建筑物理（第4版）课件：室内音质设计

建筑物理（第4版）

室内音质设计知识单元1室内音质评价标准1.1描述室内音质的声学指标1.2对室内音质的要求知识单元2厅堂的容积和体形设计2.1确定厅堂容积2.2厅堂体形设计的原则和方法知识单元3室内混响设计3.1选择最佳混响时间3.2确定需要增加的吸声量。3.3选择适当的吸声材料和面积并确定其布置方案3.4调整与修改知识单元4室内音响设备基本知识4.1扩声系统的组成、作用和相关的国家标准4.2室内布置扬声器的基本要求4.3室内音质主动控制知识单元5各类厅堂音质设计要点5.1音乐厅音质设计要点5.2剧院音质设计要点5.3多功能剧场音质设计要点5.4电影院音质设计要点5.5体育馆音质设计要点5.6录播室、演播室音质设计要点5.7歌舞厅、卡拉OK厅音质设计要点5.8听音室、家庭影院音质设计要点知识单元1室内音质评价标准1.1描述室内音质的声学指标对音质有要求的厅堂可分为三类：供语音通讯用的厅堂、供音乐演奏用的厅堂和多功能厅堂。这些房间的音质状况，可通过下述声学指标来描述：（1）混响时间（2）声级分布（3）反射声的时间与空间分布1.2对室内音质的要求（1）合适的响度对语言来说，感到合适的响度级约为60~70phon。

（2）令人满意的清晰度不同的音节清晰度与听觉的关系见表7-1知识单元1室内音质评价标准1.2对室内音质的要求音节清晰度(%)听音感觉＜65不满意65～75勉强可以75～85良好＞85优良表7-1音节清晰度与听音感觉的关系知识单元1室内音质评价标准1.2对室内音质的要求（3）足够的丰满度使听众认为最为合适的混响时间称为“最佳混响时间”。（4）良好的空间感（5）没有声缺陷和噪声干扰消除各种声学缺陷，诸如回声、颤动回声、声聚焦、长延迟反射声、声影、声失真和室内共振等。知识单元2厅堂的容积和体形设计2.1确定厅堂容积（1）保证足够的响度（2）保证合适的混响时间根据经验，为达到适当的混响时间，音乐用厅堂、语言用厅堂和多功能厅堂的每座容积应分别控制在6m3/座～8m3/座、3.5m3/座～4.5m3/座、4.5m3/座～5.5m3/座。用途最大允许容积(m3)用途最大允许容积(m3)讲演2000～3000独唱、独奏10000话剧6000大型交响乐20000表7-2用自然声的大厅的最大允许容积知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法（1）厅堂体形设计的基本原则1）缩短房间的前后距离并考虑声源的方向性2）避免直达声被遮挡和被观众掠射吸声知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法3）争取和控制近次反射声4）避免各种室内声学缺陷（2）厅堂体形设计的方法

“计算机声场模拟技术”（3）厅堂体形设计的一些具体措施1）剖面和顶棚的处理合理的剖面和顶棚形式及其一次反射声的声线分布如图7-2所示。剖面和顶棚的处理应注意下面几个方面的问题。①在一般情况下，应充分利用顶棚做反射面。图7-2一次反射声均匀分布的顶棚形式（1）a)平面式b)锯齿知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法图7-2一次反射声均匀分布的顶棚形式（2）c)浮云式

d)折线式

e)扩散体式

f)弧面式知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法②顶棚高度不宜过大，否则将增加反射距离，以致产生回声，因此，平吊顶只适用于较小的厅堂。③折线形或波浪形顶棚，声线可按照设计要求反射到需要的区域，声音的扩散性好，声能分布均匀。④圆拱形或球面顶棚，易产生声聚集，声能分布不均匀，宜慎重采用。2）平面形式及侧墙的处理厅堂的平面形式及其侧墙的一次反射声分布与相应的音质特点如表7-3所示。这方面的设计应注意：①应充分发挥侧墙下部的反射作用，侧墙上部宜作吸声或扩散处理。②注意侧墙的布置，避免声音沿边反射而达不到座位区。③侧墙和中轴线的水平夹角φ≤10°较好，矩形平面的宽度在20m以内时较好。知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法平面形式示意图音质特点矩形（钟形）平面①矩形平面

