解决方案声学专栏

建築聲學基本知識

1、 第一章中基本概念的理解。

聲波:聲源振動引起彈性媒質的壓力變化,並在彈性媒質中傳播的機械波。

聲源:振動的固體、液體、氣體。

聲壓:空氣質點由於聲波作用而產生振動時所引起的大氣壓力起伏。(空氣壓強的變化量,10-5~10 Pa量級)

特性:波長l、頻率 f、聲速 c

建築聲學基本知識

聲源:通常把受到外力作用而產生振動的物體稱為聲源。

原理:聲源在空氣中振動,使鄰近的空氣振動並以波動的方式向四周傳播開來,傳入人耳,引起耳膜振動,通過聽覺神經產生聲音的感覺。

振動的產生:

這裡只介紹最簡單的振動——簡諧振動。物體振動時離開平衡位置的最大位移稱為振幅,記作A,單位米(m)或者厘米(cm);

完成一次振動所經歷的時間稱為周期,記作T, [單位秒(s)]。一秒鐘內振動的次數稱為頻率,記作f,[單位赫茲(Hz)]。它們之間的關係 f = 1/T 。

如果系統不受其它外力,沒有能量損耗的振動,稱為“自由振動”,其振動頻率叫做該系統的“固有頻率”記作f0 。

振動在空氣中的傳播──聲波:分為橫波和縱波。質點的振動方向和波的傳播方向相垂直,稱為橫波。如果質點的振動方向和波的傳播方向相平行,則稱為縱波。在空氣中傳播聲波就屬縱波。

聲波的傳播是能量的傳遞,而非質點的轉移。空氣質點總是在其平衡點附近來回振動

而不傳向遠處。

  •  聲速與媒質的彈性、密度和溫度有關

空氣中的聲速:理想氣體中

空氣中聲速是溫度的單值函數。在建築環境領域中變化範圍很小,近似:340 m/s

固液體中的聲速

  鋼 5000 m/s

  松木 3320 m/s

  水 1450 m/s

  軟木 500 m/s

波陣面:聲波從聲源發出,在同一介質中按一定方向傳播,在某一時刻,波動所到達的各點的包跡面稱為波陣面。波陣面為平面的稱為平面波,波陣面為球面的稱為球面波。

次聲波和超聲波:人耳能感受到的聲波的頻率範圍大約在20-20000Hz之間。低於20Hz聲波成為次聲波,高於20000Hz稱為超聲波。次聲波和超聲波都不會形成聽覺。

聲  線:聲線是假想的垂直於波陣面的直線,主要用於幾何聲學中對聲傳播的跟蹤。聲波的傳播方向可用聲線來表示。

點聲源:波陣面為球面,聲音強度隨着傳播距離的增加而迅速減弱;當聲源的尺寸較距離小很多時,可認為點聲源。

線聲源:波陣面為柱面,聲音強度隨着傳播距離的增加而逐漸減弱;如很長的火車。

面聲源:波陣面為平面,聲音強度不隨傳播距離的增加而減弱。海嘯屬面聲源。

聲功率:是指聲源在單位時間內向外輻射的聲能量,記作W,單位為瓦(w).

聲  強:是指在單位時間內在垂直於聲波傳播方向的單位面積上的所通過的聲能,記作I ,單位是W/m2。

  • 級和分貝

級: 通常取一個物理量的兩個數值之比的對數稱為該物理量的“級”。

聲強級:其定義就是這聲音的強度I和基準聲強I0之比的常用對數來表示,單位為貝爾(BL).但一般不用貝爾,而用它的十分之一作單位,稱為分貝(dB)。

I0——基準聲強,I0 =10-12 W/m2 。

同樣可以用分貝為單位來定義聲壓級。基準聲壓P0 =2×10-5 N/m2。

聲功率以“級”表示便是聲功率級,單位也是分貝。基準聲功率級W0 =10-12 W。

  • 聲源疊加

兩個聲源疊加(I、P、W 聲級同理):

建築聲學基本知識

n 個相同聲源L1疊加:

建築聲學基本知識

兩個相同聲源疊加,聲級增加了 10lg2 =3dB

詳見教材P259-260.

