建筑声学 1教学课件

1、知识要点: 1.掌握声学各物理参数基本概念和内在联系，并能描述声环境。 2.了解人与听觉环境的关联，掌握不同声环境评价及方法。 3.掌握噪声源形式、传播途径及一般控制方式。 4.掌握常用的噪声控制方法及设计原理。,一、建筑声环境,建筑声环境知识框架,1 声音的基本概念及特征：1.1. 声音的基本特征： 1.1.1. 声波的概念：,从物理方面：声音是一种机械波，是机械振动在弹性介质中的传播客观声音 从心理方面：上述物理波动想象而引起的听觉感觉主观声音。 声波在空气对空气质点的膨胀压缩 形成了空气的压力波动，压力的起伏 变化依次作用人的耳膜，形成了声音 的感觉。压力波的传递，非空气介质 的传递，与

2、空气流动方向无关。,1 声音的基本概念及特征：1.1. 声音的基本特征： 1.1. 2 声波的频率特性：,声波的频率、波长和声速的关系：C=f 声音按频率高低分类：,1 声音的基本概念及特征：1.1. 声音的基本特征： 1.1. 2 声波的频率特性：,声功率W： 声功率级Lw 声强I： 声强级LI 声压P： 声压级Lp 以声功率W为基准，可以推出声压和声强的计算方法。由此，可推出声强级、声功率级、声压级的计算方法，最终以声压级作为日常生活最为平常的声音的表示方法，也就是平时所说的分贝。,1 声音的基本概念及特征：1.2.1 声音的度量单位介绍：,声级叠加 对数运算规则 插入计算分析方法,1 声

3、音的基本概念及特征：1. 2.2 声学量的表示及运算:,1 声音的基本概念及特征：1.3 声音的传播特性：1.3.1 声音遇到障碍物时的特性:,1. 声音的基本概念及特征：1. 3 声音的传播特性：1. 3.1 声音遇到障碍物时的特性:,声反射系数：,1. 声音的基本概念及特征：1. 3 声音的传播特性：1. 3.1 声音遇到障碍物时的特性: 声吸收,1. 声音的基本概念及特征：1. 3 声音射的传播特性（首先了解声线的概念P7）1. 3.1 声音遇到障碍物时的特性: 声吸收、声绕射与声衍射:,1. 声音的基本概念及特征：1. 3 声音的传播特性：1. 3.2 声音的衰减：,Lp=Lw-104

4、-10 r2=Lw-11-20 r 如果在距离r1为处的声压级为Lp1,在距离为 r2=2 r1处的声压级?,混响概念：声源停止发生后声场中还存在着来自各截面的迟到的反射声形成的“残留”现象。混响是围蔽空间的声学现象。,1 声音的基本概念及特征：1. 4 室内声学特性：1. 4.2 混响与混响时间：,思考： 混响声有何听觉感效应？ 混响声如何应用？ 混响声是如何干扰人的听觉？,混响时间的定义：,1. 声音的基本概念及特征：1. 4 室内声学特性：1. 4.2 混响与混响时间：,声音停止发声后，室内声能立即开始衰减，声音自稳定状态声压级衰减60dB所需要的时间称为混响时间。 评价室内声音特性的参

5、数,影响混响时间的主要因素：（赛宾公式伊林公式）,1. 声音的基本概念及特征：1. 4 室内声学特性：1. 4.2 混响与混响时间：,（赛宾公式伊林公式）,1 声音的基本概念及特征：1. 4 室内声学特性：1. 4.2 混响与混响时间：,2 人的听觉特征及其对环境噪声的反应：2.1 人耳的听觉特性：2.1.1 人耳的听觉范围：,2 人的听觉特征及其对环境噪声的反应：2.1 人耳的听觉特性：2.1.2 响度和响度级：,40,2 人的听觉特征及其对环境噪声的反应：2.1 人耳的听觉特性：2.1.3 掩蔽效应(Sound Mask)P6,概念：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

