建筑物理聲學(xué)建筑聲環(huán)境概述

第一講聲環(huán)境概述1.學(xué)習(xí)建筑聲環(huán)境的目的2.聲環(huán)境設(shè)計(jì)和研究的內(nèi)容3.建筑聲學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史4.教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)安排第一頁(yè)，共五十頁(yè)。1.學(xué)習(xí)目的:

（1）為在建筑設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃中創(chuàng)造良好的聲環(huán)境；避免或防止出現(xiàn)壞的聲環(huán)境。（2）提高自身的素質(zhì)和修養(yǎng)。第二頁(yè)，共五十頁(yè)。聲環(huán)境設(shè)計(jì)是專門研究如何為使用者創(chuàng)造一個(gè)合適的聲音環(huán)境。建筑聲環(huán)境設(shè)計(jì)不僅要關(guān)注室外聲音，也要關(guān)注室內(nèi)聲音。城市規(guī)劃主要關(guān)注室外噪聲。第三頁(yè)，共五十頁(yè)。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(tīng)到的聲音都屬于聲環(huán)境范疇；例如談話、鳥鳴、音樂(lè)、泉水叮咚、歌聲等；但也能聽(tīng)到吵鬧、機(jī)器轟鳴、車輛的轟鳴等噪聲。從人的感受上,聲音分兩類：一類：舒服的，喜歡的。如音樂(lè)、歌唱、生活中的交談等。

二類：不舒服的，討厭的。如噪聲、爆炸聲、刺耳的嘯叫聲等。第四頁(yè)，共五十頁(yè)。有時(shí)，一類也會(huì)轉(zhuǎn)換成二類，如鄰居的歌聲、別人之間的甜言蜜語(yǔ)、以及應(yīng)該聽(tīng)見(jiàn)聽(tīng)清而聽(tīng)不見(jiàn)、聽(tīng)不清的交談等。第五頁(yè)，共五十頁(yè)。在歷史上,由于掌握的聲學(xué)知識(shí)不夠或是不懂,造成設(shè)計(jì)失誤和重大經(jīng)濟(jì)損失的事例很多:1962年9月23日開(kāi)幕的紐約林肯中心愛(ài)樂(lè)音樂(lè)廳,為了對(duì)此廳進(jìn)行有效的聲學(xué)設(shè)計(jì)，白瑞納克博士對(duì)世界上已有的54座著名音樂(lè)建筑進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)研，并著有《音樂(lè)、聲學(xué)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(lè)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。

第六頁(yè)，共五十頁(yè)。失敗原因：（1）只強(qiáng)調(diào)親切感而沒(méi)有認(rèn)識(shí)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(shí)到達(dá)聽(tīng)眾的雙耳，缺少側(cè)向反射帶來(lái)的圍繞感。（2）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(guò)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(tīng)眾聽(tīng)不到有些演奏（如大提琴）的聲音，成了一種“無(wú)聲電影”。（3）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(guò)多排座席時(shí)低頻聲衰減越來(lái)越多。第七頁(yè)，共五十頁(yè)。泉州文化教育局的影劇院設(shè)計(jì)問(wèn)題石獅市某舞廳的建設(shè)問(wèn)題設(shè)計(jì)良好的設(shè)計(jì)不好或完全沒(méi)有考慮聲學(xué)的維也納音樂(lè)廳中央音樂(lè)學(xué)院音樂(lè)廳（已重建）北大紀(jì)念堂、人大會(huì)堂（小禮堂）清華大禮堂（已部分改建）首都劇場(chǎng)石家莊鐵道學(xué)院禮堂第八頁(yè)，共五十頁(yè)。2.建筑聲環(huán)境設(shè)計(jì)和研究的內(nèi)容2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容聲環(huán)境設(shè)計(jì)圍繞著人的感受，在建筑設(shè)計(jì)中做到：(1)如何保證一類的聲音聽(tīng)清聽(tīng)好——音質(zhì)設(shè)計(jì)。主要是音樂(lè)廳、劇院、禮堂、報(bào)告廳、多功能廳、電影院等。設(shè)計(jì)得OK:音質(zhì)豐滿、渾厚、有感染力、為演出和集會(huì)創(chuàng)造良好效果。設(shè)計(jì)得不OK:嘈雜、聲音或干癟或渾濁，聽(tīng)不清、聽(tīng)不好、聽(tīng)不見(jiàn)。第九頁(yè)，共五十頁(yè)。(2)控制或降低二類聲音（噪聲）對(duì)正常工作生活的干擾——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(duì)于錄音室、演播室等聲學(xué)建筑對(duì)隔聲隔振要求非常高，需要專門的聲學(xué)設(shè)計(jì)。對(duì)于旅館、公用建筑、民用住宅人們對(duì)安靜的要求也越來(lái)越重視。當(dāng)前，為了節(jié)約空間和建筑造價(jià)，越來(lái)越多地使用薄而輕的隔墻材料，施工時(shí)常帶有縫隙，造成隔聲問(wèn)題越來(lái)越多。福建省高級(jí)度假村總統(tǒng)套房的噪聲問(wèn)題:第十頁(yè)，共五十頁(yè)?？倛D第十一頁(yè)，共五十頁(yè)。二號(hào)樓第十二頁(yè)，共五十頁(yè)。二號(hào)樓空調(diào)設(shè)備第十三頁(yè)，共五十頁(yè)。二號(hào)樓空調(diào)設(shè)備第十四頁(yè)，共五十頁(yè)。二號(hào)樓空調(diào)設(shè)備第十五頁(yè)，共五十頁(yè)。五號(hào)樓空調(diào)設(shè)備第十六頁(yè)，共五十頁(yè)。

