建筑声学培训课件

只要游人在山西省永济市鹳雀楼前拍手，就会听到酷 似鹳鸟“喳、喳”的叫声，如果一直拍手走到楼下， 就会听到鹳雀的叫声由远而近，由小而大。这一奇观 让当初复建这座名楼的人也始料未及。为何会出现这 样的现象？据修复工作人员介绍，所谓鹳雀的叫声， 其实是游人拍手时从主楼位置发出的回音。不过这一 奇观并非复建鹳雀楼的人为设计。由此鹳雀楼成为我 国四大名楼中惟一有回音的建筑，与不远处有蛙鸣回 音的莺莺塔相映成趣。如今这个奇怪的现象已成为鹳 雀楼的一个新“卖点”。
(a) 马歇尔的侧向声原理：
1967年，新西兰声学家马歇尔（Haroid Marshall）教授最先将人 的双耳收听原理同音乐厅的声学原理结合起来，认为19世纪“鞋 盒型”音乐厅的绝佳音质，除缘于混响时间及声扩散以外，直达 声到达听众后的前50~80ms的早期侧向反射声起着极为重要的 作用。在这些音乐厅中每个听众都接受到强大的早期反射声能， 其中侧向反射比来自头顶的反射声更为重要，因为它提供给听众 更强的三维空间感和音乐的环绕感。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。
People's Liberation Army Academy of Arts
1-316教室穹顶 2-301教室 B2综合排练厅
建筑声学概述
声环境设计是专门研究如何为建筑使用 者创造一个合适的声音环境。
音乐厅、剧院、礼堂、报告厅、多功能厅、 电影院、体育馆等。
1.2.1 音质设计 1.2.2 隔声隔振 1.2.3 材料的声学性能测试与研究 1.2.4 噪声的防止与治理 1.2.5 其他
北大纪念堂、人大会 怀特大海乐园 堂（小礼堂）
， 如录音室、演播 室、旅馆客房、 居民住宅卧室等 等。
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。
天坛回音壁、 山西永济的普救蟾声、 河南三门峡蛤蟆塔 四川潼南大佛寺石琴
自从罗马帝国被推翻后，中世纪建造的唯一 厅堂就是教堂。中世纪的室内声学知识主要来源 于经验，科学的成分很少。教堂的声学环境的特 点是音质特别丰满，混响时间很长，可懂度很差。
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。
古罗马的露天剧场
露天剧场存在的问题是：1、露天状态下，声能下降很 快。2、相当大的声能被观众吸收。3、噪声干扰。
解决方法：加声反射罩；控制演出时周围的噪声干扰。
圜丘坛
回音壁、三音石
皇穹宇的回音壁、三音石，加上圜丘坛的天心 石，都有着奇妙的声学现象，但更为奇特的是 皇穹宇的“对话石”声学现象。站在“对话石” 上，即使是相隔很远的两个人，彼此对话的声 音也会十分清晰。声音的传播靠的正是皇穹宇 的回音壁。
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？ 3）军委演播大厅雨噪声问题。
噪声的标准、规划阶段如何避免噪声、出 现噪声如何解决。
实例： 住宅受交通噪声影响，选房问题。
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。
1.2.1 音质设计 主要是音乐厅、剧院、礼堂、报告厅、多功
能厅、电影院、体育馆等。
设计得好: 音质清晰、丰满、浑厚、亲切、 温暖、有平衡感、有空间感。
设计得不好: 嘈杂、声音或干瘪或浑浊，听 不清、平衡感和空间感差。
实例：
设计良好的 维也纳音乐厅
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）
(b) 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5～80ms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。80年代， 安藤四一教授在德国哥廷根大学的研究引入了唯一的双耳（空间）评价 标准——双耳听觉互相关函数(IACC)，它表示两耳上的信号之间的相 互关系，这种相互关系又是声场空间感的量度。双耳听闻效应属心理和 生理声学研究范畴，它提示了音乐厅中侧向反射的重要性，既使人了解 到“鞋盒形”音乐厅音质良好的原因，同时也掌握了“鞋盒形”以外的 其它有效的声学设计造型。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。
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，从 此，厅堂音质设计的经验主义时代结束了。
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。