非常全面的建筑声学总述

1、声学材料有限公司专业知识培训目录第一章第一节第二节第三节第四节第二章第一节第二节第三节第三章第一节第二节第三节第四节第五节第六节第四章第一节第二节第五章第一节第二节第三节建筑声学的基础知识声音的性质和基本物理量声音的计量声音的频谱与声源的指向性声音与人的听觉室内声场及音质评价自由声场与室内声场混响时间及其计算室内音质评价吸声材料和吸声结构材料和吸声结构分类多孔吸声材料穿孔板吸声结构薄膜和薄板吸声结构其他吸声结构吸声材料的选用常见厅堂的音质设计音质设计的目标和内容常见厅堂的音质设计要点建筑声环境噪声控制噪声的产生及危害噪声的评价方法和允许标准噪声控制的一般方法第六章业务洽谈的相关事宜第一章建筑声

2、学基础知识第一节声音的性质和基本物理量一、声音的产生声音是由振动产生的。二、声源和声波1 、声源： 声音来源于振动的物体，这个振动着的发声体就称之为声源。2、声波：由于声音来源于振动着的物体， 所以要把这种振动传播出去也需要媒介物（这种媒介物称之为 介质，它可以是气体、液体或者固体）。声源振动（发声）时，它周围的介质分子（看作 质点）随之发生振动，发生振动的介质分子又由于碰撞带动它们周围的介质分子振动， 这种大量的介质分子由于振动形成的具有一定规律的波动就是 声波。三、频率、波长和声速1 、频率：当声波传播时，介质质点在其平衡位置附近作来回振动，质点完成一次振动又回到原来的位置 （叫一次 全振

3、动）所经历的时间叫做一个 周期（用t 表示）。声波的频率就是介质质点在 1 秒（用 s 表示）内完成多少次全振动，也就是多少个周期加起来是 1s，声音的频率就是多少赫兹（频率用 f 表示，单位是 hz，读赫兹），比如低频 125hz，就是在 1s 内介质质点要完成 125 次全振动。2、声速 :声波在介质中传播的速度叫声音的速度，即声速，记为c，单位是米 / 秒（m/s），声速与介质的状态、密度和温度有关。通常室温条件下，空气中的声速为 340m/s。如果介质是固体和液体，声速一般要比空气中大得多。3、波长 ：声音的波长用 表示，它是一个与频率和声速相关的量。 公式为： c/f 。可见在同一介

4、质同一环境条件下（即 c 不变），声音的频率越高，波长越小。如通常情况下频率为 100 hz 的声波，它的波长为 3.4m。四、声波的反射与绕射1 波阵面与声线声波从声源出发，在同一个介质中按一定方向传播，在某一时刻，波动所达到的各点包络面称为“波阵面”。 波阵面为平面的称为“平面波”， 波阵面为球面的称为“球面波”。由一个点声源辐射的声波就是球面波， 但在离声源足够远的局部范围内可以近似地把它看作平面波。人们常用“声线”表示声波传播的途径。 在各向同性的介质中， 声线是直线且与波阵面相垂直。2声波的绕射当声波在传播过程中遇到一块有小孔的障板时，如孔的尺度 ( 直径 d) 与波长 相比为很小

5、( 即 d) ，见图 (a) ，小孔处的质点可近似地看作一个集中的新声源，产生新的球面波。 它与原来的波形无关。 当孔的尺度比波长大得多时 ( 即 d) ，见图 (b) ，则新的波形较复杂。从图 (c) 、(d) 的两个例子可以看出，当声波在传播途径中遇到障板时，不再是直线传播，而是能绕到障板的背后改变原来的传播方向，在它的背后继续传播，这种现象称为绕射。例如，有一声源在一堵大墙的一侧发声，在另一侧的听者看不见声源却能听见声音。这就是声波绕射的结果。声源的频率越低，绕射的现象越明显。(a) 小孔对波的影响影响（b）大孔对波的（c）声波的绕射播的影响（ d）小障板对声波传3声波的反射当声波在传播

6、过程中遇到一块尺寸比波长大得多的障板时，声波将被反射。如声源发出的是球面波， 经反射后仍是球面波， 见下图。图中用虚线表示反射波，就像是从声源 o 的映像虚声源 o发出似的， o和 o点是关于反射平面的对称点。同一时刻反射波与入射波的波阵面半径相等。 如用声线表示前进的方向，反射声线可以看作是从虚声源发出的。 所以利用声源与虚声源的对称关系， 以几何声学作图法就能很容易地确定反射波的方向。根据声源与虑声源的对称关系，可以说明反射定律，它的基本内容是：(1) 入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内。(2) 入射线和反射线分别在法线的两侧。(3) 反射角等于入射角。声波的反射五、声波的透射与吸收

