《建筑声学整理》PPT课件.ppt

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1、第二篇 建筑声学ARCHITECTURAL ACOUSTICS,声学原理噪 声吸声材料与建筑隔声室内音质设计,第五章 声学原理,本章提要:物体围绕平衡位置所作的往复运动称为机械振动，单位时间内往返运动的次数称为频率，其单位为赫兹Hz，频率在20-20，000HZ之间的振动称为声振动，其传播过程能引起人的听觉，形成声波，也称声音或声。理解声音的物理本质及其效果；学会运用声学及其测量的基本术语；了解声音的传播和改变过程；理解声音对于人类听觉的影响；了解声音损耗的原因和机理。,5.1 声音的产生与描述5.1.1 声音的产生 任何物体发生振动时均会迫使周围的媒质发生相应振动，使该振动在媒质中由近及远地

2、传播，产生波动。,这种声振动在媒质（空气）中的传播称为声波，也称声音；产生声振动的物体称为声源。,描述声波的物理量 A 周期与频率物体完成一次完全振动所需的时间称为周期（T），单位为秒（S）。每秒钟完成的振动次数称为频率（f），单位为赫兹（Hz）。周期与频率的关系：T=1/f声波的周期与频率与声振动的周期与频率相同，它们是声波时间周期性的反映，即每经过 T 时间，空间就传播了一个完整的声波。B 波长声波在一个周期内所传播的距离，即在波动上任意两个最近距离的相同波相的点之间的距离称为声音的波长（），单位为米（m）。C 声速单位时间内，声波在媒质中的传播距离称为声速（c&u），单位为米/秒（m/s

3、）。声速的大小与媒质的物理特性有关：媒质不同，声速也不相同。一般而言，声波在固体中的传播速度最快，液体次之，空气中最慢。对于同种媒质，如果温度不同，其声速也不相同。空气传声会随着温度的增加而增加，在标准大气压下，声速 c0=331m/s。在常温下（即200c），c=340m/s。以上三个物理量之间的关系：c=/T=f,一些常见媒质中的声速,5.2 声波的特性5.2.1 声波的能量声强 声波具有能量，其大小即与声波的频率、波幅有关，又与时间与声波通过的面积有关。反映声波能量传播特性的物理量为声波强度，简称声强。定义：单位时间内通过垂直于传播方向上每单位面积上的声能。符号：I 单位：瓦/米2（W/

4、m2）表达式：I=(1/2)A22c 媒质的密度，单位kg/m3；=2f称为圆频率，单位Hz；A 波幅（同振幅），单位m；c 声速，单位m/s.其实质是声功率密度。,5.2.2 声波的反射与衍射 声波的反射 声波在传播过程中遇到尺度比其波长大得多的障碍物时将有部分声波被反射回原媒质，这种现象称为声反射。声波反射定律：A.入射声波与反射声波分居法线的两侧；B.入射角等于反射角。,声波的衍射A.衍射 如果声波在传播过程中遇到障碍物（或洞口）的尺寸较之波长为小，声波将会绕过障碍物而向其后的“阴影区”传播，使阴影区的声强不为零，这种现象称为声衍射。一般而言，波长越长（或障碍物尺寸越小），其衍射越显著。

5、声波的衍射B.声透射 当声波遇到障碍物时，其疏密相间的运动（振动）压力会推动障碍物内部也发生相应振动，进而带动另一侧的媒质发生振动，使声波透过障碍物而传播，这种现象称为声透射，其强度与障碍物的物理特性有关。C.声吸收 由于振动在障碍物中传播时会伴随有摩擦、碰撞等过程发生，导致部分声能转化成其他形式的能量（如热能）而耗散，致使经过障碍物后的声能衰减，这种现象称为声吸收，其强度也与障碍物的物理性能有关。声反射、声透射与声吸收的关系：E0=E+E+E 声波的这三种性质的强弱，与障碍物（即材料）的性质有关。,5.2.3 声波的干涉与声驻波的形成 声波的干涉 当两列同频率、同振动方向且相位差恒定的声波在

6、同一媒质中传播时，会在相遇区域的某些固定点始终产生振动相长（彼此加强）的效果，而在另一些固定点始终产生振动相消（彼此减弱）的效果，这种现象称为声波的干涉，满足这种相干条件的声波称为相干声波。声驻波 如果两列相干声波的振幅相等，且传播方向相反（入射声波及其反射波在空间相遇就会出现这种的情况），则它们在空间的叠加便会生成驻波，称为声驻波。,5.3 声音大小的度量5.3.1 声压与声压级 声压 声波是由空气分子振动形成的疏密波，如果空气中不存在声波，则空气的压强即为大气压；如果空气中有声波传播，则声场中的空气将作周期性的疏密变化，使空气中的压强在大气压附近变化，相当于在原大气压的基础上，在附加了一个

