聲學-4.室內音質設計

1、第十三章第十三章 音質設計音質設計音質的主觀評價與客觀指標音質的主觀評價與客觀指標音質設計的方法與步驟音質設計的方法與步驟電聲系統(tǒng)電聲系統(tǒng)各類建筑的音質設計各類建筑的音質設計音質的主觀評價音質的主觀評價 響度：響度：指人們聽到的聲音的大小。足夠的響度是室內具有良好音質的基本條件。與響度相對應的物理指標是聲壓級。豐滿度：豐滿度：指人們對聲音發(fā)出后“余音”的感覺。在室外，聲音感覺“干癟”，不豐滿。與豐滿度相對應的物理指標是混響時間。色度感：色度感：主要是指對聲源音色的保持和美化。良好的室內聲學設計要保持音色不產生失真。另外，還應對聲源具有一定美化作用，如“溫暖”、“華麗”、“明亮”。色度感：相對應

2、的物理指標主要是混響時間的頻率特性以及早期衰減的頻率特性 ?？臻g感：空間感：指室內環(huán)境給人的空間感覺，包括方向感、距離感（親切感）、圍繞感等?？臻g感與反射聲的強度、時間分布、空間分布有密切關系。清晰度：清晰度：指語言用房間中，聲音是否聽得清楚。清晰度與混響時間有直接關系，還與聲音的空間的反射情況及衰減的頻率特性等綜合因素有關。無聲學缺陷無聲學缺陷:如回聲、顫動回聲、聲聚焦、聲遮擋、聲染色等影響聽音效果及聲音音質的缺陷?？陀^指標客觀指標： 聲壓級：聲壓級：房間中某處的聲壓級反映了該處的響度。在聲源功率一定的情況下，增大聲壓級需要獲得更多的反射聲。 混響時間混響時間RTRT：RT與室內的混響感、豐

3、滿度、清晰度有很大關系。RT越長，越感豐滿，但清晰度越差；RT越短，越感“干 ”，但清晰度提高。RT的頻率特性與音色有一定關系。RT低頻適當增長，聲音有溫暖感、震撼感；RT高頻適當增長，聲音有明亮感、清脆感。 反射聲時間序列分布：反射聲時間序列分布：人們最先聽到的是直達聲，之后是來自各個界面的反射聲。一般的，直達聲后50ms到達的聲音被稱為近次反射聲，這部分聲音對加強直達聲響度、提高清晰度、維護聲源方向起到很大作用。對于語言，人們提出清晰度D（difinition)的概念，指直達聲及其后50ms以內的聲能與全部聲能之比。對于音樂人們提出明晰度C(Clarity)的概念。1）防止外部噪聲及振動傳

4、入室內，使室內的背景噪聲足夠低。 2）使室內各處都有足夠的響度，并保證聲場分布盡可能均勻。對于以自然聲為主的廳堂，要注意選擇適當的規(guī)模。 3）聽眾各點應安排足夠的近次反射聲。 4）使房間具有與使用目的相適應的混響時間。 5）防止出現回聲、多重回聲、聲聚焦、聲遮擋、聲染色回聲、多重回聲、聲聚焦、聲遮擋、聲染色等聲學缺陷。1、保證廳內有足夠的響度。對于以自然聲為主的廳堂，大廳的體積有一定限度。以電聲為主的可以不受限制。（推薦值見下表）用途講演話劇獨唱大型交響樂最大體積（m3)2000-3000600010000200002、合適的混響時間。人的吸聲量占房間吸聲量很大的一部分。不同用途的廳堂的混響時