7、当声波入射到建筑构件 ( 如墙、天花 ) 时，声能的一部分被反射，一部分透过构件，还有一部分由于构件的振动或声音在其内部传播时介质的摩擦或热传导而被损耗，通常称之为材料的吸收。根据能量守恒定律，若单位时间内入射到构件上的总声能为e0，反射的声能为 er，构 件吸收的声能为e ，透过构件的声能为e ，则互相问有如下的关系；e0er 十 e 十e透射声能与入射声能之比称为“透射系数”，记作 ；反射声能与入射声能之比称为“反射系数”，记作r ，即：r=人们常把 值小的材料称为“隔声材料”， 把 r 值小的称为“吸声材料”。实际上构件的吸收只是 e ，但从入射波与反射波所在的空间考虑问题，常用下式来定

8、义材料的吸声系数 : =1-r=1- =在进行室内音质设计与噪声控制时，必须了解各种材料的隔声、吸声持性，从而合理地选用材料。六声音的传播声波传到人的耳朵时引起人耳的鼓膜发生振动， 通过神经系统的听觉中枢的“翻译”，人就听到了声音。第二节声音的计量一、声功率、声强和声压1 、 声功率 ：声源在单位时间内向外辐射的声能，记为w，单位为瓦（ w）或者微瓦（ w）2 、 声强：单位时间内，在垂直于声波传播方向的单位面积上通过的声能。记为 i ，单位为。公式为： i w/s 声强是衡量声音强弱的物理量。3 、 声压： 是指某瞬时，介质中的压强（p）相对无声波时的压强（p0）的改变量，所以声压的单位就是

9、压强的单位，为 pa 。任何一点，声压都是随时间而变化的，每一瞬间的声压称为瞬时声压， 某段时间内瞬时声压的均方根值称为有效声压。通常所指的声压是指有效声压。二、声功率级、声强级和声压级1 、声功率级： 声功率级是声功率与基准声功率之比的对数的10 倍，记作 lww，单位是分贝（ db) ，表达式为：lw = 10lg式中w某点的声功率， w；w0基准声功率， 10-12 w。声功率级仅表示声源发声能力的大小。2、声强级： 声强级是声强与基准声强之比的对数的10 倍，记作 l i ，单位也是分贝（ db)表达式为lw = 10lg式中i 某点的声强， w；i 基准声强，-12210w/m ；即

10、人耳对频率为 1000 hz0的声音的可听下限。3、声压级： 声压级是声压与基准声压之比的对数的20 倍，记作 l p ，单位也是分贝（ db)表达式为lw = 20lg式中p 某点的声压， pa ；p 0基准声压， 210-5 pa ；即人耳对频率为 1000 hz的声音的可听下限。在常温条件下，同一声波在同一点的声压级和声强级近似相等。三、声级的叠加当几个声音同时出现时，其总声强是各个声强的代数和，即：i=i 1+ i 2+ i 3+ + in-1 + in而它们的总声压级是各个声压平方和的平方根：声强级、声压级叠加时，不能简单的代数相加， 而应该按对数运算规律进行。例如对于几个声压均为

11、p 的声音，叠加后的总声压级是： lw= 20lg + 10lgn , 而不是 n 20lg ，也就是总声压级只增加了 10lgn 。所以两个声压相等的声音叠加时，它们的总声压级只增加 3db, 而不是增加一倍。我们通常说声音有多少分贝或某个中心频率有多少分贝就是指的总声压级或声压级值。第三节 声音的频谱与声源的指向性一、声音的频谱在通常的建筑声学测量中，除了要知道声音在某一点某一频率的声压级外，还需要了解整个频率范围内的声压级分布，即声音的频谱。 声音的频谱通常用以频率为横坐标，以声压级为纵坐标的频谱图表示。在通常的声学测量中将声音的频率范围分成若干个频带，以便于工作。精度要求高时，频带带宽

12、可以窄；允许简单测量时，可以将频带带宽放宽。在建筑声学中，频带划分的方式通常不是在线性标度的频率轴上等距离地划分频带，而是以各频带的频程数 n 都相等来划分。频程 n 用下式表示：n log 2n即 2式中 n 为正整数或分数。 n1，称为一个（ 1/1 ）倍频程； n13，称为 1 3 倍频程。在一个倍频程中， 上限频率 f 1 是下限频率 f 2 的 2 倍，在 1/3 倍频程中，上限频率 f 1 是下限频率 f 2 的 1.26 倍。而常用的倍频程与1/3 倍频程划分是以频带的 中心频率 f 来排列的（以便测量和记录等工作），中心频率fm是上下m限频率的几何平均，即：f m=我们常见的一

13、个倍频程的中心频率就是：31.5hz、63 hz、125 hz、250 hz、500 hz、 1000 hz、2000 hz、4000 hz、8000 hz、16000 hz。二、声源的指向性当 声源的尺度比波长小得多时，可以看作无方向性的“点声源”，在距声源中心等距离处的声压级相等。 当声波的尺度与波长相差不多或更大时， 它就不是点声源，可 看成由许多点声源组成，叠加后各方向的辐射就不一样，因而具有指向性，在距声源中心等距离的不同方向的空间位置处的声压级不相等。 声源尺寸比波长大得越 多，指向性就越强。实际上，人头和扬声器与低频波长相比是小的，这种情况下可以看作是点声源， 但对高频就不能视为

