建筑声学厅堂音质设计课件

第十四章 音 质 设 计一、教学目的一、教学目的 掌握音质评价标准，掌握厅堂音质体型设掌握音质评价标准，掌握厅堂音质体型设计原则和方法，掌握混响时间设计方法。了解计原则和方法，掌握混响时间设计方法。了解不同类型各类厅堂的音质设计特点。不同类型各类厅堂的音质设计特点。二、学时安排二、学时安排总学时：总学时：6 6学时学时学时分配：学生预习讲授学时分配：学生预习讲授11，课堂讲授、讨论课堂讲授、讨论33，演示实验演示实验11。三、教学方法1、先预习并写出预习报告，2、课堂提问、讨论和老师讲授。3、基础题作业4、混响时间测试演示实验四、知识要点1、厅堂音质的主客观评价方法和指标2、音质设计的主要内容3、厅堂音质的体形设计（1）、容积的确定（2）、争取和控制前次反射声（3）、避免音质缺陷4、混响时间设计（1）、最佳混响时间的确定（2）、混响时间频率特性的确定5、音乐厅、会议厅、体育馆等音质设计特 点第一节第一节 音质评价标准及音质设计内容音质评价标准及音质设计内容一、主观评价标准一、主观评价标准 1 1、合适的响度合适的响度：听闻最基本的要求，有足够听闻最基本的要求，有足够 的响度，听众才能接受、识别信息，才能有的响度，听众才能接受、识别信息，才能有 听的好与坏的问题。听的好与坏的问题。要求：语言类要求：语言类60706070方，音乐类方，音乐类 8080方左右。方左右。2 2、低的噪声干扰低的噪声干扰：厅堂虽有足够的响度，但有：厅堂虽有足够的响度，但有 较高的噪声将使声信息识别困难。较高的噪声将使声信息识别困难。3、无声学缺陷：无声学缺陷：出现声学缺陷的声学建筑是失败的设出现声学缺陷的声学建筑是失败的设 计，完全无法使用。计，完全无法使用。1）回声：）回声：大小和时差都大到足以和直达声区别大小和时差都大到足以和直达声区别 开的反射声或由其它原因返回的声。开的反射声或由其它原因返回的声。2）颤动回声：）颤动回声：一连串快速、连续可察觉的回声。回一连串快速、连续可察觉的回声。回 声迫使听者注意力高度集中，但信息声迫使听者注意力高度集中，但信息 仍很难识别，使人疲劳，感到厌烦，仍很难识别，使人疲劳，感到厌烦，甚至无法忍受，故回声使厅堂中最严甚至无法忍受，故回声使厅堂中最严 重的缺陷重的缺陷。3）声聚焦：部分区域响度过大，另一部分区域响度过 低，听闻吃力或根本听不清的现象。4）声染色：由房间共振所赋予的一种特征型音色。4、高的清晰度 它可保证语言与音乐信息接受准确，分辨 其细节可识别，能全面的接受声信号。1）评价 语言清晰度 音节清晰度5、好的音色这主要是对音乐的要求）丰满度 指声音饱满、圆润，温暖、浑厚 有弹性，有 余音悠扬之感，反之干涩单薄。2）亲切感（力度）声音透亮，坚实有力，反之声音较散，发飘、无 力。取决于早期反射声的延迟时间，即20ms左右 的早期反射声的有无及多少3 3）扩散感（环绕感）扩散感（环绕感）一种被音乐所包围的感觉，沉浸在音乐中，一种被音乐所包围的感觉，沉浸在音乐中，空间感好、方位感好，有临场感，反之场所空间感好、方位感好，有临场感，反之场所 印象差。取决于房间的大小，扩散设计的使印象差。取决于房间的大小，扩散设计的使 用。用。4 4）清晰度）清晰度 对音色细微变化的感觉，对乐音层次的对音色细微变化的感觉，对乐音层次的感 觉。二、客观技术指标1、混响时间及频率特性 A 混响时间的长短 B 频率特性是否平直 是衡量厅堂音质的最基本、重要的参数，也是设计阶段准确控制的指标。作用：直接对清晰度、丰满度、明亮度的等影响，混响时间适当，可保证各声部间平衡。评价：1254KHz6个倍频带。以500Hz为代表，大量 的经主观评价认定为音质良好的观众厅，进 行RT测定所得到的统计平均值作为标准。2、声脉冲响应分析（反射声的时间分布）早期反射声：在房间内，可与直达声共同产 生所需音质效果的各反射声；(50ms内所到达的反射声。)1）对响度的影响 50ms以内的反射声起到加强直达声的作用，其数量越多，响度增大越明显2）对清晰度的影响 声学比越高越清晰。3）对丰满度的影响 缺乏早期反射声，使直达声与混响声脱节，感 觉声断续，飘浮，声音干涩。