第五章 室内音质设计(2)

第五章 室内音质设计 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 室内音质评价标准 大厅容积的确定 体型设计 混响时间设计 电声系统设计
第三节 体型设计 ——直接关系到直达声分布；反射声空间和时间分布； 是否有声缺陷。 ——体型设计是厅堂音质设计的重要内容之一。 一、体型设计的方法 ——几何声学法（声线法）又称虚声源法。 由于大厅堂尺寸远远大于波长，主要考虑声反射，故大 厅堂可用几何声学法进行体型设计。几何声学法考虑声反射， 忽略声音波动性（声绕射）。将大大简化分析工作且很大程 度上符合实际。
一 次 反 射 声 均 匀 分 布 的 顶 棚 形 式
北京师范大学音乐厅 （顶棚与侧墙设计）
（三）争取扩散(sound deffusion)反射：声场分布均匀 室内的柱子、灯具、各种凹凸起伏的装饰对声波都有扩散效 果。精心设计的扩散体应是室内装修设计的—部分。形式可根据 装修效果确定。最简单的扩散体形有三角柱体、半圆柱体等。 1、扩散体尺度与材料： 1）尺度： 扩散体的宽度和厚度与声波波长比较应满足的要求。 a=220/f 2）材料：密实 2、交叉布置吸声材料 3、房间内无规则悬吊扩散体（如同混响室） 4、二次剩余扩散体GRD：德国施罗德提出 b>0.15a（与后面公式一致）
声 影 区 进 深 与 开 口 高 度 的 比 例
4、声染色 （sound coloration） 声染色：由于共振频率的简并会出现声染色。 （低频） 由于大房间的共振频率数目较多，容易分布均匀， 故大房间可不考虑声染色现象。 混响时间越短，声缺陷越明显
上海大剧院观众厅
音乐厅
剧院
多功能厅、礼堂
3、声影区(shadow zone) 观众席较多的大厅，一般要设眺台，以改善大厅后部观众 席的视觉条件，如眺台下空间过深，则易遮挡来自顶棚的反 射声，在该区形成声影区。 （1）出现部位：楼座眺台下部 （2）出现原因：眺台过深 （3）危害：眺台下响度不足 （4）防止措施：控制眺台开口比即开口高度H和深度D的 比例 多功能厅：D≤2H；音乐厅：D≤H 眺台下顶棚应可能向后倾斜，使反射声落到眺台下座席上
某教室、讲堂
某演播室
体育馆
小结：室内音质设计（2） 重点：厅堂音质设计中体型设计的原则；与体型 设计有关的音质缺陷及防止。 难点：厅堂音质设计中体型设计内容及声线分析 法。
平面形状
观众席设楼座和地面起坡
（二）争取与控制好近次反射声，以保证近次反射声的分布。 近次反射声又称前次反射声或早期反射声，指直达声后 50ms内到达的反射声。——对于增加直达声的响度和提高清 晰度都有重要作用。 争取较多的早期反射声并使其均匀分布，是厅堂体型设 计中的重要内容。 体型设计应争取和控制早期反射声，可利用几何声学作 图法，可检验大厅反射声分布及延迟时间，或进行大厅反射 面设计。（顶棚剖面和侧墙反射面设计）
小 于 1、缩短直达声传播的距离 35 直达声的强度随传播距离而衰减——确定厅堂平面形 米 状时，不要把听众席拉得太长。——控制纵向长度 如—个矩形平面的厅堂，不如一个容纳同样人数的扇 形大厅能使观众更接近声源； 当一层平面的听众延伸得太远时，可将部分听众设置 在二层或三层楼座，以保持较小的直达声传播距离。 1500座以 上设楼座
2、声聚焦：凹曲面（如弧形墙面、穹顶等）使声场分布不均 匀的现象。 1）出现部位： 弧形墙面、凹顶棚前空间的某个区域 2）防止措施： （1）控制圆弧形半径R与高度 h，应使h很大于R； （2）凹曲面上强吸声，通过减弱反射声强度来避免声聚焦； （如空间吸声体） （3）在凹曲面下悬挂扩散反射板。
顶棚形状呈圆弧形状——易产生声聚焦及增加混响时间。北京地区某 车间剖面图，车间总面积880m2，容积4000m3，屋顶为双曲扁壳结构，横 向三跨，纵向六跨。 由于建筑设计时未考虑声学问题，造成混响时间过 长（18.7s）及声聚焦缺陷，致使车间内面对面讲话难以听清，交流十分不 便，因此不得不投入巨大物力、财力进行声学改造——悬挂空间吸声体。 ——建筑设计与建筑声学设计是一个问题的两个方面，必须同时考虑， 才能获得理想效果。
1、体形的确定方法：几何声学法(声线法，又称虚声源法) 目前厅堂音质设计初期最常用的方法一般将声源配置 在演员主要表演区——距大幕线2～ 3m，离舞台面1.6m。 把听众席区域AB和在台口处顶棚起始点P按建筑设计要求 确定（P点按便于获得早期反射声来确定 点按便于获得早期反射声来确定）就可求出从台 点按便于获得早期反射声来确定 口开始的一次反射面的倾斜角度，以使反射声分布于整个 AB区域。
扩散体尺寸 如f=100Hz，其有效扩散体尺寸为：a大于等于2.2m； b大于等于0.33m；