14、点声源， 而具有较明显的指向性。与声波波 长相比，声源尺度越大，指向性越强。同一声源，频率越高，指向性越强。因此，厅堂形状的设计，扬声器的布置，都要考虑声源的指向性。第四节 声音与人的听觉一、听觉范围1最高和最低的可听极限不同的人能听到的最高音调范围是变化很大的。而音调高低与声波每秒钟振动的次数，即声音的频率相对应。 人的最高可听极限与所听声音的响度大小有关系。一般青年人可以听到 20000hz的声音，而中年人只能听到 12000hz至 l 6000hz。可听频率的下限通常是 20hz。所以高于 20000hz和低于 20hz 的声波不能使人耳产生声觉， 它们分别被称为超声波和次声波。 在可听

15、范围内的声波， 通常又把低于 500hz 的声波叫低频声 （波）（也有资料把低于 300hz 的声波叫低频声），500hz（或 300hz）1000hz叫中频声（波），高于 1000hz叫高频声（波）。人说话的声音属于低频声。-52210 nm 的零分贝。一个2最小与最大的可听极限人耳可接收的声音的响度变化范围是极大的。入耳最小的可听极限的测试值与测试方法有关。在建筑声学中通常用最低自由场可听阈 (maf)表示，即在自由场中，以纯音作信号，听者面对声源，双耳听闻，声压值在听者进入前，在听者头部中心位置处测定。 不同频率的 maf值构成一条可听曲线。 一般正常的青年人在中频附近的最小可听极限大致

16、相当于参考压强为人最小可听极限的提高意味着听觉灵敏度的降低。入耳最大的可听极限当然不能通过破坏性试验来确定， 但通过因极强的声音事故致聋人员的调查， 可以作出统计判断。 在强声级的作用下， 人耳会有不舒服以致疼痛的感觉， 各个人能容忍的声压级上限与其噪声暴露的经历有关。 未经过强声级的人，极限为 125db；有经常处于强噪声环境中经历的人，可达(135 140)db，通常，声压级在 120db左右，人就会感到不舒服， 130db 左右耳内将有痒的感觉； 达到 140db时耳内会感到疼痛； 当声压级继续升高， 会造成耳内出血，甚至听觉机构损坏。3最小可辨阈 ( 差阈 )对于频率在 5010000

17、hz之间的任何纯音，在声压级超过可听阈 50db时，人耳大约可分辨 1db 的声压级变化。 在理想的隔声室中， 用耳机提供声音时， 在中频范围，人耳可察觉到 0.3db 的声压级变化。二、听觉特性1、听觉定位人耳的一个重要特性是能够判断声源的方向与远近。 人耳确定声源远近的准确度较差，而确定方向相当准确。 听觉定位特性是由双耳听闻而得到的， 由声源发出的声波到达两耳， 可以产生时间差和强度差。 通常，当频率高于 1400hz 时，强度差起主要作用；而低于 l 400hz 时则时间差起主要作用。人耳对声源方位的辨别在水平方向比竖直方向要好。在声源处于正前方 ( 即水平方位角为 0) ，一个正常听

18、觉的人在安静和无回声的环境中，可辨别 13的方位变化；在水平方位角 0 60的范围内，人耳有良好的方位辨别能力； 超过 60则迅速变差。在竖直平面内人耳定向能力相对较差， 但可以通过摆动头部而大大改善。 双耳定位能力有助于人们在存在背景噪声的情况下倾听所需注意的声音。2、时差效应声音对人的听觉器官的作用效果并不随声音的消失而立即消失，而会暂留一短促时间。 一般说来，如果到达人耳的两个声音的时间间隔 ( 称为“时差”)小于 50ms，那么就不觉得它们是断续的。在室内，天花、地面、墙壁都反射声音，当声源发出一个脉冲声， 人们首先听到的是直达声， 然后陆续听到经过界面的一次、二次、三次等若干次反射的

19、反射声。 一般认为，在直达声到达后约 50ms 之内到达的反射声，可以加强直达声；而在 50ms以后到达的反射声，不会加强直达声。如果有的延时较长的反射声的强度比较突出， 还会形成“回声”。 回声的出现不仅与时差有关，还与声音的强度有关。3、掩蔽效应人们在安静环境中听一个声音 ( 仅声压级可以变化 ) 可以听得很清楚， 即使这个声音的声压级很低时也可以听到， 即人耳对这个声音的听阈很低。 但是，如果在倾听一个声音的同时，存在另一个声音 ( 称“掩蔽声” ) ， 就会影响到人耳对所听声音的听闻效果， 这时对所听的声音的听阈就要提高。 人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音的存在而降低的现象叫“

20、掩蔽效应”，听 阈所提高的分贝数叫“掩蔽量”， 提高后的听阈叫“掩蔽阈”。 因此，一个声音能被听到的条件是这个声音的声压级不仅要超过听者的听闻，而且要超过其所在背景 噪声环境中的掩蔽阈。 一个声音被另一个声音所掩蔽的程度， 即掩蔽量，取决于这两个声音的频谱，两者的声压级差和两者达到听者耳朵的时间和相位关系。通常，频率相近的纯音掩蔽效果显著；低频声对高频声的掩蔽作用大。4、入耳的频率响应与等响曲线人耳对声音的响应并不是在所有频率上都是一样的。 人耳对 (2000 4000)hz的声音最敏感；在低于 1000hz 时，人耳的灵敏度随频率降低而降低， 而在 4000hz 以上，人耳的灵敏度也逐渐下降