6、象 特点：入射波和反射波相位相同振幅叠加 听阈引起听觉的声音强度 听阈老年人听阈年轻人 掩蔽量因掩蔽效应听阈提高的分贝数f（两声音声压级差，及其达到人耳的时间和相位，） 频率相近的纯音掩蔽效果显著； 掩蔽音的声压级越高，掩蔽量越大，掩蔽的频率范围越宽； 低频音对高频音掩蔽作用大，高频音对低频音掩蔽作用小； 有利有弊：弊：听不清要听的内容，降低工作效率 利：避免一些噪音的干扰，提高工作效率,2 人的听觉特征及其对环境噪声的反应：2.1 人耳的听觉特性：2.1.4 方位感P5,方位感/双耳效应=f(时间差、相位差，强度感) 人耳辨别方位的方法 低频声声音到达两耳的时间差（相位差） 高频声头部产生反

7、射作用+到达两耳的强度差 混响声最先（50ms内）到达两耳的时间差 反射声加强直达声仅在50ms内 利用掩蔽效应应控制噪声时，应尽可能弱化掩蔽的方位,2 人的听觉特征及其对环境噪声的反应：2.1 人耳的听觉特性：2.1.5 音高与音色的感觉,音高是人耳对声音调子的主观感觉。 音色主要由声音的频谱所决定。（基频和谐频在前面已经介绍。）,2 人的听觉特征及其对环境噪声的反应：2.2 人耳的听觉特性：2. 听力疲劳和听力损失。,疲劳：暂时性的听阈提高现象。 损失：听阈的提高不可恢复。 损伤：永久性损失。,2 人的听觉特征及其对环境噪声的反应：2.2 室内声环境的评价：2.2.1 主观评价,语言声音质

8、的主观评价： 清晰度：对发音内容通过房间的传输，能被听者听清的百分数； 可懂度：对发音内容通过房间的传输，能被听者正确辨认的百分数； 另外还有响度和频谱不失真；,2 人的听觉特征及其对环境噪声的反应：2.2 室内声环境的评价：2.2.1 主观评价,音乐声的主观评价： 清晰度：也称明晰度，可分为横向清晰度和纵向清晰度两种。 丰满度：音乐在室内演奏时由于各界面的反射对直达声所起的增强和烘托作用。（缺乏反射声音干涩或沉寂，有反射则听起来饱满浑厚而有力。） 亲切度：听众在尺度小的房间内听音的感觉。 平衡感：各声部的平衡。 空间感：声源的轮廓感、立体感以及声源在横向上的拓宽感和纵向上的延伸感。,2 人的

9、听觉特征及其对环境噪声的反应：2.2 室内声环境的评价：2.2.2 客观评价,混响时间(RT)与早期衰减时间(EDT)：混响时间用RT表示，它的定义是室内稳定态声压级衰变到60dB所经历的时间。（在前面的课程中已经讲述） 声压级（Lfp）和强度指数（G）： 侧向能量因子和双耳相互关系数： 混响时间的频率特性：,2 人的听觉特征及其对环境噪声的反应：2.2 室内声环境的评价：2.2.3 主观评价与客观评价之间的关系,主观评价 客观评价 在混响感和清晰度之间有适当的平衡 以混响时间来控制 具有适当的响度 声压级 具有一定的空间感 早期侧向反射声能比 具有良好的音色 混响时间的频率特性,室内音质设计

10、原则,使室内具有足够的声压级并且均匀分布； 使室内具有与用途相适应的混响时间及频率特性； 观众厅各处都能获得丰富的早期反射声； 表演区有足够的早期反射声； 防止声学缺陷； 防止外部噪声及振动传入室内。,室内音质设计的内容,选址、建筑总图设计和各种房间的合理配置；（目的是防止外界噪声和附属房间对主要听音房间的噪声干扰。） 在满足使用要求的前提下，确定经济合理的房间容积和每座容积。 通过体型设计，充分利用有效声能，使反射声在时间和空间上合理分布，并防止出现声学缺陷。 根据使用要求，确定合适的混响时间和频率特性，计算大厅吸声量，选择吸声材料与结构，确定其构造做法。 根据房间情况和声源声功率大小计算室

