建筑物理 声学 建筑声环境概述 (1)

17世纪的马蹄形歌剧院
从十五世纪修建的一些剧院发展到 十七世纪，出现了马蹄形歌剧院。这种 歌剧院有较大的舞台和舞台建筑，以及 环形包厢或台阶式座位，排列至接近顶 棚。这种剧院的特点是利用观众坐席大 面积吸收声音，使混响时间比较短，这 种声学环境适合于轻松愉快的意大利歌 剧演出。
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在理论研究方面，十七世纪开始有人研 究室内声学。十七世纪的阿．柯切尔所著 的《声响》，最早介绍了室内声学现象， 并论述了早期的声学经验和实践。十九世 纪初，德国人E.F.弗里德利科察拉迪所著的 《声学》一书中，致力于解释有关混响的 现象。
• 有时，一类也会转换成二类，如邻居的 歌声、别人之间的甜言蜜语、以及应该 听见听清而听不见、听不清的交谈等。
在历史上,由于掌握的声学知识不够或是不懂,
造成设计失误和重大经济损失的事例很多: 1962年9月23日开幕的纽约林肯中心爱乐音乐 厅, 为了对此厅进行有效的声学设计，白瑞纳 克博士对世界上已有的54座著名音乐建筑进行 了系统调研，并著有《音乐、声学和建筑》一 书，却在音质方面遭到前所未有的失败。 经多次改装, 后于1976年10月19日再次落 成，成为音乐厅建筑史上最悲惨的实例。据最 近消息，其演奏空间仍在进行小范围改造。
（3）浮云的大小和形状不足以扩散低频反射声， 使低频成份衰减得很厉害，还显出了G. M. Sessier和J. E. West所发现的另一不利现象，即 直达声掠过多排座席时低频声衰减越来越多。
设计良好的 维也纳音乐厅 北大纪念堂、人大会堂 （小礼堂）
设计不好或完全没有考虑 声学的 中央音乐学院音乐厅（已 重建） 清华大礼堂（已部分改建）
***现代建筑声学设计的复杂性 1930年以后出现了电影，从那时开始， 高质量的录音和重现在科学、教育、文 化、社会活动、娱乐中开始起到极大的 作用。无线广播的飞速发展，给声学提 出了一系列新问题，同时也为人们提供 了更多更高级的音乐欣赏技术。 • 声学材料的大量生产和实验室实验，给 建筑师控制建筑内的声学问题提供了必 要的工具。世界各国修建了相当大规模 的厅堂。
(2)控制或降低二类声音（噪声）对正常工 作生活的干扰——噪声控制。
主要是有安静要求的房间，如录音室、演 播室、旅馆客房、居民住宅卧室等等。 对于录音室、演播室等声学建筑对隔声隔 振要求非常高，需要专门的声学设计。 对于旅馆、公用建筑、民用住宅人们对安 静的要求也越来越重视。当前，为了节约空间 和建筑造价，越来越多地使用薄而轻的隔墙材 料，施工时常带有缝隙，造成隔声问题越来越 多。
福建省高级度假村总统套房的噪声问题:
总图
二号楼
二号楼空调设备
二号楼空调设备
二号楼空调设备
五号楼空调设备
2.2研究内容 (1)材料的声学性能测试与研究 吸声材料：材料的吸声机理、如何测定材料的吸 声系数、不同吸声材料的应用等等。 隔声材料：材料的隔声机理，如何提高材料的隔 声性能，如何评定材料的隔声性能，材料隔振的机 理，不同材料隔振效果等。 实例： 1）天花板吸声性能、剧场座椅吸声性能。 2）轻质隔墙产品隔声性能、如何提高隔声能力？
• 巴乔（1980）和巴隆： • 侧向能量因子LEF=早期侧向声能与早期总 声能之比。
IACC两耳互相关函数