21、。这也就是说，相同声压级的不同频率的声音，入耳听起来是不一样响的， 反之，不同频率的声音要使其听起来一样响， 则应具有不同的声压级。以连续纯音作试验。 取 1000hz的某个声压级， 例如 40db作为参考标准，则听起来和它同样响的其他频率的纯音的各自声压级就构成一条等响曲线， 并称之为响度级为 40phon(中文译作“方”或“宋” ) 的等响曲线。如依次改变参考用的 1000hz纯音的声压级， 就可以得到一组等响曲线。 如下图所示即为一组等响曲线， 它是对大量健康人在自由场中测试的统计结果，由 iso(国际标准化组织 ) 于 1964 年确定。某一频率的某个声压级的纯音， 落在多少方的等响曲

22、线上 就可以知道它的响度级是多少。 从下页图中不仅可以看出入耳对不同频率的响应是不同的， 而且可 以看出入耳的频率响应还和声音的强度有关系；等响曲线在声压级低时变化快，斜率大，而在高声压级时就比较平坦，这种情况在低频尤为明显。对于复合声，不能直接使用纯音等响曲线，其响度级需通过计算求得。目前在测量声音响度级与声压级时所使用的仪器称为“声级计”。在声级计中设有 a，b，c三个计权网络，这三个计权网络大致是参考几条等响曲线而设计的， a 计权网络是参考 40 方等响曲线，对 500hz以下的声音有较大的衰减， 以模拟人耳对低频不敏感的特性。 c计权网络具有接近线性的较平坦的特性，在整个可听范围内几

23、乎不衰减，以模拟人耳对 85 方以上的听觉响应，因此它可以代表总声压级。 b 计权网络介于两者之间，对低频有一定的衰减，它模拟人耳对70 方纯音的啊应，因为b 计权很少使用， 在一些仪器上已经取消。 有些仪器上还有d 计权，它是用于测量航空噪声的。用声级计的不同网络测得的声级，分别称为a 声级、 b 声级、 c 声级和 d声级，单位是 db(a) 、 db(b) 、db(c)和 db(d)。通常人耳对不太强的声音的感觉特性与 40方的等响曲线很接近，因此在音频范围内进行测量时，多使用a 计权网络。等响曲线5、识别声音的三要素声音的强弱、音调的高低和音色的不同， 是声音的基本性质， 即所谓“声音

24、三要素”。前面已谈到，声音的强弱可用声强级、声压级或总声级等表示，而音调主要取决于声音的频率，频率越高，音调越高，但音调还与声压级和组成成分有关。例如，有两个纯音，它们的频率相同， 但如果它们的声压级不等， 听起来也感到音调不同。复合声的音调的高低还随组成该复合声的频率成分不同而不同。 对于由两个频率相近的纯音组成的复合声，人耳感觉到的是平均频率的音调的高度；对于两个频率相差较大的纯音所组成的复合声，人耳能辨得出每个成分的不同音调。 如许多频率成分中某一频率成分特别强， 复合声的音调高低就可能由该频率决定。 乐器发出的复合声由基音和泛音组成， 所有频率都是基频的整数倍， 这样的复合声即使基音成

25、分很弱， 其音调的高度也是由基音频率决定的。不同的人所发出的嗓音，各种乐器所发生的乐音，即使它们具有相同的音调和相同的声压级，人们仍然可以把它们分辨出来， 这是因为它们具有不同的“音色”。 音色是反映复合声的一种特性 它主要是由复合声中各种频率成分及其强度决定的， 即由频谱决定。虽然基音相同， 但由于各种声源的性质不同， 其泛音成分也各不相同 因而组成的复合声也不相同。人们根据不同泛音的频率成分及其相对强弱来区分各种不同的音色。 一般说来，泛音多，且低频泛音足够强，音乐就优美动听。在厅堂音质设计中与采用电声设备时，应保证语言、音乐的原有频谱不变，不发生音色失真的现象。第二章室内声场及音质评价第

26、一节自由声场和室内声场一、自由声场和室内声场的特点从室外某一声源发生的声波，以球面波的形式连续向外传播，随着接收点与声源距离的增加，声能迅速衰减。在无反射面的空中，声压级的计算遵循以下公式：l plw- 20lgr - 11式中： lp ，空间某点的声压级，db ；lw声源的声功率级， db ；r 测点与声源的距离，m。在半自由空间条件下，如声源置于刚硬地面向半无限空间辐射声能的情况下，上式可改写为：lplw - 20lgr 8但是在建筑声学中，很多情况要涉及到声波在一个封闭空间的传播，如剧院的观众厅、播音室等，声波在传播时将受到封闭空间各个界面 ( 墙壁、天花、地面等 ) 的反射与吸收，这时

