建筑聲環(huán)境概述

建筑聲環(huán)境概述第一頁，共三十三頁，2022年，8月28日1.1建筑聲環(huán)境設(shè)計的意義聲環(huán)境設(shè)計是專門研究如何為建筑使用者創(chuàng)造一個合適的聲音環(huán)境。音樂廳、劇院、禮堂、報告廳、多功能廳、電影院、體育館等。建筑聲學(xué)概述第二頁，共三十三頁，2022年，8月28日1.2建筑聲環(huán)境研究的內(nèi)容1.2.1音質(zhì)設(shè)計1.2.2隔聲隔振1.2.3材料的聲學(xué)性能測試與研究1.2.4噪聲的防止與治理1.2.5其他第三頁，共三十三頁，2022年，8月28日1.2.1音質(zhì)設(shè)計主要是音樂廳、劇院、禮堂、報告廳、多功能廳、電影院、體育館等。設(shè)計得好:音質(zhì)清晰、豐滿、渾厚、親切、溫暖、有平衡感、有空間感。設(shè)計得不好:嘈雜、聲音或干癟或渾濁，聽不清、平衡感和空間感差。第四頁，共三十三頁，2022年，8月28日第五頁，共三十三頁，2022年，8月28日中央音樂學(xué)院音樂廳（已重建）維也納音樂廳石家莊鐵道學(xué)院禮堂首都劇場懷特大海樂園北大紀(jì)念堂、人大會堂（小禮堂）設(shè)計不好或完全沒有考慮聲學(xué)的設(shè)計良好的實(shí)例：第六頁，共三十三頁，2022年，8月28日1.2.2隔聲隔振主要是有安靜要求的房間，如錄音室、演播室、旅館客房、居民住宅臥室等等。

第七頁，共三十三頁，2022年，8月28日對于錄音室、演播室等聲學(xué)建筑對隔聲隔振要求非常高，需要專門的聲學(xué)設(shè)計。

對于旅館、公用建筑、民用住宅，人們對隔聲隔振的要求也越來越高。隨大跨度框架結(jié)構(gòu)的運(yùn)用，越來越多地使用薄而輕的隔墻材料，對隔聲隔振提出了更高的設(shè)計要求。

第八頁，共三十三頁，2022年，8月28日1.2.3材料的聲學(xué)性能測試與研究吸聲材料：材料的吸聲機(jī)理、如何測定材料的吸聲系數(shù)、不同吸聲材料的應(yīng)用等等。隔聲材料：材料的隔聲機(jī)理，如何提高材料的隔聲性能，如何評定材料的隔聲性能，材料隔振的機(jī)理，不同材料隔振效果等。實(shí)例：

