：不失真，有足够的清晰度（明晰度）和丰满度，在二者之间具有恰当的平衡。混响时间T60（RT）与音质的清晰度和丰满度有很大关系。混响时间RT越长，越感丰满，但清晰度越差；RT越短，越感“干”，但清晰度提高。混响时间RT还与音色有一定关系。RT低频适当增长，声音有温暖感、震撼感；RT高频适当增长，声音有明亮感、清脆感。,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,质：不失真，有足够的清晰度（明晰度）和丰满度，在二者之间具有恰当的平衡。对于以语言听闻为主的厅堂，如教室、演讲厅、话剧院等，不希望混响时间过长，以1s左右为宜；对于以听音乐为主的厅堂，如音乐厅等，则希望混响时间较长些，如达到1.52.2s。对于语言听闻与音乐听闻并重的厅堂，如歌剧院、多功能厅的混响时间，可取折衷值，为1.31.5s。,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,美国波士顿音乐厅（Boston,SymphonyHall）,【厅堂音质评价与设计】,中频混响1.9秒左右,一、音质评价标准,奥地利维也纳格鲁司音乐厅（金色大厅）,【厅堂音质评价与设计】,中频混响2.0秒左右,一、音质评价标准,荷兰阿姆斯特丹音乐厅,【厅堂音质评价与设计】,中频混响2.0秒左右,一、音质评价标准,星海音乐厅,【厅堂音质评价与设计】,中频混响1.8秒左右,一、音质评价标准,上海音乐厅,【厅堂音质评价与设计】,中频混响1.86秒左右,一、音质评价标准,质：不失真，有足够的清晰度（明晰度）和丰满度，在二者之间具有恰当的平衡。必须针对具体厅堂的主要用途选择最佳混响时间，以达到丰满度和清晰度适当平衡。,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,空间因素：具有良好的空间感。空间感是指室内声场给听者提供的一种声音在室内的空间传播感觉。其中包括听者对声源方向的判断（方向感），距声源远近的判断（距离感，或称为亲切感）和对属于室内声场的空间感觉（环绕感、围绕感）。,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,空间因素：具有良好的空间感。与空间感有关的物理参量主要是早期侧向能量因子LF（早期侧向声能对早期总声能之比）以及双耳听闻互相关函数IACC。对于音乐厅，要求观众厅的侧墙距离不要过大，侧墙宜修建成坚硬的声反射面或布置专用反射板。最好使反射声在垂直于听众两耳连线的中面成（5520）的角度范围到达听众。对于室内聆听立体声，由于这些立体声的空间感是由扬声器组经立体声效果处理后提供的，故对室内声学的要求有所不同。,【厅堂音质评价与设计】,一、音质评价标准,没有声缺陷和噪声干扰。声缺陷是指一些干扰正常听闻使原声音失真的现象，如声共振、声聚焦、回声、颤动回声、声影区等。声缺陷的出现会使听众感到听觉疲劳、厌烦、难以集中注意力。尤其是短促的语言声比音乐声更容易被发现回声现象，因此，在音质设计中应全力避免声缺陷。噪声的入侵对室内音质有破坏作用。连续的噪声，特别是低频噪声会掩蔽语言和音乐；间断性噪声则会破坏室内宁静的气氛或录音效果。,【厅堂音质评价与设计】,P380“小结”,本部分介绍了厅堂音质的主客观评价，介绍了若干音质评价的物理指标及其优选值范围。在这些物理指标当中，混响时间至今仍是首选的评价指标。其他一些指标的测量，有时需要用到一些专门的仪器。由于计算机和数字信号处理技术的发展，现在许多物理指标的测量都可以从房间脉冲响应中计算得出。目前已有一些建筑声学测量通用软件，可以方便地从脉冲响应中得出各重要声学指标的测量值。,【厅堂音质评价与设计】,P380“小结”,对于建筑师而言，最主要的是掌握混响时间的计算，即进行音质混响设计，其余部分的工作可依靠声学顾问协作完成。,【厅堂音质评价与设计】,二、厅堂容积的确定,厅堂容积的大小不仅影响到音质效果，而且也直接影响到建筑的艺术造型、结构体系、空调设备和经济造价等诸多方面，为此，容积的确定必须综合加以考虑。从完全利用自然声的角度考虑，一般应从保证足够的响度和合适的混响时间这两方面的基本要求来确定。若有电声扩声设备介入厅堂的声环境中，厅堂容积在一定程度上可以大于自然声条件下的厅堂容积值，并依据实际情况选配相应的电声设备。,【厅堂音质评价与设计】,二、厅堂容积的确定,1、保证足够的响度人与乐器所发出的自然声声功率是较小的（对话：20w；女高音：10007200w）。