②钟形平面

1．声能分布均匀；2．座区前部反射声空白区域小；3．观众厅宽度超过时，可能产生回声；4．钟形平面(a2)对减小反射距离很有效。圆形（半圆形）平面③圆形平面一

④圆形平面二

1．声能分布不均匀；2．有沿边反射，声聚焦等缺陷；3．沿墙增设扩散面后(平面④)能纠正其缺点。表7-3厅堂的平面形式及其侧墙的一次反射声分布与相应的音质特点知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法平面形式示意图音质特点扇形平面⑤扇形平面一

⑥扇形平面二1．声学效果决定于侧墙和轴线的关系，夹角越大，反射区域越小,通常夹角不大于22.5°；2．后墙曲率半径要大，以避免声聚焦和回声。六角形平面⑦六角形平面一

⑧六角形平面二1．声能分布均匀；2．座区中部能接受较多的反射声能；3．平面比例改变时，反射声区域亦因之改变，如平面⑧较平面⑦的反射声区域大。表7-3厅堂的平面形式及其侧墙的一次反射声分布与相应的音质特点（续表）知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法平面形式示意图音质特点卵形（椭圆形）平面⑨卵形平面⑩椭圆形平面1．易产生声能分布不均匀及声聚焦等缺点；2．采用时应沿墙增设扩散面；表7-3厅堂的平面形式及其侧墙的一次反射声分布与相应的音质特点（续表）知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法3）后墙处理有音质要求的厅堂，后墙面的处理非常重要，处理得当，可有效地避免回声或增大座区后部的声音。后墙的处理方法如图7-3和图7-4所示，图7-3为平面图，图7-4为剖面图。图7-3后墙处理（平面图）a)小曲率后墙，应使曲率中心在舞台后

b)折线形后墙使声线扩散

c)直线形后墙，可作吸声处理

d)波浪形后墙使声线扩散图7-4后墙处理（剖面图）a)反射面b)扩散面

c)吸声面

知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法后墙处理的基本要求是：①平面曲率要大，以避免回声和声聚焦，否则需作吸声或扩散处理。②可利用墙的上部作反射面，以增加座区后部的声音强度。4）台口附近的侧墙和顶棚的扩散处理这种处理方法处理前后的声线分布情况如表7-4所示。此种处理方法应注意：①应尽可能缩小面光口和耳光口的宽度，以减少声能的消耗。②台口附近的侧墙和顶棚应做成高效的反射面，其反射声应尽可能投射到座区的前部。5）乐池和挑台的处理乐池和挑台的处理注意以下问题：①乐池的处理应保证乐池的深度和台唇口挑出尽量小，如图7-5所示。知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法有缺点的布置方式改进后的布置方式平面图剖面图表7-4台口附近侧墙和顶棚的扩散处理知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法②挑台前面的曲率半径要大，以避免回声和声聚焦，如图7-6a、b、c所示。图7-5乐池h=1.9～2.0mC=3m(一般剧院)C=4m(大型剧院)C/D>3