7、随时间而变化的附加压强，这个附加压强成为声压（P)，单位：Pa（帕）。有效声压：声振动随时间变化，声压也随时间而变化，当声压变化呈周期性时，其大小常用周期内声压作用力的方均根值来表示，这样的声压称为有效声压。表达式：P=Pm/2 基准声压（闻阈或声压下限 P0)对大多数听力正常的人而言，频率为1，000赫兹的声音对听觉的感受最灵敏，在这样的频率下，声压为210-5 Pa 的声音恰好能听见（低于此的声音则听不见），这样的声压称为闻阈。痛阈（声压上限）声压超过 20Pa，会使耳朵感到疼痛，这一声压称为痛阈（声压上限）。,声压级 人对声音的感觉并不与声压大小成正比（即声压增加1倍，但人感觉的声音大小

8、却并未比原来的声音增强1倍），而是与声压的对数成正比，所以声学中常用声压与基准声压的比的对数来表示声音的大小，其值称为声压级（Lp）。表达式：Lp=20lg P/P0 P0 基准声压：210-5 Pa 此时，闻阈的声压级为 0dB，痛阈的声压级为 120dB；每当声压增加 1 倍时，声压级就增加 6dB。声压与声压级 声压的物理实质为单位面积上的受力，因此：当几个声音叠加在一起时：P总2=P1 2 P2 2 P3 2 Pn 2 几个声压相等的声音叠加，其P总2=nP2 Lp=20lg nP2/P0=20lg P/P010lg n 所以，当两个声压相等的声音叠加时，其声压级仅比单个声音的声压级高

9、出约 3dB。两两合成法A.计算两个声波的声级差；B.利用对数修正值找出修正量；C.将修正量加到较高的声压级上，即为所求。,一些常见声音的声压与声压级,5.3.2 声功率级与声强级 声功率与声功率级A.声功率 单位时间内声源所辐射的声能称为声功率（W），单位瓦（W）。自然界中感知的声功率范围在 10-12W 到 108W 之间。B.声功率级 声功率W与基准声功率W0（=10-12W）之比的对数称为声功率级（Lw），单位dB（分贝）。Lw=10lg W/W0 几种常见声源的声功率及其声功率级,声强与声强级A.声强 单位时间内垂直通过声波传播方向上单位面积的声能称为声强（I），单位瓦/米2（W/m

10、2），其实质为面声功率密度。I=W/4r2B.声强级 声强I与基准声强I0（=10-12W/m 2）之比的对数称为声强级（LI），单位dB（分贝）。LI=10lg I/I0 几种常见声音的声强及其声强级,5.3.3 响度与响度级 响度 描述声音响与不响的量称为响度（N），单位宋（sone）。主观感知的声音大小由频率（或声强）两个因素共同决定。等响曲线 响度级 以等响曲线图中对应于1000Hz的音频垂直线与等响曲线交点对应的声压级为等响曲线的级别，这样的级成为响度级（LN），单位方（phon）。等响曲线图 注意：（1）低声压级区的等响曲线斜率（变化）较大，说明在低声压级区，每单位声压级引起的响度

11、变化要比中、高声压级区大；而在同等声压级上，中、高频声则要比低频声响一些。（2）高声压级区的等响曲线较为平直，说明声压级相同的各频率声差不多响，即在这样的区域，响度与频率的关系不大，主要由声压级数决定。,第六章 噪 声,本章提要:噪声通常对人们的生活、学习及工作造成很大的影响。在本章中，我们 了解噪声的概念、危害 了解噪声的评价方法；学习环境噪声的控制。,6.1 噪声及其危害6.1.1 噪声的概念 通常将对人们的生活、学习及工作有妨碍的嘈杂声统称为噪声，也称噪音。分类 依据来源的不同，可分为：机械噪声、交通噪声、电磁噪声。根据噪声的性质，可分为：背景噪声、干扰噪声、环境噪声。背景噪声是指听者周

12、围的噪声。干扰噪声是指外界噪声或是由房间围护结构传递的来自建筑物其它部分的噪声，其大小与建筑围护结构及其施工技术均有一定的关系。环境噪声是指某种环境中所有噪声的总和。6.1.2 噪声的危害 损害听力 听觉疲劳：在强噪声作用下，人的听力变得迟钝，引起听阈上移，即。噪声性耳聋：在 85dB 以上的噪声环境中长期工作，则听觉疲劳难以恢复，致使听觉器官发生质变，造成耳聋，即。暴震性耳聋：如果人们在某些特殊的环境条件下，突然受到140dB以上的强噪声声作用，则可立即引起鼓膜破裂，造成一次性耳聋，即。,影响人们的正常生活及工作 40dB以上的噪声即可干扰人们的正常睡眠。影响健康 影响幼儿发育成长 损伤建筑

13、物及仪器设备,6.2 噪声的评价6.2.1 评价噪声的物理量 A声级 是一种对所有声音频率加权求平均的频率综合声级，可由仪器直接读出。通常用LPN表示，单位贝（B）或分贝（dB）。A声级表示的声音与人们的主观感受有很好的相关性。等效声级 实际存在的噪声往往是围绕其平均值而变化的，这种现象称为噪声起伏。为了能够给随时而变的噪声提供一个按声能计算的单值评价量，引入等效声级的概念 若某一稳定状态的A声级与现场测得的某一时段内的起伏噪声的效果相同，这一稳定的声级就称为该时段内的等效声级，用LEq表示，单位分贝（dB）。语言干扰级 由于人们交谈的声能大部分位于800Hz附近的频率周围，所以可用语言干扰级