音乐厅等倾向于不用或少用吸声材料。对于采用自然声演出的厅堂，为保证有足够的响度，对厅堂的容积应有一定的限制。当超过限值时，就应当考虑采用扩声系统。,【厅堂音质评价与设计】,二、厅堂容积的确定,2、保证合适的混响时间在总吸声量中，观众（或座椅）的吸声量可占到1/22/3，因此，控制厅堂容积和观众人数之间的比例，也就在一定程度上控制了混响时间。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,对于体积一定的厅堂，其体型直接决定反射声的数量、方向、到达时间和空间分布，甚至影响直达声的传播。因此，体型设计是音质设计的重要内容。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,厅堂体型设计应注意以下几点：（1）充分利用声源的直达声；（2）争取和控制早期反射声，使其具有合理的时间和空间分布；（3）适当的扩散处理，使声场达到一定的扩散程度；（4）防止出现声学缺陷，如回声、多重回声、声聚焦、声影以及在小房间中可能出现的低频染色现象等。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,1、充分利用声源的直达声；直达声强度直接影响声音的响度和清晰度。直达声在室内传播时，随距离的增加而衰减。当直达声贴近观众席传播时，由于观众席的掠射吸收，使声音衰减更快。此外，人与乐器发声时均有一定的指向性，频率越高，指向性越强。当观众席偏离辐射主轴角度增大时，高频声明显减弱，降低了语言清晰度。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,1、充分利用声源的直达声；,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,1、充分利用声源的直达声；（1）控制大厅的纵向长度，般应控制大厅纵向长度小于35m。对于电影院，为了使最远的观众不致感到声音与图像的不同步，纵向长度应不大于40m。（2）使观众尽量靠近声源布置。当观众席位超过1500座时，宜采用层悬挑式楼座；当观众席位超过2500座时，宜采用二层或多层楼座。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,1、充分利用声源的直达声；,【厅堂音质评价与设计】,多伦多路易.汤姆森音乐厅,三、厅堂体型设计,1、充分利用声源的直达声；,【厅堂音质评价与设计】,上海大剧院观众厅,三、厅堂体型设计,1、充分利用声源的直达声；（3）在平面上，观众席应布置在一定角度范围内。在以语言听闻为主的大厅中，应将大部分观众席布置在以声源为顶点的140角的范围内。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,1、充分利用声源的直达声；,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,1、充分利用声源的直达声；（4）足够的地面升起。观众厅地面有一定的坡度，可减少观众席对直达声的掠射吸收。通常按照视线要求设计大厅的地面升起坡度，已可满足声学要求。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,1、充分利用声源的直达声；,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,2、争取和控制早期反射声；通常把直达声到达后50ms以内到达的反射声称为早期反射声（对于音乐演出，可放宽至80ms）。早期反射声的强度和时间、空间分布对改善音质具有很大的作用。因此，在厅堂体型设计中，应注意争取提供给观众较多的早期反射声，尤其应着重考虑舞台附近各反射表面的形状、大小、倾角对早期反射声的影响。