建筑物理聲學建筑聲環(huán)境概述

第一講聲環(huán)境概述1.學習建筑聲環(huán)境的目的2.聲環(huán)境設計和研討的內(nèi)容3.建筑聲學開展簡史4.教學內(nèi)容和教學安排1.學習目的:

〔1〕為在建筑設計和城市規(guī)劃中發(fā)明良好的聲環(huán)境；防止或防止出現(xiàn)壞的聲環(huán)境。〔2〕提高本身的素質(zhì)和涵養(yǎng)。聲環(huán)境設計是專門研討如何為運用者發(fā)明一個適宜的聲音環(huán)境。建筑聲環(huán)境設計不僅要關注室外聲音，也要關注室內(nèi)聲音。城市規(guī)劃主要關注室外噪聲。聲音分兩類聲音是人類行為中重要的組成部分，凡是人們可以聽到的聲音都屬于聲環(huán)境范疇；例如說話、鳥鳴、音樂、泉水叮咚、歌聲等；但也能聽到吵鬧、機器轟鳴、車輛的轟鳴等噪聲。從人的感受上,聲音分兩類：一類：溫馨的，喜歡的。如音樂、歌唱、生活中的交談等。

二類：不溫馨的，厭惡的。如噪聲、爆炸聲、刺耳的嘯叫聲等。有時，一類也會轉換成二類，如鄰居的歌聲、他人之間的甜言蜜語、以及應該聽見聽清而聽不見、聽不清的交談等。在歷史上,由于掌握的聲學知識不夠或是不懂,呵斥設計失誤和艱苦經(jīng)濟損失的事例很多:1962年9月23日開幕的紐約林肯中心愛樂音樂廳,為了對此廳進展有效的聲學設計，白瑞納克博士對世界上已有的54座著名音樂建筑進展了系統(tǒng)調(diào)研，并著有<音樂、聲學和建筑>一書，卻在音質(zhì)方面遭到前所未有的失敗。經(jīng)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凄慘的實例。據(jù)最近音訊，其演奏空間仍在進展小范圍改造。

失敗緣由：〔1〕只強調(diào)親切感而沒有認識到側向反射聲的重要性，頂棚反射板添加的反射聲幾乎同時到達聽眾的雙耳，短少側向反射帶來的圍繞感?！?〕為了在直達聲與后期反射聲之間插進一些早期反射聲，他在大廳中引進了“浮云〞，但由于浮云尺度過于單一，且呈晶格狀規(guī)那么布置，導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〞。〔3〕浮云的大小和外形缺乏以分散低頻反射聲，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)的另一不利景象，即直達聲擦過多排座席時低頻聲衰減越來越多。泉州文化教育局的影劇院設計問題石獅市某舞廳的建立問題設計良好的設計不好或完全沒有考慮聲學的維也納音樂廳中央音樂學院音樂廳（已重建）北大紀念堂、人大會堂（小禮堂）清華大禮堂（已部分改建）首都劇場石家莊鐵道學院禮堂2.建筑聲環(huán)境設計和研討的內(nèi)容2.1設計內(nèi)容聲環(huán)境設計圍繞著人的感受，在建筑設計中做到：(1)如何保證一類的聲音聽清聽好——音質(zhì)設計。主要是音樂廳、劇院、禮堂、報告廳、多功能廳、電影院等。設計得OK:音質(zhì)豐滿、渾厚、有感染力、為上演和集會發(fā)明良好效果。設計得不OK:嘈雜、聲音或干癟或渾濁，聽不清、聽不好、聽不見。(2)控制或降低二類聲音〔噪聲〕對正常任務生活的干擾——噪聲控制。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。對于錄音室、演播室等聲學建筑對隔聲隔振要求非常高，需求專門的聲學設計。對于旅館、公用建筑、民用住宅人們對安靜的要求也越來越注重。當前，為了節(jié)約空間和建筑造價，越來越多地運用薄而輕的隔墻資料，施工時常帶有縫隙，呵斥隔聲問題越來越多。福建省高級度假村總統(tǒng)套房的噪聲問題:總圖二號樓二號樓空調(diào)設備二號樓空調(diào)設備二號樓空調(diào)設備五號樓空調(diào)設備2.2研討內(nèi)容(1)資料的聲學性能測試與研討吸聲資料：資料的吸聲機理、如何測定資料的吸聲系數(shù)、不同吸聲資料的運用等等。隔聲資料：資料的隔聲機理，如何提高資料的隔聲性能，如何評定資料的隔聲性能，資料隔振的機理，不同資料隔振效果等。實例：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、如何提高隔聲才干？

