新编-5第5章室内音质设计课件

第5章室内音质设计第5章室内音质设计1序一、教学目的了解室内声学现象，掌握混响、回声概念。掌握混响时间的定义和计算方法。掌握驻波、房间共振、共振频率的简并现象，掌握避免简并现象的设计方法。二、学时安排总学时：4学时学时分配：学生预习讲授——1，课堂讲授、讨论——3序一、教学目的2三、教学方法1、本章开始前学生先预习，并写预习报告2、第一堂课抽部分学生讲授预习内容，3、课堂讨论和老师讲授。4、基础题作业四、声学基本知识要点1、室内声场的构成2、吸声系数、吸声量、平均吸声量、房间常数概念3、室内混响过程（声音的衰减过程）

三、教学方法3四、声学基本知识要点1、室内声场的构成2、吸声系数、吸声量、平均吸声量、房间常数概念3、室内混响过程（声音的衰减过程）4、回声现象和形成回声的条件5、混响时间的定义和计算，影响混响时间的因素6、室内声压级的计算7、房间驻波、共振及共振频率的简并8、避免共振频率简并的方法

四、声学基本知识要点4第1节围蔽空间里的声学现象1、室内声场的组成1）直达声：从声源直接辐射到接受点的声音。2）反射声：从不同介质反射回来的声，或是除直射声外的所有声。3）混响声:声源停止后——不形成回声的反射声。新编-5第5章室内音质设计课件5新编-5第5章室内音质设计课件62、围护结构的声学特征量1）吸声系数αα=1-r频率的函数，表征各部分对各频率的吸声性能2）吸声量AiAi=αi·siαi指定部分对某频率的吸声系数si指定部分的面积2、围护结构的声学特征量73）平均吸声系数α4）房间常数RR=sα/(1-α)或R=A/(1-α)是声学中所定义的特殊的量，当α较小时，可定义为R≈A3）平均吸声系数α83、室内声音的增长过程及稳态过程的建立声源发声

声能增长声音能量达到稳态（需1----2秒后）3、室内声音的增长过程及稳态过程的建立9特点：声能增长的快慢与稳态声能密度环境和房间容积和室内吸声量的大小有关1）体积大，室内声能增长慢，到达平衡所需时间长2）吸声量大，到达稳定状态所需时间短。其稳定时，声能密度小特点：声能增长的快慢与稳态声能密度环境和房10新编-5第5章室内音质设计课件11二、室内混响

直达声—一次反射声—二次反射声—……..多次反射声整个过程连续且逐渐衰减——混响过程三、回声

条件：1、直达声后50毫秒之后到达的反射声2、有足够的强度，人耳能区别出是两个声音。直达声反射声声源二、室内混响直达声反射声声源12第2节室内声音的衰减与混响时间

1、特点

声源停止后，室内声场逐渐被房间内表面所吸收而消失的过程。此过程与听音的质量关系极大。

停止发声→直达声→一次反射声→二次反射声→…………多次反射声整个过程连续且逐渐衰减

——是一个逐渐衰减的混响过程.

第2节室内声音的衰减与混响时间13衰减的快慢与室内的总吸声量以及房间容积有关。

室内吸声量越大——衰减越快，混响过程越短。房间容积越大——衰减越慢，混响过程越长。问题:在房间内布置吸声材料能降低声能密度，它是降低反射声能密度还是直达声能密度？衰减的快慢与室内的总吸声量以及房间容积有关。142、混响时间1）定义声场达到稳态后声源停止发声，室内稳态声能密度自原始值衰减到其百万分之一所需时间，（或声能密度衰减60dB所需的时间）2）公式a赛宾公式