  • 頻率和頻譜

頻率:決定音調,頻率高則音調高,反之同理。

頻譜:表示聲音頻率與能量關係。頻率範圍為橫坐標,相對應的聲壓級作為縱坐標

(由一些離散頻率組成的譜稱為線譜。在一定頻率範圍內含有連續頻率成分的譜稱為連續譜。)

頻帶:兩個頻率限值之間的連續頻率,頻帶寬度是頻率上限值與下限值之差。

倍頻帶中,上限頻率是下限頻率的2倍,1/3倍頻帶中,上限頻率是下限頻率的1.26倍(上、下限頻率也是截止頻率)。

2、中心頻率是截止頻率的幾何平均。

  • 聲音的反射、折射、衍射和擴散

平面的反射:光滑表面對聲波的反射遵循平方反比定律。反射波的強度取決於它們與“像”的距離以及反射表面對聲波吸收的程度。

曲面的反射:與平面反射相比,凹面反射波的強度較弱強,凸面反射波的強度較弱。

聲折射:  聲波在傳播的過程中,遇到不同介質的分界面時,除了反射外,還會 發生折射,從而改變聲波的傳播方向。溫度與風向對聲音的傳播方向產生影響。

聲衍射:  聲波通過障板上的孔洞時,並不象光線那樣直線傳播,而能繞到障板的背後改變原 來的傳播方向,在它的背後繼續傳播,這種現象稱為繞射(亦稱 為衍射)。當聲波在傳播過程中遇到一塊其尺度比波長大得多的障板時,聲波將被反射。如聲源發出的是球面波經反射后仍為球面波。

聲擴散:  聲波在傳播過程中,如果遇到一些凸形的界面就會倍分解成許多小的比較弱的反射聲波,這種現象稱為聲擴散。

聲的吸收:聲波入射到建築構件時,聲能的一部分被反射,一部分透過構件,還有一部分由於構件的振動或聲音在其中傳播時介質摩擦、傳熱而被損耗,我們稱之為被材料吸收。

聲波在空氣中傳播時,由於振動的空氣質點之間的摩擦而使一小部分聲能轉化為熱能,稱為空氣對聲能的吸收。

單位時間內入射總聲能E0 ,構件吸收聲能為Eα,則材料的吸聲係數α=Eα/E0 。吸聲量=Sα, S為材料的面積。

聲音透射:聲波入射到建築構件時,聲能的一部分被反射,一部分被吸收,還有一部分透過建築部件傳到另一側空間去。

材料的透聲能力一般用透射係數τ來表示,在工程中習慣用隔聲量R來表示,

R=10lg1/τ。R越大則隔聲量越大。

噪音定義:頻率結構更複雜的聲音。(人耳聽不出其中包含有任何諧音或音調的特徵,但這種聲音的主要頻率是可以辨認的。噪音大多數是連續譜)

噪音測量:對聲音作測量時既可以對整個頻率範圍作測量,也可以在測量系統中利用電濾波器,把可聽頻率範圍內的聲音分段測量。可以用倍頻帶或1/3倍頻帶進行分析

  • 掩蔽效應

一個人的聽覺系統能同時分辨幾個聲音,但若其中某個聲音的聲壓級明顯增大,別的聲音就難以聽清甚至聽不到了。

一個聲音的聽閾因為另一個掩蔽聲音的存在而提高的現象稱為聽覺掩蔽。

2、 駐波和房間共振基本概念的理解

駐波:就是駐定的聲壓起伏。當在傳播方向遇到垂直的剛性反射面時,用聲壓表示的入射波在反射時沒有振幅和相位的變化,入射波和反射波相互干涉就形成了駐波。

房間共振:房間內複雜的共振系統,在聲波的作用下也會產生駐波或稱簡正振動﹑簡正波。對於矩形房間,其簡正頻率的計算公式見(3.1-9)

建築聲學基本知識

當房間受到聲源激發時,簡正頻率及其分部決定於房間的邊長及其相互比例,在小的建築空間,如果其三維尺度是簡單的整數比,則可被激發的簡正頻率相對較少並且可能只疊合(或稱簡併)在某些較低的頻率,這就會使那些與簡正頻率(房間的共振頻率)相同的聲音被大大加強,導致原有的聲音頻率畸變,使人們感到聽聞的聲音失真。