1）天花板吸聲性能、劇場座椅吸聲性能。

2）輕質(zhì)隔墻產(chǎn)品隔聲性能、如何提高隔聲能力？

3）軍委演播大廳雨噪聲問題。第九頁，共三十三頁，2022年，8月28日1.2.4噪聲的防止與治理噪聲的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃階段如何避免噪聲、出現(xiàn)噪聲如何解決。實(shí)例：教師住宅受交通噪聲影響，教師選房問題。第十頁，共三十三頁，2022年，8月28日1.2.5其他電聲。模型聲學(xué)測定。聲學(xué)測量：聲音本身性質(zhì)的測定、房間聲學(xué)的測定、材料聲學(xué)性質(zhì)的測定。聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計研究。計算機(jī)模擬。第十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日1.3建筑聲學(xué)發(fā)展簡史古羅馬的露天劇場露天劇場存在的問題是：1、露天狀態(tài)下，聲能下降很快。2、相當(dāng)大的聲能被觀眾吸收。3、噪聲干擾。解決方法：加聲反射罩；控制演出時周圍的噪聲干擾。第十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日圜丘壇第十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日回音壁、三音石第十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日皇穹宇的回音壁、三音石，加上圜丘壇的天心石，都有著奇妙的聲學(xué)現(xiàn)象，但更為奇特的是皇穹宇的“對話石”聲學(xué)現(xiàn)象。站在“對話石”上，即使是相隔很遠(yuǎn)的兩個人，彼此對話的聲音也會十分清晰。聲音的傳播靠的正是皇穹宇的回音壁。第十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日第十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日天壇回音壁、山西永濟(jì)的普救蟾聲、河南三門峽蛤蟆塔四川潼南大佛寺石琴只要游人在山西省永濟(jì)市鸛雀樓前拍手，就會聽到酷似鸛鳥“喳、喳”的叫聲，如果一直拍手走到樓下，就會聽到鸛雀的叫聲由遠(yuǎn)而近，由小而大。這一奇觀讓當(dāng)初復(fù)建這座名樓的人也始料未及。為何會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？據(jù)修復(fù)工作人員介紹，所謂鸛雀的叫聲，其實(shí)是游人拍手時從主樓位置發(fā)出的回音。不過這一奇觀并非復(fù)建鸛雀樓的人為設(shè)計。由此鸛雀樓成為我國四大名樓中惟一有回音的建筑，與不遠(yuǎn)處有蛙鳴回音的鶯鶯塔相映成趣。如今這個奇怪的現(xiàn)象已成為鸛雀樓的一個新“賣點(diǎn)”。第十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日中世紀(jì)教堂建筑自從羅馬帝國被推翻后，中世紀(jì)建造的唯一廳堂就是教堂。中世紀(jì)的室內(nèi)聲學(xué)知識主要來源于經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)的成分很少。教堂的聲學(xué)環(huán)境的特點(diǎn)是音質(zhì)特別豐滿，混響時間很長，可懂度很差。第十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日第十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日十五世紀(jì)的劇場第二十頁，共三十三頁，2022年，8月28日十五世紀(jì)后歐洲建了很多劇場，有些劇場的觀眾容量很大。如意大利維琴察，由帕拉帝迪奧設(shè)計的奧林匹克劇院，建于1579~1584，有3000個座位。又如1618年由亞歷迪奧設(shè)計的意大利帕爾馬市的法內(nèi)斯劇場，可容納觀眾2500人。從掌握的資料來看，雖然這個時代的建筑師幾乎沒有任何室內(nèi)聲學(xué)知識，但這個時代建造的幾座劇院和其他廳堂沒有發(fā)現(xiàn)任何顯著的音質(zhì)缺陷。主要的原因是由于觀眾的吸聲和劇場內(nèi)華麗的表面裝飾起到了擴(kuò)散作用，使劇場的混響時間控制比較合理，聲能分布也比較均勻。第二十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日17世紀(jì)的馬蹄形歌劇院第二十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日從十五世紀(jì)修建的一些劇院發(fā)展到十七世紀(jì)，出現(xiàn)了馬蹄形歌劇院。這種歌劇院有較大的舞臺和舞臺建筑，以及環(huán)形包廂或臺階式座位，排列至接近頂棚。這種劇院的特點(diǎn)是利用觀眾坐席大面積吸收聲音，是混響時間比較短，這種聲學(xué)環(huán)境適合于輕松愉快的意大利歌劇演出。在十七世紀(jì)開始有人研究室內(nèi)聲學(xué)。十七世紀(jì)的阿．柯切爾所著的《聲響》,最早介紹了室內(nèi)聲學(xué)現(xiàn)象，并論述了早期的聲學(xué)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐。十九世紀(jì)初，德國人E.F.弗里德利科察拉迪所著的《聲學(xué)》一書中，致力于解釋有關(guān)混響的現(xiàn)象。第二十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日19世紀(jì)的音樂廳第二十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日第二十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日19世紀(jì)的音樂廳音樂廳早期發(fā)展階段是在十七世紀(jì)中后到十九世紀(jì)，包括：早期音樂演奏室、娛樂花園和大尺度的音樂廳，是后來古典“鞋盒型”音樂廳的就是在這一時期逐漸發(fā)展起來的。