27、所形成的声场要比露天复杂得多，这种声场将引起一系列特有的声学特性。这就是所谓室内声场。室内声场的显著特点是：(1) 距声源有一定距离的接收点上，声能密度比在自由声场中要大，常不随距离的平方衰减。(2) 声源在停止发声以后，在一定的时间里，声场中还存在着来自各个界面的迟到的反射声，产生所谓“混响现象”。此外，由于与房间的共振，引起室内声音某些频率的加强或减弱；由于室内空间的形状和内装修材料的布置，形成回声、颤动回声及其他各种特异现象，产生一系列复杂问题。 如何控制室空间的形状及吸声、 反射材料的分布， 使室内具有良好的声环境，是室内声学设计的主要目的。二、直达声、早期反射声与混响声当一声源在室内

28、发声时，声波由声源到各接收点形成复杂的声场，任一点所接收到的声音可看成由三个部分组成：直达声、早期反射声和混响声。1、直达声： 声源直接到达接收点的声音，这部分声音不受室内界面的影响，其传播遵循自由声场的规律。2、早期反射声： 一般是指直达声达到后，相对延迟时间为50ms（对于音乐声可放宽至 80ms）内到达的反射声。这些反射声主要是经由室内界面一次、二次及少量三次反射后到达接收点的声音，故也称为近次反射声。 这些反射声会对直达声起加强作用 。3、混响声： 在早期反射后陆续到达的，经过多次反射后的声音统称为混响声。有的场合，当不必特别区分早期反射声时，也可把早期反射声包括在混响声里面，即除了直

29、达声外，余下的反射声统称为混响声。第二节 混响时间的计算一、混响时间计算公式混响和混响时间是室内声学中最为重要和最基本的概念。所谓混响，是指声源停止发声后，在声场中还存在着来自各个界面的迟到的反射声形成的声音“残留”现象。这种残留现象的长短以混响时间来表征。混响时间公认的定义是声能密度衰减 60db 所需的时间（ t60）。上个世纪初，赛宾（ w.c.sabine）首先建立起混响时间的公式，他建立的那个公式主要适用于室内平均吸声系数小于 0.2 的情况。后来又有人进行了修正，比如著名的伊林 （ eyring ）公式就是在赛宾公式的基础上得来的。现在普遍适用的公式考虑了空气吸声，公式如下：t60

30、=式中4m空气衰减系数。v 室内总容积s 室内总表面积室内平均吸声系数在公式中去掉 4mv 一项就是伊林公式。 该公式没有考虑驻波、 房间共振等现象，所以其精确性并不十分尽如人意。二、驻波与房间共振1 、驻波：在自由空间中有一面反射性的墙。 一定频率的声音入射到此墙面上，产生反射，入射波与反射波形成“干涉”。 即在入射波与反射波相位相同的位置上，振幅因相加而增大；在相位相反的位置上，振幅因相减而减小，这就形成了位置固定的波腹与波节，这就是“驻波”。2、房间共振： 在自由声场中有两个平行的墙面，在两个墙面之间，也可以维持驻波状态，即第二个墙面产生的驻波的波腹与波节与第一个墙面产生的驻波的波腹与波

31、节在位置上重合，这样，在两墙之间就产生“共振”。驻波和房间共振都会给室内音质带来不利影响，应想法避免和消除。第三节室内音质评价一、主观音质评价1 、语言声清晰度：在室内音质评价中，对于语言信号，有一个定量的评价标准，即清晰度。语言的清晰度常用“音节清晰度”表示。它是在某种声学条件下， 听者能够正确听到的音节数占发音人发出的全部音节数的百分比。音节清晰度是由测定得到的，测定时发出的音节在意义上彼此没有联系。可懂度：语言有连贯的意思，往往不必听清所有音节，即可完全听懂讲话。听懂讲话的程度叫可懂度。 可懂度是语言用厅堂的主要评价标准，它是音质评价中的量与质的综合结果。2、音乐声丰满度：音乐在室内演奏

32、时，由于室内各界面的反射对直达声所起的增强和烘托作用，使室内音质比在无反射声的旷野上的音质有所提高，这种音质提高的程度叫丰满度。 有时把低频反射声丰富的音质称为具有温暖度，而把中高频反射丰富的音质称为具有活跃度。平衡感：指的低、中、高频声音的平衡及乐队各声部的平衡。环绕感：指听众被音乐所包围的感觉。空间感：空间感的含义比较广泛。它主要包括声源的轮廓感、立体感以及声源在横向的拓宽感和纵向的延伸感。总之，良好的音质感受主要有以下几个方面：a、在丰满度和清晰度之间有适当的平衡； b、具有合适的响度； c、具有一定的空间感和环绕感；d、具有良好的平衡感，即低、中、高音适度平衡，不畸变，不失真。一、客观