14、来评价噪声对语言掩蔽的影响。倍频带中心频率500Hz、1000Hz、2000Hz声压级的算术平均值成为语言干扰级，符号SIL，单位分贝（dB）。交谈效果与距离和语言声级大小的关系,噪声评价数（NR）为了评价噪声的可接受性，以保护听力和保证语言，避免噪声干扰，国际标准组织（ISO）提出了一组噪声评价曲线，称为NR线。噪声评价数 图中每一条曲线与1000Hz倍频谱线的交点所对应的声压级数分别称为该曲线多对应的噪声评价数，也称NR数。利用噪声评价数可以评价环境现场某些频率的噪声对环境的污染程度，以便决定是否采取相应的降噪措施。方法：（1）测量出个倍频带的声压级；（2）将各倍频带与代表指定评价数的曲线

15、的交点所对应的声压级进行比较，超出部分则是需要降低降低的噪声量。部分房间的允许噪声评价数N,6.2.2 环境噪声的立法与标准 城市区域环境噪声标准（GB 3096-82）城市区域环境噪声标准（等效声级LeqdB）,城市港口及江河两岸区域环境噪声标准（GB 11339-89）城市港口及江河两岸区域环境噪声标准（LeqdB）,一类区域指港区内的住宅、文教、医院、机关所在地以及船舶流量为每小时60艘以下的江河两岸地区；二类区域指船舶流量为每小时60艘以上的江河两岸地区。,工业企业厂界噪声标准（GB 12348-90）各类厂界噪声标准（LeqdB）,一类标准适用于居住、文教机关为主的区域；二类标准适用

16、于居住、商业、工业混杂区及商业中心区；三类标准适用工业区；四类标准适用于交通干线道路两侧区域。,住宅室内噪声允许值（Db（A）住宅室内允许噪声级（LeqdB）,表中一、二、三级分别对应于安静有特殊要求、一般要求及无特殊要求的情况。,学校建筑室内噪声允许值 学校建筑室内允许噪声级,表中：有特殊安静要求的房间指语言教室、录音室、阅览室等；一般教室指普通教室、自然教室、音乐教室等；无特殊安静要求的房间指健身房、舞蹈教室、教师休息室及办公室等。,6.3 环境噪声的控制6.3.1 控制噪声的措施 降低声源噪声 控制噪声的传播途径A.合理规划城市布局（1）城市人口的控制（2）土地功能区域的合理规划 即在城

17、市规划时，将城市中的重噪声区（如重工业类厂、锯木厂、织布厂等），中 等强度噪声区以及低噪声区合理分区布局。通用原则：重工业、重噪声单位置于城市外围；轻工业等噪声较少的单位可靠进居 民区布置。B.植树绿化，设置屏障,合理布置建筑平面及剖面A.应将强噪声设备与一般噪声设备分开，以便能集中进行隔声处理；B.临界居住建筑应尽量将厨房、卫生间、走廊等布置在朝向道路的一侧；C.水箱供水管切忌通过卧室；D.尽量采用跌层式（复式）楼层，减少分户楼板撞击声的干扰。,6.3.2 控制噪声的实施步骤 调查噪声现状，确定噪声声级（需用仪器测量噪声声级），并了解产生噪声的原因及周围环境的情况。确定噪声的允许标准及所需降

18、低的声压级，根据现场情况确定各频带所达到的噪声值，并与“标准”对照，以确定所需降低的声压级。选择控制噪声的具体办法：A.在总体及平剖面上对建筑物进行合理布局（约可降噪10-40dB)；B.用吸声材料进行隔声处理（约可降噪8-10dB)；C.对建筑构件进行隔声处理（约可降噪10-50dB)；D.对声源进行消声处理（约可降噪10-50dB)。,第七章 吸声材料与建筑隔声,本章提要:本章通过吸声与隔声材料的介绍，进一步：理解吸声材料和隔声材料的原理，特性及用途,7.1 吸声原理与吸声参量7.1.1 吸声原理 声波在传播过程中会与各种各样的材料相遇，这时，便会有一部分声能在材料内部被吸收，使空间传播的

19、声能降低，这种现象称为吸声，能够吸纳声能的材料称为吸声材料。一般而言，坚硬、光滑、结构致密的材料（如大理石、水磨石等）吸声能力差；而粗糙、松软、多孔材料（如玻璃棉、泡沫塑料等）吸声能力好。7.1.2 吸声参量 吸声系数 声波射入材料表面时，将有部分声波被反射，部分声波被吸收，被吸收的声能与总入射声能之比称为吸声系数（）。表达式：=吸收声能/入射声能=E吸/E入,一些常见材料的吸声系数,吸声量 材料吸声的量与其吸声系数成正比，吸声系数越大，则其吸声量越大；材料吸声的量与其面积s成正比，面积s越大，材料的吸声量越大。表达式：A=S,一些常见材料的吸声系数,注意：上表给出的仅仅是的平均值，事实上，材