T60=0.163V/A

V房间体积A室内总吸声2、混响时间15讨论：T60短或长表达了房间声能衰减快与慢的重要特征，是关系室内音质的第一重要指标。2、T60∝V，T60∝1/A改变V或A可以控制室内声能衰减的快慢，表征了实用的控制手段——合理的体积与装修。3、α=1，全吸声，无任何反射，此时T60≡0，但A=S，由公式T60≠0，表明公式在α较大时，不成立，有局限性4、实际上当α<0.2时，才与实际相符。讨论：16b伊林公式在假定室内声场是充分均匀的情况下，每反射一次被壁面按α均匀吸收一次的条件下，用统计声学的办法，推出考虑空气吸收4m：空气的吸声系数b伊林公式17讨论：1、α→1，-ln(1-α)→∞——T60→0即全吸声时，T60=0当α较小时，-ln(1-α)≈α公式简化成赛宾公式，因此赛宾公式成为伊林公式当α较小时的特例。2、T60的意义：T60直接关系到厅堂的听闻效果，是评价厅堂音质的第一指标。其影响与分析、设计在音质设计中讲解讨论：183、T60设计值的评价1）误差值:在计算无误，实际材料吸声系数与计算值基本相符；严格施工的情况下，可能误差10%。2）误差原因A公式误差a厅堂的实际状况与公式推导条件间的区别。公式认为，任何时刻室内声场绝对均匀b声源具有指向性B建筑材料的α实际值及频率特性与计算值的误差C施工质量3、T60设计值的评价193)、减小误差的保证措施a建筑材料的α值实际测定，按测定值计算b施工中进行RT测定，按进度调整，保证最后的RT及频响c模型试验，对设计加以验证d计算机模拟。3)、减小误差的保证措施205、室内声压级的计算Lp=Lw+10lg（Q/4r2+4/R）Q——声源的指向性因素，它与声源的方向性和位置有关Q=1：无方向性声源放在房间中心时，Q=2：声源位于某一墙面的中心时，Q=4：声源在两个界面交线的中心时，Q=8：声源在三个界面的交角处。R——房间常数，与房间的吸声特性有关，R=S/（1-）5、室内声压级的计算21Q/4r2——直达声对声压级的贡献4/R——混响声对声压级的贡献当Q/4r2=4/R时，直达声能和混响声能相等时rc=0.14(Q/R)1/2——混响半径或称临界半径当r〉rc时做吸声处理效果好；因为吸声处理只能降低混响声能。Q/4r2——直达声对声压级的贡献221、波的迭加原理特点：1、相交后，仍保持各自原有的特性2、在相交处的质点同时参加各个波的振动，质点的振动是各波振动的合振动，第3节波的干涉、驻波、房间共振第3节波的干涉、驻波、房间共振233、驻波驻波形成条件：A、两个频率相同、相位相同的声源发出两列波B、在同一直线上不同位置发出并相向传播，迭加后产生驻波。特点：（1）、波腹、波节在空间点的位置固定不变。（2）、相邻波腹和波节之间相距入/4，相邻波腹或波节之间相距入/2。3、驻波24４、房间的共振和共振频率

房间共振——房间的声波干涉而产生驻波的现象。（１）、轴向共振

f=nｃ／２Ｌ（２）、斜向共振４、房间的共振和共振频率253类驻波：●轴向波1个n≠0。●切向波2个n≠0。●斜向波3个n≠0。nx，ny，nz为不同时为0的正整数。它们的每一个组合对应一个驻波频率。

3类驻波：●轴向波1个n≠0。26（３）共振频率的简并——共振频率的重叠现象。简并将使那些与共振频率相当的声音大大加强，导致室内原有的声音失真，并使声场不均匀，应尽量避免。（３）共振频率的简并——共振频率的重叠27203040506070Hz7x7x7203040506070Hz6x7x8203040506070Hz6x6x920304028简并将使那些与共振频率相当的声音大大加强，导致室内原有的声音失真，产生所谓的声染色现象，并使声场不均匀，应尽量避免。简并将使那些与共振频率相当的声音大大加强，导致室内原有的声音29避免方法：１、使房间三方尺寸不成简单整数比。２、表面作成不规则形状，作扩散处理，墙面不平行。３、吸声材料不规则布置。４、如>０．３，共振现象不明显．作业：论述房间共振对音质的影响，说明避免房间声音失真(声染色现象)的方法。新编-5第5章室内音质设计课件30注意：在会议室、家庭影院的设计中应特别注意避免声染色现象。注意：在会议室、家庭影院的设计中应特别注意避免声染色现象。31新编-5第5章室内音质设计课件32练习题1、下面四个房间，哪个房间的音质最好(长x宽x高)(单位均为m)：A6x5x3．6B6x3．6x3．6C5x5x3．6D3．6x3．6x3．62、声压级相同的几个声音，哪个声音人耳的主观听闻的响度最小?A100HzB500HzC1000HzD2000Hz3、下面哪种声音绕射现象最严重?A100HzB500HzC1000HzD2000Hz