11、内声压级大小，并决定是否采用电声系统。,室内音质设计的内容,确定室内允许噪声标准，计算背景声压级，确定采用哪些噪声控制措施； 在大厅主体结构完工后，室内装修进行之前，进行声学测试，如有问题进行设计调整。 工程完工后进行音质测量和评价。 对于重要的厅堂，必要时进行计算机仿真及缩尺模型技术配合进行音质设计。,大厅容积的确定,首先根据大厅的规模和用途确定其容积； 在声学方面保证大厅有合适的混响时间和足够的响度； 还要考虑建筑艺术造型、经济条件、空调及卫生等方面的因素。 具体求容积值可从公式分析大厅容积与总吸声量之比。控制大厅和观众人数之间的比例也就是控制混响时间。（具体见下表）,大厅容积的确定,大厅

12、的体型设计,注意因素（1、充分利用声源的直达声；2、争取和控制早期反射声，使之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。）,大厅的体型设计,充分利用声源的直达声：从这方面讲体型设计应做到1、控制大厅的纵向长度（一般小于35米）2、使观众尽量靠近声源布置（当观众席超过1500座时用悬挑楼座，当座位超过2500时采用两层或多层楼座。）3、在平面上观众席应布置在一定角度范围内（根据方向指向性的特点控制在1400角的范围）4、足够的地面抬升（通常要求设计大厅地面升起坡度。）,大厅的体型设计,争取和控制早期反射声：通过声线作图法，可确定早期反射面的位置

13、、角度和尺寸大小，也可检验已有反射面对声音的反射情况。（具体示意做法。） 扩散设计：,大厅的体型设计,与体型设计有关的声学缺陷（声聚焦、回声、颤动回声、声影等） 声聚焦：在凹曲面上会产生聚焦现象使反射声分布不均匀；（在面上做吸声处理；减弱反射声强度；在凹面下悬挂扩散反射板或扩散吸声板。）,房间混响的设计,混响设计是音质设计的重要内容,其主要任务是使室内具有适合使用要求的混响时间及其频率特性。（混响设计一般是在大厅的形状基本确定，容积和内表面可以计算时进行。） 混响设计的主要内容：1、确定最佳混响时间及其频率特性；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。,最佳混响时间

14、及其频率特性的确定,不同用途的房间应具有不同的最佳混响时间值：丰满度要求较高的大厅（如音乐厅）应具有较长的混响时间；清晰度要求较高的房间（如会堂）的混响时间应短一些；录音放音用的房间应具有更短的混响时间。由于人们的听音习惯，最佳混响时间根据房间容积大小可适当调整，房间的容积大，混响时间可适当延长，房间的容积小，混响时间可适当缩短。对多功能厅最好做成可调混响。,混响时间的计算,根据观众厅设计图，计算房间的体积V和总内表面积S； 根据混响时间计算公式，求出房间的平均吸声系数；平均吸声系数乘以总内表面积即为房间所需的总吸声量； 计算房间内固有吸声量（包括室内家具、观众、舞台口等），总吸声量减去固有吸

15、声量即为所需增加的吸声量。 查阅材料及结构的吸声系数，从中选出适当的材料及结构，确定各自的面积，以满足所需吸声量及频率特性。,室内装修材料的选择和布置,选择室内装修材料和构造时，应注意低频、中频、高频各种吸声材料和结构的合理搭配，保证音色的平衡，同时兼顾建筑艺术的考虑加以确定。 舞台的墙面、顶棚、侧墙下部应当布置反射性能好的材料，以便向观众提供早期反射声；观众厅后侧宜布置吸声材料和结构，以消除回声干扰； 并不是所有声环境都要增加吸声材料，有时为了获得较长的混响时间，必须控制吸声总量，尤其对音乐厅和多功能厅更是如此。（甚至对桌椅的吸声也必须加以控制，沙发椅软靠背不宜过高过宽，以减少吸声。）,音乐