3、 混響及混響時間的靈活運用,賽賓公式的運用。

混響:聲源停止發聲后,聲音由於多次反射或散射延續的現象。

混響時間:聲源停止發聲后,聲音自穩態聲壓級衰變60dB所經歷的時間。

賽賓公式:混響時間與房間參數的關係。

建築聲學基本知識

T60——混響時間

V——房間容積

A=S1α1 +S2α2+……+Snαn =∑Sα

S表示房間各表面面積,α是相應表面的吸聲係數

運用條件:賽賓公式限用於平均吸聲係數不大於0.2的房間

對於相對“沉寂”(吸聲係數相對較大)的房間,且要考慮空氣吸收時,可用作了某些修正的下述公式

建築聲學基本知識

4m——空氣的吸收係數。

4、 人耳的聽覺特徵以及A聲級,初步了解。

150dB左右爆炸聲可破壞人耳鼓膜等引起永久性損傷;130dB耳部發癢、疼痛,可容忍的聽覺上限。

聽閾:能夠引起聽者有聲音感覺的最低聲壓,即聽聞的下限,隨頻率的不同而有很大變化。

對年輕人來說,可聽的上下限頻率:20000Hz – 20Hz。

從標準聽閾曲線看,低於800HZ,聽覺靈敏度隨頻率降低而降低;800HZ-1500HZ,聽閾沒有顯著變化;3000-4000HZ,是最靈敏的聽覺範圍;高於6000HZ,靈敏度又減小。聽閾與痛閾曲線之間,是聽覺區域。語言和音樂範圍下,聲壓級20-25dB左右,背景噪聲。

聲級計:是利用聲-電轉換系統並反映人耳聽覺特徵的測量設備,即按一定的頻率計權和時間計權測量聲壓級和聲級的儀器,是聲環境測量中常用的儀器之一。

國際電工委員會規定的聲級計計權特性有A、B、C、D四種頻率計權特徵。其中A計權參考40方等響線,對500HZ以下的聲音又較大衰減,模擬人耳對低頻聲不敏感的特性。

A聲級:用A計權特性測得的聲壓級,記作LA。

5、 掩蔽作用,初步了解。

時差效應:人耳在短時間間隙里出現的相同的聲音的積分(整合)能力,即聽成一個聲音而不是若干個單獨的聲音。

兩個同樣聲音可以集成為一個的時差是50ms,相當於聲波在空氣中17m的行程。

一個聲音的聽閾因另一個掩蔽聲音的存在而提高的現象稱為聽覺掩蔽,提高的數值稱為掩蔽量。

可認為掩蔽是時差效應的一種,遲到的聲音被先到的聲音掩蔽,但掩蔽基友聽覺感受的因素,還有神經學的因素。

一個既定頻率的聲音容易受到相同頻率聲音的掩蔽,聲壓級越高,掩蔽量越大。低頻聲能夠有效地掩蔽高頻聲,高頻聲對低頻聲的掩蔽作用不大。

聲定位,是由於聲音到達兩耳的時間差和聲壓級差。力較遠的耳朵處於聲影區,聲壓級低。由於聲波衍射,聲影的影響對低頻不明顯。  雙耳定位,限於聲源同雙耳平面。

6、 多孔材料,共振結構的吸聲機理和特徵的靈活運用(沒有計算)。

強吸收材料:吸聲係數α大於0. 8的材料

全吸收材料:吸聲係數α=1 的材料,吸聲尖劈是近似的全吸收材料。

全反射材料 α=0 ,混凝土、大理石等近似全反射。

多孔材料吸聲機理:材料中有許多微小間隙和連續氣泡,具有一定通氣性。當聲波入射,引起小孔或間隙中空氣的振動。空氣質點自由地壓縮、稀疏,但緊靠材料孔壁表面的空氣質點振動速度較慢。由於摩擦和空氣的粘滯阻力,空氣質點的動能轉為熱能;此外,空氣與孔壁之間發生熱交換,使部分聲能轉為熱能被吸聲。

其吸聲頻響特性:中高頻吸聲交大,低頻吸聲較小。

緊貼壁面裝置的同一種多孔材料,厚度增加,中、低頻吸聲係數增加,其吸聲的有效頻率範圍也擴大。但材料厚度增加到一定值,低頻吸聲增加明顯,高頻吸聲影響小。

當材料背後留有空氣層,低頻吸聲係數增加。

噴塗、油漆等飾面影響吸聲,前者影響較少。

吸聲係數隨聲波頻率提高而增加。

材料受潮,首先降低對高頻聲的吸聲,繼而擴大其影響範圍。

共振結構的吸聲機理:不透氣軟質膜狀材料(如塑料、帆布)或薄板,與其背後的封閉空氣層形成一個質量—彈簧共振系統。當收到聲波作用時,在該系統共振頻率附近具有最大的聲吸收。