练习题334、声压级为0dB的两个声音，叠加以后的声压级为：A没有声音B0dBC3dBD6dB5、有一种扬声器发出声音的声压级为60dB，如果将两只扬声器放在一起同时发声，这时的声压级为：A60dBB63dBC66dBD120dB６、人耳对下列哪种声音不敏感A125HzB1500HzC1000HzD2000Hz7、形成回声的必要条件是什么？由这些条件你可以想到哪些避免回声的设计方法？4、声压级为0dB的两个声音，叠加以后的声压级34八、如果设计一个厅堂，想使该厅堂的混响时间控制的比较短，可以采取哪些设计措施？九、如果一机器在房间发出很大噪音，其工作人员就在机器旁工作，那么在房间的周墙和屋顶布置吸声材料，对于减小机器噪音对工作人员的危害作用大吗？为什么？十、要增大声源的指向性？可采取什么有效措施？八、如果设计一个厅堂，想使该厅堂的混响时间35

一、教学目的掌握音质评价标准，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。了解不同类型各类厅堂的音质设计特点。二、学时安排总学时：6学时学时分配：学生预习讲授——1，课堂讲授、讨论——3，演示实验——1。第3节厅堂音质设计

一、教学目的第3节厅堂音质设计

36三、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三、教学方法373、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3、厅堂音质的体形设计38音质评价标准及音质设计内容一、主观评价标准1、合适的响度：听闻最基本的要求，有足够的响度，听众才能接受、识别信息，才能有听的好与坏的问题。要求：语言类60~70方，音乐类80方左右。2、低的噪声干扰：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。

音质评价标准及音质设计内容393、无声学缺陷：

出现声学缺陷的声学建筑是失败的设计，完全无法使用。1）回声：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。2）颤动回声：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重的缺陷。3、无声学缺陷：403）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3）声聚焦：41新编-5第5章室内音质设计课件425、好的音色这主要是对音乐的要求１）

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5、好的音色433）扩散感（环绕感）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，反之场所印象差。取决于房间的大小，扩散设计的使用。4）清晰度对音色细微变化的感觉，对乐音层次的感觉。3）扩散感（环绕感）44二、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：125~4KHz6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。二、客观技术指标452、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。2、声脉冲响应分析（反射声的时间分布）46

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。

473、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表达：刺猬图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？3、方向性扩散（反射声的空间分布）讨论：为什么混响时间相同的48三、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）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）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。三、音质设计内容493）通过体型设计，充分利用有效声能，使反射声在时间和空间上合理分布，并防止声学缺陷。4）根据使用要求，确定合适的混响时间及频率特性，计算大厅吸声量，选择吸声材料与结构。5）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。6）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。3）通过体型设计，充分利用有效声能，使反射507）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。新编-5第5章室内音质设计课件51大厅容积的确定1、确定容积需考虑的因素1）响度:体积大，声源不变的情况下，声能密度D小，则Lp较小以电声为主（保证响度）——体积不受限制以自然声为主(音乐厅）——体积受限制

大厅容积的确定522）混响时间RT与V成正比，与A成反比。厅堂中，观众吸声量占所需总吸声量的1/2~2/3，故观众吸声量起很大的作用。控制好厅堂的容积V与观众人数的比例，就在相当程度上保证或控制了RT2）混响时间532、每座容积