5、間與每座容積的關系較大。用途推薦每座容積（m3)音樂廳8-10歌劇院6-8多功能廳、禮堂5-6演講挺、教室3-5電影院4聲源S的位置一般定在舞臺大幕線后2m一3m，高1.5m。我們要求從臺口外的A點開始的第一段天花向A到B點的一段觀眾席提供第一次反射聲(A，B等接收點的高度取地面上1.1m)。連接SA與AA，作角SAA的分角線AQl，過A作 AQl垂線AA”。以為AA”為軸，求出聲源S的對稱點S1。連SlB，它與AA相交于A”。 AA”就是第一段天花的斷面。第二段天花的第一次反射聲要求提供給從B到C點的一段觀眾席，則在SA的延長線上的適當位置取B，以后用與第一段同樣的方法求出第二段天花的斷面B

6、B.1、體形的確定方法:幾何聲學法(聲線法聲線法)2 2、體形設計的五項原則體形設計的五項原則： （1 1）保證直達聲到達每個觀眾。）保證直達聲到達每個觀眾。 （2 2）保證近次反射聲的分布。）保證近次反射聲的分布。 （3 3）防止產生回聲及其他聲學缺陷）防止產生回聲及其他聲學缺陷 （4 4）采用適當的擴散處理）采用適當的擴散處理 （5 5）舞臺反射板的運用）舞臺反射板的運用（1）保證直達聲能夠到達每個聽眾主要是防止前面的觀眾對后面觀眾的遮擋。在小型講演廳，可設講臺以抬高聲源，在較大的觀眾廳中，地面應從前到后逐級升高（2）保證近次反射聲的分布對于規(guī)模不大的廳(例如高度在10m左右，寬度在20m

7、左右)絕大多數座位絕大多數座位上接收到的第上接收到的第一次反射聲的一次反射聲的延時都在延時都在50ms50ms之內之內。尺寸更大的廳要從體型設計上下功夫，從平面形狀上看扇形平面的中間部分不易得到來自側墻的第一次反射聲。斷面形狀；斷面設計的主要對象是天花。由于來自天花的反射聲不像側墻反射那樣易被觀眾席的掠射吸收所減弱，因此對廳內音質的影響最為有效，必須充分加以利用。天花設計的原則是，首先使廳的前部(靠近舞臺部分)天花產生的第一次反射聲均勻分布于觀眾席。為此可將天花設計成從臺口上緣逐漸升高的折面或曲面。中部以后的天花，可設計成向整個觀眾席及側墻反射的擴散面。 呈凹曲面的天花，容易發(fā)生聲聚焦現象，使

8、反射聲分布不均勻，應當避免采用。如必須采用時，應在內表面作有效的吸聲處理內表面作有效的吸聲處理，或在其下面設置在其下面設置“浮云浮云”式的反射板式的反射板。 側墻在一般大廳中都是垂直的，這使它能夠提供給觀眾席第一次反射聲的面積很小。如果使側培略向內傾，則可以有更大面積提供第一次反射聲，有條件時可以考慮采用這種形狀。為此目的，也可以在垂直的側墻上布置縱向為楔形的起伏。 在橫向很寬的大廳，為向中間坐席提供側向的第一次反射聲，可將靠近側墻的座位抬高，利用這些座位下面的矮墻向廳的中部提供第一次反射聲。 觀眾席較多的大廳，一般要設挑臺，以改善大廳后部坐席的視覺條件，但挑臺下部坐席的聲學條件往往不利。首先

9、，如跳臺下空間過深，則除了掠射過前部觀眾到達的直達聲和部分側墻反射聲以外，天花的反射聲難以到達。同時，這部分空間的混響時間會比大廳的其他部分為短。為了避免產生這種現象，跳臺下空間的進深不能過大，一般劇場及多功能大廳，不應大于桃臺下空間開口的2倍，對于音樂廳，進深不應大于挑臺下空間的開口。同時，挑臺下天花應盡可能作成向后傾斜的，使反射聲落到挑臺下坐席上。挑臺前沿的欄板，有可能將聲音反射回廳的前部形成回聲為此應將其形狀作成擴散反射的或使其反射方向朝向附近的觀眾席。（3）防止產生回聲及其他聲學缺陷觀眾廳中最容易產生回聲的部位是后墻(包括挑臺上后墻)、與后墻相接的天花，以及挑臺欄桿的前沿等。如果后墻為