選用薄膜貨薄板吸聲結構時,

較薄的板,因為容易振動可吸收較多。

吸聲係數峰值在低於200-300HZ的範圍,隨着薄板單位面積重量的增加以及薄板背後空氣層厚度的增加,吸聲係數峰值向低頻移動。

在薄板背後的空氣層里填多孔材料,吸聲係數峰值增加。

薄板表面塗層,對吸聲性能無影響。

使用預製塊狀多孔吸聲板,兼有多孔材料和薄板共振結構吸聲的特徵。

7、吸聲與隔聲,樓板撞擊聲,基本概念的了解。

建築吸聲

吸聲材料和吸聲構造:吸聲係數比較大的材料和結構。

根據吸聲原理不同分類

多孔吸聲材料

共振吸聲結構

其他吸聲構造

1 多孔吸聲材料

構造特點:有大量內外聯通的孔隙和氣泡。

材料:有機材料  無機材料。

吸聲機理:空氣粘滯阻力能量轉換。

2  影響多孔材料吸聲特性的因素:空氣流阻

3 孔隙率,指與外部聯通的孔隙。孔隙率常與流阻有較好的對應關係——最佳孔隙率

4 厚度增加厚度,增強低頻聲的吸收。

5 背後條件

6 面層影響

7 濕度和溫度的影響孔隙率降低

二、共振吸聲結構

1、薄膜(薄板)吸聲結構

質量-彈簧系統。

共振頻率附近具有最大的聲吸收 。

薄膜(薄板)吸聲結構吸聲特點(見圖)。

2、穿孔板吸聲結構

組成:穿孔薄板 + 背後空氣層。

吸聲機理:亥姆霍茲共振器(當入射聲波的頻率和這個系統的固有頻率相同時,在穿孔孔徑的空氣就會因共振而劇烈振動。在振動過程中主要由於穿孔附近的摩擦損失而吸收聲能)。

3、微穿孔板

組成:孔徑1mm以下。

吸聲機理:空氣質點在孔中運動時的摩擦

三、其它吸聲結構

空間吸聲體

吸聲尖劈

可變吸聲構造

人和傢具

空氣吸收

開口的吸收

四、吸聲材料的選用

1、混響室法的測量條件比較符合實際情況,對於駐波管法測得的吸聲係數應在使用前先換算為混響室法吸聲係數。

2、建築吸聲材料的使用應該結合多方面的功能要求

建築隔聲:

聲音在建築圍護結構中的傳播

空氣聲

圍護結構振動傳播

撞擊或振動的直接作用

空氣聲和固體聲傳聲特徵

牆體隔聲材料(構造)

一、單層勻質密實牆

一般規律:質量定律。

特殊情況:吻合效應、共振

二、雙層勻質密實牆

固有頻率 = 入射頻率時,隔聲量最小。

吻合效應。

剛性連接,聲橋。

三、輕質牆

建築設計和建築工業化的趨勢是採用輕質隔牆代替厚重的隔牆。但是這種隔牆的隔聲量較小。採用下列措施來增加隔聲量:

(1) 雙層輕質隔牆間設空氣層;

(2) 以多孔材料填充輕質牆體之間的空氣層;

(3) 增加輕質牆體的層數和填充材料的種類。

四、門和窗

1.門

門是牆體中隔聲較差的部件。因為面密度較小,門四周的縫隙也是傳聲的途徑。提高門的隔聲能力關鍵在於門扇及其周邊縫隙的處 理,為了達到較高的隔聲量。可以用設置“聲閘”的方法,即設置雙層門 並在雙層門之間的門斗內壁貼強吸聲材料。

2.窗

窗是建築圍護結構隔聲最薄弱的部件。可開啟的窗很難有較高的隔聲量。隔聲窗通常是指不開啟的觀察窗

  • 樓板隔聲

樓板要承受各種荷載,按照結構的要求,它必須有一定的厚度與重量。樓板有一定 的隔絕空氣聲的能力。但是由於人們的行走,拖動傢具,物體的撞擊聲等引起固體振動所輻射的噪聲,對樓下的干擾特別嚴重。樓板下的撞擊聲壓級,取決與樓板的彈性模量,密度,厚度等因素。主要取決於樓板的厚度。

改善樓板隔絕撞擊聲的措施主要有:

1.在承重樓板上鋪放彈性面層

這對於改善樓板隔絕中,高頻撞擊聲的性能有顯著的效應。

2.浮築構造

在樓板承重層與面層之間設置彈性墊層,以減輕結構的振動。

3. 在承重樓板下加設吊頂

這對於改善樓板隔絕空氣噪聲和撞擊聲的性能都有明顯的效用。吊頂與樓板的連接宜用彈性連接,且連接點在滿足強度的情況下要少。

8.空氣聲,固體聲,雙層牆體的吻合效應基本概念的理解。

空氣傳聲:  途徑有二種p346

1)空氣傳聲:經由空氣直接傳播

2)固體傳聲:經由維護結構振動傳播

兩種途徑的聲波都是在空氣中傳播的,故稱之為空氣傳聲

固體傳聲  是圍護結構受到直接的撞擊或振動作用而發生。固體聲音直接通過圍護結構傳用而發生,並從某些建築物的部件如前提,樓板等再輻射出來,最後人作為空氣聲傳入人耳。

就人們的感覺而言空氣傳聲和固體傳聲是不容易區分的。

雙層牆吻合效應

1)兩層牆體的材料厚度均相同時,則他們的吻合臨界頻率相同,隔聲特性曲線出現的低谷較深。2)若二者的面密度不同,則該曲線較為平滑

9.質量定律基本概念的理解。

質量定律是指決定牆或其它建築板材隔聲量的基本規律。

可表述如下:牆或其他建築板材的隔聲量與其表面密度(或單位面積的質量)的對數成正比,用公式可表示為R=20lg(fm)+k

式中:R為牆體隔聲量;m為牆體面密度;f為入射聲波頻率。

質量定律說明,當牆的材料已經決定后,為增加其隔聲量,唯一的辦法是增加牆的厚度,厚度增加一倍,單位面積質量即增加一倍,隔聲量增加6dB;該定律還表明,低頻的隔聲比高頻的隔聲要困難。

10.城市噪聲的種類:交通噪聲,建築施工噪聲,工業生產噪聲,社會生活噪聲。交通噪聲是最主要的噪聲。

11.3種主要的噪聲評價量基本概念的理解。

a. 噪聲評價數(NR) :用於評價噪聲的可接受性以保護聽力和保證語言通信,避免噪聲干擾。 對聲環境現狀確定噪聲評價數的方法是:先測量各個倍頻帶聲壓級,再把倍頻帶噪聲譜疊加在NR曲線上,以頻譜與NR曲線相切的最高NR曲線編號,代表該噪聲的噪聲評價數。

b. 語言干擾級(SIL):作用:評價噪聲對語言掩蔽(干擾)的單值量 。方法:以中頻率500,1000,2000和4000Hz3個倍頻帶噪聲聲壓級的算術平均值作為語言干擾級 。注意:語言干擾級只反映人們所處環境的噪聲背景

c 晝夜等效聲級Ldn

人們對夜間的噪聲比較敏感,因此對所有在夜間8小時出現的噪聲級均以比實際值高出10dB來處理,這樣就得到一個對夜間有10dB補償的晝夜等效聲級。

12. 城市聲環境規劃和降噪設計基本概念的了解。

 噪聲控制並不等於噪聲降低。多數情況下,噪聲控制是要降低噪聲聲壓級,但有時是增加噪聲。

 確定噪聲控制方案步驟:

首先,調查噪聲現狀,以確定噪聲的聲壓級;同時了解噪聲產生的原因以及周圍情況。

其次,根據噪聲現狀和有關噪聲允許標準,確定所需降低噪聲聲壓級數值;此外,還可利用自然條件創造愉悅聲景。

第三,根據需要和可能,採用綜合的降噪措施

 航空港用地一般都劃定在遠離市區的地方。城市總體規劃的編製,應能預見將會增加的噪聲源以及可能的影響範圍。

 對現有城市的改建規劃,應當依據城市的基本噪聲源,做出噪聲級等值線分佈,並據以調整城市區域對噪聲敏感的用地,擬定解決噪聲污染的綜合性城市建設措施。

 減少城市噪聲干擾主要措施

1、與噪聲源保持必要的距離

當與幹道的距離小於15m,來自交通車流的噪聲衰減,接近於反平方比定律,因為這時是單一車輛的噪聲級起決定作用;如果接受點與幹道距離超過15m,距離每增加一倍,噪聲級大致降低4dB。