对已判定为音质良好的厅堂大量统计分析所得到的结果。音乐厅8—10m2/每座，歌剧院6—8m2/每座，多用途剧场、礼堂5—6m2/每座，讲演厅、大教室4m2/每座（推荐值）。

2、每座容积54

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。考虑其它要求体积考虑其它要求体积55

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10~20dB的衰减）c偏离辐射主轴角度增大时，高频声明显减弱

体型设计

562）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）措施：57新编-5第5章室内音质设计课件58新编-5第5章室内音质设计课件59新编-5第5章室内音质设计课件602争取和控制好早期反射声（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50ms——17m30ms——10.2m20ms——6.8m2争取和控制好早期反射声（难点）613）一般原则按厅堂首排座位与声源的距离——10m天花高度<13m厅堂宽度<26m（按声程差小于17m计算）超过此尺度，应加以特殊处理3）一般原则62S’SR1R2D检验回声：R1+R2-D<17m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，是否存在声聚焦和声影。A1S’A1=SA1S’SR1R2D检验回声：已知平剖面图，做声线图。A1S’A63B天花形状——剖面设计1）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，故其高度与倾角十分重要原则：一次反射均匀的分布在大部分观众席。2）后部天花原则：向观众席及侧墙扩散声能。形式：如折板式、锯齿式、扩散体式B天花形状——剖面设计64声源位置：大幕线后2~3m，高1.5M声源位置：大幕线后2~3m，高1.5M65新编-5第5章室内音质设计课件66新编-5第5章室内音质设计课件67新编-5第5章室内音质设计课件68新编-5第5章室内音质设计课件69新编-5第5章室内音质设计课件70C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<8~100。c弧形墙面须做扩散或吸声处理。

C侧墙处理——平面形式71一个简单几何形平面，若不做特殊处理，视线最好的中前区将会缺乏一次侧向反射声。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72新编-5第5章室内音质设计课件73新编-5第5章室内音质设计课件743）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）前部侧墙75新编-5第5章室内音质设计课件76新编-5第5章室内音质设计课件77新编-5第5章室内音质设计课件783、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3、扩散设计79新编-5第5章室内音质设计课件80扩散体尺寸扩散体尺寸814、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4、消除声缺陷82d措施：天花高度<13m或吸声扩散整楼座栏板倾角或吸声处理后墙处理：吸声吸声系数>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d措施：天花高度<13m或吸声扩散整楼座栏板832）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，吸声处理问题：混响时间长容易出现声缺陷？还是混响时间短容易出现声缺陷？2）颤动回声84新编-5第5章室内音质设计课件853）声聚焦a出现部位：弧形墙面、壳形天花前的空间某位置。b产生条件：曲率半径小，强反射c危害：形成第二声源，严重干扰听闻室内声场极不均匀d措施：避免使用弧形墙面厅堂高度≧2R弧形墙面上扩散吸声处理3）声聚焦86新编-5第5章室内音质设计课件87新编-5第5章室内音质设计课件88新编-5第5章室内音质设计课件894）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。ｄ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4）声影90新编-5第5章室内音质设计课件91新编-5第5章室内音质设计课件92剧场：D/H≤2音乐厅：D/H≤1剧场：D/H≤2音乐厅：D/H≤193新编-5第5章室内音质设计课件94

混响设计

一混响时间设计标准1、最佳混响时间1）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RT测定，所得到的500Hz的RT的统计值。2）特点：不同使用功能，不同体积，最佳RT不同3）确定方法：功能+容积===最佳RT（500Hz）4）实际偏差：允许偏差±0.1sec或控制在10%混响设计95讨论：从下图中总结出何种规律？讨论：从下图中总结出何种规律？962、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125~4KHz六个倍频带高要求80~8KHZ八个倍频带b特性：

语言用：平直（各个频带的RT相同为好）音乐用：低频稍高

2、频率特性曲线97不平度允许值，以500HzRT为标准低频：125、250可略大到1.2~1.3倍高频：2K、4K可略小到0.9倍。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，人耳对低频声不敏感。