19世紀(jì)前作曲家所做的音樂作品是與其表演空間相適應(yīng)的，這一時期的演奏空間基本是矩形空間。19世紀(jì)以后，隨著浪漫主義音樂及現(xiàn)代音樂的產(chǎn)生，演出空間變得豐富多彩，出現(xiàn)了扇形、多邊形、馬蹄形、橢圓形、圓形等多種形狀，其混響時間及室內(nèi)裝飾風(fēng)格也各不相同。在這一時期，音樂廳的聲學(xué)設(shè)計仍然沒有太多的理論可以遵循。第二十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日音樂廳聲學(xué)設(shè)計理論的出現(xiàn)從十九世紀(jì)開始，在維也納、萊比錫、格拉斯哥和巴塞爾等城市，都建造了一些供演出的音樂廳，這些十九世紀(jì)建造的音樂廳已反映出聲學(xué)上的豐碩成果，直到今天仍然有參考價值。到二十世紀(jì)，賽賓（WallaceClementSabine，1868-1919）（哈佛大學(xué)物理學(xué)家、助教）在1898年第一個提出對廳堂物理性質(zhì)作定量化計算的公式——混響時間公式，并確立了近代廳堂聲學(xué)，從此，廳堂音質(zhì)設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)主義時代結(jié)束了。

第二十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日音樂廳聲學(xué)設(shè)計理論的出現(xiàn)賽賓在28歲時被指派改善哈佛福格藝術(shù)博物館（FoggArtMuseum）內(nèi)半圓形報告廳的不佳音響效果，通過大量艱苦的測量和與附近音質(zhì)較好的塞德斯劇場（SanderTheater）的比較分析，他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聲源停止發(fā)聲后，聲能的衰減率有重要的意義。他曾對廳內(nèi)一聲源（管風(fēng)琴）停止發(fā)聲后，聲音衰減到剛剛聽不到的水平時的時間進(jìn)行了測定，并定義此過程為“混響時間”，這一時間是房間容積和室內(nèi)吸聲量的函數(shù)。1898年，賽賓受邀出任新波士頓交響音樂廳聲學(xué)顧問，為此，他分析了大量實(shí)測資料，終于得出了混響曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即著名的混響時間公式。這一公式被首次應(yīng)用于波士頓交響音樂廳的設(shè)計，獲得了巨大成功。至今，混響時間仍然是廳堂設(shè)計中最主要的聲學(xué)指標(biāo)之一。第二十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計的相關(guān)理論(a)馬歇爾的側(cè)向聲原理：1967年，新西蘭聲學(xué)家馬歇爾（HaroidMarshall）教授最先將人的雙耳收聽原理同音樂廳的聲學(xué)原理結(jié)合起來，認(rèn)為19世紀(jì)“鞋盒型”音樂廳的絕佳音質(zhì)，除緣于混響時間及聲擴(kuò)散以外，直達(dá)聲到達(dá)聽眾后的前50~80ms的早期側(cè)向反射聲起著極為重要的作用。在這些音樂廳中每個聽眾都接受到強(qiáng)大的早期反射聲能，其中側(cè)向反射比來自頭頂?shù)姆瓷渎暩鼮橹匾?，因?yàn)樗峁┙o聽眾更強(qiáng)的三維空間感和音樂的環(huán)繞感。1968年，馬歇爾（A.H.Marshall）提出了“早期側(cè)向反射聲”對音質(zhì)起重要作用，認(rèn)為需要有較多的早期側(cè)向反射聲，使聽者有置身于音樂之中的一種“空間印象（spatialimpression）”感覺，空間感對響度及與低音相關(guān)的溫暖感很重要。由于聲音向后傳播時，觀眾頭頂?shù)穆由湮帐孤暷芩p，必須靠側(cè)向反射將聲音傳至觀眾席后部。這些發(fā)現(xiàn)意義重大，從此開始了將反射聲的空間分布與時間系列相結(jié)合的新的研究階段。該理論已成為近期影響音樂廳形狀設(shè)計的主要理論，使新建音樂廳開始注重并應(yīng)用側(cè)向反射聲。第二十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計的相關(guān)理論(b)IACC兩耳互相關(guān)函數(shù)日本聲學(xué)家安藤四一（Y.Ando）教授在70年代做了一系列模擬雙耳接收的“內(nèi)耳互相關(guān)”實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)表明音質(zhì)與反射聲的水平方向分布有關(guān)。布朗（M.Barron）在近20年來對不同方向、不同強(qiáng)度、不同時延的反射聲的聽感進(jìn)行了長期研究，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：過高聲級和過短延時的反射聲會產(chǎn)生聲像漂移（這與哈斯（Haas）效應(yīng)相一致）或染色效應(yīng)；過長的延時有回聲干擾的感覺；只有大約5～80ms延時的反射聲，并且有足夠的側(cè)向反射聲能量才會有“空間印象”的效果。80年代，安藤四一教授在德國哥廷根大學(xué)的研究引入了唯一的雙耳（空間）評價標(biāo)準(zhǔn)——雙耳聽覺互相關(guān)函數(shù)(IACC)，它表示兩耳上的信號之間的相互關(guān)系，這種相互關(guān)系又是聲場空間感的量度。雙耳聽聞效應(yīng)屬心理和生理聲學(xué)研究范疇，它提示了音樂廳中側(cè)向反射的重要性，既使人了解到“鞋盒形”音樂廳音質(zhì)良好的原因，同時也掌握了“鞋盒形”以外的其它有效的聲學(xué)設(shè)計造型。80年代中期美國加州桔縣新建的一座音樂廳（SegerstromHall），可謂這方面杰出的代表之作。IACC作為評價空間感的指標(biāo)，它開辟了音質(zhì)研究的一個新途徑，也使音樂廳的音質(zhì)評價建立在更為科學(xué)的基礎(chǔ)上。但在技術(shù)上還存在不少問題，例如指向性傳聲器的選擇，測定用聲源的選擇（聲源信號不同，結(jié)果大不相同）等等。第三十頁，共三十三頁，2022年，8月28日建筑聲學(xué)設(shè)計的復(fù)雜性

