建筑物理室内声环境

建筑物理室内声环境第1页，共62页，2023年，2月20日，星期四目的：创造一个良好的听音环境。内容：介绍室内音质要求、评价标准、设计方法。表现形式：通过建筑体型、尺寸、构造及材料等与建筑各种功能要求、艺术处理有密切关系。程序：音质设计贯穿建筑设计、施工全过程。第2页，共62页，2023年，2月20日，星期四音质设计程序第3页，共62页，2023年，2月20日，星期四第一节室内音质评价标准第4页，共62页，2023年，2月20日，星期四音质评价标准：房间音质的好坏最终要看是否满足使用者的听闻要求？对于语言和音乐，人的听闻要求不尽相同。因此有时不得不采取折衷折中方案。1、主观听闻要求；2、客观声学技术指标。第5页，共62页，2023年，2月20日，星期四一、主观听闻要求1、合适的响度；实验指出：对语言，合适的响度级：60~70方。对音乐，合适的响度级：50~85方。2、高的清晰度和明晰度；听众正确听到的音节数音节清晰度=×100%

测定用的全部音节数语言音节清晰度与听音感觉的关系音节清晰度(%)＜6565~7575~85＞85听音感觉不满意勉强可以良好优良第6页，共62页，2023年，2月20日，星期四第7页，共62页，2023年，2月20日，星期四3、足够的丰满度定义：声源在室内发声与露天发声，在音质上提高的程度。通常认为它的含义：余音悠扬（或称活跃）：无跳跃、间断感；（连续且中、高频丰富）坚实饱满（或称亲切）：不单调、充实、清晰；（基频纯、泛音丰富）音色浑厚（或称温暖）：基频纯、泛音丰富且均衡（低频丰富，低、中、高频适度平衡）第8页，共62页，2023年，2月20日，星期四

4、无回声和颤动回声。

5、低噪声。二、客观声学指标：

1、混响时间：

2、脉冲响应：

3、声扩散值：d（%）

4、声场不均匀度：

5、频率不均匀度：F6、允许噪声级：第9页，共62页，2023年，2月20日，星期四1、混响时间：“必要不充分”定义：声源发声，声场达到稳态后，声源突然停止发声，声音衰减60dB所经历的时间。第10页，共62页，2023年，2月20日，星期四2、脉冲响应：第11页，共62页，2023年，2月20日，星期四3、声扩散值：d（%）

d=1–m/m0m：厅内实测扩散值，

m0：自由声场扩散值。

m=ΔM/MΔM：声强平均差值；

M：各方位角的平均声强。4、声场不均匀度：各座位间：Pmax–Pmin<6dB。第12页，共62页，2023年，2月20日，星期四5、频率不均匀度：FΣLmax—ΣLminF=dB/Hzf2—f1

∑Lmax，∑Lmin：分别是在f2-f1的频率响应图内峰值和谷值的总合。第13页，共62页，2023年，2月20日，星期四6、允许噪声级dB（A）和噪声评价曲线第14页，共62页，2023年，2月20日，星期四第15页，共62页，2023年，2月20日，星期四第二节房间容积的确定第16页，共62页，2023年，2月20日，星期四室内音质设计首先应根据建筑功能和声学要求来确定房间的容积。房间容积~音质效果；

~艺术造型；

~结构体系；

~设备；

~造价等。单从建筑声学的角度来确定容积：一、保证足够的响度；二、保证合适的混响时间。第17页，共62页，2023年，2月20日，星期四一、保证足够的响度：人所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，又不注意充分利用，随着与声源距离的增加，直达声将有较大衰减，而早期反射声的补强作用毕竟有限。因此对于不用扩声设备的厅堂，控制有效容积显得尤为重要。第18页，共62页，2023年，2月20日，星期四不用扩声系统时厅堂最大允许容积的参考值声源种类最大允许容积讲演、会议2000m3戏剧、对白5000m3独奏（唱）、多重奏、小合唱8000m3室内乐、合唱10000m3歌剧、交响乐20000m3第19页，共62页，2023年，2月20日，星期四各类厅堂每座容积建议值厅堂类别和用途每座容积音乐交响乐7.0~10.0m3/座室内乐≯6.0m3/座合唱5.0m3/座剧院话剧(伸出式舞台)4.0~5.0m3/座6.0~7.5m3/座歌剧5.0~6.0m3/座地方戏4.0m3/座电影普通银幕3.0~3.5m3/座立体声宽银幕5.5~7.0m3/座会议4.0m3/座多功能大厅：（视其主要用途或采用可调容积而定）第20页，共62页，2023年，2月20日，星期四二、确定合适的混响时间：