容许低频略大可提高丰满度3）实际状况厅堂RT不均匀较多，特别是一次完工的厅堂。不平度允许值，以500HzRT为标准98新编-5第5章室内音质设计课件99二、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=S1α1+S2α2+Snαn7、整理RT设计方案，验算RT二、RT设计步骤100新编-5第5章室内音质设计课件101第5节各类厅堂的音质设计一、音乐厅音质设计特点（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丰满度。2、为听众和乐师提供足够强的侧向早期和晚期反射声。3、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。第5节各类厅堂的音质设计1024、演奏台应有良好的声扩散，并为乐师提供相互听闻的条件。5、音乐厅一般不作吸声处理。4、演奏台应有良好的声扩散，并为乐师提103二、会议厅设计特点：1、混响时间根据容积大小确定，0.5—1.8S。尽量控制短混响。对较大型会议厅作强吸声处理。2、作强吸声处理的会议厅体型设计比较自由。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

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。二、会议厅104三、教室、讲堂：

要求：保证语言清晰度。保证室内有足够的声级。

技术指标：

每座容积应不超过（3—3.5）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：

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。三、教室、讲堂：105预习和复习题1、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音质问题。3、音质评价指标4、音质设计步骤5、厅堂容积确定方法6、充分利用直达声的方法预习和复习题1067、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9、如何通过厅堂平面、剖面的声线图判断厅堂音质的好坏。10、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同？7、争取和控制前次反射声的方法107第5章室内音质设计第5章室内音质设计108序一、教学目的了解室内声学现象，掌握混响、回声概念。掌握混响时间的定义和计算方法。掌握驻波、房间共振、共振频率的简并现象，掌握避免简并现象的设计方法。二、学时安排总学时：4学时学时分配：学生预习讲授——1，课堂讲授、讨论——3序一、教学目的109三、教学方法1、本章开始前学生先预习，并写预习报告2、第一堂课抽部分学生讲授预习内容，3、课堂讨论和老师讲授。4、基础题作业四、声学基本知识要点1、室内声场的构成2、吸声系数、吸声量、平均吸声量、房间常数概念3、室内混响过程（声音的衰减过程）

三、教学方法110四、声学基本知识要点1、室内声场的构成2、吸声系数、吸声量、平均吸声量、房间常数概念3、室内混响过程（声音的衰减过程）4、回声现象和形成回声的条件5、混响时间的定义和计算，影响混响时间的因素6、室内声压级的计算7、房间驻波、共振及共振频率的简并8、避免共振频率简并的方法

四、声学基本知识要点111第1节围蔽空间里的声学现象1、室内声场的组成1）直达声：从声源直接辐射到接受点的声音。2）反射声：从不同介质反射回来的声，或是除直射声外的所有声。3）混响声:声源停止后——不形成回声的反射声。新编-5第5章室内音质设计课件112新编-5第5章室内音质设计课件1132、围护结构的声学特征量1）吸声系数αα=1-r频率的函数，表征各部分对各频率的吸声性能2）吸声量AiAi=αi·siαi指定部分对某频率的吸声系数si指定部分的面积2、围护结构的声学特征量1143）平均吸声系数α4）房间常数RR=sα/(1-α)或R=A/(1-α)是声学中所定义的特殊的量，当α较小时，可定义为R≈A3）平均吸声系数α1153、室内声音的增长过程及稳态过程的建立声源发声

声能增长声音能量达到稳态（需1----2秒后）3、室内声音的增长过程及稳态过程的建立116特点：声能增长的快慢与稳态声能密度环境和房间容积和室内吸声量的大小有关1）体积大，室内声能增长慢，到达平衡所需时间长2）吸声量大，到达稳定状态所需时间短。其稳定时，声能密度小特点：声能增长的快慢与稳态声能密度环境和房117新编-5第5章室内音质设计课件118二、室内混响

直达声—一次反射声—二次反射声—……..多次反射声整个过程连续且逐渐衰减——混响过程三、回声

条件：1、直达声后50毫秒之后到达的反射声2、有足够的强度，人耳能区别出是两个声音。直达声反射声声源二、室内混响直达声反射声声源119第2节室内声音的衰减与混响时间

1、特点

声源停止后，室内声场逐渐被房间内表面所吸收而消失的过程。此过程与听音的质量关系极大。

停止发声→直达声→一次反射声→二次反射声→…………多次反射声整个过程连续且逐渐衰减

——是一个逐渐衰减的混响过程.