20、料的吸声系数除了与材料本身的物理特性有 关外，还与声波的频率有关。即同一材料对于不同频率的声波其吸声系数不同，材料吸 声系数随频率而变化的特性称为吸声频率特性。,7.2 吸声材料与吸声结构 吸声系数大于零的材料称为吸声材料，由吸声材料制成的吸声部件称为吸声结构。7.2.1 多孔吸声材料 具有大量内外连通的微小间隙和连续气泡的材料称为多孔吸声材料。麻、棉及玻璃棉、无机纤维等都是较好的多孔吸声材料，具有良好的高频吸声性能。吸声原理 当声波入射到多孔材料表面时，声波能顺着微孔进入材料内部，引起孔隙中的空气振动由于存在摩擦和空气粘滞阻力以及孔壁、纤维与空气间的热交换作用，使相当一部分声能转化为热能而被

21、消耗。多孔材料吸声的先决条件：声波能够容易地进入微孔内。影响吸声性能的因素A.材料的空气流阻 空气稳定流过材料时，材料两边的静压差与空气流动速度之比称为材料的空气流阻。一般而言，空气粘性越大，材料越密实、越厚，其流阻越大，透气性能就越差，吸声性能就越差；但流阻也不能过小，否则，克服摩擦力、粘滞力使声能转化为热能的效率就会太低。从吸声效率来讲，多孔材料存在着最佳的空气热阻。,B.材料的孔隙率 材料中的孔隙（空气）体积与材料体积之比称为材料的孔隙率。对多孔材料而言，其值一般均大于70%。C.材料的厚度 一般而言，材料的吸声系数随着厚度的增加而增加。但是，当材料厚度达到某一值后，再增加厚度，对材料的

22、吸声效果影响并不显著了，所以不能无限制地增加厚度。从吸声效率来讲，多孔材料存在着最佳的空气热阻。D.材料的容重 材料重量与体积之比称为材料的容重。一般而言，容重的大小与材料的孔隙率有关容重增大，材料的孔隙率变小，空气流阻增大，材料对低频声吸收效果升高，对高频声的吸收效果下降。但容重也存在最佳值，其大小随材料不同而有所差异。E.材料表面的饰面处理F.材料的吸湿,7.2.2 吸声结构 空腔共振吸声结构 穿孔板吸声结构 薄膜吸声结构 具有不透气、柔软、受张拉时有弹性的极薄的膜，如皮革、人造革、塑料薄膜等统称为薄膜材料，它们与其后的空气层形成的共振系统统称为薄膜吸声结构，用以吸收共振频率附近的入射声能

23、。周边固定于龙骨上的胶合板、石膏板、石棉水泥板、金属板等薄板与其背后的空气也常常构成薄板共振结构。薄膜吸声结构的共振频率通常在200-1000Hz之间，最大吸声系数为0.3-0.4，一般常用来吸收中频范围的声能。其他吸声结构A.空间吸声体B.帘幕C.洞口D.人和家具E.吸声尖劈mm钢丝制成所需形状和尺寸的框子，在框架上粘缝布类罩面材料，内填棉状多孔材料。,7.2.3 吸声材料的选择 吸声材料除吸声外的其它主要特性,7.3 建筑物中的吸声减噪 在建筑物室内壁面布置吸声材料，那么，当噪声碰到这些吸声材料时，便有一部分的噪声能被吸收，使反射噪声减弱，达到减噪的目的，这样的方法称为吸声减噪。7.4 建

24、筑隔声7.4.1 声波在围护结构中的传播 由空气直接传播 由围护结构的振动传播 由固体撞击或振动直接传播7.4.2 声音的透射与隔绝 透射 直接透射：声音从声源（如汽车、飞机等）和听闻地点间的墙壁或屋顶直接透射入听闻地（室内）的现象。间接透射：室内发出的声音，沿着围护结构的相连接部件间接传向听闻地点的现象。隔声及其性能表示 将声音隔绝于围护结构之外，或将强烈的声源封闭在一个特定的空间的过程称为隔声或称为声音的隔绝。,A.隔声量 入射声分贝数与透射声分贝之差称为围护结构的隔声量（R）。表达式：R=L入-L透 考虑到隔声性能与透射性能（透射系数=E/E0）的关系，围护结构（墙壁）的隔声量 R 也常

25、采用其透射系数的倒数的对数来定义，即 R=10lg1/(dB)越小，R越大，构件的隔声性能越好。B.隔声频率特性曲线 隔声量是随着声音频率的变化而变化的，为了反映这一特性，常以隔声的分贝数为纵坐标，以频率的赫兹为横坐标，按1/3倍频程谱的17个中心频率标于坐标轴上，将计算或测量所得的各频率对应的分贝数标于图中，并将相关的点连接起来，得一系列曲线，称为隔声频率特征曲线。优点：能更为直观、全面地反映隔声构件在各频率范围内的隔声状况。缺点：应用繁杂，不便比较。,C.平均隔声量 墙板隔声量的平均值称为隔声量，它是各种频率对隔声作用总和的近似。一般情况下，可用500Hz对应的隔声量来代替。优点：使用简便