V：房间容积，m3；

S：室内总表面积，m2；

α：平均吸收系数；

4m：空气吸收系数。因此T60与室内各表面，人、家具有关。一般以自然声为主的厅堂：宽度不宜超过30米：长度不宜超过40米：高度一般控制在13-15米之间第21页，共62页，2023年，2月20日，星期四第三节体型设计第22页，共62页，2023年，2月20日，星期四体型设计：直达声、前次反射声的控制和利用，声吸收和扩散、防止声学缺陷。1、充分利用直达声。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、声影及小空间可能出现的低频染色现象。第23页，共62页，2023年，2月20日，星期四具体体现：平、剖形式，室内各界面的尺寸和形式，室内装饰及构造。1、充分利用直达声（1）、减少直达声传播距离并注意声源的方向性第24页，共62页，2023年，2月20日，星期四第25页，共62页，2023年，2月20日，星期四（2）、避免直达声被遮挡和被观众掠射吸收第26页，共62页，2023年，2月20日，星期四2、争取和控制早期反射声把直达声到达后50ms以内到达的反射声称为早期反射声。使所有观众都能获得丰富的早期反射声（尤其是侧向）是良好音质的必备条件之一。对于矩形房间：第27页，共62页，2023年，2月20日，星期四对于矩形房间：第28页，共62页，2023年，2月20日，星期四（1）平面形式与声场分布。a、矩形：体型简单，声能分布较均匀，一次反射声能空白区小。由于声能交叉反射，有利于丰满度。但是当宽度大于30米时，前部将产生大于50毫秒的反射声，形成干扰。一般适于中、小型观众厅。第29页，共62页，2023年，2月20日，星期四b、钟形：音质、视线均有较好效果，中、小型观众厅常采用。第30页，共62页，2023年，2月20日，星期四c、扇形：侧墙面与中轴线水平夹角φ≤10度时，音质良好。当22.5＞φ＞10度时，声能反射区小，且不均匀。一般φ≯22.5，各排座位有较好的水平视角。在同样条件下，较其它类型能安排更多的座位。适于大、中型观众厅。第31页，共62页，2023年，2月20日，星期四d、六角形：声能分布均匀。视线特点是视角正而视距较远。适于中、小型观众厅。第32页，共62页，2023年，2月20日，星期四e、马蹄形：如果不做声学处理，将会出现严重的声能不均匀现象。视线效果较扇形、矩形好，座位也可安排在良好视角范围内。适于大、中型观众厅。第33页，共62页，2023年，2月20日，星期四f：圆形：如果不做声学处理，将会出现严重的声能不均匀现象。视线效果：视角较偏的座位多。上述缺点在半圆形平面中更严重。一般剧院观众厅很少采用，多用于会堂。第34页，共62页，2023年，2月20日，星期四俄罗斯布拉戈维申斯克市社会活动中心第35页，共62页，2023年，2月20日，星期四第36页，共62页，2023年，2月20日，星期四（2）剖面形式与声场分布观众厅剖面形式：一般有定向反射、扩散、平顶、弧顶四种。

a、定向反射形式：能将声能均匀地反射到坐席的各个区域。第37页，共62页，2023年，2月20日，星期四

b、扩散形式：一般在顶棚后部常常采用此形式。而顶棚前部依然用定向反射形式处理。第38页，共62页，2023年，2月20日，星期四

c、平顶：一般小厅常采用此形式。当观众厅体积过大时，对音质不利，声能过多的向后部反射，易产生回声。另外声源前后移动时，易使声能分布不均。所以台口上方一般加设反音板，两侧墙体易做成倾斜的。第39页，共62页，2023年，2月20日，星期四

d、弧形：优点是可容纳更多的视线与音质好的座位。一般慎用，特别是弧度的处理上一定要适当，否则会出现声聚焦现象。第40页，共62页，2023年，2月20日，星期四

第41页，共62页，2023年，2月20日，星期四（3）增加侧向反射声

a、利用倾斜侧墙。第42页，共62页，2023年，2月20日，星期四b、利用顶棚扩散反射。

第43页，共62页，2023年，2月20日，星期四c、利用楼座护栏，或包厢护栏增加侧向反射声。第44页，共62页，2023年，2月20日，星期四d、山地葡萄园式座位布局来增加侧向反射声。第45页，共62页，2023年，2月20日，星期四3、声扩散设计（1）声波在界面上的行为：第46页，共62页，2023年，2月20日，星期四（2）几种声波扩散模式：第47页，共62页，2023年，2月20日，星期四第48页，共62页，2023年，2月20日，星期四第49页，共62页，2023年，2月20日，星期四德国声学家提出的“二次剩余扩散面”。

W≤λmin/2N=λmax/λmindn=Sn*λmax/2NSn：二次剩余数列整数M、A最大公因数为1，如果X*X同余于A，则模M。如果该方程有解，把A叫做模M的二次剩余。如果A取不同值时，形成的序列叫二次剩余序列。第50页，共62页，2023年，2月20日，星期四第51页，共62页，2023年，2月20日，星期四第52页，共62页，2023年，2月20日，星期四

4、与体型有关的声学缺陷。（1）声聚焦第53页，共62页，2023年，2月20日，星期四第54页，共62页，2023年，2月20日，星期四（2）回声与多重回声第55页，共62页，2023年，2月20日，星期四三、混响设计混响设计是音质设计的重要内容。其目的：为室内大厅设计合适的混响时间与频率特性。具体内容：1、确定最佳混响时间和频率特性；

2、计算体积、吸声量及混响时间；

3、选择和确定室内装修材料及其布置。1、最佳混响时间及频率特性的确定最佳混响时间：通常指中频（500Hz或1000Hz）的混响时间。丰满度要求高的大厅-----混响时间长。清晰度要求高的大厅-----混响时间短。第56页，共62页，2023年，2月20日，星期四（a）各类建筑最佳混响时间范围。第57页，共62页，2023年，2月20日，星期四（b）各类建筑不同容积时的最佳混响时间。第58页，共62页，2023年，2月20日，星期四（c）频率特性。第59页，共62页，2023年，2月20日，星期四2、混响时间计算。观众厅混响时间计算表（V=5400m3，ΣS=2480m2）序号项目材料及做法面积m2吸声系数及吸声量（m2）125250500100020004000αAαAαAαAαAαA1观众、坐席观众+过道5500.542970.663630.754130.854680.834570.754132吊顶FC板吊顶9000.21800.07630.05450.05450.06540.07633墙面三夹板后空501500.21320.731100.21320.19290.08120.12184墙面穿孔石膏板1000.17170.48480.92920.75750.31310.13135墙面水泥抹灰3760.027.50.027.50.027.50.03110.03110.03116走道、乐池混凝土2400.024.80.024.80.024.80.037.20.037.20.037.27门木板门280.