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)和研討的內(nèi)容3.建筑聲學(xué)開(kāi)展簡(jiǎn)史4.教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)安排1.學(xué)習(xí)目的:

〔1〕為在建筑設(shè)計(jì)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?！?〕提高本身的素質(zhì)和涵養(yǎng)。聲環(huán)境設(shè)計(jì)是專(zhuān)門(mén)研討如何為運(yùn)用者發(fā)明一個(gè)適宜的聲音環(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。聲音分兩類(lèi)聲音是人類(lèi)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；例如說(shuō)話(huà)、鳥(niǎo)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(chē)輛的轟鳴等噪聲。從人的感受上,聲音分兩類(lèi)：一類(lèi)：溫馨的，喜歡的。如音樂(lè)、歌唱、生活中的交談等。

二類(lèi)：不溫馨的，厭惡的。如噪聲、爆炸聲、刺耳的嘯叫聲等。有時(shí)，一類(lèi)也會(huì)轉(zhuǎn)換成二類(lèi)，如鄰居的歌聲、他人之間的甜言蜜語(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。在歷史上,由于掌握的聲學(xué)知識(shí)不夠或是不懂,呵斥設(shè)計(jì)失誤和艱苦經(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)展有效的聲學(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)展了系統(tǒng)調(diào)研，并著有<音樂(lè)、聲學(xué)和建筑>一書(shū)，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)廳建筑史上最凄慘的實(shí)例。據(jù)最近音訊，其演奏空間仍在進(jìn)展小范圍改造。

失敗緣由：〔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，頂棚反射板添加的反射聲幾乎同時(shí)到達(dá)聽(tīng)眾的雙耳，短少側(cè)向反射帶來(lái)的圍繞感?！?〕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)那么布置，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〞?！?〕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(dá)聲擦過(guò)多排座席時(shí)低頻聲衰減越來(lái)越多。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立問(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2.建筑聲環(huán)境設(shè)計(jì)和研討的內(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(lèi)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(mǎn)、渾厚、有感染力、為上演和集會(huì)發(fā)明良好效果。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)。(2)控制或降低二類(lèi)聲音〔噪聲〕對(duì)正常任務(wù)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，需求專(zhuān)門(mén)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)越注重。當(dāng)前，為了節(jié)約空間和建筑造價(jià)，越來(lái)越多地運(yùn)用薄而輕的隔墻資料，施工時(shí)常帶有縫隙，呵斥隔聲問(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:總圖二號(hào)樓二號(hào)樓空調(diào)設(shè)備二號(hào)樓空調(diào)設(shè)備二號(hào)樓空調(diào)設(shè)備五號(hào)樓空調(diào)設(shè)備2.2研討內(nèi)容(1)資料的聲學(xué)性能測(cè)試與研討吸聲資料：資料的吸聲機(jī)理、如何測(cè)定資料的吸聲系數(shù)、不同吸聲資料的運(yùn)用等等。隔聲資料：資料的隔聲機(jī)理，如何提高資料的隔聲性能，如何評(píng)定資料的隔聲性能，資料隔振的機(jī)理，不同資料隔振效果等。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(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。(3)其他電聲。模型聲學(xué)測(cè)定。聲學(xué)丈量：聲音本身性質(zhì)的測(cè)定、房間聲學(xué)的測(cè)定、資料聲學(xué)性質(zhì)的測(cè)定。聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)研討。計(jì)算機(jī)模擬。3.建筑聲學(xué)開(kāi)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〕露天形狀下，聲能下降很快。〔2〕相當(dāng)大的聲能被觀(guān)眾吸收〔3〕噪聲干擾。處理方法：加聲反射罩；控制上演時(shí)周?chē)脑肼暩蓴_。中世紀(jì)教堂建筑自從羅馬帝國(guó)被推翻后，中世紀(jì)建造的獨(dú)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)源于閱歷，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(mǎn)，混響時(shí)間很長(zhǎng)，可懂度很差。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(guān)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)，可包容觀(guān)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。主要的緣由是由于觀(guān)眾的吸聲和劇場(chǎng)內(nèi)華美的外表裝飾起到了分散作用，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。17世紀(jì)的馬蹄形歌劇院從十五世紀(jì)建筑的一些劇院開(kāi)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，陳列至接近頂棚。這種劇院的特點(diǎn)是利用觀(guān)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)境適宜于輕松愉快的意大利歌劇上演。

在實(shí)際研討方面，十七世紀(jì)開(kāi)場(chǎng)有人研討室內(nèi)聲學(xué)。十七世紀(jì)的阿．柯切爾所著的<聲響>，最早引見(jiàn)了室內(nèi)聲學(xué)景象，并論述了早期的聲學(xué)閱歷和實(shí)際。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(shū)中，努力于解釋有關(guān)混響的景象。19世紀(jì)的音樂(lè)廳音樂(lè)廳早期開(kāi)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、文娛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)期逐漸開(kāi)展起來(lái)的。19世紀(jì)前作曲家所做的音樂(lè)作品是與其扮演空間相順應(yīng)的，這一時(shí)期的演奏空間根本是矩形空間。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，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(shí)間及室內(nèi)裝飾風(fēng)格也各不一樣。在這一時(shí)期，音樂(lè)廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)依然沒(méi)有太多的實(shí)際可以遵照。廳堂聲學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)際的出現(xiàn)---賽賓公式從十九世紀(jì)開(kāi)場(chǎng)，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(lè)廳。這些十九世紀(jì)建造的音樂(lè)廳已反映出聲學(xué)上的豐盛成果，直到今天依然有參考價(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)實(shí)際，從此，廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)的閱歷主義時(shí)代終了了。

