室内音质设计-1课件

第五章室内音质设计

第一节室内音质评价标准

第二节大厅容积的确定

第三节体型设计

第四节混响时间设计

第五节电声系统设计核心内容概述一、厅堂音质设计程序

厅堂音质设计是厅堂建筑的一个组成部分，作为一个专业，必须与建筑各专业协同工作，并从初步设计阶段就进入角色。

厅堂音质设计指标、内容及专业关系，随建筑类别、演出方式、听音对象(人耳或传声器)不同，音质要求不同。——音质设计程序基本相同。

建筑师应根据预定音质指标，按设计程序组织各专业协调工作，并将声学要求与厅堂体型、内装修、陈设、通风和照明等密切地配合起来。——声学处理不是作为一种追加设施，而是融合于建筑整体艺术设计中，使成为有机结合体。建筑师的作用厅堂音质设计程序和各专业间关系用地选择总平面设计体型设计声学设计施工声学测试与调整验收音质评价缩尺模型声学修正

某剧院的总平面布置及单体建筑设计，力求避免噪声影响大厅的听闻。(S为噪声源)某剧院总平面图二、厅堂音质设计步骤3、进行音质设计包括体型设计、混响时间设计、吸声材料与吸声结构的选择与布置、防噪措施与扩声系统设计等。4、测定、调整与评价鉴定——重要步骤竣工后应组织试演，并请观众、演员、声学专家及建筑工作者进行评价和现场测定，总结经验，提出竣工说明，必要时还需适当修改和调整，直到满意为止。第一节室内音质评价标准一、音质主观评价标准1、响度

人们听到声音的大小。足够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。

2、丰满度——音乐丰满度

指人们对声音发出后“余音”的感觉。室外，声音感觉“干瘪”，不丰满。——与丰满度相对应的物理指标是混响时间。

3、色度感——音色

声源音色保持和美化。——保持音色不失真。——美化声源，如“温暖”、“明亮”。——相对应的物理指标主要是混响时间频率特性及早期衰减的频率特性

。合适的语言响度级60~70方；音乐稍高二、客观指标1、声压级房间中某处声压级反映——响度。声源功率一定时，增大声压级需获得更多反射声。2、混响时间RT及频率特性曲线混响时间RT与室内丰满度、清晰度有很大关系。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。RT频率特性与音色有一定关系。RT低频适当增长，声音有温暖感；RT高频适当增长，声音有明亮感。3、反射声时间序列分布人们最先听到的是直达声，之后是来自各个界面的反射声。一般，直达声后50ms内到达的声音称近次反射声——对加强直达声响度、提高清晰度、维护声源方向起到很大作用。对语言，提出清晰度D（definition)概念；对于音乐，提出明晰度C(Clarity)的概念。直达声后50ms内到达声能与50ms后声能比值近次反射声很重要直达声后80ms内

50ms以外的反射声一般被认为混响声。混响声越多、越强，丰满度、环绕感好，但清晰度差；50ms以外的强反射声会产生回声。近次反射声和混响声中间不能脱节，否则，虽混响时间较长但丰满度不够。混响声与回声的区别：50ms以外的反射声一般被认为是混响声，对声音延续；而50ms以外的强反射声会产生回声，与直达声相比听起来是两个声音。混响声与回声和反射声的关系：混响声与回声均为反射声，混响声为有益的反射声，回声为有害的反射声。

直达声、近次反射声（早期反射声）、混响声或回声。三、音质设计步骤音质设计应遵循以下几个步骤：1）防止外部噪声及振动传入室内，使室内的背景噪声足够低。——注意避免室内外噪声的影响2）使室内各处都有足够响度，并保证声场分布尽可能均匀。——充分利用直达声以保证合适响度3）听众各点应安排足够的近次反射声。——合理分布近次反射声4）使房间具有与使用要求相适应的混响时间。

——正确控制混响时间及其频率特性5）防止出现回声、多重回声、声聚焦、声影区、声染色等音质缺陷。——注意避免和消除声缺陷，与体型设计有关

四、音质设计的内容1、大厅容积的确定2、厅堂体型设计3、混响时间的设计4、扩声系统的设计一、决定因素（一）保证厅内有足够的响度。人所能发出的自然声能是很有限的，声功率较弱。如果厅堂容积很大而又不注意充分利用，则随着与声源距离增加，直达声将有较大衰减，而早期反射声补强作用有限。

400万人同时大声讲话产生功率相当于一只40W灯泡的电功率合适的语言响度级60~70方；音乐稍高以自然声为主的厅堂体积的推荐值

（二）合适的混响时间混响时间计算公式

——人吸声量占房间吸声量很大一部分。如剧院观众厅，观众吸声量占总吸声量的1/2～1/3。故建筑方案设计中，通过控制容积V与观众数n比值，一定程度上能控制混响时间。——每座容积来控制厅堂容积。如果选择适当，就可在不用或少用额外吸声处理的情况下得到适宜混响时间。——引入每座容积每座容积建议值【例题】：设计一座可容纳1200观众的多功能厅堂，应如何选择较为合适的容积？根据多功能厅每座容积的推荐值：4.5～5.5m3/座可得：V=1200×（4.5～5.5）=（5300～6600）m3例题第五章室内音质设计