26、，易于掌握。缺点：精度差，可比性差。D.隔声指数 隔声指数是表征建筑构件（墙壁、楼板）隔声性能的重要指标，它是在综合隔声频率特征曲线及平均隔声量优点的基础上提出来的一个概念，是按一定操作程序所读取的一隔声量值。,7.4.3 隔声标准 判断围护结构是否达到隔声要求的标准多用隔声系数，考虑到空气声与固体声的差异，隔声标准分为空气声隔声标准与固体声隔声标准两类。空气声隔声标准,固体声隔声标准,注意：固体（撞击）声隔绝性能的表示方法与空气声隔声性能的表示方法不同，它是采用一个由国际标准组织规定的打击器，在被测的楼板面上撞击发声，在楼下房间测量传递到楼板下面的撞击声声压级，简称标准撞击声级。声级越高，说

27、明楼板隔绝撞击声的性能越差；反之，则隔声性能越好。,7.4.4 影响隔声效果的因素 质量定律 实验发现，墙板对声波的隔声量的大小随着入射声波频率及墙板质量面密度（单位面积上的质量）的增加而增加，这一规律称为质量定律。吻合效应 进一步研究发现，质量定律并不太准确，在很多情况下会出现例外，这主要是因为很多材料还有共振及吻合现象。吻合效应只发生在一定的频率范围内，最低频率称为临界频率（fc)，其值与构件的厚度、密度以及弹性模量有关。由于噪声对人的影响频率主要集中在100-2500Hz之间，所以要特别注意吻合效应不应发生在这一范围。,7.4.4 影响隔声效果的因素 质量定律 实验发现，墙板对声波的隔声

28、量的大小随着入射声波频率及墙板质量面密度（单位面积上的质量）的增加而增加，这一规律称为质量定律。吻合效应 进一步研究发现，质量定律并不太准确，在很多情况下会出现例外，这主要是因为很多材料还有共振及吻合现象。吻合效应只发生在一定的频率范围内，最低频率称为临界频率（fc)，其值与构件的厚度、密度以及弹性模量有关。由于噪声对人的影响频率主要集中在100-2500Hz之间，所以要特别注意吻合效应不应发生在这一范围。,7.5 墙板的空气声隔绝单层匀质密实墙的空气声隔绝双层匀质墙的空气声隔绝轻型墙的空气声隔绝 面质量密度仅为每平方十几到几十千克的墙板称为轻型墙（板），石膏板、纤维板、胶合板、塑料板、加气混

29、凝土、碳化板、金属薄板等均可视为轻型墙板。这类墙板隔声性能差。改善措施：A.增加墙板的密实度B.采用双层薄板结构若增加双层板间空气厚度，使之达到7.5cm以上，其隔声量可增加8-10dB。若在双层板间充填吸声材料（如超细玻璃棉毡等），其隔声量可提高3-8dB。不同厚度的墙板组合。C.采用多层墙板结构 其方法是将多层密实材料（如胶合板、木板、钢板等）用多孔弹性材料（如玻璃棉、泡沫塑料等）分隔，做成夹层结构，其隔声量比同质同重的单层墙板提高很多。,7.6 门、窗与楼板的隔声门的隔声在双层薄板中充填软吸声材料，一般可使门的隔声量提高10-30dB。用乳胶条、橡皮条、工业毡等物对门缝做密封处理，一般可

30、提高隔声量6-14dB。对一些有特殊隔声要求的建筑（如录音室、演播室、耳科测听室等），可采用双层 门或门斗的处理方法，形成声闸。其隔声量约相当于两单门隔声量之和。D.真空处理 即将门的一部分做成双玻真空。构造做法,门扇空腔填棉的隔声效果,门缝对隔声量的影响,窗的隔声 A.采用厚玻璃，厚玻璃的面质量密度比薄玻璃大，按照质量定律，其隔声性能会相对 提高。B.采用双层玻璃，并留有较大的间距（一般不少于50-70mm)，但应注意，为了减少吻 合效应的影响，最好选用厚度不同的两种玻璃，且使厚玻璃朝向声源一侧。并且为 了改善共振的影响，两层玻璃不要平行排列，应使朝向声源一侧的玻璃倾斜850左右。C.在玻璃

31、与窗框、窗框与墙壁之间进行密封处理，在窗框上布置强吸声材料等均可明 显地提高窗的隔声能力。构造做法组合墙的隔声楼板的隔声 A.面层法。即在楼板表面铺设弹性良好的面层材料，如地毯、塑料地板等物，以减少 楼板本身的振动。B.垫层法。即在楼板结构层与面层之间铺设弹性面层，以减弱结构层的振动。弹性材 料可以做成片状，也可以做成条状或块状，将其放在面层或龙骨的下方。其中，应注意实施时面层与墙的交接处采用隔离措施，以免引起与墙体共振而导致 隔声性能的降低。C.吊顶法。,第八章 室内音质设计,本章提要:室内音质设计是建筑声学中的重要内容之一，是建筑设计从音质上保证建筑物符合要求的重要手段和措施。其目的主要是