10、凹曲面，更會由于反射聲的聚集加強回聲的。在有可能產生回聲的部位，應適當改變其傾斜角度，使反射聲落入近處的觀眾席，或者作吸聲處理。吸聲處理最好能與擴散處理并用，作吸聲處理時，應當與大廳的混響設計一起考慮。多重回聲的產生是由于大廳內特定界面之間產生的多次反復反射。在一般觀眾廳里，由于聲源在吸聲性的舞臺內，廳內地面又布滿觀眾席，不易發(fā)生這種現象。但在體育館等大廳中，場地地面與天花可能產生反復反射，形成多重回聲。即使在較小的廳中，由于形狀或吸聲處理不當，也有可能產生多重回聲，在設計時必須注意。 (4)采用適當的擴散處理擴散處理就是用起伏的表面或吸聲與反射材料的交錯布置等方法，使反射聲波發(fā)生散亂。它不僅

11、用于消除回聲和聲聚焦，而且可以提高整個大廳的聲場擴散程度，增加大廳內聲能分布的均勻性，使聲音的成長和衰減過程滑順；同時，它還有助于避免強反射可能造成的“染色現象” 。染色現象”是單個的強反射聲或間隔相近的一系列強反射聲與直達聲疊加產生的聲音頻普變化，它使原有的聲音音色失真。擴散處理一般布置在第一次反射聲的反射面以外的各個面，如側墻與天花的中、后部、后墻等等。擴散聲場的豎弧(5)舞臺反射板 有鏡框式臺口的劇場或禮堂，舞臺上演員的聲音有相當大的部分進入了舞臺內部，不能被觀眾接收。在舉行音樂會等不需吊下布景的演出時，如將舞臺的上部、兩側和后部用反射板封閉起來，使上述聲能反射到觀眾廳，就能顯著提高觀眾

12、席上的聲能密度。不僅如此，舞臺反射板還有加強演員的自我聽聞和演員與樂隊、以及樂隊各部分之間的互相聽聞的作用。這是音樂演出，特別是交響樂演出的一個重要條件。 舞臺反射板在全頻帶上應當都是反射性的。特別要注意，不要使產生過度的低頻吸收。材料一般選用厚木板或木夾板(厚度在1cm以上)井襯以阻尼材料。其形狀應使反射聲有一定的擴散。舞臺反射板的背后結構一般是型鋼骨架。它的裝、拆宜采用機械化的方法柏林室內音樂廳北京師范大學音樂廳多倫多路易.湯姆森音樂廳交響樂演奏情景上海大劇院觀眾廳1）最佳混響時間及頻率特性的確定 2）混響時間的計算 3）室內裝修材料的選擇與布置常用最佳混響時間(秒)音樂廳1.8-2.2劇

13、院1.4-1.7多功能1.0-1.3電影院0.8-1.0高保真0.4-0.6錄音室0.3-0.4最佳混響時間頻率特性曲線一般包括廣播通訊、擴聲、重放等系統(tǒng)。 一、 擴聲重放系統(tǒng)二、 擴聲系統(tǒng)的安裝 在室內如何布置揚聲器，是電聲系統(tǒng)設計的重要問題，它與建筑處理的關系也最密切。室內揚聲器布置的要求是： (1)使全部觀眾席上的聲壓分布均勻。 (2)多數觀眾席上的聲源方向感良好*即觀眾聽到的揚聲器的聲音與看到的講演者、演員在方向上一致。 (3)控制聲反饋和避免產生回聲干擾。揚聲器的布置方式，大體上可分為：1）集中式 2）分散式 3）集中分散式 1集中式 在觀眾席的前方或前上方(一般是在臺口上部或兩側)