(2)噪聲的防止與治理噪聲的規(guī)范、規(guī)劃階段如何防止噪聲、出現(xiàn)噪聲如何處理，交通噪聲如何控制？實例：1〕飛機噪聲和交通噪聲干擾問題。2〕教師住宅受交通噪聲影響，教師選房問題。3〕噪聲擾民問題。4〕交通隔聲屏障問題。(3)其他電聲。模型聲學測定。聲學丈量：聲音本身性質(zhì)的測定、房間聲學的測定、資料聲學性質(zhì)的測定。聲學實驗室的設計研討。計算機模擬。3.建筑聲學開展簡史古羅馬的露天劇場:露天劇場存在的問題是：〔1〕露天形狀下，聲能下降很快?！?〕相當大的聲能被觀眾吸收〔3〕噪聲干擾。處理方法：加聲反射罩；控制上演時周圍的噪聲干擾。中世紀教堂建筑自從羅馬帝國被推翻后，中世紀建造的獨一廳堂就是教堂。中世紀的室內(nèi)聲學知識主要來源于閱歷，科學的成分很少。教堂的聲學環(huán)境的特點是音質(zhì)特別豐滿，混響時間很長，可懂度很差。十五世紀的劇場十五世紀后，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年由亞歷迪奧設計的意大利帕爾馬市的法內(nèi)斯劇場，可包容觀眾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。主要的緣由是由于觀眾的吸聲和劇場內(nèi)華美的外表裝飾起到了分散作用，使劇場的混響時間控制比較合理，聲能分布也比較均勻。17世紀的馬蹄形歌劇院從十五世紀建筑的一些劇院開展到十七世紀，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，陳列至接近頂棚。這種劇院的特點是利用觀眾坐席大面積吸收聲音，使混響時間比較短，這種聲學環(huán)境適宜于輕松愉快的意大利歌劇上演。

在實際研討方面，十七世紀開場有人研討室內(nèi)聲學。十七世紀的阿．柯切爾所著的<聲響>，最早引見了室內(nèi)聲學景象，并論述了早期的聲學閱歷和實際。十九世紀初，德國人E.F.弗里德利科察拉迪所著的<聲學>一書中，努力于解釋有關混響的景象。19世紀的音樂廳音樂廳早期開展階段是在十七世紀中后到十九世紀，包括：早期音樂演奏室、文娛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開展起來的。19世紀前作曲家所做的音樂作品是與其扮演空間相順應的，這一時期的演奏空間根本是矩形空間。19世紀以后，隨著浪漫主義音樂及現(xiàn)代音樂的產(chǎn)生，上演空間變得豐富多彩，出現(xiàn)了扇形、多邊形、馬蹄形、橢圓形、圓形等多種外形，其混響時間及室內(nèi)裝飾風格也各不一樣。在這一時期，音樂廳的聲學設計依然沒有太多的實際可以遵照。廳堂聲學設計實際的出現(xiàn)---賽賓公式從十九世紀開場，在維也納、萊比錫、格拉斯哥和巴塞爾等城市，都建造了一些供上演的音樂廳。這些十九世紀建造的音樂廳已反映出聲學上的豐盛成果，直到今天依然有參考價值。到二十世紀，賽賓〔WallaceClementSabine，1868-1919〕〔哈佛大學物理學家、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實際，從此，廳堂音質(zhì)設計的閱歷主義時代終了了。