使低频RT较中频RT长，保证30ms内早期反射声 的数量，可增加声音的丰满度和温暖感。4）对亲切感的影响 20ms左右的早期反射声的多少决定了亲切感。直达声能早期反射声能声学比混响反射声能3、方向性扩散（反射声的空间分布）厅堂中指定位置各方向反射声的强度与数 量4、语言传输指数RASTI 用模拟人语言的调制信号，测试房间中信 号 经传输后，其包络的变化来表达房间 对音质的改变。5、背景噪声A声级或是NR数讨论：为什么混响时间相同的大厅音质可能不同？三、音质设计内容音质设计必须是声学工程师、建筑师、业主密切合作、相互协调。一个音质良好的大厅一定是集体合作的结晶。主要包括以下方面：1 1）选址）选址：建筑总图设计和各房间的合理配置，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。2 2）确定容积）确定容积：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。3 3）通过体型设计，）通过体型设计，充分利用有效声能，使反射充分利用有效声能，使反射 声在时间和空间上合理分布，并防止声学缺声在时间和空间上合理分布，并防止声学缺 陷。陷。4 4）根据使用要求，）根据使用要求，确定合适的混响时间及频率确定合适的混响时间及频率 特性，计算大厅吸声量，选择吸声材料与结特性，计算大厅吸声量，选择吸声材料与结 构。构。5 5）根据房间情况及声源声功率大小计算室内声）根据房间情况及声源声功率大小计算室内声 压级大小，并决定是否采用电声系统。压级大小，并决定是否采用电声系统。6 6）确定室内允许噪声标准，计算室内背景声压确定室内允许噪声标准，计算室内背景声压 级，确定采用哪些噪声控制措施。级，确定采用哪些噪声控制措施。7）在大厅主体结构完工之后，室内声学装修前，进行声学测试，如有问题进行设计调整。8）工程完成后进行音质测量和评价。9）对于重要的厅堂，必要时应用计算机仿真及缩 尺模型技术配合进行音质设计。10)对有扩声系统的厅堂，尚必须配合电声工程师 进行扩声设计。第二节第二节 大厅容积的确定大厅容积的确定1 1、确定容积需考虑的因素、确定容积需考虑的因素1 1）响度）响度:体积大，声源不变的情况下，声能密度体积大，声源不变的情况下，声能密度D D 小，则小，则LpLp较小较小 以电声为主（保证响度）以电声为主（保证响度）体积不受限制体积不受限制 以自然声为主以自然声为主(音乐厅）音乐厅）体积受限制体积受限制 2）混响时间）混响时间 RT与与V成正比，与成正比，与A成反比。厅堂中，成反比。厅堂中，观众观众吸声量占所需总吸声量的吸声量占所需总吸声量的1/22/31/22/3，故观众吸，故观众吸声量起很大的作用。声量起很大的作用。控制好厅堂的容积控制好厅堂的容积V与观众人数的比例，就与观众人数的比例，就在相当程度上保证或控制了在相当程度上保证或控制了RT2、每座容积、每座容积 对已判定为音质良好的厅堂大量统计分对已判定为音质良好的厅堂大量统计分析所得到的结果。析所得到的结果。音乐厅音乐厅810m3/每座，每座，歌剧院歌剧院68 m3/每座，每座，多用途剧场、礼堂多用途剧场、礼堂56m3/每座，每座，讲演厅、大教室讲演厅、大教室4m3/每座（推荐值）。每座（推荐值）。3、确定V方法 功能选每座容积 容量观众数量 根据功能确定选每座容积 根据观众数量确定厅堂面积 由上两项确定层高。考虑其它要求 体积作业：作业：设计一个设计一个1000座的剧场，请问剧场面座的剧场，请问剧场面积是多少，层高是多少？假设每人平积是多少，层高是多少？假设每人平均占地均占地1平米。平米。第三节、体型设计一 体型设计原则1、充分利用直达声保证直达声可达到每个听众1）影响因素：a 长距离的自然衰减-6dB/倍距离 b 遮挡和掠射吸收 （30m有1020dB的衰减）c 偏离辐射主轴角度增大 时，高频声明显减弱2）措施：a 控制大厅尺寸比例 避免过长。使观众席位尽可能靠近声源，一般剧场 长度 30m，最大33m，音乐厅45m 设楼座；短而宽布置：夹角1200，极限1400。b 避免被遮挡和掠射吸收；地面应有一定的坡度。