2.2研究?jī)?nèi)容(1)材料的聲學(xué)性能測(cè)試與研究吸聲材料：材料的吸聲機(jī)理、如何測(cè)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(píng)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(chǎng)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？

第十七頁(yè)，共五十頁(yè)。(2)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，交通噪聲如何控制？實(shí)例：1）飛機(jī)噪聲和交通噪聲干擾問(wèn)題。2）教師住宅受交通噪聲影響，教師選房問(wèn)題。3）噪聲擾民問(wèn)題。4）交通隔聲屏障問(wèn)題。第十八頁(yè)，共五十頁(yè)。(3)其他電聲。模型聲學(xué)測(cè)定。聲學(xué)測(cè)量：聲音本身性質(zhì)的測(cè)定、房間聲學(xué)的測(cè)定、材料聲學(xué)性質(zhì)的測(cè)定。聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)研究。計(jì)算機(jī)模擬。第十九頁(yè)，共五十頁(yè)。3.建筑聲學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史

古羅馬的露天劇場(chǎng):露天劇場(chǎng)存在的問(wèn)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(shí)周圍的噪聲干擾。第二十頁(yè)，共五十頁(yè)。第二十一頁(yè)，共五十頁(yè)。中世紀(jì)教堂建筑

自從羅馬帝國(guó)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(shí)主要來(lái)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(shí)間很長(zhǎng)，可懂度很差。第二十二頁(yè)，共五十頁(yè)。第二十三頁(yè)，共五十頁(yè)。十五世紀(jì)的劇場(chǎng)十五世紀(jì)后，歐洲建了很多劇場(chǎng)，有些劇場(chǎng)的觀眾容量很大。如意大利維琴察，由帕拉帝迪奧設(shè)計(jì)的奧林匹克劇院，建于1579~1584，有3000個(gè)座位。又如1618年由亞歷迪奧設(shè)計(jì)的意大利帕爾馬市的法內(nèi)斯劇場(chǎng)，可容納觀眾2500人。

從掌握的資料來(lái)看，雖然這個(gè)時(shí)代的建筑師幾乎沒(méi)有任何室內(nèi)聲學(xué)知識(shí)，但這個(gè)時(shí)代建造的幾座劇院和其他廳堂沒(méi)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(chǎng)內(nèi)華麗的表面裝飾起到了擴(kuò)散作用，使劇場(chǎng)的混響時(shí)間控制比較合理，聲能分布也比較均勻。第二十四頁(yè)，共五十頁(yè)。第二十五頁(yè)，共五十頁(yè)。17世紀(jì)的馬蹄形歌劇院

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(tái)和舞臺(tái)建筑，以及環(huán)形包廂或臺(tái)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，使混響時(shí)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。

第二十六頁(yè)，共五十頁(yè)。在理論研究方面，十七世紀(jì)開(kāi)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(guó)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。第二十七頁(yè)，共五十頁(yè)。第二十八頁(yè)，共五十頁(yè)。19世紀(jì)的音樂(lè)廳