32、对音质有要求的建筑构成一个良好的声学环境，使人们在其中不管是听报告，还是听音乐，都既能听得见，又能听得清，而且还能感到悦耳动听，丰满亲近。,8.1 室内音质设计概论8.1.1 设计原则 由于使用功能的差异，室内建筑对音质的要求各有不同：有的侧重语言听闻，有的侧重音乐欣赏，但不管对于那一类建筑，其音质设计都应体现如下原则：背景噪声要低 响度要合适 混响时间要最佳 声场分布要均匀 其主要解决方法是依靠厅堂平剖面的合理设计以及吸声材料和吸声结构的合理选择与布置。音节清晰度要高 所谓音节清晰度，即正确听到的音节数与发出的全部音节数之比的百分数。音节清晰度与听觉感觉的关系,8.1.2 设计步骤 室内音质

33、设计大致分为四步：选址 厅堂地址的选择要充分考虑日益增长的交通噪声，有的地方还应考虑航空噪声的影响，避免附近有较大的噪声源。为此，厅堂的位置应远离铁路线、地铁及主要的交通干线、高噪声的工厂等场所。确定音质设计标准 根据用户的使用要求来确定音质的设计标准，主要包括确定声音响度、混响时间以及室内允许的噪声级等。进行音质设计包括体型设计、响度与混响设计、吸声材料与吸声结构的选择与布置、防噪措施与扩声设计等。测定、调整与评价鉴定,8.2 体型设计 厅堂体型设计的目的主要是根据厅堂体积的大小，确定其平剖面形状，组织好反射面，防止出现声学缺陷，提高室内的音质水平。其设计的分析基础是几何声学，认为声音像光线

34、一样遵守反射定律，声线与光线相类似，知道了某一时刻的声线，通过作图法便可求出下一时刻声线的走向，这一特性可用来改善室内的声场分布。体型设计主要包括平剖面形式的选择、尺寸大小的确定及墙（侧墙、后墙）面及顶棚的处理等项目。同时，设计时还应当注意施工的方便，与照明、通风、视线、艺术造型、经济等方面的配合。,8.2.1 体型设计的一般原则 充分利用直达声 直达声是观众获得有效声能的主要成分，能增加声音的响度和清晰度，故应尽量让观众获得较多的直达声，所以：A.尽量减少直达声的传播距离，即在做平面设计时应使观众席尽量靠近声源（讲演者）。在室内平面面积一定的情况下，选取宽而短的平面形式优于窄而长的平面形式。

35、但任何声源都有方向性，所以平面形式不能过于扁宽（过于扁宽会使得偏离正对声源一定角度的听众缺少高频声），一般而言，观众席应以不超出声源正前方 1400 的夹角为宜。B.尽量避免直达声被遮挡和被观众掠射吸收。由于观众本身就是一种吸声性能很强的吸声体，故当讲演者的声音掠过观众头顶到达后排时，声能将被大量吸收，使后排听众的听闻质量无法保证。所以，大厅排座位时，应尽量避免水平排列，而应采取逐级抬高的阶梯（每级升高不少于80cm）式排列，且应使前后排座位错开，这样既有利于观看，又利于听音。尽量争取与控制前次反射声 直达声到达后的50ms以内到达的反射声统称为前次反射声。其传播距离与直达声相比不大于17m，

36、反射次数（传播距离）相对较少，能量损失也较小，因此，它们在听众所获得的声能中占有相对重要的位置。争取与控制前次反射声的关键是要注意一次反射面及附近反射表面的设计，使之具有有利于争取与控制前次反射声的合理形状、倾斜度及尺寸。,8.2.2 体型设计中应当注意的几个问题 侧墙的处理 侧墙对声反射有影响，优点：能改变室内声场分布，使之趋于均匀；能使某些需要加强的地方的声强得到加强，使其响度得到提高。缺点：如果处理不好，则会导致声学缺陷。因此，侧墙的体型设计要注意：A.通过侧墙反射，将声能投向需要加强的地方，但不能使反射声延时过长，否则会形成回声。所以，厅堂宽度一般不超过30m，这样有利于前区（离声源2

37、0m以内）观众获得前此反射声；若是处于功能考虑其宽度不得不超过30m，则可通过调节近舞台口侧墙反射面的倾角来解决，其角度通常控制在 80-100 的范围内。B.侧墙不宜有大的凹面，以免产生声聚焦，影响声场分布的均匀性。但为了有利于声场的扩散、均匀，侧墙的反射面不能做成非常光滑的平面，而应设计成有凸出起伏的扩散体。C.对于较大容积的矩形房间，两侧墙之间的一连串反射容易造成颤动回声。所以，可将墙面作成非平行的（与声源方向呈V形，或使侧墙面与声源中轴线的夹角不小于30），或缩短平行壁面间距，或对侧面进行扩散与吸声处理。,后墙的处理 各种类型的厅堂，应尽量避免采用大的凹形后墙，因为这样的后墙容易在厅堂

38、的中前区产生回声或声聚焦，干扰中前区听闻；若结构需要有弧度的后墙，则应将其曲率中心设计在后墙与第一排座位距离的1.5倍以外。若后墙不高，宜将后墙上部（1-1.2m以上）处理成前倾式，其倾斜角可根据声反射定律，用作图法来确定。若后墙较高，则前倾式后墙面有可能导致回声的产生，这时可通过在部分后墙面装置吸声材料或做扩散结构来解决。,顶棚与眺台的声学处理 顶棚的高度和形状对室内音质影响较大，顶棚越高，一次反射的延时就越长，容易形成回声，所以，其高度最好不超过10m，如果出于造型或功能需要较高顶棚，为了保证音质，则需在顶棚下方加挂反射板或吸声板。顶棚形状最好不要呈圆弧形状，容易产生声聚焦及增加混响时间。