第2节室内声音的衰减与混响时间120衰减的快慢与室内的总吸声量以及房间容积有关。

室内吸声量越大——衰减越快，混响过程越短。房间容积越大——衰减越慢，混响过程越长。问题:在房间内布置吸声材料能降低声能密度，它是降低反射声能密度还是直达声能密度？衰减的快慢与室内的总吸声量以及房间容积有关。1212、混响时间1）定义声场达到稳态后声源停止发声，室内稳态声能密度自原始值衰减到其百万分之一所需时间，（或声能密度衰减60dB所需的时间）2）公式a赛宾公式

T60=0.163V/A

V房间体积A室内总吸声2、混响时间122讨论：T60短或长表达了房间声能衰减快与慢的重要特征，是关系室内音质的第一重要指标。2、T60∝V，T60∝1/A改变V或A可以控制室内声能衰减的快慢，表征了实用的控制手段——合理的体积与装修。3、α=1，全吸声，无任何反射，此时T60≡0，但A=S，由公式T60≠0，表明公式在α较大时，不成立，有局限性4、实际上当α<0.2时，才与实际相符。讨论：123b伊林公式在假定室内声场是充分均匀的情况下，每反射一次被壁面按α均匀吸收一次的条件下，用统计声学的办法，推出考虑空气吸收4m：空气的吸声系数b伊林公式124讨论：1、α→1，-ln(1-α)→∞——T60→0即全吸声时，T60=0当α较小时，-ln(1-α)≈α公式简化成赛宾公式，因此赛宾公式成为伊林公式当α较小时的特例。2、T60的意义：T60直接关系到厅堂的听闻效果，是评价厅堂音质的第一指标。其影响与分析、设计在音质设计中讲解讨论：1253、T60设计值的评价1）误差值:在计算无误，实际材料吸声系数与计算值基本相符；严格施工的情况下，可能误差10%。2）误差原因A公式误差a厅堂的实际状况与公式推导条件间的区别。公式认为，任何时刻室内声场绝对均匀b声源具有指向性B建筑材料的α实际值及频率特性与计算值的误差C施工质量3、T60设计值的评价1263)、减小误差的保证措施a建筑材料的α值实际测定，按测定值计算b施工中进行RT测定，按进度调整，保证最后的RT及频响c模型试验，对设计加以验证d计算机模拟。3)、减小误差的保证措施1275、室内声压级的计算Lp=Lw+10lg（Q/4r2+4/R）Q——声源的指向性因素，它与声源的方向性和位置有关Q=1：无方向性声源放在房间中心时，Q=2：声源位于某一墙面的中心时，Q=4：声源在两个界面交线的中心时，Q=8：声源在三个界面的交角处。R——房间常数，与房间的吸声特性有关，R=S/（1-）5、室内声压级的计算128Q/4r2——直达声对声压级的贡献4/R——混响声对声压级的贡献当Q/4r2=4/R时，直达声能和混响声能相等时rc=0.14(Q/R)1/2——混响半径或称临界半径当r〉rc时做吸声处理效果好；因为吸声处理只能降低混响声能。Q/4r2——直达声对声压级的贡献1291、波的迭加原理特点：1、相交后，仍保持各自原有的特性2、在相交处的质点同时参加各个波的振动，质点的振动是各波振动的合振动，第3节波的干涉、驻波、房间共振第3节波的干涉、驻波、房间共振1303、驻波驻波形成条件：A、两个频率相同、相位相同的声源发出两列波B、在同一直线上不同位置发出并相向传播，迭加后产生驻波。特点：（1）、波腹、波节在空间点的位置固定不变。（2）、相邻波腹和波节之间相距入/4，相邻波腹或波节之间相距入/2。3、驻波131４、房间的共振和共振频率

