室内声学设计

二。室内空间容积的确定 为保证厅内有足够的响度，对于以自然声 为主的厅堂，大厅的体积有一定限度。以电声 为主的可以不受限制。（推荐值见下表）
用途
讲演
话剧
独唱
大型交响乐
最大体 2000积（m3) 3000
6000 10000 20000
• 不同用途的厅堂的混响时间与每座的容积关 系较大。 用途 音乐厅 歌剧院 多功能厅、礼堂 演讲厅、教室 电影院，歌舞厅等 推荐每座容积（m3) 8-10 6-8 5-6 3-5 4-5
3.颤动回声：声音在两个平行界面或 一平面一凹面之间发生反射，界面之间距 离大于一定数值时，所形成的一系列回声。 设计时的解决办法：减少平行界面， 加强反射界面的吸声。剧场、音乐厅的平 面常采用异形、扇形或钟形平面。
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4.声聚焦：指凹面对声波形成集中反射， 使反射声聚焦与某个区域，造成声音在该 区域特别响的现象，声聚造成声能过分集 中，使声能汇聚点的声音嘈杂，而其他区 域听音条件变差，扩大了声场不均匀度， 严重影响听众的听音条件。 • 设计时的解决办法：使聚焦点的位置远 离人群。
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7.声耦合： 耦合是指两个实体相互依赖于对方的 一个量度。 两空间相通可以交换声能（串声）， 相互干扰。例如两个KTV房通过空调管道 形成耦合Baidu Nhomakorabea间，或者说舞台和观众厅是声 耦合空间。解决办法：吸声与隔绝。例如 风管与风口的软连接。
8.简正振动： 声波在互相平行的一对刚性界 面之间传播时，如果距离为半波长的整数倍，就 会产生共振。相应的频率称简正频率（或固有频 率、共振频率），相应的驻波传播方式称简正振 动方式，或简正方式。三维空间有一系列的各种 类型的简正方式。人耳或传声器，在房间里面移 动，在发生简正振动区域内，会记录到声音强度 的很大起伏。其产生与空间的尺度比例有关，特 别是在矩形房间。 解决办法：处理好矩形房间的长宽高尺度比 例。较好的房间尺寸比例可以是例如1/1.4/1.9 或 1/1.6/2.1。
10.掩蔽效应 人耳对一个声音的听觉灵敏度因另外 一个声音的存在而降低的现象叫掩蔽效应。 一个声音高于另一个声音10dB，掩蔽 效应就很小。另外，低频声对高频声的掩 蔽作用大。 解决办法：加大差距（使主声源声音高 于背景声10dB以上。
第三节 室内音质设计 一.室内音质设计步骤 1.确定空间的容积；与混响要求相配合。 2.确定空间的形状：以避免声缺陷和充分利用 前次反射。 3.确定材料布置方案：正确布置反射材料、扩 散材料、吸声材料和吸声结构。 4. 确定理想混响特性频率曲线 5.混响计算：获得合适的混响和理想的频率特 性。
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第二章。室内声学设计 要使室内有1个好的音响效果，设计师应熟悉人的听觉特 点；设计时避免室内出现声缺陷；控制好室内的混响；熟悉 电声设备。 第一节 人的听觉与声环境 人的听觉和听阈：人的耳朵对声波的响应是从20赫到2万 赫，这个范围以外就听不见了，这个范围以内的声波称为可 听声，2万赫以上的声叫超声。10-4到20赫兹为次声，人的最 高最低频率可听极限，一般青少年20~20KHz,中年30~15KHz,老 年100~10KHz。 最小最大可听极限（响度，以分贝为度量单 位），常人的上限为120dB，个别的人有可能达到135~140dB。 20—30分贝，非常安静，能够听到放在耳朵旁边的手表哒 哒的声响，蚊子叫也觉得很烦。 40分贝，在一个不靠马路的比较安静的居民区里的书房或 者是图书馆里，可以非常安心地看书、学习和思考。
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室内声源发声，声波碰到墙壁、天花板、 地板均会产生反射，声反射遵从反射定律, 入射声波碰到反射体是凹形表面，反射声 则会集中在一起，形成声聚焦，这与光聚 焦类似。声聚焦现象使声场分布不均匀。 • 设计时的解决办法：改变空间界面形态， 或对聚焦面作吸声处理，减少反射和聚焦。