达到声扩散的途径
声扩散做法
（四）消除声缺陷：与体型设计有关的声缺陷 1、回声(echo generation)、多重回声（颤动回声）（flutter echo） 1）回声： （1）产生条件：2个条件缺一不可 强度和大小大到足以和直达声相比较的反射声； 时差大于50ms的反射声。（强度小无害，时差小于 50ms有益） （2）出现部位：舞台、乐池、观众厅前区能听到回声 （3）产生部位：前部天花、楼座栏板、后墙 （4）防止措施： 前部天花：吸声、扩散、控制高度； 楼座栏板：吸声、改变倾角； 后墙：吸声、扩散、改变后墙天花的倾角。
2）颤动回声（多重回声）：一连串回声 （1）定义：声波在特定界面间的往复反射所产生，声源位 于两平行界面间。声源位于吸声较强的舞台，观众席里又布满观 众，不易发生颤动回声。 （2）出现部位：平行墙面间，且声源位于两平行界面间。 （3）产生原因：（体育馆建筑）声源与接收点（观众）在 同一空间；墙面硬反射。 （4）防止措施：墙夹角大于5°；吸声、扩散。
几何作图法
1、平面设计： 、平面设计： 基本平面形状 （1）矩形（窄长形平面） 当规模不大时，由于平面较窄，侧墙一次反射声能较均匀 地分布于大部分观众席。 当规模较大时，侧向反射不利，可利用台口（前部侧墙） 进行改进（倾斜）八字形使之成为钟形平面。 （2）扇形平面 特点：前区具有相当大部分座位，缺乏来自侧墙的一次反射 声，来自后墙的反射声则很多，且弧形后墙易形成声聚焦； 但可使大部分座位靠近舞台布置。多用于剧场、会场（表演性） 的厅堂。 改进：利用顶棚给多数观众席提供一次反射声；侧墙可以 做成折线形，以调整侧向反射声方向；后墙宜扩散或吸声处理 以消除声聚焦。
几何作图（1）
首先，自S和A分别引直线经过P，求SP和AP延长线夹角 的等分线，该等分线向右的延长部分即为所求的顶棚倾斜面。 在AP延长线上，量SP等长，得到虚声源S’，连接S’B与已求 出之分角线交于Q， PQ即为所需长度。 为使大厅后部座席有更多的一次反射声，如同图中CB区 域，可由Q继续用同法作图，连CQ线并延长，求出CQ延长线 与SQ夹角的等分线，进一步找到虚声源S”，连S”B与等分线 交于R，则QR即为可使声音反射到CB区域的反射面。
（3）六边形平面 第一次反射声易沿墙反射，厅中部缺乏一次反射声。 改进措施同扇形即改变侧墙倾角。 （4）圆形或椭圆形平面 第一次反射声易沿墙反射，厅中部缺乏一次反射声； 弧形墙面易形成声聚焦。 改进：把侧墙做成锯齿形，使反射声达到中前部；后 墙宜扩散或吸声处理以消除声聚焦。 建筑师外部可保持所需建筑形状，内部空间根据声学 设计。
平 面 形 状 及 声 学 处 理 方 法
2、剖面设计（顶棚设计）——声场分布均匀 通常将台口附近的吊顶、墙面做成定向反射面。一方面， 同样的面积靠近台口可反射更多的声能；另一方面，台口附 近的反射面能把声音反射到观众厅的前区。 观众厅的中后部可适当做扩散处理，或根据造型要求灵 活设计，只要不造成声缺陷就可。 反射面应用较厚重、坚硬的材料，如钢板网抹灰等。尺 寸应足够大，较小方向尺寸至少大于反射声波的波长，如要 有效反射200Hz以上声波，宽度不能小于1.7m。
（一）充分利用直达声，以保证直达声到达每个观众。 直达声对响度和清晰度有最重要的作用，应尽可能地从 体型设计上考虑充分地利用直达声。 对厅堂音质设计而言，体型设计首先应使直达声不受遮 挡，能到达每一位观众。要考虑到声源的指向性，大厅不宜 过宽，特别是大厅的前部不宜过宽。大厅地面应有足够升起， 以避免过度掠射吸收及观众的相互遮挡。一般能满足视线要 求也就能满足声学要求。
几何作图（2）
几何作图（3）
二、体型设计的原则 当大致地确定了大厅的有效容积后，将进行大厅体 型设计——音质设计的重要方面，对确保大厅音质具有 决定性的作用。 大厅体型设计主要包括直达声、近次反射声的控制 和利用；声扩散和防止音质缺陷等。 设计中常会遇到许多建筑功能与艺术处理上的矛盾。 因此，必须掌握确保音质的基本准则，结合建筑设计各 专业的要求灵活而又细致地加以贯彻。
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2、避免直达声被遮挡和被听众掠射吸收 直达声被厅堂的柱子、栏杆、前排听众所遮挡、高中 频声能会损失很多，应当避免。 但如果听众席地面起坡太小，直达声从声源掠过听众 的头顶到达后部听众，声能将被大量吸收。因此前后排座 位升起应不小于100mm。——起坡 3、适应声源的指向性 声源所发的高频声指向性很强，为了保证清晰度和 音色的完美，厅堂的平面形状应当适应声源的指向性。使 听众席不超出声源的前方140°夹角的范围。——长的平 面比扁宽的平面有利。