39、对于楼座眺台，注意不要使眺台深度过深，因为这样会挡住顶棚的一次反射声，使后排座位区域响度不够，形成“声影”。其克服方法是控制眺台的深高开口比（D/H）：音乐厅：D/H 1；歌剧院：D/H 1/2；此外，也可利用后墙并调整好眺台下顶棚的角度来增强后排座位区域的反射声。,体型设计中常用的做法图例,8.3.1 最佳混响时间的选择 最佳混响时间推荐值（500Hz）,8.3 混响设计,各种用途房间的最佳混响时间,8.3.2 混响时间的频率特性8.3.3 混响时间与房间容积的关系 一般而言，混响时间随着房间容积的增加而增加，随着房间吸声量的增加而减少，因此过大的厅堂设计，从音质的角度来看是不太合理的。观众

40、也是吸声体，具有一定的吸声量，据分析，满座时观众的吸声量要占厅堂总吸声量的1/2-1/3，所以在厅堂设计时要注意这个因素。为了将容积与观众（吸声量）对混响时间的影响合并成一个指标来衡量，我们引入“每座容积“（厅堂容积与座位数之比）的概念，其大小等于每一座位（观众）所占有的厅堂容积，含有容积与吸声量（座位数）两个因素。一般而言，每座容积大，则混响时间就大；反之，就会小。当然，为了保证厅堂具有良好的音质，每座容积也存在最佳值。一些厅堂的最佳每座容积推荐值,8.3.4 混响设计的步骤 选择最佳混响时间 确定所需增加的吸声量 确定吸声方案 调整与修改,8.4.1 扩声系统的基本要求 传声器（话筒）、扩

41、大器（扩音机）及扬声器（喇叭）等是扩声系统的基本组成部分，为了使扩声获得比较理想的效果，扩声系统必须满足如下基本要求：要求足够的功率输出 扩声系统的功率输出应保证室内的平均语言声压级达到80dB左右，这样才能保证较弱的发音也能听见。要有宽而平直的频率响应范围 对于语言用电扩声系统，要求频率在300-8 000Hz之间的声音都能均匀地放大；对于音乐用电扩声系统，要求均匀放大的范围更宽一些，在40-10 000Hz之间。保证室内声场均匀 要使室内声场的不均匀度控制在3dB范围内，声场均匀与否与扬声器的布置有关。,8.4 扩声设计,8.4.2 扬声器与扩音机功率的确定 扬声器功率的确定 方法：根据扬

42、声器的灵敏度和离听众的距离来确定。计算公式：10lgW=Lpo-Lp1w1m+20lgr0 式中：W扬声器（组）的电功率，单位W Lpo轴向点最大声压级，对音乐扩声系统，其值可取95dB；对语言扩声系统，其值可取90dB Lp1w1m轴向灵敏度，单位dB/Wm，其值见产品说明书 r0扬声器到听众间的距离，单位m，其值一般选为厅堂长度的2/3-3/4。灵敏度：指在消音室中，当输入电功率为1W时，在距声源轴向1M处测得的最大声压级。扩音机功率的确定 公式：W=W0 K1 K2 式中：W扩音机的输出功率，单位 W W0扬声器（组）的最大电功率，单位 W K1线路衰减补偿系数，一般取值为2 K2备用系

43、数，一般取值1.5,8.4.3 扬声器、扩音机的选择与布置 扬声器的选择与布置A.扬声器的选择 类型：电动式、压电式、静电式 目前常用：电动式纸盒扬声器、号筒扬声器（1）纸盒扬声器 优点：体积小，价格便宜，频响较宽；缺点：发声效率低，一般仅有0.5%-2%。用途：主要用于厅堂扩声或高保真组合扬声器中（作低音元件）。（2）号筒扬声器（高音喇叭）优点：发声效率高（可达5%-20%），额定功率大；缺点：频响较差，失真大。用途：一般多用于室外扩音。,目前在厅堂中经常采用的处理手法是：声柱 是将纸盒扬声器与号筒扬声器的优点集于一身的电声器件。即将多个纸盒扬声器排列成一直线而组成的扬声器群。群中各扬声器的

44、振膜发生时完全同步，因此，各扬声器发出的声波在垂直轴向将会产生干涉，使其辐射范围变窄，成为一束，因而较单只扬声器能更有效地辐射声能，提高音质，控制功率。声柱多用于多功能厅堂。音箱 是一种双频或三频道扬声系统，由组装于助声箱中的分频网络或可调音量衰减器来实施高、低音或高、中、低音的扬声工作，具有功率大、灵敏度高、频谱响应宽和音质好等优点。适用于对音质要求较高的录音室、中小型会议室、影剧院等处，做高保真的扬声器用。,B.扬声器的布置 集中式布置 将多个扬声器集中于室内一端，发声供给全场的方式称为集中式布置。主要有两种方式：（1）一般扬声器的集中布置 将多只一般扬声器集中布置于观众席前端，称为一般扬