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,2、争取和控制早期反射声；,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,2、争取和控制早期反射声；,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,2、争取和控制早期反射声；,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,2、争取和控制早期反射声；,【厅堂音质评价与设计】,中央音乐学院附中音乐厅,三、厅堂体型设计,2、争取和控制早期反射声；,【厅堂音质评价与设计】,中央音乐学院附中音乐厅,三、厅堂体型设计,2、争取和控制早期反射声；,【厅堂音质评价与设计】,中央音乐学院附中音乐厅,三、厅堂体型设计,2、争取和控制早期反射声；,【厅堂音质评价与设计】,中央音乐学院附中音乐厅,三、厅堂体型设计,2、争取和控制早期反射声；,【厅堂音质评价与设计】,中央音乐学院附中音乐厅,三、厅堂体型设计,3、进行适当的扩散处理；适当的扩散反射使声能在各方向的分布更为均匀，为某些区域增加早期反射声，使厅堂各区域的声压级差别缩小，听闻条件更为接近，而且使声音更柔和圆润。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,3、进行适当的扩散处理；适当的扩散反射使声能在各方向的分布更为均匀，为某些区域增加早期反射声，使厅堂各区域的声压级差别缩小，听闻条件更为接近，而且使声音更柔和圆润。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,3、进行适当的扩散处理；适当的扩散反射使声能在各方向的分布更为均匀，为某些区域增加早期反射声，使厅堂各区域的声压级差别缩小，听闻条件更为接近，而且使声音更柔和圆润。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,3、进行适当的扩散处理；,【厅堂音质评价与设计】,哈尔滨工人文化宫,三、厅堂体型设计,3、进行适当的扩散处理；,【厅堂音质评价与设计】,北京师范大学音乐厅,三、厅堂体型设计,3、进行适当的扩散处理；,【厅堂音质评价与设计】,上海大剧院观众厅,三、厅堂体型设计,3、进行适当的扩散处理；,【厅堂音质评价与设计】,奥地利维也纳格鲁司音乐厅（金色大厅）,三、厅堂体型设计,3、进行适当的扩散处理；,【厅堂音质评价与设计】,德国贝多芬音乐厅,三、厅堂体型设计,4、防止声学缺陷。厅堂体型设计不当，可能引发房间共振、声聚焦、回声、颤动回声和声影区等声学缺陷，必须注意防止。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,4、防止声学缺陷。（1）房间共振应合理选择房间的尺度，尤其当体积小于700m3的小房间，更应注意避免选用构成简单正整数比的三维尺度，以防止因出现共振频率的“简并”而使得房间对各频率声音响应的不均匀，引起声染色现象。采取合适的房间比例，采用不规则体型以及进行吸声或扩散处理，都是克服房间不利声共振的有效办法。对于大容积厅堂可以不考虑房间共振的不利影响。,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,4、防止声学缺陷。（2）声聚焦,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,4、防止声学缺陷。（3）回声与颤动回声,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,4、防止声学缺陷。（3）回声与颤动回声,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,4、防止声学缺陷。（3）回声与颤动回声,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,4、防止声学缺陷。（3）回声与颤动回声,【厅堂音质评价与设计】,三、厅堂体型设计,4、防止声学缺陷。（4）声影区声影区是指由于障碍物对声波的遮挡使直达声或早期反射声不能到达的区域。,【厅堂音质评价与设计】,在观众厅中容易产生声影区的地方主要是挑台下的座位区。如果挑台下的空间过深，则容易摭挡来自顶棚的反射声，使该区域形成声影区。,三、厅堂体型设计,4、防止声学缺陷。（4）声影区,【厅堂音质评价与设计】,第三部分：【厅堂混响设计】,混响时间T60是首选的、最重要的音质评价物理指标，也是建筑师应掌握、会计算的物理指标。混响设计是在确定了厅堂的体型、容积和内表面积时进行，具体内容包括：（1）根据厅堂主要用途选择最佳混响时间及其频率特性；（2）计算体积、吸声量及混响时间；（3）从声学角度选择和布置室内各表面装修材料并确定其构造。,【厅堂混响设计】,一、选择最佳混响时间及其频率特性