5. 声爬行现象：当声源发出声束后，声波 便会沿圆形平面的墙体逐渐反射爬行，最后又 到达声源起点，这种情况产生后，舞台上换能 器极易产生反馈，同时，墙体附近的观众也会 感到声源难以捉摸。天坛的回音壁就有这种现 象。解决办法：界面作吸声处理。
音乐厅和电影院的每座容积截然不同
音乐厅和电影院的每座容积截然不同
三.确定空间的形状 1.平面：对声学要求高的大空间，常用扇形、 马蹄形、钟形，建筑设计未加考虑时，可通过装 修来达到。 2. 剖面：主要考虑反射、扩散、混响所需容 积。还应结合视线要求。详CAD图和声线设计。 需要指出的是，直达声在平的界面反射，是 依据入射角等于反射角的特点，在曲面的反射， 是依据虚声源的原理，反射声由虚声源发出或指 向虚声源，而虚声源一般在曲面的圆心处。
吸声材料或吸声结构的重点布置：面对 舞台的墙面是吸声或扩散处理的重点部位， 应避免在此产生较强的反射而形成有害的 回声。常用的手法有将该墙面作成扩散体 （如锯齿状或凹凸不平的其它形状）以分 布开声能使其减少反射，或布置空腔吸声 墙面，或作一些吸声较好的项目如软雕塑 等。详图示
厅堂内表面若材料光洁而坚实，吸声 系数较小，构件的尺寸起伏变化在声波波 长的范围内，对声波起扩散反射的作用。 这种作用能使声场分布均匀，使声能 比较均匀 的增长和衰减，从而可以改善室 内音质效果。在近现代的剧场和音乐厅设 计中，在顶棚和墙面上经常安装一些专门 设计制作的几何扩散构件，来提高音质效 果。如国家大剧院音乐厅天棚。
• 4）电影院 • 在电影院内听声音，与剧场内有所不同。电影录音的过 程大致是在录音棚内用传声器拾音，然后经过一系列制作 过程录在电影胶片上。观众在电影院内听到的是通过扬声 器重放出来的声音。 • 电影的不同场面，在声学环境上有时差别很大，譬如可 以包括表现一个大教堂内的特殊声学效果(其混响时间可 达8s)或露天雪地的声音沉寂的空间。为了观众能清晰地听 到影片某一特定场面录音效果，尽量不要受到观众厅内声 学环境的影响。根据这一特点，电影院内应具有较短的混 响时间。但混响时间也不宜过短，混响时间过短，一方面 会使观众厅内声音过于“沉寂”，应按建议值 ； • 另外，对后墙应加以分隔或采取强吸声处理，对于一些 有可能产生回声、长延时反射、声聚焦的界面，应作认真 的声学处理等。
2. 声音的频率特性曲线 声音可以分解为若干（甚至无限多）频率分 量的合成。为了测量和描述声音频率特性，人们 使用频谱，而频率的表示方法常用倍频程。 倍频程的中心频率是31.5、63、125、250、 500、1K、2K、4K、8K、16KHz十个频率，（后一 个频率均为前一个频率的两倍，因此被称为倍频 程），在实际工程中更关心人耳敏感的部分，大 多数情况下考虑的频率范围在125、250、500、1K、 2K、4K、8K（目前国家有关标准要求）。如果将 声音的倍频程绘制成曲线就形成了频率特性曲线。
6.声反馈：传声器拾音后，经调音台、周 边设备、功率放大器、音箱扩出声音，这种声 音又通过直接辐射方式或声反射方式进入传声 器，使整个扩声系统产生正反馈，引起震荡， 出现啸叫声，这种现象，称为声反馈。产生反 馈的原因如下：
– – 传声器直接放在音箱辐射区内，其正向直接对着音箱 扩音环境内反射现象严重，四周及天花板没有采用吸 声材料装修 音响设备之间匹配不当，信号反射严重，连接线出现 虚焊现象，声音信号流过接点时断时续 音响设备中有的处于临界工作状态，在声音信号大时， 出现震荡。 解决办法：处理好话筒和音响的位置关系，界面的吸 声处理，配置抗反馈的设备如移频器、反馈抑制器、 压限器、移频话筒等。
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再高，比如说到喷气发动机25米的地方，就可 能达到140分贝，这时候人的感觉已经不再是吵了， 耳朵已经疼了。 • 再朝上说，人的胸腔都要振动起来了，对人就 有危险。所以声学研究的范围是从差不多0分贝到 200分贝，这可以说是极限，一般的到180分贝已 经很难实现了。 • 可见，不同的环境对声音的大小有不同要求。 不足时，一般采用电声辅助、减少声能损失或采 用共鸣的方式增强。过大时，采用吸声等措施。 如果背景噪声大，应隔声减噪。如生态住宅参数 包括室内噪声水平，规定：住宅室内噪声在白天 时，卧室和书房不超过45分贝，夜间不超过35分 贝。