图7-6挑台处理（1）知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法③挑台不要太深，以免形成声影区，如图7-6d、e所示。④尽量使挑台下最后一排也能得到来自大厅顶棚处的一次反射声，如图7-6f所示。⑤挑台下的天棚可做成反射面，以提高挑台下部座区的声强，如图7-6g所示。图7-6挑台处理（2）知识单元2厅堂的容积和体形设计2.2厅堂体形设计的原则和方法6）反射面和反射板图7-7为舞台反射板的两种形式。知识单元3室内混响设计3.1选择最佳混响时间对不同房间推荐的500Hz最佳混响时间如图7-8所示。知识单元3室内混响设计3.1选择最佳混响时间音乐用房间较理想的混响时间频率特性应符合图7-9的要求。知识单元3室内混响设计3.2确定需要增加的吸声量3.3选择适当的吸声材料和面积并确定其布置方案知识单元3室内混响设计3.4调整与修改表7-5和表7-6为一观众厅混响设计计算实例。序号123456789项目观众及座椅吊顶墙面墙面墙面走廊、乐池门开口通风口材料及做法①②③④⑤⑥⑦⑧⑨面积(m2)900150100376340281306吸声系数和吸声单位(m2)125Hzα0.190.250.210.170.020.020.160.300.8Sα19022531.51756.84.5394.8250Hzα0.230.100.730.480.020.020.150.350.8Sα23090109.54856.84.245.54.8500Hzα0.320.050.210.920.020.020.100.400.8Sα3204531.59256.82.8524.8表7-5观众厅混响时间计算表（一）知识单元3室内混响设计序号123456789项目观众及座椅吊顶墙面墙面墙面走廊、乐池门开口通风口材料及做法①②③④⑤⑥⑦⑧⑨面积(m2)900150100376340281306吸声系数和吸声单位(m2)1000Hzα0.350.050.190.750.030.030.100.450.8Sα3504528.57511.311.62.858.54.82000Hzα0.470.060.080.310.030.030.100.500.8Sα47054123111.311.62.8654.84000Hzα0.420.070.120.130.030.030.100.500.8Sα42063181311.311.62.8654.8表7-5观众厅混响时间计算表（一）（续表）注：①1000人，按人数计算吸声量。②4mm厚FC板，大空腔。③三夹板，后空50mm。④9.5mm厚穿孔板,穿孔率8%,板后贴桑皮纸,空腔50mm。⑤水泥抹面。⑥混凝土面。⑦木板门。⑧舞台口、耳光口、面光口。⑨送回风口。知识单元3室内混响设计项目相应频率的统计值及计算值125Hz250Hz500Hz1000Hz2000Hz4000HzV(m3)5400∑S(m2)24804mV48.6118.8∑Sα526.1546.3562.4585662.5609.50.2120.2200.2270.2370.2670.246-ln(1-)0.2380.2480.2570.2700.3110.282T60(s)1.471.411.361.301.061.06表7-6观众厅混响时间计算表（二）知识单元4室内音响设备基本知识4.1扩声系统的组成、作用和相关的国家标准最简单的扩声系统包括传声器（话筒）、功率放大器和扬声器三种设备（见图7-10）。大型的专业扩声系统一般以调音台为中心。信号源除传声器外，还有收录机、激光唱机、VCD和DVD等。从调音台输出的信号在到达功率放大器前，由频率均衡器、延时器、混响器、分频器等设备作进一步加工处理再送到扬声器。传声器的作用是把声信号转换成电信号。功率放大器的主要作用是把电信号放大。扬声器的作用是把放大的电信号再转化为声信号。调音台也称扩声控制桌，是扩声系统的控制中枢。《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》（GB/T28049-2011是我国扩声系统设计的主要依据。知识单元4室内音响设备基本知识4.2室内布置扬声器的基本要求1）观众席声压级分布均匀；2）观众席上的声源方向感良好；3）控制声反馈以防止啸叫，并避免产生回声和颤动回声。扬声器布置应根据房间的使用性质、室内空间的大小及形式来决定，一般分为集中式、分散式和混合式。图7-11为扬声器集中布置示意图，图7-12为扬声器分散布置示意图。知识单元4室内音响设备基本知识4.2室内布置扬声器的基本要求知识单元4室内音响设备基本知识4.3室内音质主动控制目前扩声系统的功能已不单是把声音扩大，还有改善音质的作用。用电声设备改善室内音质、或创造某种特定的声学效果，都可认为是音质主动控制。