33、音质评价上述的各项主观评价标准，是音质设计的出发点和最终日标。但进行实际的音质设计时，还必须借助与音质的主观评价有关的物理指标。1、声压级与混响时间与音质的主观评价中量的因素有关的物理指标，有声压级和混响时间。各个频率的声压级与该频率声音的响度有直接关系。一般的语言、音乐都有较宽的频带，它的响度大体上与经过a 特性计权的噪声级db(a) 相对应。混响时间则与室内的混响感、 丰满度有对应关系； 较长的混响时间有较长的混响感，较高的丰满度。混 响时间与室内音质评价有密切的对应关系，而且它是最为稳定的一项指标。但在不同的大厅中， 或一个大厅中的不同位置， 尽管混响时间相同或者接近，音质的主观 评价常

34、有很大差异；不仅空间感觉不同，而且在量与质的方面也有不同。这说明，混响时间不能完全反映与室内音质有关的全部物理待性。 这是因为导出混响时间这 个概念的基本假定扩散声场与实际的室内声场并不一致。所以在实际设计中必须根据工程实际选择合适的混响时间。2、侧向能量因子与双耳互相关系数。侧向能量因子与双耳互相关系数主要与声音的空间感有关。在此不作详细介绍。3、混响时间的频率特性混响时间的频率特性 ( 各个频率的混响时间 ) 与平衡感有关密切关系。 为保持声源的音色不致失真， 各个频率的混响时间应当尽量接近。 感到声音“温暖”是低频混响时间较长的结果， 而“华丽”、 “明亮”则要求有足够长的高频混响时间。

35、第三章吸声材料和吸声结构第一节吸声材料和结构分类一、什么是吸声材料或吸声结构所有建筑材料都有一定的吸声特性，工程上把吸声系数比较大的材料和结构（一般大于 0.2 ）称为吸声材料或吸声结构。二、吸声材料和吸声结构的种类吸声材料和吸声结构的种类很多，依其吸声机理可分为三大类，即多孔吸声材料、共振型吸声结构和兼有两者特点的复合吸声结构。第二节多孔吸声材料一、吸声机理多 孔吸声材料的构造特点是具有大量内外联通的孔隙和气泡，当声波入射其中时，可引起空隙中空气振动。由于空气的粘滞阻力，空气与孔壁的摩擦，使相当一部分的声能转化成热能而被损耗。此外，当空气绝热压缩时，空气与孔壁之间不断发生热交换，由于热传导作

36、用，也会使一部分声能转化为热能。二、影响吸声性能的因素1、空气流阻： 空气流阻是空气质点通过材料空隙中的阻力。2、孔隙率： 多孔吸声材料孔隙率是指材料中与外部联通的孔隙体积占材料总体积的百分数。3、厚度： 增加材料厚度，可增强低频声吸收，但对高频吸收的影响则很小。4、表观密度： 多孔吸声材料的表观密度与材料内部固体物质大小、密度有密切的关系。 当材料厚度不变时， 增大表观密度可以提高低中频的吸声系数，不过比增加厚度所引起的变化要小。表观密度存在最佳值即过于密实的材料，其吸声系数也不会高。5、背后条件： 多孔材料的吸声性能还取决于安装条件。当多孔材料与刚性壁之间留有空腔时， 与材料实贴在刚性壁上

37、相比中低频吸声能力会有所提高， 其吸声系数随空气厚度的增加而增加。6、面层影响： 多孔吸声材料在使用时，往往需要加饰面层。由于面层可能影响其吸声特性， 故必须谨慎从事。 在多孔材料表面油漆或刷涂料， 会降低材料表面的透气性，加大材料的流阻， 从而影响其吸声系数， 使高中频吸声系数降低，7、湿度和温度的影响： 多孔材料受潮吸湿后水分堵塞材料内部微孔，降低孔隙率，从而降低高中频吸声系数。 常温条件下温度对多孔材料吸声系数几乎没有影响。但温度变化很大时会引起声波波长发生变化， 从而使吸声频率特性曲线沿频率轴平移，而曲线形状则保持不变。第三节穿孔板吸声结构一、亥姆霍兹共振器1、什么是亥姆霍兹共振器亥姆

38、霍兹共振器是由一个体积为v 的空腔通过直径为d 的小孔与外界相连通。小孔深度为t，当声波入射到小孔开口面时，由于孔径d 和深度 t 比声波波长小得多， 孔颈中的空气柱弹性变形很小，可以视为质量块。 封闭空腔则起空气弹簧的作用。 当入射声波频率和系统固有频率相等时，将引起孔颈空气柱的剧烈振动，并由于克服孔壁摩擦阻力而消耗声能。2、亥姆霍兹共振器的声学特点：适用于低频吸收，但频带窄。3、亥姆霍兹共振器在声学方面的作用：颈口附近和颈内摩擦可以吸收声能；颈口的二次辐射作用，可以扩散入射声波；共振特性可以储藏能量，这能量在入射声停止后可以还给房间，延长其混响时间。二、什么是穿孔板吸声结构1、在薄板上穿孔