沿幹道建築物的接受點對於幹道視線範圍受到限制的遮擋會使接受點的噪聲有所降低

2、利用屏障降低噪聲

實體牆、路堤或類似的地面坡度變化、以及對噪聲干擾不敏感的建築物,均可作為對噪聲干擾敏感建築物聲屏障。

聲影區:衍射聲波到達處  明區:未受衍射聲波影響地帶

有效地聲屏障應有足夠重量使聲音衰減,保養費用少,不易破壞。應能在不同現場條件下裝配,並且便於分段維修,有良好的視覺效果。屏障應設置在靠近噪聲源或需要防護的地方,並且完全遮斷在防護地點對於幹道阿德視線。

3、屏障與不同地麵條件組合的降噪

距離+軟質地面   距離+濃密森林+軟地面   距離+硬或軟地面+屏障

4、綠化減噪

選用常綠灌木(高度寬度均不小於1m)與常綠喬木組成的林帶,林帶寬度不小於10-15m,林帶中心的樹行高度超過10m,株間距以不影響樹木生長成熟后樹冠的展開為度,以便形成整體綠牆。

5、降噪路面

有空隙的鋪面材料可減弱行駛中摩擦噪聲。

 音質設計的目標

混響感和清晰度間平衡

無音質缺陷

良好的聲色與適度平衡

適當的響度

空間感

  •  音質設計的內容

選址、總圖、房間合理配置

房間容積、每座容積

有效聲能合理布置,避免音質缺陷

混響時間、吸聲及構造

聲壓級是否需要電聲

允許噪聲級控制措施

內裝前聲學測試

完工後測量及評價

縮尺模型

 大廳容積的確定

1、合適的混響時間和足夠的響度

2、大廳的規模和用途

3、藝術造型、經濟條件、空調和衛生

人聲和樂器聲等自然聲源的聲功率是有限的大廳容積越大,聲密度越低,室內聲壓級越低,滿足不了響度要求,因此用自然聲演出的大廳有足夠的響度,容積不能過大

選取適當的每座容積,儘可能減少吸聲材料的情況下,得到合適的混響時間,從而降低造價。

  •  大廳體型設計

1、充分利用聲源發出的直達聲

直達聲直接影響聲音的響度和清晰度:衰減、觀眾吸收、聲源指向性

針對直達聲傳達特點,對以自然聲演出的大廳,體型設計應注意:

大廳縱深長度35m;樓層1500座以上,一層宜懸挑,2500座,兩層及以上;觀眾席,140度範圍;地面升起

2、爭取和控制早期反射聲使其具有合理的時間和空間分佈

時間間隔50ms,音樂演出可以為80ms

通過聲線作圖法,可以確定反射面的位置、角度和大小,也可以檢驗已有反射面對聲音的反射情況。

對於規模不大,高10m寬20m左右時,聲延遲一般不會超標,體型也不用做特殊處理,但對於尺寸更大的大廳,欲達到這一要求,必須對廳堂體型做精心設計。

  •  平面形狀與反射聲分佈

扇形

建築聲學基本知識建築聲學基本知識

六邊形

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橢圓形

建築聲學基本知識建築聲學基本知識

窄長形

建築聲學基本知識建築聲學基本知識

 剖面與頂棚設計

觀眾廳剖面做法

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 增加側向反射聲的方法

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3、適當的擴散處理,使聲場達到一定的擴散程度

觀眾廳的聲場要求有一定的擴散性,聲場擴散對錄音室尤其重要

觀眾廳的包廂、挑台、各種裝飾等,都有擴散作用,必要時還可將牆面和頂棚設計成擴散面

交叉布置吸聲材料也可取得擴散效果

在房間內無規則懸吊擴散板或擴散體,可以使室內聲場得到更好擴散

擴散體尺寸

建築聲學基本知識建築聲學基本知識

 

4防止出現聲學缺陷

聲缺陷:聲聚焦、回聲、顫動回聲、聲影

聲聚焦

建築聲學基本知識

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回聲與多重回聲

當反射聲延遲時間過長,一般是直達聲過後100ms,強度有很大,這時就可能形成回聲

觀眾廳中最容易產生回聲的部位是后牆和與后牆相連的頂棚,以及挑台欄板。這些部位把聲波反射到最先接受到直達聲的觀眾席前區和舞台,因此延遲時間很長。

建築聲學基本知識建築聲學基本知識建築聲學基本知識

 