按视线要求进行设计即可。错位排列2 2 争取和控制好早期反射声（争取和控制好早期反射声（难点难点）A 早期反射声的形成1）容易形成部位 天花 侧墙 2）分析方式将时差转换声程差进行判断50ms17m 30ms10.2m 20ms6.8m 3）一般原则）一般原则按厅堂首排座位与声源的距离按厅堂首排座位与声源的距离10m 天花高度天花高度13m 厅堂宽度厅堂宽度26m（按声程差小于（按声程差小于17m计算）计算）超过此尺度，应加以特殊处理超过此尺度，应加以特殊处理SSR1R2D检验回声：R1+R2-D17m已知平剖面图，做声线图。已知平剖面图，做声线图。根据声线图分析是否存在回声，是否分布均匀，是否存在根据声线图分析是否存在回声，是否分布均匀，是否存在声聚焦和声影。声聚焦和声影。A1SA1=SA1B B 天花形状天花形状剖面设计剖面设计1 1）前部天花（台口附近）前部天花（台口附近）天花可向厅内绝大多数地方提供一次反射，天花可向厅内绝大多数地方提供一次反射，故其高度与倾角十分重要故其高度与倾角十分重要原则：原则：一次反射均匀的分布在大部分观众席。一次反射均匀的分布在大部分观众席。2 2）后部天花）后部天花原则：原则：向观众席及侧墙扩散声能。向观众席及侧墙扩散声能。形式：如折板式、锯齿式、扩散体式形式：如折板式、锯齿式、扩散体式声源位置：大幕线后23m，高1.5M C 侧墙处理平面形式1）基本平面分类 矩形、扇形、马蹄形 演变：钟形、六角形2）平面形状的选择。原则：前次反射声的多少，声场分布均匀，特 殊形状应作处理。a 一般以钟形、矩形平面较多 b 扇形平面，墙面与中轴夹角8100。c 弧形墙面须做扩散或吸声处理。一个简单几何形平面，若不做特殊一个简单几何形平面，若不做特殊处理，视线最好的中前区将会缺乏处理，视线最好的中前区将会缺乏一次侧向反射声。一次侧向反射声。3）前部侧墙a 尽可能减小耳光孔的面积减小声能消耗b 耳光楼悬挑，高出舞台面2m以上，其侧面、底板 下部墙面按一次反射面设计。c 设跌落式包厢或挑台 挑台栏板，底板按一次反射面设计d 侧墙内设反射板 在透气的侧墙装修内设置（悬挂）高反射的板 （混凝土板、厚木板）e 侧墙内倾扩大一次反射面，但其倾角100。3、扩散设计三种方式达到声扩散的目的1）将厅堂内表面处 理成不规则形状 和设扩散体。2）体型设计中采用 不规则平、剖面 处理。3)吸声材料交叉布 置扩散体尺寸扩散体尺寸4、消除声缺陷1）回声a 出现部位：舞台、乐池、观众席前部b 产生部位：台口前天花（过高）一次反射 楼座栏板 二次反射 后墙 二次反射c 危害：干扰听闻、破坏音质d 措施：天花高度0.6的强吸声 倾角.调整向后部提供一次反射 扩散，不形成定向反射2）颤动回声a 出现部位：平行墙面间b 产生条件：（a）声源与接收点同在平行墙面间（b）墙面强反射c 危害 干扰听闻，破坏音质d 措施 (a)相对墙面夹角50。(b)墙面扩散，吸声处理3 3）声聚焦）声聚焦a a 出现部位：弧形墙面、壳形天花前的空间某出现部位：弧形墙面、壳形天花前的空间某 位置。位置。b b 产生条件：曲率半径小，强反射产生条件：曲率半径小，强反射c c 危害：危害：形成第二声源，严重干扰听闻形成第二声源，严重干扰听闻 室内声场极不均匀室内声场极不均匀d d 措施：措施：避免使用弧形墙面避免使用弧形墙面 厅堂高度厅堂高度2R2R 弧形墙面上扩散吸声处理弧形墙面上扩散吸声处理4）声影a 出现部位：楼座挑台下方b 产生条件：挑台过深C 危害：堂座后区反射声被遮挡，响度不够，音质较差。措施：取合适的楼座挑台高度与深度比 厅内充分扩散声能5）声学缺陷出现的一般规律a 建筑形体（平剖面）不当b 室内特殊部位设计不当c短混响时间 第四节第四节 混响设计混响设计 一一 混响时间设计标准混响时间设计标准 1 1、最佳混响时间最佳混响时间 1 1）定义：根据大量的、经主观评价认为是音质良）定义：根据大量的、经主观评价认为是音质良 好的观众厅进行好的观众厅进行RTRT测定，测定，所得到的所得到的500Hz 500Hz 的的RTRT的统计值。的统计值。