45、声器的集中式布置。优点：简便、实用；缺点：指向性不强，声能随距离衰减快，声场前后不均匀；有很大一部分声能射到各界面，被不断反射形成混响，仅有一小部分声能直接射 向观众，从而导致声音的清晰度不高。适用范围：容积小、混响时间不大的厅堂。（2）声柱布置 适用范围：需要定向加强声信号的厅堂。分散式布置 将多个扬声器集中布置在室内各个部分，使每个扬声器分别向各自的小区辐射声能，这样的布置方式称为分散式布置。分散式布置多用于由于体型及音质要求而不宜采用集中式布置的厅堂。对于顶棚不太高的厅堂，扬声器可以均匀地布置在平顶上；对于不是太宽的厅堂，扬声器也可以均匀的布置在侧墙上；对于很高、很宽的厅堂，也可以采用“

46、座椅式”，即将扬声器布置于每座椅背上（这种布置方式效果好，但安装复杂，造价很高，因此仅适用于容积大、要求高的厅堂，比如人民大会堂）。,扩音机的选择与布置 扩音机又称功效机，其主要职能是将输入的声信号转变成电信号后放大输出。A.分类（1）按照性能来分，国产扩音机可分四级：一级：性能最好，响应频率20-20 000Hz，谐波失真率0.5%；二级：性能次之，响应频率40-16 000Hz，谐波失真率2%；三级：性能一般，响应频率80-8 000Hz，谐波失真率5%；二级：性能次之，响应频率105-5 000Hz，谐波失真率7%。（2）按照功率来分，可分为：大功率扩音机：多为电子管式；小功率扩音机：多

47、为晶体管式。B.选择 扩音机级别的选择应按厅堂使用性质来定：（1）用于音乐厅堂的，宜选一级扩音机；（2）用于语言厅堂的，宜选三级扩音机；（3）扩音机功率的大小选择，宜参照厅堂容积大小及观众多少来定。C.布置 扩音机多布置于扩音机房内，扩音机房位置的选择：（1）位于侧台：优点是靠近舞台，联系方便；缺点是观察舞台情况差，不能直接听到场内的声音，因而不易判断是否要调音。（2）位于观众厅后面：优点是便于观察、监听场内情况，以便随时根据情况进行调音；缺点是偏离舞台较远，联系不便。,以语言传播、交流为主的厅堂称为语言厅堂，大会堂、报告厅、阶梯教室等都属于语言厅堂。8.5.1 基本要求 对语言听闻要求主要有

48、两个方面：一是听得见；二是听得清。听得见即人们能自然地、不费力地就能听到讲演者发出的声音；听得清即听众能明白讲话人的意思，其效果与语言的清晰度有关。语言的清晰度通常用音节清晰度来表示，试验表明，当音节清晰度达到 80%时，语言的可懂度就可达100%。设计重点：响度合适 厅堂内的合适响度在70方左右 混响适当 避免回声 避免声影与声聚焦 降低背景噪声,8.5 语言厅堂的音质设计,8.5.1 基本要求 以语言传播、交流为主的厅堂称为语言厅堂，大会堂、报告厅、阶梯教室等都属于语言厅堂。对语言听闻要求主要有两个方面：一是听得见；二是听得清。听得见即人们能自然地、不费力地就能听到讲演者发出的声音；听得清

49、即听众能明白讲话人的意思，其效果与语言的清晰度有关。语言的清晰度通常用音节清晰度来表示，试验表明，当音节清晰度达到 80%时，语言的可懂度就可达100%。设计重点：响度合适 厅堂内的合适响度在70方左右 混响适当 避免回声 避免声影与声聚焦 降低背景噪声8.5.2 案例,8.5 语言厅堂的音质设计,以供音乐欣赏为主用的厅堂称为音乐厅堂。8.6.1 基本要求 设计重点：响度合适 即对音乐的低潮与高潮均能听得清楚。声音饱满 注意高、中、低频声的混响时间的长短。声音清楚 一是要听众可以清楚地区别每种乐器的音色；二是听众可以听清每个音符。即要注意混响时间的长短以及近次声数量的获得。扩散性好 既要注意室

50、内采取扩散处理后所达到的声场的扩散程度，它与声场分布的均匀度有关。空间感好 无明显的声学缺陷 即无回声、聚焦、共振等声学现象。在建筑设计中即要注意体型设计。,8.6 音乐厅堂的音质设计,8.6.2 技术处理 巧用体型设计A.顶棚不宜呈圆弧形（聚焦现象），且不能与厅堂地面相平行（声共振或声驻波），通常的 顶棚多用倾斜状，厅堂地面多呈梯形平台。B.侧墙不宜相互平行（声共振或回声），通常侧墙多呈八字型，墙与平顶相连接的轮廓线做 成不规则的形状。慎用吸声与反射 隔声应该全方位 全方位的含义即在音质设计中，不但要隔绝外界的噪声，还要隔绝临近房间之间的噪声。,兼有语言听闻、音乐欣赏以及体育训练、比赛等多功