39、， 并离结构层一定距离安装， 就形成穿孔板共振吸声结构。2、穿孔板吸声结构可以看作是多个亥姆霍兹共振器的组合。三、穿孔板吸声结构的声学特点1、穿孔板结构在共振频率附近吸声系数最大，离共振峰越远，吸声系数越小。孔颈处空气阻力越小，则共振吸声峰越尖锐；反之，则较平坦。2、穿孔板吸声结构空腔无吸声材料时，最大吸声系数约为0.3 0.6 。这时穿孔率不宜过大，以1 5比较合适。穿孔率大，则吸声系数峰值下降，且吸声带宽变窄。3、穿孔板吸声结构空腔内放置多孔吸声材料，可增大吸声系数，并展宽有效吸声频带。尤其当多孔材料贴近穿孔板时吸声效果最好。4、在穿孔板背面贴一层布料（玻璃布、麻布、再生布或医用纱布），也

40、可以增加空气运动的阻力，从而使吸声系数有所提高。5、对于空腔内设置多孔吸声材料的穿孔板结构，高频吸声系数随穿孔率的提高而增大。但当穿孔率达到 30时，再提高穿孔率，吸声系数的增大就不明显了。从吸声机理看，当穿孔率超过 20时，穿孔板已成了多孔吸声材料的护面层而不属于空腔共振吸声结构了。四、微穿孔板吸声结构1、当穿孔板吸声结构的孔径小于 1mm时，被称为微穿孔板。孔越小则孔周长与截面之比就大， 孔内空气与颈壁摩擦阻力就大， 同时微孔中空气粘滞性损耗也大，因此它的吸声特性优于未铺吸声材料的一般穿孔板结构。2、微穿孔板吸声结构能耐高温、高湿，没有纤维、粉尘污染，特别适合于高温、高湿、超净和高速气流等

41、环境。第四节薄膜和薄板吸声结构一、薄膜1、薄膜共振系统： 皮革、人造革、塑料薄膜、不透气帆布等材料具有刚度小、不透气、受拉时具有弹性等特性。当膜后设置空气层时，膜和空气层形成共振系统。2、膜状结构的共振频率通常在2001000hz之间，最大吸声系数为0.30 0.40 。3、当膜很薄时，膜加多孔吸声材料结构主要呈现多孔材料的吸声弹性。这时膜成为多孔吸声材料的面层。二、薄板1、薄板共振吸声结构： 把胶合板、石膏板、石棉水泥板、金属薄板等板周边固定在龙骨上， 板后留有一定深度的空气层，就构成薄板共振吸声结构。当声波入射到薄板结构时， 薄板在声波交变压力激发下而振动，消耗一部分声能而起到吸声作用。2

42、、薄板吸声结构的共振频率通常在80300hz之间，最大吸声系数为0.20 0.50 。如果在空气层中填充多孔吸声材料，或在板内侧涂刷阻尼材料， 可以提高吸声系数。第五节其它吸声结构一、空间吸声体1、将吸声材料与结构制作成一定的形状，悬吊在建筑空间中，就构成空间吸声体。2、空间吸声体的吸声系数：空间吸声体有两个或两个以上的面接触声波，相当于增加了有效吸声面积，因此其吸声效率较高， 按投影面积计算， 其吸声系数可大于 1。3、空间吸声体的吸声频率特性与其所用材料及构造形式有关，通常用多孔材料外加透气面层（如织物、金属板网）做成的空间吸声体，具有于多孔材料相似的吸声频率特性。4、空间吸声体的吸声性能

43、还与悬吊间隔及悬吊高度有关。悬吊间隔越大，单个吸声体的吸声量越大，离顶棚的距离越大，吸声效果越好。二、可调吸声结构1、在多功能厅和录音室等建筑的音质设计中，为取得可变声学环境，往往采用可调吸声结构，以达到改变吸声量的目的。2、可调吸声结构使用要点：可调吸声结构应尽可能做到在全频域内都有较大的吸声调节量。 由于中高频吸声容易调节， 故设计中应注意考虑吸声面暴露时提高低频吸声量，反射面暴露时结构四周应合缝，以避免缝隙对低频声的吸收。三、织物帘幕1、窗帘与幕布具有多孔吸声材料的吸声性能。帘幕离墙一定距离悬挂，如同多孔吸声材料背后加空腔，可以提高吸声系数。2、帘幕的吸声性能还与其材质、单位面积重量、厚

44、度、打褶的状况等有关。单位面积重量增加，厚度加厚，打褶增多都有利于吸声系数的提高。四、吸声尖劈1、在消声室等一些特殊声学环境，要求在一定频率范围内，室内各表面都具有极高的吸声系数。这种场合往往采用吸声尖劈。2、吸声尖劈的声阻抗： 由于尖劈头部面积较小，它的声阻抗从接近空气阻抗逐渐增大到多孔材料的声阻抗。由于声阻抗是逐渐变化的， 因此，声波入射时不会因阻抗突变而引起反射，使绝大部分声能进入材料内部而被高效吸收。3、吸声尖劈的截止频率：吸声尖劈的中高频吸声系数可达到0.99 以上。工程上把吸声系数达到0.99 的最低频率称为尖劈的截止频率，截止频率主要取决于尖劈的尖部长度。五、洞口建筑中的门、窗、