3.理想的频率特性曲线 不同用途的室内有着不同的频率特性曲线要求， 比如会议厅与音乐厅不同。混响设计时，一般先 根据用途确定中频（500Hz）的最佳混响时间。再 按合适的比例确定其他倍频程的混响时间。从而 得到“理想的频率特性曲线”
不同厅堂的声学特点和较合理的中频混响时间： 1）音乐厅 是为交响乐、室内乐、声乐等音乐 演出用的专用大厅。混响时间的要求：交响乐 1.8~2.2s ；民族乐1.6s 较为理想；室内乐1.7s较理 想。 2）剧院：剧院有歌剧院、戏剧院、话剧院等多 种类型。特点是有独立于观众厅的大舞台空间，多 以镜框式台口与观众厅相连，一般还有乐池。 剧院 在体形上都应考虑使前次反射声均布于观众席。其 中频混响时间的确定，先得看其规模大小，详后表。 3）歌剧院是以满足歌唱与音乐演奏为主，混响 时间应当较长，但略小于音乐厅。详后表。
9.哈斯(Hass)效应 •人耳有声觉暂留现象（就像人眼视觉暂留：20ms 以内连续），人对声音的感觉在声音消失后会暂留 一小段时间。 •如果到达人耳的两个声音的时间间隔小于50ms， 那么就不会觉得声音是断续的，不会产生“回声” 。 因此，直达声到达后50ms以内到达的反射声会加强 和丰富直达声。 •根据哈斯效应，人耳在多声源发声内容相同的情况 下，判断声源位置主要是根据“第一次到达”的声 音。因此，剧场演出时，多扬声器的情况下要考虑 “声象定位”的问题。
中国大剧院内的音乐厅内部
五.理想的频率特性曲线 1.混响时间 室内声场达到稳态后，声源突然停止发声，声音 经多次反射吸收后，衰减60dB所经历的时间叫混响时 间（T60，单位S），即原始声能密度衰减到其百万分 之一的时间。 室内混响较小时，声音清晰但易流于干涩；较大 时显得浑厚但易流于含混，故混响时间应该适中。通 常，声音以语言为主的室内，如会议厅，混响宜小， 音乐为主的宜大，不同的场所在设计时要区别对待。 混响设计是室内音质设计的重要内容，和装修设计有 密切关系。
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一般的面对面的交谈，离的比较近，声级大概也就是 50—60分贝。 在一个商业的办公室里面，若有打字机、计算机等等， 一般在60分贝左右，不超过70分贝，大家觉得就能够忍受。 超过70分贝，到了80分贝，是道路上的噪声情况，大 车通过的时候，就到了八九十分贝了，会感觉很吵。 100分贝就到了施工工地了，现在每天大家听到灌水泥 浆的声音，在那附近差不多就是100多分贝；许多乐器的 正常发声是90-120分贝。 还有时在马路上会看到工人在使用风钻，旁边的噪声 就到100多分贝了，走过旁边，会觉得非常难听，非常吵。 更高的声音不太常见，比如在喷气飞机起飞的时候， 在100米以外，听到的差不多就是120分贝的声音。
第二节. 影响听觉效果的室内声缺陷或声学现象 一。 这些现象会影响室内的音质，设计中要加以排 除，常见的缺陷包括： 1.声影区：由于障碍，使声线不能到达的区域；解 决办法：消除障碍或通过反射等减弱声影区。
2.回声：直达声到达后50ms以内到达的反射声 会加强直达声。直达声到达后50ms后到达的“强” 反射声会产生“回声”。反射声与直达声的声程差 不应超过17m（声速=350米/秒×50毫秒）。 设计时的解决办法：减少长距离反射声的强度， 或控制空间尺度。
• 四.室内装修材料的选择与布置 为保证室内特别是视听空间的的音质效果， 装修材料依据其不同的声学性能正确进行布置是 至关重要的。反射面一般在舞台一侧，采用吸声 系数低的材料；吸声界面一般在舞台对面等处， 采用吸声材料或结构，扩散界面通常在顶部或侧 墙上，结合直达声分布的需要确定，材料的吸声 系数由混响的需要确定。混响时间与室内界面材 料、陈设的种类及其用量有直接关系。 吸声材料：材料本身具有吸声特性。如玻璃 棉、岩棉等纤维或多孔材料。 吸声结构：材料本身可以不具有吸声特性， 但材料经打孔、开缝等简单的机械加工和表面处 理，制成某种结构而产生吸声。如穿孔石膏板、 穿孔铝板吊顶，空腔结构等。