音樂(lè)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(lè)演奏室、娛樂(lè)花園和大尺度的音樂(lè)廳，是后來(lái)古典“鞋盒型”音樂(lè)廳的就是在這一時(shí)期逐漸發(fā)展起來(lái)的。19世紀(jì)前作曲家所做的音樂(lè)作品是與其表演空間相適應(yīng)的，這一時(shí)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(lè)及現(xiàn)代音樂(lè)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(shí)間及室內(nèi)裝飾風(fēng)格也各不相同。在這一時(shí)期，音樂(lè)廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)仍然沒(méi)有太多的理論可以遵循。第二十九頁(yè)，共五十頁(yè)。第三十頁(yè)，共五十頁(yè)。第三十一頁(yè)，共五十頁(yè)。廳堂聲學(xué)設(shè)計(jì)理論的出現(xiàn)---賽賓公式

從十九世紀(jì)開(kāi)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(lè)廳。這些十九世紀(jì)建造的音樂(lè)廳已反映出聲學(xué)上的豐碩成果，直到今天仍然有參考價(jià)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(gè)提出對(duì)廳堂物理性質(zhì)作定量化計(jì)算的公式——混響時(shí)間公式，并確立了近代廳堂聲學(xué)理論，從此，廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)主義時(shí)代結(jié)束了。

第三十二頁(yè)，共五十頁(yè)。賽賓在28歲時(shí)被指派改善哈佛福格藝術(shù)博物館（FoggArtMuseum）內(nèi)半圓形報(bào)告廳的不佳音響效果，通過(guò)大量艱苦的測(cè)量和與附近音質(zhì)較好的塞德斯劇場(chǎng)（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。第三十三頁(yè)，共五十頁(yè)。他曾對(duì)廳內(nèi)一聲源（管風(fēng)琴）停止發(fā)聲后，聲音衰減到剛剛聽(tīng)不到的水平時(shí)的時(shí)間進(jìn)行了測(cè)定，并定義此過(guò)程為“混響時(shí)間”，這一時(shí)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(lè)廳聲學(xué)顧問(wèn)，為此，他分析了大量實(shí)測(cè)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(shí)間公式。這一公式被首次應(yīng)用于波士頓交響音樂(lè)廳的設(shè)計(jì)，獲得了巨大成功。至今，混響時(shí)間仍然是廳堂設(shè)計(jì)中最主要的聲學(xué)指標(biāo)之一。第三十四頁(yè)，共五十頁(yè)。哈斯（Hass）效應(yīng)與活躍度1951年哈斯發(fā)現(xiàn)：間延遲大于35ms且具有一定強(qiáng)度的延遲聲可以從聽(tīng)覺(jué)上被分辨出來(lái)，但其方向仍在未經(jīng)延時(shí)的聲源方向，只有延時(shí)大于50ms后，第二聲源才被感知。白瑞納克和舒爾茨：活躍度=10lg(混響聲能/早期聲能）第三十五頁(yè)，共五十頁(yè)。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(tīng)原理同音樂(lè)廳的聲學(xué)原理結(jié)合起來(lái)，認(rèn)為19世紀(jì)“鞋盒型”音樂(lè)廳的絕佳音質(zhì)，除緣于混響時(shí)間及聲擴(kuò)散以外，直達(dá)聲到達(dá)聽(tīng)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(lè)廳中每個(gè)聽(tīng)眾都接受到強(qiáng)大的早期反射聲能，其中側(cè)向反射比來(lái)自頭頂?shù)姆瓷渎暩鼮橹匾?，因?yàn)樗峁┙o聽(tīng)眾更強(qiáng)的立體環(huán)繞感。第三十六頁(yè)，共五十頁(yè)。1968年，馬歇爾（A.H.Marshall）提出了“早期側(cè)向反射聲”對(duì)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(tīng)者有置身于音樂(lè)之中的一種“空間印象（spatialimpression）”感覺(jué)，空間感對(duì)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(shí)，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(kāi)始了將反射聲的空間分布與時(shí)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(lè)廳形狀設(shè)計(jì)的主要理論，使新建音樂(lè)廳開(kāi)始注重并應(yīng)用側(cè)向反射聲。第三十七頁(yè)，共五十頁(yè)。巴喬（1980）和巴?。簜?cè)向能量因子LEF=早期側(cè)向聲能與早期總聲能之比。第三十八頁(yè)，共五十頁(yè)。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(lái)對(duì)不同方向、不同強(qiáng)度、不同時(shí)延的反射聲的聽(tīng)感進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：過(guò)高聲級(jí)和過(guò)短延時(shí)的反射聲會(huì)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(guò)長(zhǎng)的延時(shí)有回聲干擾的感覺(jué)；只有大約50～80ms延時(shí)的反射聲，并且有足夠的側(cè)向反射聲能量才會(huì)有“空間印象”的效果。第三十九頁(yè)，共五十頁(yè)。80年代，安藤四一教授在德國(guó)哥廷根大學(xué)的研究引入了唯一的雙耳（空間）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)——雙耳聽(tīng)覺(jué)互相關(guān)函數(shù)(IACC)，它衡量雙耳聲信號(hào)的差異性，這種相互關(guān)系又是聲場(chǎng)空間感的量度。