日本声学家安藤四一（Y. Ando）教授在70 年代做了一系列模拟双耳接收的“内耳互相关” 实验研究，实验表明音质与反射声的水平方向 分布有关。 布朗（M. Barron）在近20年来对不同方向、 不同强度、不同时延的反射声的听感进行了长 期研究，得到实验结论为：过高声级和过短延 时的反射声会产生声像漂移（这与哈斯（Haas） 效应相一致）或染色效应；过长的延时有回声 干扰的感觉；只有大约50～80ms延时的反射声， 并且有足够的侧向反射声能量才会有“空间印 象”的效果。
失败原因：
（1）只强调亲切感而没有认识到侧向反射声的 重要性，顶棚反射板增加的反射声几乎同时到达 听众的双耳，缺少侧向反射带来的围绕感。 （2）为了在直达声与后期反射声之间插进一些 早期反射声，他在大厅中引进了“浮云”，但由 于浮云尺度过于单一，且呈晶格状规则布置，导 致相邻低频声的相消干涉，使听众听不到有些演 奏（如大提琴）的声音，成了一种“无声电影”。
• 城市规划主要关注室外噪声。
声音分两类
• 声音是人类行为中重要的组成部分，凡是 人们可以听到的声音都属于声环境范畴； 例如谈话、鸟鸣、音乐、泉水叮咚、歌声 等；但也能听到吵闹、机器轰鸣、车辆的 轰鸣等噪声。 • 从人的感受上,声音分两类： • 一类：舒服的，喜欢的。如音乐、歌唱、 生活中的交谈等。 二类：不舒服的，讨厌的。如噪声、爆炸 声、刺耳的啸叫声等。
十五世纪的剧场
十五世纪后，欧洲建了很多剧场，有些剧场的 观众容量很大。如意大利维琴察，由帕拉帝迪奥设 计的奥林匹克剧院，建于1579~1584，有3000个 座位。又如1618年由亚历迪奥设计的意大利帕尔 马市的法内斯剧场，可容纳观众2500人。 从掌握的资料来看，虽然这个时代的建筑师 几乎没有任何室内声学知识，但这个时代建造的几 座剧院和其他厅堂没有发现任何显著的音质缺陷。 主要的原因是由于观众的吸声和剧场内华丽的表面 装饰起到了扩散作用，使剧场的混响时间控制比较 合理，声能分布也比较均匀。
1968年，马歇尔（A. H. Marshall）提出了 “早期侧向反射声”对音质起重要作用， 认为需要有较多的早期侧向反射声，使听 者有置身于音乐之中的一种“空间印象 （ spatial impression ）”感觉，空间感对 响度及与低音相关的温暖感很重要。 由于声音向后传播时，观众头顶的掠射 吸收使声能衰减，必须靠侧向反射将声音 传至观众席后部。这些发现意义重大，从 此开始了将反射声的空间分布与时间系列 相结合的新的研究阶段。该理论已成为近 期影响音乐厅形状设计的主要理论，使新 建音乐厅开始注重并应用侧向反射声。
• 安藤四一在总结前人的工作后，1985年出 版《音乐厅声学》一书，提出4个独立指标 a混响时间,b声压级，c初始延时间隙ITDG （直达声与第一个强反射声之间间隔），d 双耳互相关函数IACC • 1991年我国著名声学家吴硕贤院士，在 《美国声学学会志》提出用模糊集理论来 综合评价厅堂音质。建议用乐队齐奏强音 标志乐段的平均声压级Lpf作为厅堂响度的 物理指标。
19世纪的音乐厅
音乐厅早期发展阶段是在十七世纪中后到十九 世纪，包括：早期音乐演奏室、娱乐花园和大尺度 的音乐厅，是后来古典“鞋盒型”音乐厅的就是在 这一时期逐渐发展起来的。 19世纪前作曲家所做的音乐作品是与其表演空 间相适应的，这一时期的演奏空间基本是矩形空间。 19世纪以后，随着浪漫主义音乐及现代音乐的产生， 演出空间变得丰富多彩，出现了扇形、多边形、马 蹄形、椭圆形、圆形等多种形状，其混响时间及室 内装饰风格也各不相同。 在这一时期，音乐厅的声学设计仍然没有太多 的理论可以遵循。