房间共振——房间的声波干涉而产生驻波的现象。（１）、轴向共振

f=nｃ／２Ｌ（２）、斜向共振４、房间的共振和共振频率1323类驻波：●轴向波1个n≠0。●切向波2个n≠0。●斜向波3个n≠0。nx，ny，nz为不同时为0的正整数。它们的每一个组合对应一个驻波频率。

3类驻波：●轴向波1个n≠0。133（３）共振频率的简并——共振频率的重叠现象。简并将使那些与共振频率相当的声音大大加强，导致室内原有的声音失真，并使声场不均匀，应尽量避免。（３）共振频率的简并——共振频率的重叠134203040506070Hz7x7x7203040506070Hz6x7x8203040506070Hz6x6x9203040135简并将使那些与共振频率相当的声音大大加强，导致室内原有的声音失真，产生所谓的声染色现象，并使声场不均匀，应尽量避免。简并将使那些与共振频率相当的声音大大加强，导致室内原有的声音136避免方法：１、使房间三方尺寸不成简单整数比。２、表面作成不规则形状，作扩散处理，墙面不平行。３、吸声材料不规则布置。４、如>０．３，共振现象不明显．作业：论述房间共振对音质的影响，说明避免房间声音失真(声染色现象)的方法。新编-5第5章室内音质设计课件137注意：在会议室、家庭影院的设计中应特别注意避免声染色现象。注意：在会议室、家庭影院的设计中应特别注意避免声染色现象。138新编-5第5章室内音质设计课件139练习题1、下面四个房间，哪个房间的音质最好(长x宽x高)(单位均为m)：A6x5x3．6B6x3．6x3．6C5x5x3．6D3．6x3．6x3．62、声压级相同的几个声音，哪个声音人耳的主观听闻的响度最小?A100HzB500HzC1000HzD2000Hz3、下面哪种声音绕射现象最严重?A100HzB500HzC1000HzD2000Hz

练习题1404、声压级为0dB的两个声音，叠加以后的声压级为：A没有声音B0dBC3dBD6dB5、有一种扬声器发出声音的声压级为60dB，如果将两只扬声器放在一起同时发声，这时的声压级为：A60dBB63dBC66dBD120dB６、人耳对下列哪种声音不敏感A125HzB1500HzC1000HzD2000Hz7、形成回声的必要条件是什么？由这些条件你可以想到哪些避免回声的设计方法？4、声压级为0dB的两个声音，叠加以后的声压级141八、如果设计一个厅堂，想使该厅堂的混响时间控制的比较短，可以采取哪些设计措施？九、如果一机器在房间发出很大噪音，其工作人员就在机器旁工作，那么在房间的周墙和屋顶布置吸声材料，对于减小机器噪音对工作人员的危害作用大吗？为什么？十、要增大声源的指向性？可采取什么有效措施？八、如果设计一个厅堂，想使该厅堂的混响时间142

一、教学目的掌握音质评价标准，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。了解不同类型各类厅堂的音质设计特点。二、学时安排总学时：6学时学时分配：学生预习讲授——1，课堂讲授、讨论——3，演示实验——1。第3节厅堂音质设计

一、教学目的第3节厅堂音质设计

143三、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三、教学方法1443、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3、厅堂音质的体形设计145音质评价标准及音质设计内容一、主观评价标准1、合适的响度：听闻最基本的要求，有足够的响度，听众才能接受、识别信息，才能有听的好与坏的问题。要求：语言类60~70方，音乐类80方左右。2、低的噪声干扰：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。

音质评价标准及音质设计内容1463、无声学缺陷：

出现声学缺陷的声学建筑是失败的设计，完全无法使用。1）回声：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。2）颤动回声：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重的缺陷。3、无声学缺陷：1473）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3）声聚焦：148新编-5第5章室内音质设计课件1495、好的音色这主要是对音乐的要求１）