聲影

觀眾席較多的大廳,一般要設挑台,以改善觀眾席後部的視覺條件。如挑台下空間過深,則易遮擋來自頂棚的反射聲,在該區域形成影區。

建築聲學基本知識

 最佳混響時間及頻率特性的確定

1交響樂廳

不同音樂作品的混響時間

莫扎特               古典樂曲            清晰細緻  1.5-1.7s

勃拉姆斯、施特勞斯   後期浪漫主義樂曲    融洽渾厚  2.0-2.1s

現代音樂             1.8-1.9s

2室內樂廳

演奏弦樂或管弦樂  1.2-1.6s

混響時間由於容積、規模變化大

100人/600-700立方米

600-800人/3600-4800立方米

3合唱、獨奏(唱)廳

室內樂廳、演奏廳內

混響時間較短:1.2-1.4s

4、管風琴演奏廳

作品適合在教堂演奏

混響時間:4.0-4.5s

僅有少數管風琴演奏廳

5、歌劇院觀眾廳

短混響時間

唱詞清晰度1.1-1.3s

較長混響時間

音樂豐滿度1.5-1.6s

折中值 1.4s左右

6、音樂和歌劇的排練廳

為便於指揮發現演奏差錯 1.0-1.2s

7、音樂教室和聲部排演室

以清晰為主 0.6-1.0s

8、個人練琴室

琴房面積小:8-12平米 0.4-0.6s

9、以音樂演奏為主的多功能廳堂

可以滿足音樂外的其他各種劇目

可調混響裝置:人工、電控、計算機程控

10、音樂錄音棚

自然混響音樂錄音棚:1.3-1.4s

強吸聲分聲道錄音棚:0.4-0.6s

多功能音樂錄音棚:調幅0.4-0.8s

  •  音樂建築設計特點

1、 聲學在音樂建築設計中處核心地位

2、 聲學關係到建築設計各方面,包括城市規劃、結構專業、設備專業、電氣專業、舞台機械專業等

3 、聲學實驗是音樂建築設計的依據

用地選擇:基地噪聲和振動測定

方案形體設計:計算機三維模型多方案比較、實驗確定

初步技術設計:對聲學指標用縮尺實體模型預測,並修正

施工圖設計:圍護結構隔聲量、內裝材料的吸聲和擴散性能、設備的消聲和隔振

施工及竣工調試:現場實測數據作為評定設計的優劣的依據

4、 聽聞效果作為音樂建築優劣的主要指標

  •   音樂家 聽眾

 音樂建築聲學設計的實施和操作程序

1 、設計階段

方案選擇

初步設計

技術設計和施工圖

2、 施工階段

土建施工:隱蔽的隔聲、吸聲、消聲、擴散構造等的實施——專業講座、樣板間

內裝施工:完工前,現場聲學測量,糾正計算和模型中的偏差

3、 實用和調試階段

內裝完成、施工隊未離現場前:2-3個月的聲學測量和適用中的主觀評價,二者對應,修改、調整。

提交聲學設計報告,歸檔

 音樂建築的聲學設計指標

1、自然聲-響度(對於自然聲演出,足夠的響度是最基本的要求;廳堂越大,音質的主觀評價越受響度大小的影響;清晰度、豐滿度、空間感)

2、混響時間

3、聲擴散

4、聲場分佈(均勻度,避免廳內各處響度差別過大,或死角;Δp(dB)不均勻度值;

指標 無樓座的廳堂:在125-4000Hz覆蓋頻率範圍內:小於6dB;有樓座的廳堂:在125-4000Hz覆蓋頻率範圍內:小於8dB)

5、頻率響應(指 聽眾席某一座位上,接受到的各個頻率聲壓級的均衡程度,關係到聽聞的純真度。指標為:63-8000的覆蓋範圍內各頻率的聲壓級差小於等於10dB)

6、早期反射聲和聲能比(明晰度)(早期反射聲作用:提高直達聲的強度和親切感,側向反射聲可以增強空間感)

7、允許噪聲級(對語言和音樂的聽聞有很大的掩蔽作用,特別是低頻噪聲;不同音樂建築對噪聲的要求不一樣;標準較高,音樂廳、歌劇院和音樂錄音棚;其次,音樂演奏廳為主的多功能大廳;稍低,排練廳、琴房、音樂教室(一般允許噪聲級25dB))

8、沒有音質缺陷(音質缺陷與聲擴散、均勻聲場是對立關係)

建築聲學基本知識

 影響聲學設計指標實現的因素

建築聲學基本知識

 音質的主觀評價

清晰度、豐滿度、親切感、平衡感、環繞感、響度•••

建築聲學基本知識

 

13、聲學建築的廳堂平面體型設計,剖面設計,混響時間選擇,各類音質缺陷的避免

●平面體型設計:

(1)充分利用聲源直達聲

直達聲直接影響聲音的響度和清晰度:衰減、觀眾吸收、聲源指向性;

針對直達聲傳播特點,對以自然聲演出的大廳,體型設計注意:

大廳縱向長度:35m

樓層:1500座以上,宜一層懸挑,2500座,二層及以上

觀眾席:140度範圍

地面升起

(2)爭取和控制早期反射聲

時間間隔:50ms,音樂演出,可以為80ms

通過聲線作圖法,可以確定反射面的位置、角度和大小,也可以檢驗已有反射面對聲音的反射情況。

(3)使其具有合理的時間和空間分佈;

(4)適當的擴散處理,使聲場達到一定的擴散程度;

(5)防止出現聲學缺陷。

●剖面設計:

(1)吊頂定向反射

(2)吊頂擴散反射

●混響時間選擇:

是最重要的聲學設計指標,不同的廳堂、劇目,有最佳混響時間的經驗值。

(1)交響音樂廳

莫扎特:古典樂曲——清晰、細緻1.5-1.7s

勃拉姆斯、施特勞斯:後期浪漫主義樂曲——融洽、渾厚2.0-2.1s

現代音樂——1.8-1.9s

(2)室內音樂廳(演奏弦樂或管弦樂)

1.2-1.6s混響時間由於容積、規模變化大:

100人/600-700立方米

600-800人/3600-4800立方米

(3)合唱、獨奏(唱)廳

混響時間較短:1.2-1.4s

(4)管風琴演奏廳

作品適合在教堂演奏,混響時間長:4.0-4.5s

(5)歌劇院觀眾廳:

短混響時間,唱詞清晰度 1.1-1.3s

長混響時間,音樂豐滿度 1.5-1.6s

折衷值,1.4s左右

(6)音樂和歌劇的排練廳:

為便於指揮發現演奏(唱)的差錯 1.0-1.2s

(7)音樂教室和聲部排演室:

以清晰為主 0.6-1.0s

(8)個人練琴室:

琴房面積小:8-12平米 0.4-0.6s

(9)以音樂演奏為主的多功能廳堂:

可以滿足音樂外的其它各種劇目

可調混響裝置:人工,電控,計算機程控

(10)音樂錄音棚:

自然混響音樂錄音棚:1.3-1.4s

強吸聲分聲道錄音棚:0.4-0.6s

多功能音樂錄音棚:調幅0.4-0.8s

●音質缺陷避免

(1)聲聚焦

凹曲面頂棚產生聲聚焦的避免:吸聲處理,懸吊擴散反射板

圓形平面、弧形后牆產生聲聚焦的避免:弧形后牆增強吸聲,弧形后牆擴散處理,圓形平面擴散處理

(2)回聲與多重回聲

當反射聲延遲時間過長,一般是直達聲過後100ms,強度有很大,這是就可能形成回聲。觀眾廳中最容易產生回聲的部位是后牆、與后牆相接的頂棚,以及挑台欄板。這些部位把聲波反射到最先接收到直達聲的觀眾席前區和舞台,因此延遲時間很長。

用吸聲性后牆消除回聲

用擴散性后牆消除回聲

后牆部分傾斜消除回聲

(3)聲影

觀眾廳較多的大廳,一般要設挑台,以改善大廳後部觀眾席的視覺條件。如挑台下空間過深,則易遮擋來自頂棚的反射聲在該區域形成聲影區。

控制張角θ,音樂廳θ>45°,多功能廳θ>25°.

14、音樂建築的設計特點,聲學設計指標,大致了解即可。

●音質要求

(1)較長的混響時間

(2)獲得足夠的早期反射聲

(3)聲場充分擴散均勻

(4)無音質缺陷

(5)足夠的響度

(6)無噪音干擾

●音質設計特點

(1)較長的混響時間

(2)獲得足夠的早期反射聲

(3)聲場充分擴散均勻

(4)無音質缺陷

(5)足夠的響度

(6)無噪音干擾

●按各音樂廳音質設計的特點,大致為以下幾種:

A、鞋盒式音樂廳

B、梯田式音樂廳

C、加強側向反射型音樂廳

D、可變耦合空間音樂廳

●鞋盒式音樂廳的優點

(1)足夠的響度

(2)充足的側向早期和後期反射聲

(3)適度的混響時間和低音比:

(4)建築裝修和陳設使得大廳有良好的聲擴散

(5)演奏檯布置緊湊,面積均在186m2以內,樂隊的展開相對較小。

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