厅堂声学设计理论的出现---赛宾公式
从十九世纪开始，在维也纳、莱比锡、格 拉斯哥和巴塞尔等城市，都建造了一些供演出 的音乐厅。这些十九世纪建造的音乐厅已反映 出声学上的丰硕成果，直到今天仍然有参考价 值。 到二十世纪，赛宾（Wallace Clement Sabine，1868-1919）（哈佛大学物理学家、 助教） 在1898年第一个提出对厅堂物理性质 作定量化计算的公式——混响时间公式，并确 立了近代厅堂声学理论，从此，厅堂音质设计 的经验主义时代结束了。
(2) 噪声的防止与治理 噪声的标准、规划阶段如何避免噪声、出 现噪声如何解决，交通噪声如何控制？ 实例： 1）飞机噪声和交通噪声干扰问题。 2）教师住宅受交通噪声影响，教师选房问 题。 3）噪声扰民问题。 4）交通隔声屏障问题。
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其他 电声。 模型声学测定。 声学测量： 声音本身性质的测定、房间声学的测定、 材料声学性质的测定。 • 声学实验室的设计研究。 • 计算机模拟。
第一讲 声环境概述
1.学习建筑声环境的目的 2.声环境设计和研究的内容 3.建筑声学发展简史 4.教学内容和 教学安排
1.学习目的:
• （1）为在建筑设计和城市规划中创造 良好的声环境；避免或防止出现坏的 声环境。
• （2）提高自身的素质和修养。
• 声环境设计是专门研究如何为使用者 创造一个合适的声音环境。 • 建筑声环境设计不仅要关注室外声音， 也要关注室内声音。
首都剧场
石家庄铁道学院礼堂
泉州文化教育局的影剧院设计问题
石狮市某舞厅的建设问题
2.建筑声环境设计和研究的内容 2.1设计内容
声环境设计围绕着人的感受，在建筑设计中做到： (1)如何保证一类的声音听清听好——音质设计。 主要是音乐厅、剧院、礼堂、报告厅、多功能厅、 电影院等。 设计得OK:音质丰满、浑厚、有感染力、为演出 和集会创造良好效果。 设计得不OK:嘈杂、声音或干瘪或浑浊，听不清、 听不好、听不见。
• 赛宾在28岁时被指派改善哈佛福 格艺术博物馆（Fogg Art Museum）内半圆形报告厅的不佳 音响效果，通过大量艰苦的测量 和与附近音质较好的塞德斯剧场 （Sander Theater）的比较分析， 他发现，当声源停止发声后，声 能的衰减率有重要的意义。
• 他曾对厅内一声源（管风琴）停止发声后， 声音衰减到刚刚听不到的水平时的时间进 行了测定，并定义此过程为“混响时间”， 这一时间是房间容积和室内吸声量的函数。 1898年，赛宾受邀出任新波士顿交响音乐 厅声学顾问，为此，他分析了大量实测资 料，终于得出了混响曲线的数学表达式， 即著名的混响时间公式。这一公式被首次 应用于波士顿交响音乐厅的设计，获得了 巨大成功。至今，混响时间仍然是厅堂设 计中最主要的声学指标之一。
• 80年代中期美国加州桔县新建的一座音乐 厅（Segerstrom Hall），可谓这方面杰出 的代表之作。IACC作为评价空间感的指标， 它开辟了音质研究的一个新途径，也使音 乐厅的音质评价建立在更为科学的基础上。 但在技术上还存在不少问题，例如指向性 传声器的选择，测定用声源的选择（声源 信号不同，结果大不相同）等等。