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5、好的音色1503）扩散感（环绕感）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，反之场所印象差。取决于房间的大小，扩散设计的使用。4）清晰度对音色细微变化的感觉，对乐音层次的感觉。3）扩散感（环绕感）151二、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：125~4KHz6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。二、客观技术指标1522、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。2、声脉冲响应分析（反射声的时间分布）153

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。

1543、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表达：刺猬图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？3、方向性扩散（反射声的空间分布）讨论：为什么混响时间相同的155三、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）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）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。三、音质设计内容1563）通过体型设计，充分利用有效声能，使反射声在时间和空间上合理分布，并防止声学缺陷。4）根据使用要求，确定合适的混响时间及频率特性，计算大厅吸声量，选择吸声材料与结构。5）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。6）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。3）通过体型设计，充分利用有效声能，使反射1577）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。新编-5第5章室内音质设计课件158大厅容积的确定1、确定容积需考虑的因素1）响度:体积大，声源不变的情况下，声能密度D小，则Lp较小以电声为主（保证响度）——体积不受限制以自然声为主(音乐厅）——体积受限制

大厅容积的确定1592）混响时间RT与V成正比，与A成反比。厅堂中，观众吸声量占所需总吸声量的1/2~2/3，故观众吸声量起很大的作用。控制好厅堂的容积V与观众人数的比例，就在相当程度上保证或控制了RT2）混响时间1602、每座容积

对已判定为音质良好的厅堂大量统计分析所得到的结果。音乐厅8—10m2/每座，歌剧院6—8m2/每座，多用途剧场、礼堂5—6m2/每座，讲演厅、大教室4m2/每座（推荐值）。

2、每座容积161

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。考虑其它要求体积考虑其它要求体积162

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10~20dB的衰减）c偏离辐射主轴角度增大时，高频声明显减弱

体型设计

1632）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）措施：164新编-5第5章室内音质设计课件165新编-5第5章室内音质设计课件166新编-5第5章室内音质设计课件1672争取和控制好早期反射声（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50ms——17m30ms——10.2m20ms——6.8m2争取和控制好早期反射声（难点）1683）一般原则按厅堂首排座位与声源的距离——10m天花高度<13m厅堂宽度<26m（按声程差小于17m计算）超过此尺度，应加以特殊处理3）一般原则169S’SR1R2D检验回声：R1+R2-D<17m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，是否存在声聚焦和声影。A1S’A1=SA1S’SR1R2D检验回声：已知平剖面图，做声线图。A1S’A170B天花形状——剖面设计1）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，故其高度与倾角十分重要原则：一次反射均匀的分布在大部分观众席。2）后部天花原则：向观众席及侧墙扩散声能。形式：如折板式、锯齿式、扩散体式B天花形状——剖面设计171声源位置：大幕线后2~3m，高1.5M声源位置：大幕线后2~3m，高1.5M172新编-5第5章室内音质设计课件173新编-5第5章室内音质设计课件174新编-5第5章室内音质设计课件175新编-5第5章室内音质设计课件176新编-5第5章室内音质设计课件177C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<8~100。c弧形墙面须做扩散或吸声处理。

C侧墙处理——平面形式178一个简单几何形平面，若不做特殊处理，视线最好的中前区将会缺乏一次侧向反射声。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179新编-5第5章室内音质设计课件180新编-5第5章室内音质设计课件1813）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）前部侧墙182新编-5第5章室内音质设计课件183新编-5第5章室内音质设计课件184新编-5第5章室内音质设计课件1853、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3、扩散设计186新编-5第5章室内音质设计课件187扩散体尺寸扩散体尺寸1884、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4、消除声缺陷189d措施：天花高度<13m或吸声扩散整楼座栏板倾角或吸声处理后墙处理：吸声吸声系数>0.6的强吸声倾角.调整向后部提供一次反射