1962年9月23日開幕的紐約林肯中心愛樂音樂廳,為了對此廳進(jìn)行有效的聲學(xué)設(shè)計，白瑞納克博士對世界上已有的54座著名音樂建筑進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)研，并著有《音樂、聲學(xué)和建筑》一書，卻在音質(zhì)方面遭到前所未有的失敗。多次改裝,后于1976年10月19日再次落成，成為音樂廳建筑史上最悲慘的實(shí)例。據(jù)最近消息，其演奏空間仍在進(jìn)行小范圍改造。據(jù)分析，愛樂音樂廳的失敗主要緣于原聲學(xué)顧問白瑞耐克認(rèn)識上的局限性。他只強(qiáng)調(diào)親切感而沒有認(rèn)識到側(cè)向反射聲的重要性，頂棚反射板增加的反射聲幾乎同時到達(dá)聽眾的雙耳，缺少側(cè)向反射帶來的圍繞感。此外，為了在直達(dá)聲與后期反射聲之間插進(jìn)一些早期反射聲，他在大廳中引進(jìn)了“浮云”，但由于浮云尺度過于單一，且呈晶格狀規(guī)則布置，導(dǎo)致相鄰低頻聲的相消干涉，使聽眾聽不到有些演奏（如大提琴）的聲音，成了一種“無聲電影”。而且，這些浮云的大小和形狀不足以擴(kuò)散低頻反射聲，使低頻成份衰減得很厲害，還顯出了G.M.Sessier和J.E.West所發(fā)現(xiàn)的另一不利現(xiàn)象，即直達(dá)聲掠過多排座席時低頻聲衰減越來越多。事實(shí)上，現(xiàn)代音樂廳的音質(zhì)之所以不如古典先例，關(guān)鍵在于古典音樂正是在古典形式的廳堂中產(chǎn)生和發(fā)展起來的，現(xiàn)代廳堂在尺度、體型和材料等方面已有了很大變化，而在其間演奏的音樂（絕大多數(shù)）依舊是原來的音樂。聲學(xué)上的探索正在逐步揭開廳堂音質(zhì)之迷。然而看看歷史上許多失敗的例子，音樂家們對新音樂廳的不滿和不安不會消除。建筑師們一方面積極研究有效利用新的聲學(xué)理論及技術(shù)成果，一方面又不得不在某種程度上碰運(yùn)氣，不斷祝愿自己能博得繆斯女神們的微笑。第三十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日現(xiàn)代的建筑聲學(xué)1930年以后出現(xiàn)了電影，從那時