第一节室内音质评价标准

第二节大厅容积的确定

第三节体型设计

第四节混响时间设计

第五节电声系统设计第三节体型设计——直接关系到直达声分布；反射声空间和时间分布；是否有声缺陷。

——体型设计是厅堂音质设计的重要内容之一。一、体型设计的方法——几何声学法（声线法）又称虚声源法。由于大厅堂尺寸远远大于波长，主要考虑声反射，故大厅堂可用几何声学法进行体型设计。几何声学法考虑声反射，忽略声音波动性（声绕射）。将大大简化分析工作且很大程度上符合实际。首先，自S和A分别引直线经过P，求SP和AP延长线夹角的等分线，该等分线向右的延长部分即为所求的顶棚倾斜面。在AP延长线上，量SP等长，得到虚声源S’，连接S’B与已求出之分角线交于Q，PQ即为所需长度。为使大厅后部座席有更多的一次反射声，如同图中CB区域，可由Q继续用同法作图，连CQ线并延长，求出CQ延长线与SQ夹角的等分线，进一步找到虚声源S”，连S”B与等分线交于R，则QR即为可使声音反射到CB区域的反射面。几何作图（2）几何作图（3）二、体型设计的原则当大致地确定了大厅的有效容积后，将进行大厅体型设计——音质设计的重要方面，对确保大厅音质具有决定性的作用。大厅体型设计主要包括直达声、近次反射声的控制和利用；声扩散和防止音质缺陷等。设计中常会遇到许多建筑功能与艺术处理上的矛盾。因此，必须掌握确保音质的基本准则，结合建筑设计各专业的要求灵活而又细致地加以贯彻。

（一）充分利用直达声，以保证直达声到达每个观众。直达声对响度和清晰度有最重要的作用，应尽可能地从体型设计上考虑充分地利用直达声。对厅堂音质设计而言，体型设计首先应使直达声不受遮挡，能到达每一位观众。要考虑到声源的指向性，大厅不宜过宽，特别是大厅的前部不宜过宽。大厅地面应有足够升起，以避免过度掠射吸收及观众的相互遮挡。一般能满足视线要求也就能满足声学要求。1、缩短直达声传播的距离直达声的强度随传播距离而衰减——确定厅堂平面形状时，不要把听众席拉得太长。——控制纵向长度

如—个矩形平面的厅堂，不如一个容纳同样人数的扇形大厅，扇形大厅能使观众更接近声源；当一层平面的听众延伸得太远时，可将部分听众设置在二层或三层楼座，以保持较小的直达声传播距离。小于35米1500座以上设楼座2、避免直达声被遮挡和被听众掠射吸收直达声被厅堂的柱子、栏杆、前排听众所遮挡、高中频声能会损失很多，应当避免。但如果听众席地面起坡太小，直达声从声源掠过听众的头顶到达后部听众，声能将被大量吸收。因此前后排座位升起应不小于100mm。——起坡3、适应声源的指向性声源所发的高频声指向性很强，为了保证清晰度和音色的完美，厅堂的平面形状应当适应声源的指向性。使听众席不超出声源的前方140°夹角的范围。——长的平面比扁宽的平面有利。平面形状观众席设楼座和地面起坡

（二）争取与控制好近次反射声，以保证近次反射声的分布。近次反射声又称前次反射声或早期反射声，指直达声后50ms内到达的反射声。——对于增加直达声的响度和提高清晰度都有重要作用。争取较多的早期反射声并使其均匀分布，是厅堂体型设计中的重要内容。

体型设计应争取和控制早期反射声，可利用几何声学作图法，可检验大厅反射声分布及延迟时间，或进行大厅反射面设计。（顶棚剖面和侧墙反射面设计）几何作图法SABCDS1S2S3A1A2B1B2C1C2Q3Q2Q11、平面设计：