賽賓在28歲時被指派改善哈佛福格藝術博物館〔FoggArtMuseum〕內(nèi)半圓形報告廳的不佳音響效果，經(jīng)過大量艱苦的丈量和與附近音質(zhì)較好的塞德斯劇場〔SanderTheater〕的比較分析，他發(fā)現(xiàn)，當聲源停頓發(fā)聲后，聲能的衰減率有重要的意義。他曾對廳內(nèi)一聲源〔管風琴〕停頓發(fā)聲后，聲音衰減到剛剛聽不到的程度時的時間進展了測定，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顧問，為此，他分析了大量實測資料，終于得出了混響曲線的數(shù)學表達式，即著名的混響時間公式。這一公式被初次運用于波士頓交響音樂廳的設計，獲得了宏大勝利。至今，混響時間依然是廳堂設計中最主要的聲學目的之一。哈斯〔Hass〕效應與活潑度1951年哈斯發(fā)現(xiàn)：間延遲大于35ms且具有一定強度的延遲聲可以從聽覺上被分辨出來，但其方向仍在未經(jīng)延時的聲源方向，只需延時大于50ms后，第二聲源才被感知。白瑞納克和舒爾茨：活潑度=10lg(混響聲能/早期聲能〕馬歇爾的側向聲原理1967年，新西蘭聲學家馬歇爾〔HaroidMarshall〕教授最先將人的雙耳收聽原理同音樂廳的聲學原理結合起來，以為19世紀“鞋盒型〞音樂廳的絕佳音質(zhì)，除緣于混響時間及聲分散以外，直達聲到達聽眾后的前50~80ms的早期側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遭到強大的早期反射聲能，其中側向反射比來自頭頂?shù)姆瓷渎暩鼮橹匾捎谒峁牨姼鼜姷牧Ⅲw環(huán)繞感。1968年，馬歇爾〔A.H.Marshall〕提出了“早期側向反射聲〞對音質(zhì)起重要作用，以為需求有較多的早期側向反射聲，使聽者有置身于音樂之中的一種“空間印象〔spatialimpression〕〞覺得，空間感對響度及與低音相關的暖和感很重要。由于聲音向后傳播時，觀眾頭頂?shù)穆由湮帐孤暷芩p，必需靠側向反射將聲音傳至觀眾席后部。這些發(fā)現(xiàn)意義艱苦，從此開場了將反射聲的空間分布與時間系列相結合的新的研討階段。該實際已成為近期影響音樂廳外形設計的主要實際，使新建音樂廳開場注重并運用側向反射聲。巴喬〔1980〕和巴?。簜认蚰芰恳蜃覮EF=早期側向聲能與早期總聲能之比。IACC兩耳相互關函數(shù)日本聲學家安藤四一〔Y.Ando〕教授在70年代做了一系列模擬雙耳接納的“內(nèi)耳相互關〞實驗研討，實驗闡明音質(zhì)與反射聲的程度方向分布有關。布朗〔M.Barron〕在近20年來對不同方向、不同強度、不同時延的反射聲的聽感進展了長期研討，得到實驗結論為：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〕效應相一致〕或染色效應；過長的延時有回聲干擾的覺得；只需大約50～80ms延時的反射聲，并且有足夠的側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的研討引入了獨一的雙耳〔空間〕評價規(guī)范——雙耳聽覺相互關函數(shù)(IACC)，它衡量雙耳聲信號的差別性，這種相互關系又是聲場空間感的量度。雙耳聽聞效應屬心思和生理聲學研討范疇，它提示了音樂廳中側向反射的重要性，既使人了解到“鞋盒形〞音樂廳音質(zhì)良好的緣由，同時也掌握了“鞋盒形〞以外的其它有效的聲學設計外型。80年代中期美國加州桔縣新建的一座音樂廳〔SegerstromHall〕，可謂這方面出色的代表之作。IACC作為評價空間感的目的，它開辟了音質(zhì)研討的一個新途徑，也使音樂廳的音質(zhì)評價建立在更為科學的根底上。但在技術上還存在不少問題，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，結果大不一樣〕等等。安藤四一在總結前人的任務后，1985年出版<音樂廳聲學>一書，提出4個獨立目的a混響時間,b聲壓級，c初始延時間隙ITDG〔直達聲與第一個強反射聲之間間隔〕，d雙耳相互關函數(shù)IACC1991年我國著名聲學家吳碩賢院士，在<美國聲學學會志>提出用模糊集實際來綜合評價廳堂音質(zhì)。建議用樂隊齊奏強音標志樂段的平均聲壓級Lpf作為廳堂響度的物理目的。***現(xiàn)代建筑聲學設計的復雜性

1930年以后出現(xiàn)了電影，從那時開場，高質(zhì)量的錄音和重如今科學、教育、文化、社會活動、文娛中開場起到極大的作用。無線廣播的飛速開展，給聲學提出了一系列新問題，同時也為人們提供了更多更高級的音樂欣賞技術。聲學資料的大量消費和實驗室實驗，給建筑師控制建筑內(nèi)的聲學問題提供了必要的工具。世界各國建筑了相當大規(guī)模的廳堂。隔聲隔噪、吸聲降噪、噪聲源控制等噪聲處置問題在現(xiàn)代社會中越來越引起人們的注重。噪聲于建筑密不可分，噪聲污染的防治與治理曾經(jīng)成為建筑聲學重要的組成部分。噪聲規(guī)劃、噪聲控制等實際也逐漸演化開來?，F(xiàn)實上，現(xiàn)代音樂廳的音質(zhì)設計雖可利用建筑聲學中的研討成果,但由于建筑師不懂和未思索這些成果，或者不懂得怎樣把這些成果在設計中利用，所以失敗例很多。有些現(xiàn)代廳堂的音質(zhì)還不如古典的一些廳堂，緣由除了古典音樂是在古典方式的廳堂中產(chǎn)生和開展起來的之外，現(xiàn)代廳堂在尺度、體型和資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)〕卻變化不大。聲學上的探求正在逐漸揭開廳堂音質(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。建筑師們一方面要積極研討有效利用新的聲學實際及技術成果，一方面又不得不在某種程度上碰運氣，不斷祝愿本人能博得繆斯女神們的淺笑。4.教學內(nèi)容和教學安排一、根本知識部分:客觀計量與客觀呼應、室內(nèi)聲學原理、吸聲資料與隔聲構造二、設計運用部分：噪聲控制、廳堂音質(zhì)設計三、實驗部分：建筑聲學三次四考試考核方法考試：閉卷考試，占評分60%，作業(yè)報告15%，實驗占25%。END!第一講作業(yè)：建筑聲學詞匯英譯中請翻譯建筑聲學專有單詞ArchitecturalacousticsAttenuati