雙耳聽(tīng)聞效應(yīng)屬心理和生理聲學(xué)研究范疇，它提示了音樂(lè)廳中側(cè)向反射的重要性，既使人了解到“鞋盒形”音樂(lè)廳音質(zhì)良好的原因，同時(shí)也掌握了“鞋盒形”以外的其它有效的聲學(xué)設(shè)計(jì)造型。第四十頁(yè)，共五十頁(yè)。80年代中期美國(guó)加州桔縣新建的一座音樂(lè)廳（SegerstromHall），可謂這方面杰出的代表之作。IACC作為評(píng)價(jià)空間感的指標(biāo)，它開(kāi)辟了音質(zhì)研究的一個(gè)新途徑，也使音樂(lè)廳的音質(zhì)評(píng)價(jià)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(wèn)題，例如指向性傳聲器的選擇，測(cè)定用聲源的選擇（聲源信號(hào)不同，結(jié)果大不相同）等等。第四十一頁(yè)，共五十頁(yè)。安藤四一在總結(jié)前人的工作后，1985年出版《音樂(lè)廳聲學(xué)》一書，提出4個(gè)獨(dú)立指標(biāo)a混響時(shí)間,b聲壓級(jí)，c初始延時(shí)間隙ITDG（直達(dá)聲與第一個(gè)強(qiáng)反射聲之間間隔），d雙耳互相關(guān)函數(shù)IACC1991年我國(guó)著名聲學(xué)家吳碩賢院士，在《美國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)志》提出用模糊集理論來(lái)綜合評(píng)價(jià)廳堂音質(zhì)。建議用樂(lè)隊(duì)齊奏強(qiáng)音標(biāo)志樂(lè)段的平均聲壓級(jí)Lpf作為廳堂響度的物理指標(biāo)。第四十二頁(yè)，共五十頁(yè)。***現(xiàn)代建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性

1930年以后出現(xiàn)了電影，從那時(shí)開(kāi)始，高質(zhì)量的錄音和重現(xiàn)在科學(xué)、教育、文化、社會(huì)活動(dòng)、娛樂(lè)中開(kāi)始起到極大的作用。無(wú)線廣播的飛速發(fā)展，給聲學(xué)提出了一系列新問(wèn)題，同時(shí)也為人們提供了更多更高級(jí)的音樂(lè)欣賞技術(shù)。聲學(xué)材料的大量生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，給建筑師控制建筑內(nèi)的聲學(xué)問(wèn)題提供了必要的工具。世界各國(guó)修建了相當(dāng)大規(guī)模的廳堂。第四十三頁(yè)，共五十頁(yè)。隔聲隔噪、吸聲降噪、噪聲源控制等噪聲處理問(wèn)題在現(xiàn)代社會(huì)中越來(lái)越引起人們的重視。噪聲于建筑密不可分，噪聲污染的防治與治理已經(jīng)成為建筑聲學(xué)重要的組成部分。噪聲規(guī)劃、噪聲控制等理論也逐漸演化開(kāi)來(lái)。第四十四頁(yè)，共五十頁(yè)。事實(shí)上，現(xiàn)代音樂(lè)廳的音質(zhì)設(shè)計(jì)雖可利用建筑聲學(xué)中的研究成果,但由于建筑師不懂和未考慮這些成果，或者不懂得怎樣把這些成果在設(shè)計(jì)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，原因除了古典音樂(lè)是在古典形式的廳堂中產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的之外，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(lè)（絕大多數(shù)）卻變化不大。第四十五頁(yè)，共五十頁(yè)。聲學(xué)上的探索正在逐步揭開(kāi)廳堂音質(zhì)之迷。然而看看歷史上許多失敗的例子，音樂(lè)家們對(duì)新音樂(lè)廳的不滿和不安不會(huì)消除。建筑師們一方面要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。第四十六頁(yè)，共五十頁(yè)。4.教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)安排一、基本知識(shí)部分:客觀計(jì)量與主觀響應(yīng)、室內(nèi)聲學(xué)原理、吸聲材料與隔聲結(jié)構(gòu)二、設(shè)計(jì)應(yīng)用部分：噪聲控制、廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)三、實(shí)驗(yàn)部分：建筑聲學(xué)三次四