（1）矩形（窄长形平面）

当规模不大时，由于平面较窄，侧墙一次反射声能较均匀地分布于大部分观众席。

当规模较大时，侧向反射不利，可利用台口（前部侧墙）进行改进（倾斜）八字形使之成为钟形平面。

基本平面形状1、平面设计：

（2）扇形平面

特点：前区具有相当大部分座位，缺乏来自侧墙的一次反射声，来自后墙的反射声则很多，且弧形后墙易形成声聚焦；

但可使大部分座位靠近舞台布置。多用于剧场、会场（表演性）的厅堂。

改进：利用顶棚给多数观众席提供一次反射声；侧墙可以做成折线形，以调整侧向反射声方向；后墙宜扩散或吸声处理以消除声聚焦。基本平面形状（3）六边形平面

第一次反射声易沿墙反射，厅中部缺乏一次反射声。

改进措施同扇形即改变侧墙倾角。

（4）圆形或椭圆形平面

第一次反射声易沿墙反射，厅中部缺乏一次反射声；弧形墙面易形成声聚焦。

改进：把侧墙做成锯齿形，使反射声达到中前部；后墙宜扩散或吸声处理以消除声聚焦。

建筑师外部可保持所需建筑形状，内部空间根据声学设计。平面形状及声学处理方法2、剖面设计（顶棚设计）——声场分布均匀

通常将台口附近的吊顶、墙面做成定向反射面。一方面，同样的面积靠近台口可反射更多的声能；另一方面，台口附近的反射面能把声音反射到观众厅的前区。

观众厅的中后部可适当做扩散处理，或根据造型要求灵活设计，只要不造成声缺陷就可。

反射面应用较厚重、坚硬的材料，如钢板网抹灰等。尺寸应足够大，较小方向尺寸至少大于反射声波的波长，如要有效反射200Hz以上声波，宽度不能小于1.7m。一次反射声均匀分布的顶棚形式北京师范大学音乐厅（顶棚与侧墙设计）（三）争取扩散(sounddeffusion)反射：声场分布均匀室内的柱子、灯具、各种凹凸起伏的装饰对声波都有扩散效果。精心设计的扩散体应是室内装修设计的—部分。形式可根据装修效果确定。最简单的扩散体形有三角柱体、半圆柱体等。1、扩散体尺度与材料：1）尺度：扩散体的宽度和厚度与声波波长比较应满足的要求。a=220/fb>0.15a（与后面公式一致）2）材料：密实2、交叉布置吸声材料3、房间内无规则悬吊扩散体（如同混响室）4、二次剩余扩散体GRD：德国施罗德提出扩散体尺寸如f=100Hz，其有效扩散体尺寸为：a大于等于2.2m；b大于等于0.33m；达到声扩散的途径声扩散做法（四）消除声缺陷：与体型设计有关的声缺陷1、回声(echogeneration)、多重回声（颤动回声）（flutterecho）1）回声：（1）产生条件：2个条件缺一不可强度和大小大到足以和直达声相比较的反射声；时差大于50ms的反射声。（强度小无害，时差小于50ms有益）（2）出现部位：舞台、乐池、观众厅前区能听到回声（3）产生部位：前部天花、楼座栏板、后墙（4）防止措施：前部天花：吸声、扩散、控制高度；楼座栏板：吸声、改变倾角；后墙：吸声、扩散、改变后墙天花的倾角。

2）颤动回声（多重回声）：一连串回声（1）定义：声波在特定界面间的往复反射所产生，声源位于两平行界面间。声源位于吸声较强的舞台，观众席里又布满观众，不易发生颤动回声。（2）出现部位：平行墙面间，且声源位于两平行界面间。（3）产生原因：（体育馆建筑）声源与接收点（观众）在同一空间；墙面硬反射。（4）防止措施：墙夹角大于5°；吸声、扩散。

2、声聚焦：凹曲面（如弧形墙面、穹顶等）使声场分布不均匀的现象。1）出现部位：弧形墙面、凹顶棚前空间的某个区域2）防止措施：（1）控制圆弧形半径R与高度h，应使h很大于R；（2）凹曲面上强吸声，通过减弱反射声强度来避免声聚焦；（如空间吸声体）（3）在凹曲面下悬挂扩散反射板。顶棚形状呈圆弧形状——易产生声聚焦及增加混响时间。北京地区某车间剖面图，车间总面积880m2，容积4000m3，屋顶为双曲扁壳结构，横向三跨，纵向六跨。由于建筑设计时未考虑声学问题，造成混响时间过长（18.7s）及声聚焦缺陷，致使车间内面对面讲话难以听清，交流十分不便，因此不得不投入巨大物力、财力进行声学改造——悬挂空间吸声体。

——建筑设计与建筑声学设计是一个问题的两个方面，必须同时考虑，才能获得理想效果。3、声影区(shadowzone)

观众席较多的大厅，一般要设眺台，以改善大厅后部观众席的视觉条件，如眺台下空间过深，则易遮挡来自顶棚的反射声，在该区形成声影区。

（1）出现部位：楼座眺台下部

（2）出现原因：眺台过深

（3）危害：眺台下响度不足

（4）防止措施：控制眺台开口比即开口高度H和深度D的比例

多功能厅：D≤2H；音乐厅：D≤H

眺台下顶棚应可能向后倾斜，使反射声落到眺台下座席上声影区进深与开口高度的比例4、声染色（soundcoloration）

声染色：由于共振频率的简并会出现声染色。（低频）

由于大房间的共振频率数目较多，容易分布均匀，故大房间可不考虑声染色现象。

混响时间越短，声缺陷越明显上海大剧院观众厅音乐厅剧院多功能厅、礼堂某教室、讲堂某演播室体育馆小结：室内音质设计（2）重点：厅堂音质设计中体型设计的原则；与体型设计有关的音质缺陷及防止。难点：厅堂音质设计中体型设计内容及声线分析法。7.1.4厅堂的混响时间设计一混响时间设计标准1.最佳混响时间1）定义：根据大量的、经主观评价认为是音质良好的观众厅进行RT测定，所得到的500Hz的RT的统计值。2）特点：不同使用功能，不同体积，最佳RT不同。3）确定方法：功能+容积===最佳RT（500Hz）