14、設置有適當指向性的揚聲器或揚聲器組合(一般是聲柱或揚聲器組合，在音質要求不高的廳中也可以是喇叭式揚聲器)，將揚聲器的主軸指向觀眾席的中、后部。這是劇場、禮堂及體育館等常采用的布置方式。其優(yōu)點是方向感好，觀眾的聽覺與視覺一致，射向天花、墻面的聲能較少，直達聲強，清晰度高。 2分散式 在面積較大、天花很低的廳，用集中式布置無法使聲壓分布均勻時，將許多個單個揚聲器分散布置在天花板上。這種方式可以使聲壓在室內均勻分布，但聽眾首先聽到的是距自己最近的揚聲器發(fā)出的聲音，所以方向感不佳。如果設置延時器，將附近的揚聲器的發(fā)聲推遲到一次聲源的直達聲到達之后，方向感可以明顯改善，但在這之后還會有遠處的揚聲器的聲音

15、陸續(xù)到達，使清晰度降低，為此必須嚴格控制各個揚聲器的音量與指向性。 2集中與分散結合的方式(1)廳的規(guī)模較大，前面的揚聲器不能使廳的后部有足夠的音量(2)集中式布置時，揚聲器在臺口上部，由于臺口較高，靠近舞臺的觀眾感到聲音是來自頭頂，方向感不佳。這種情況常在舞臺兩側低處或舞臺的前緣布置揚聲器，叫做“拉聲像揚聲器”，(3)在集中式布置之外，在觀眾廳天花、側墻以至地面上分散布置揚聲器。這些揚聲器用于提供電影、戲劇演出時的效果聲，屬重放系統(tǒng)?；蚪踊祉懫?。增加廳內的混響感。以下分別敘述音樂廳、各類劇場、電影院、多功能大廳、教室、講堂、體育館以及錄音室等的音質設計。必須注意的是，上述各類建筑物的音質要求

16、各不相同，設計中要解決的主要問題也不一樣，應當根據以上幾節(jié)中闡述的原則和方法，結合實際，靈活處理。還必須注意，這些建筑中都有很多附屬房間，如門廳、休息廳、走廊等等，它們對創(chuàng)造整個建筑的聲環(huán)境也起著重要作用，不可忽視。例如沉寂的門廳、走廊，會使人感到觀眾廳的音質更加豐滿。相反，混響很長的門廳、走廊，不僅會使整個建筑給人以嗜雜的印象，而且會影響人們對觀眾廳音質豐滿度的感受?？傊瑧敯颜麄€建筑物作為一個整體，進行聲環(huán)境的設計，其中也包括使建筑韌的各個部分都能保證在適當的噪聲水平之下，孤立地設計觀眾廳等部分，往往不能取得應有的效果。音樂廳的音質設計大體上應當遵循以下原則； 1使大廳具有較長的混響時間

17、以保證廳內聲場有足夠的豐滿度。同時廳內盡量少用或不用吸聲材料。在混響時間的頻率特性上，應當使低頻適當高于中頻，以取得溫暖感。 2.充分利用近次反射聲，使之均勻分布于觀眾席，以保證大多數座位有足夠的響度和親切感，特別注意增加側向反射，使廳內有良好的圍繞感。廳頂部的處理，除考慮向觀眾席反射外，還應有適當部分的反射聲返回演奏席、以利演唱、演奏者的互相聽聞。 3保證廳內具有良好的擴散。古典式大廳有豐富的裝飾構件，可起擴散作用，新式大廳也應布置擴散體。 此外，音樂廳的允許噪聲標準要高于其他廳堂，評價指數應在20以下，為此，音樂廳的選址應注意遠離交通干道等噪聲較高地區(qū)，內部要作好隔聲，通風系統(tǒng)要有足夠的消