音质主动控制分两个方面：一是增加早期反射声并改善反射声分布；其次是增加房间混响声，延长混响时间。要使一个混响延长系统能被人们所接受，必须具备三个条件：（1）系统的稳定性好。（2）系统音质的保真性佳。（3）系统的可控性强。知识单元5各类厅堂音质设计要点5.1音乐厅音质设计要点音乐厅是音质要求最高的厅堂类型之一,其特点是演奏席与观众厅位于同一空间，声能得到充分利用。这类厅堂要求较长的混响时间和丰富的侧向反射声。在音质设计中，设计人员应在保证没有回声、声聚集等音质缺陷的同时尽量少用吸声材料。古典音乐厅因具有窄厅、矩形平面、高天花板的特点，被称为鞋盒式音乐厅。其两侧及后部有不太深的挑台，一般能使观众席获得丰富的侧向反射声。为在较宽、较大的音乐厅中争取尽可能多的侧向反射声，有的在侧墙安装倾斜反射板，或将吊顶做成扩散面，使一部分声能被反射到侧墙，再由侧墙反射到观众席。如美国加州奥兰治表演艺术中心多用途剧场利用上一层侧板为下一层提供侧向反射声。知识单元5各类厅堂音质设计要点5.2剧院音质设计要点剧院种类很多，归纳起来可分为三类：即西洋歌剧院、地方戏院和话剧院。剧院一般有很大的舞台空间。舞台上帘幕、布景、道具等有时吸声量不够，使舞台空间混响时间过长。这对音质是不利的，可在舞台后墙或顶部布置吸声材料，使舞台空间的混响时间与观众厅基本相同。歌剧院一般用自然声演出，由于歌剧演员声功率较大，允许歌剧院有较大的容积。规模较小的歌剧院，可采用简单的矩形或钟形平面，通过设置跌落包厢等措施增加扩散。歌剧院乐池上方吊顶可做成带有弧度的反射面，尽可能将乐队的声音反射到观众席。以自然声为主的大厅，应控制其规模。大厅可设楼座、包厢，以缩短直达声距离。争取尽量多的前期反射声。大厅后墙可作一些吸声或扩散处理。大厅尽量少用吸声材料，宜通过降低大厅每座容积来控制混响时间及提高大厅内的声压级。话剧院话剧演出以对白为主，声功率小，故观众厅规模不宜过大。设计话剧院时，应尽可能缩短最后排观众至舞台的距离。以争取一次反射声。知识单元5各类厅堂音质设计要点5.3多功能剧场音质设计要点多功能剧场常用于音乐、歌舞和戏剧演出及作报告、放映电影等多种用途。多功能剧场一般都有较大的舞台，有的还配有乐池。多功能剧场在确定混响时间时，可采用折衷的办法。但更好的办法是将侧墙做成可调式吸声结构，根据房间使用时的情况，主动调节混响时间。图7-13为几种形式可调吸声结构的示意图。知识单元5各类厅堂音质设计要点5.3多功能剧场音质设计要点为更好满足音乐演出要求，多功能剧场宜配置活动的声反射罩。目前国内的多功能剧场，大多数时间用于放映电影。扬声器一般固定在银幕后，在银幕后加一层多孔吸声材料，能防止舞台混响声进入观众厅，明显改善电影院的音质效果。多功能剧场一般安装电声系统。这时剧场的容积不受响度要求限制，但对清晰度、避免声学缺陷等方面的问题仍需引起足够重视。5.4电影院音质设计要点电影院有普通电影院、立体声电影院、环幕电影院等几种。电影胶片上记录的声音已加工处理，还原重放时不需要室内空间来对它进行“润色”。立体声影院不应设楼座,无需争取反射声来提高响度。吸声材料的用量以满足混响时间为宜。知识单元5各类厅堂音质设计要点5.5体育馆音质设计要点体育馆有综合馆和专业馆之分。综合性体育馆是名副其实的多功能厅。体育馆都装有电声系统，对音质要求相对较低。只要具有良好的清晰度和一定的丰满度，且没有噪声干扰和回声、声聚集等声缺陷即可。体育馆的特点是容积大，座椅一般为吸声较少的夹板椅或塑料椅，可布置吸声材料的墙面又很少。从声学角度考虑，体育馆上部宜满做吊顶。而目前具有网架结构的体育馆，常常采用暴露结构的形式。仅靠墙面来吸声远不能满足要求，解决办法是在网架空间内悬吊空间吸声体以增加大厅吸声量。主席台及裁判席附近的墙面宜做吸声处理，以便减少进入话筒的反射声，有利于提高扩声系统的传声增益。目前，体育馆屋面板普遍采用钢质复合板，即双层钢板之间加一层保温层。只要在复合板的内侧钢板上钻孔即可用来吸声。知识单元5各类厅堂音质设计要点5.6录播室、演播室音质设计要点录播室一般规模较小，设计不当很容易产生低频共振频率的“简并”。为此，房间长、宽、高应避免彼此相等或成整数比。表7-7给出了录播室三维尺寸的推荐比例。录播室也可采用不规则形，但不得出现凹面墙、穹形顶，以免形成声聚焦。录播室高宽长小录播室11.251.60一般录播室11.602.50低顶棚录播室12.503.20细长型录播室11.253.20表7-7矩形录播室尺寸的推荐比例知识单元5各类厅堂音质设计要点录播室吸声材料的布置应符合“分散、均匀”的原则。录播室内不应出现大面积平行相对的声反射面，以避免颤动回声等音质缺陷。在音乐录音室中，可用吸声屏风将打击乐器隔离，或设隔声小室供打击乐器专用，其面积为10m2左右。小室内应进行强吸声处理。音乐录音室内必须做扩散处理。录播室要求非常低的背景噪声，一般做成“房中房”。录播室的出入口设置声闸，进出录播室的管线都需进行隔声隔