16、厅音质设计,鞋盒式古典音乐厅：特点（矩形平面窄厅木结构对跨度的约束提供丰富的早期反射、高顶棚良好的对流换气使混响时间延长有一或两层浅楼座和丰富的内部装饰构件），世界公认音质最好的三个音乐厅为维也纳音乐厅、阿姆斯特丹音乐厅最宽27.7米、波式顿音乐厅。 山地葡萄园座席及环绕式厅：特点是可争取较多的观众席靠近乐台布置，同时加强了乐师和观众的联系，活跃了音乐厅的气氛。缺点是有方向性。悉尼歌剧院1973、旧金山戴维斯交响乐厅等。,音乐厅音质设计要点,混响时间的允许值1.5-2.8S，与音乐作品的体裁与风格有关； 座席最好控制在2000以内； 尽量少用吸声材料，同时座位区布置不应过宽； 每座容积大约6-

17、12m3/座； 背景噪声要求很低。,剧场音质设计之歌剧院设计,歌剧院:西方古典的歌剧院都采用马蹄形平面和多层包厢,首先是礼仪活动的需要，其次存在若干优点：可以争取较多的观众位于与舞台相距不远的座席处；多层包厢坐席可起到吸声作用，又能起到良好的声反射与声扩散作用，使池内获得早期反射声，又使声场分布均匀； 后来的歌剧院，为了满足更好的声学和光学要求，基本采用钟形、扇形或多边形等平面，设置楼座或跌落包厢，同时在观众厅侧墙上也可设置浅的楼座和包厢。,剧场音质设计之歌剧院设计,乐池设计：基本可分为开敞式（声学效果较佳，但对观众的视线有干扰，同时占地也较大。）和下埋部分开敞式（如果下沉较多则引起乐队的声音

18、听起来不自然。）两种。 乐池设计的注意事项：能将乐队声音清楚地投射到观众厅，同时使舞台上的演员也能听到乐队声；演员的演唱也被乐队听到。,剧场音质设计之歌剧院设计,包厢和楼座设计：包厢的开口面积小的优点是使包厢可反射较多的声能给池座，缺点是包厢本身接受的声能较少，使其后排的听闻受到影响，因此，包厢的开口面积较大，如达到65-75。 歌剧院设计要点：也需设置较完善的电声系统；规模不宜过大；混响时间1.2S-1.5S，频率特性宜平直，或低频段有20的提升；后墙坐少量吸声或扩散处理，同时注意整个空间的扩散效果；背景噪声要求较低。,多功能厅音质设计要点,针对厅堂的主要用途，确定混响时间及音质指标参数，同

19、时兼顾其它观演活动的音质要求，适当采取折中值； 创造可变混响时间的声学环境； 鉴于厅堂设计中延长混响时间比使之缩短更为困难，因此厅堂设计时，可满足较长混响时间的需要； 在带有镜框台口箱形舞台空间的剧场型多功能厅中，设置舞台音乐罩以便满足交响乐演出的需要。 容积和每座容积根据主要用途来确定； 允许噪声级应根据主要功能和建筑物的等级来确定。,体育馆音质设计要点,建声与建筑设计的协调；（容积与混响时间成正比，容积大，一方面使混响时间延长，另一方面加大了室内反射声的传播，导致长延时反射声的出现。体育馆是否设置吊顶对容积影响较大，一般来说新体育馆都采用暴露网架，一方面节省吊顶费用，减轻结构负荷；另一方面也会造成1、达到同样的混响时间需用的吸声材料更多；2、大厅扩音设备及功率将增加；3、增大空调负荷也增大空调系统噪声控制。）屋顶不宜采用穹顶形，或在穹顶下必须做吸声处理，避免出现多重回声。,体育馆音质设计要点,混响时间控制及吸声材料的选用：由于观众席有时是满的有时人很少，因此观众吸声是不确定的。一般的吸声部位是在墙面处、顶棚处、或在暴露处作成观众席处吸声吊顶，比赛场地上方露出结构。目前的新建综合性的体育