45、送回风口、舞台口、耳光、面光口等洞口均具有一定的吸声性能。六、人和家具1、由于人的衣着属多孔材料，故具有多孔材料的吸声特性。2、座椅的吸声量主要取决于所用材料及尺寸大小，同时还与排列方式、密度等因素有关。胶合板椅、塑料椅、玻璃钢椅等硬座吸声量较小。沙发椅吸声量较大，具体的吸声量取决于垫层的厚薄及面层材料的透气性等因素。3、普通房间中的桌子、柜子，一般都用薄板制作，具有薄板共振吸声结构的吸声特性。七、空气吸收声音在空气中传播，由于空气的热传导性、粘滞性和空气中分子驰豫现象，导致对声音的吸收。第六节吸声材料的选用在声环境控制中，选择何种吸声材料常须从多方面考虑。从吸声性能考虑，超细玻璃棉、岩棉、阻

46、燃麻绒、聚氨酯吸声泡沫塑料等都具有良好的中高频吸声特性， 增加厚度或材料层背后留有空气层还能获得较大的低频吸声量， 可作为首选的吸声材料。 有时为了增加低频吸声， 则选用穿孔板或薄板吸声结构。除吸声性能外， 还必须考虑防火要求， 应选用不燃或阻燃材料。 对于洁净度要求特别高的房间，不应选用多孔吸声材料，可选用微穿孔板吸声结构。第四章常见厅堂的音质设计第一节音质设计的目标和内容一、主观要求1、在丰满度和清晰度之间有适当的平衡；2、具有适当的响度；3、具有一定的空间感；4、具有良好的音色，即低、中、高音适度平衡；5、无噪声干扰，整个厅堂声音强弱分布均匀。二、客观要求1、具有合适的混响时间及频率特性

47、；2、具有合适的声压级；3、具有较大的侧向能量因子或较小的双耳互相关系数；4、具有丰富的早期反射声；5、整个厅堂声场分布均匀；6、背景噪声低，无回声、颤动回声、声聚焦、声影等音质缺陷。下面将就一些常见厅堂的音质设计的具体要求作一些扼要说明。第二节常见厅堂的音质设计建 筑声学设计或厅堂音质设计本应和建筑、结构等设计同步进行，但考虑到目前很多工程由于在建造过程中忽略了或减少了这方面的投入， 导致很多工程“亡羊补 牢”，整个建筑工程甚至室内装修完成后没法使用才进行音质设计。当然，也有些工程即使在一开始就在建筑体形、 结构、布局等方面进行了声学设计，后来仍需进 行音质设计装修。下面对常见的建筑厅堂的音

48、质设计装修要点作些简要说明。一、体育馆体育馆的特点主要是：(1) 容积大，观众多。由于体育比赛的需要，都有很大的空旷场地和很高的天花。一般3每座容积都在 5m 以上，有的达数十立方米。观众一般最少上千人，多的达数万人。(2) 屋顶跨度大， 而且常常采用曲面， 因此，天花与场地的重复反射容易产生多重回声。有的还会产生严重的声聚焦等缺陷。(3) 除举行体育比赛之外，有的多功能体育馆（或称综合体育馆）常常兼作大型会场，举行文艺演出，甚至放映电影等。对体育馆音质设计的主要要求是：(1) 观众能够听清广播通知及其他语言广播。(2) 运动员能够及时、准确地听到发令声。(3) 运动员及观众都能听到节奏清楚的

49、伴奏音乐。(4) 兼作文艺演出用的体育馆，还应具有适于这些演出的音质根据上述条件及要求，体育馆音质设计的要点是：(1) 防止天花与场地间的多重反射、声聚焦等音质缺陷。(2) 控制混响时间。(3) 设置强指向性扩声系统（电声）。二、剧场剧院的类型很多，有歌剧院 ( 西洋歌剧、新歌剧 ) 、地方戏剧院 ( 如京剧院 ) 、话剧院等。它们都有单独的舞台空间，以镜框式台口与观众厅相连，一般还有乐池。西方古典的歌剧院多是马蹄形平面，侧面及后面有多层包厢。新式的歌剧院平面多为扇形、六角形等形式，台口后有大型舞台。我国最早的剧场，舞台三面伸入观众席，没有乐池。目前这种形式已不多见。 京剧及其他地方戏的演出也大多是在镜框式台口之内进行，只是伴奏仍在台侧，不用乐池。歌剧是以歌唱、音乐为主，混响时间应当较长，但比音乐厅短。京剧及我国其他地方戏的最佳混响时间尚无定论，一般可按歌剧院考虑，或较之略短。话剧院一般较歌剧院规模为小，一般也有镜框式台口，也有的话剧院，舞台可以伸到观众席中，即所谓伸出式舞台。话剧院应按语言用大厅的要求，取较短的混响时间，以保证有足够的清晰度。歌剧院、话剧院在体型上都应考虑近次反射声在观众席上的均匀分布。歌剧院还应有适当的扩散处理；话剧院要特别注意避免出现回声。其他的声学持性也必须注意：一是要保持乐池内各声部声音的平衡；二是不使观众厅内听到的乐池中的伴奏声压倒舞台上的演员