室内音质-Room Acoustics课件

1、室内音质Room Acoustics秦佑国清华大学建筑学院室内音质秦佑国AAAAAArchitectural Acoustics As an Art 厅堂音质与其说是科学不如说是一门艺术.AAAAA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，Acoustics and Architecture”。 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。轰动一时的失败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

2、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？Schroeder 将厅堂音质问题归结为三个方面：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192030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192930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193839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

3、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、相关物理方面：几何声学波动声学系统分析室内音质-Room Acoustics课件SECTION I Science of acousticsPrinciples of acousticsSound and sounding bodiesPropagation of sound Absorption of soundReflection of soundReinforcement of

4、soundTransmission of soundSECTION I SECTION IIObstacles and auxiliaries to soundEffect of buildings on soundDecay of soundAbsorption of sound in buildingsObstruction to soundArrangement of seats in lecture halls, &c Isacoustic curve Reverberation of sound EchoAuxiliaries to sound that can be afforde

5、d by buildingsReflection as an auxiliary to soundBlackburns experiments in Attereliffe ChurchConduction of sound in buildingsResonance of buildingsMusical note of roomsMusical resonance of cathedralsProportions of rooms for public speakingProper value of auxiliaries to soundSECTION IISECT1ON IIIPrac

6、tical applications of the theoretioa1 princip1es previous1y explainedI. Buildings in which the voice spreads by natura1 radiation Construction of Greek and Roman theatres Description and use of the echeia Lecture theatres Theatre Law courtsII. Buildings in which the sound is directed, preserved, or

7、conducted Basilic and Basilica churches Requirements of modern churches and places of worship Method of correcting the acoustic defects of churches, &c. Effect of galleries in churches Position of the pulpit or reading-deskSECT1ON III室内音质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件室内音

8、质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件心理声学方面 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T 1951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Music Acoustics and Architecture 提出初始延迟间隙(initial-time-delay gap)：第一个反射声相对于直达声

9、 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（580ms）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，Abdel Alim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） 19671985，Damaske、Schroeder、Ando等研究双耳

10、听闻 1985年，安藤四一（ Ando）提出双耳互相关系数IACC心理声学方面室内音质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件音质主观评价 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

11、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。音质主观评价 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

12、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（IA C C）。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，

13、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。 20世纪70年代，德国哥廷根大学、柏林技术大 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IA C C。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（MBarron）组织20个有经验的音质评价人

14、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。 安藤四一（Ando）在哥廷根大学通过人工合成 1996年Beranek在他的新著How They Sound: Concert and Opera Halls一书中， 总结了厅堂音质过去30年的研究工作及对

15、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（IACC LF）、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3 7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IA C C等能够测试的单位多，也不够成熟，难以推广使用。 1996年Beranek在他的新著How 室内音质-

16、Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件室内音质-Room Acoustics课件荷兰 阿姆斯特丹Concertgebouw1888年荷兰 阿姆斯特丹室内音质-Room Acoustics课件波士顿交响音乐厅 1900年波士顿交响音乐厅 1900年室内音质-Room Acoustics课件奥地利维也纳音乐厅1870年奥地利室内音质-Room Acoustics课件瑞士 Basel Stadt-Casino 1776年 瑞士 Basel Stadt-Casino 1776年 室内

17、音质-Room Acoustics课件柏林 Schauspielhaus 1821年柏林 Schauspielhaus 1821年室内音质-Room Acoustics课件英国 Gadiff, St. Davids Hall 1982年英国 Gadiff, St. Davids Hall 1室内音质-Room Acoustics课件纽约 Carnegie Hall 1891建，1986和1989年 改建纽约 Carnegie Hall 室内音质-Room Acoustics课件东京 Hamarikyu Asahi Hall 1992年东京 Hamarikyu Asahi Hall 1992年瑞士 苏黎士 Grosser Tonhallesaal 1895建，1930年改建瑞士 苏黎士 Grosser Tonhallesaal 1室内音质-Room Acoustics课件伦敦 皇家节日音乐厅1951 年伦敦 皇家节日音乐厅室内音质-Room Acoustics课件委瑞内拉 CaracasAula Magna 1954年委瑞内拉 Caracas室内音质-Room Acou