2 2）特点：不同使用功能，不同体积，最佳）特点：不同使用功能，不同体积，最佳RTRT不不同同 3 3）确定方法：）确定方法：功能功能+容积容积=最佳最佳RTRT（500Hz500Hz）4 4）实际偏差：）实际偏差：允许偏差允许偏差 0.1sec0.1sec或控制在或控制在10%10%讨论：从下图中总结出何种规律？2、频率特性曲线1）定义：RT相应与频率的曲线2）范围及特征a 范围 一般要求 1254KHz 六个倍频带 高要求 808KHZ 八个倍频带b 特性：语言用：平直（各个频带的语言用：平直（各个频带的RTRT相同为好）相同为好）音乐用：低频稍高音乐用：低频稍高 不平度允许值，以不平度允许值，以500HzRT为标准为标准低频：低频：125、250可略大到可略大到1.21.3倍倍高频：高频：2K、4K 可略小到可略小到0.9倍。倍。理由：大厅堂低频混响控制较困难，理由：大厅堂低频混响控制较困难，各频率均衡的吸声材料较难选择，各频率均衡的吸声材料较难选择，人耳对低频声不敏感。人耳对低频声不敏感。容许低频略大可提高丰满度容许低频略大可提高丰满度3）实际状况）实际状况 厅堂厅堂RT不均匀较多，特别是一次完工的不均匀较多，特别是一次完工的厅堂。厅堂。二、RT设计步骤1、计算厅堂准确的体积V、表面积S平、剖 面图2、确定最佳RT及频率特性功能+容积3、计算各频带f所需的总吸声量A总4、确定必须的固定吸声量Af固5、计算所需补充的吸声量Af6、吸声材料的选择可布置位置、构造可行 艺术效果，使 Af=S11+S22+Snn7、整理RT设计方案，验算RT 第五节第五节 各类厅堂的音质设计各类厅堂的音质设计一、音乐厅音质设计特点一、音乐厅音质设计特点（一）、音乐厅的设计原则（一）、音乐厅的设计原则 1、使大厅具有教长的混响时间以保证有足够使大厅具有教长的混响时间以保证有足够 丰满度。丰满度。2、为听众和乐师提供足够强的侧向早期和晚期、为听众和乐师提供足够强的侧向早期和晚期 反射声。反射声。3、使听众席有均匀的声强分布和良好的声扩、使听众席有均匀的声强分布和良好的声扩 散，避免出现音质缺陷。散，避免出现音质缺陷。4、演奏台应有良好的声扩散，并为乐师提、演奏台应有良好的声扩散，并为乐师提 供相互听闻的条件。供相互听闻的条件。5、音乐厅一般不作吸声处理。、音乐厅一般不作吸声处理。二、会议厅二、会议厅设计特点：设计特点：1、混响时间根据容积大小确定，、混响时间根据容积大小确定，0.51.8S。尽量控制短混响。对较大型会议厅作强吸声尽量控制短混响。对较大型会议厅作强吸声 处理。处理。2、作强吸声处理的会议厅体型设计比作强吸声处理的会议厅体型设计比 较自较自 由由。没有特别的要求。没有特别的要求。3、如果天花或其他部位不做吸声处理，则应、如果天花或其他部位不做吸声处理，则应 按声学要求设计，做声线图使反射声音均按声学要求设计，做声线图使反射声音均 匀分布在观众席上，并注意避免回声。匀分布在观众席上，并注意避免回声。三、教室、讲堂：教室、讲堂：要求要求：保证语言清晰度。保证室内有足够的声 级。技术指标技术指标：每座容积应不超过（每座容积应不超过（33.5）m3。小型教室混响时间控制在0.6秒以内,500人的 教室不超过1.0秒。设计要点：设计要点：适当设置反射面。在后墙和天花上作适当的吸声处理。使隔墙、门、窗有足够的隔声量。走廊、门厅、楼梯间等作吸声处理。走廊、门厅、楼梯间等作吸声处理。预习和复习题预习和复习题1、体育馆的体型设计特点、体育馆的体型设计特点2、根据体型特点分析体育馆可能存在的、根据体型特点分析体育馆可能存在的 音质问题。音质问题。3、音质评价指标、音质评价指标4、音质设计步骤、音质设计步骤5、厅堂容积确定方法、厅堂容积确定方法6、充分利用直达声的方法、充分利用直达声的方法7、争取和控制前次反射声的方法、争取和控制前次反射声的方法8、音质缺陷的种类，避免音质缺陷的方法、音质缺陷的种类，避免音质缺陷的方法9、如何通过厅堂平面、剖面的声线图判断、如何通过厅堂平面、剖面的声线图判断 厅堂音质的好坏。厅堂音质的好坏。10、如何设计混响时间的频率特性、如何设计混响时间的频率特性11、音乐厅和会议厅的音质设计有何不、音乐厅和会议厅的音质设计有何不 同？同？