18、聲處理， 音樂廳內的演出一般不用擴聲設備，但要考慮到語言擴聲、現場轉播及錄音的需要，還需設置聲控室。劇院有單獨的舞臺空間，以鏡框式臺口與觀眾廳相連，一般還有樂池。 西方古典的歌劇院多是馬蹄形平面，側面及后面有多層包廂。新式的歌劇院平面多為扇形、六角形等形式，臺口后有大型舞臺。我國最早的劇場，舞臺三面伸入觀眾席，沒有樂池。目前這種形式已不多見。京劇及其他地方戲的演出也大多是在鏡框式臺口之內進行，只是伴奏仍在臺側，不用樂池。 歌劇是以歌唱、音樂為主，混響時間應當較長，但比音樂廳短。京劇及我國其他地方戲的最佳混響時間尚無定論，一般可按歌劇院考慮，或較之略短。 話劇院一般較歌劇院規(guī)模為小，一般也有鏡框

19、式臺口，也有的話劇院，舞臺可以伸到觀眾席中，即所謂伸出式舞臺。 話劇院應按語言用大廳的要求，取較短的混響時間，以保證有足夠的清晰度。 歌劇院、話劇院在體型上都應考慮近次反射聲在觀眾席上的均勻分布。歌劇院還應有適當的擴散處理；話劇院要特別注意避免出現回聲。 樂池的聲學持性也必須注意：一是要保持樂池內各聲部聲音的平衡l：是不使觀眾廳內聽到的樂池中的伴奏聲壓倒舞臺上的演員聲。這要求樂池的開口與進深保持適當的比例，樂池上部的天花有適當的形狀與傾角。 近年來，歌劇、話劇演出使用電聲的情況越來越多，同時，還有效果聲的需要，因此，劇院應當有較為完善的電聲系統(tǒng)。電聲系統(tǒng)最理想的使用狀態(tài)應當是，既加強了觀眾席上

20、的聲級，又能控制其音量，不使其破壞自然的方向感，使觀眾幾乎感覺不到它的存在。 劇院的允許噪聲級可采用N為20或25。 電影院按放聲方式分為揚聲器布置在銀幕后面、片寬為35mm的普通電影、遮幅法和變形法寬銀幕立體聲影院，和片寬為70mm，揚聲器不只在銀幕之后，在觀眾廳墻面、天花上也布置環(huán)繞聲揚聲器的寬銀幕數字式立體聲影院兩類。 電影院的放映室與觀眾廳之間應有良好的隔聲。放映孔應有雙層玻璃，并加以密封。放映室內部應作吸聲處理，以減低機械噪聲。 電影院觀眾廳的容許噪聲級可比劇場高些，例如N取2530。寬銀幕立體聲電影院希望N不低于25。 在片寬為35mm的電影院中觀眾聽到的是位于銀幕后揚聲器發(fā)出的影

21、片錄音的重放聲。影片在錄音時已經加入了與場景相應的聲音效果，它要求電影院大廳能夠重現這些效果，不致因大廳的聲學特性(例如混響過長)而影響這些效果?；祉憰r間應當以短為好。但在實際上，過于沉寂的大廳會使前徘座位與后排座位上的聲級相羌過大，保持一定的混響，有利于廳內聲場的均勻。這類電影院的中頻混響時間可取1.0s左右。為此，每座容積取(34)m3為宜。此外，為保證后部有足夠的聲級，前部又不致過響，廳的長度不宜超過40m 對于片寬為70mm的寬銀幕數字式立體聲電影院，在觀眾廳的側墻面和后墻面上以及天花板上還布置有揚聲器以形成“環(huán)繞聲”的效果(約距3.5m一4.0m一個)。為保證這些揚聲器發(fā)出的聲音有明確的方向感，廳內混響時間應當更短一些，其中頻混響時間應當控制在0.7左右。 多功能廳堂多用于舉行會議和放映電影，戲曲、歌舞演出也多用電聲系統(tǒng)擴聲，一般多功能大廳的音質設計應當以適于電聲擴聲為主要原則，即短混響，同時設置一套功率足夠、聲場分布較為均勻的電聲系統(tǒng)