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，經(jīng)過(guò)大量艱苦的丈量和與附近音質(zhì)較好的塞德斯劇場(chǎng)〔SanderTheater〕的比較分析，他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聲源停頓發(fā)聲后，聲能的衰減率有重要的意義。他曾對(duì)廳內(nèi)一聲源〔管風(fēng)琴〕停頓發(fā)聲后，聲音衰減到剛剛聽(tīng)不到的程度時(shí)的時(shí)間進(jìn)展了測(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(xiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即著名的混響時(shí)間公式。這一公式被初次運(yùn)用于波士頓交響音樂(lè)廳的設(shè)計(jì)，獲得了宏大勝利。至今，混響時(shí)間依然是廳堂設(shè)計(jì)中最主要的聲學(xué)目的之一。哈斯〔Hass〕效應(yīng)與活潑度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，只需延時(shí)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(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)，以為19世紀(jì)“鞋盒型〞音樂(lè)廳的絕佳音質(zhì)，除緣于混響時(shí)間及聲分散以外，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)眾都接遭到強(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捎谒峁?yīng)聽(tīng)眾更強(qiáng)的立體環(huán)繞感。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，以為需求有較多的早期側(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〕〞覺(jué)得，空間感對(duì)響度及與低音相關(guān)的暖和感很重要。由于聲音向后傳播時(shí)，觀(guān)眾頭頂?shù)穆由湮帐孤暷芩p，必需靠側(cè)向反射將聲音傳至觀(guān)眾席后部。這些發(fā)現(xiàn)意義艱苦，從此開(kāi)場(chǎng)了將反射聲的空間分布與時(shí)間系列相結(jié)合的新的研討階段。該實(shí)際已成為近期影響音樂(lè)廳外形設(shè)計(jì)的主要實(shí)際，使新建音樂(lè)廳開(kāi)場(chǎng)注重并運(yùn)用側(cè)向反射聲。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。IACC兩耳相互關(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納的“內(nèi)耳相互關(guān)〞實(shí)驗(yàn)研討，實(shí)驗(yàn)闡明音質(zhì)與反射聲的程度方向分布有關(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)展了長(zhǎng)期研討，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)有回聲干擾的覺(jué)得；只需大約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。80年代，安藤四一教授在德國(guó)哥廷根大學(xué)的研討引入了獨(dú)一的雙耳〔空間〕評(píng)價(jià)規(guī)范——雙耳聽(tīng)覺(jué)相互關(guān)函數(shù)(IACC)，它衡量雙耳聲信號(hào)的差別性，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)屬心思和生理聲學(xué)研討范疇，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)良好的緣由，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)外型。80年代中期美國(guó)加州桔縣新建的一座音樂(lè)廳〔SegerstromHall〕，可謂這方面出色的代表之作。IACC作為評(píng)價(jià)空間感的目的，它開(kāi)辟了音質(zhì)研討的一個(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)的根底上。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)果大不一樣〕等等。安藤四一在總結(jié)前人的任務(wù)后，1985年出版<音樂(lè)廳聲學(xué)>一書(shū)，提出4個(gè)獨(dú)立目的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雙耳相互關(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>提出用模糊集實(shí)際來(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目的。***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)場(chǎng)，高質(zhì)量的錄音和重如今科學(xué)、教育、文化、社會(huì)活動(dòng)、文娛中開(kāi)場(chǎng)起到極大的作用。無(wú)線(xiàn)廣播的飛速開(kāi)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)資料的大量消費(fèi)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)建筑了相當(dāng)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(wèn)題在現(xiàn)代社會(huì)中越來(lái)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(xué)重要的組成部分。噪聲規(guī)劃、噪聲控制等實(shí)際也逐漸演化開(kāi)來(lái)。現(xiàn)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(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，緣由除了古典音樂(lè)是在古典方式的廳堂中產(chǎn)生和開(kāi)展起來(lái)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(lè)〔絕大多數(shù)〕卻變化不大。聲學(xué)上的探求正在逐漸揭開(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(mǎn)和不安不會(huì)消除。建筑師們一方面要積極研討有效利用新的聲學(xué)實(shí)際及技術(shù)成果，一方面又不得不在某種程度上碰運(yùn)氣，不斷祝愿本人能博得繆斯女神們的淺笑。4.教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)安排一、根本知識(shí)部分:客觀(guān)計(jì)量與客觀(guān)呼應(yīng)、室內(nèi)聲學(xué)原理、吸聲資料與隔聲構(gòu)造二、設(shè)計(jì)運(yùn)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)三次四考試考核方法考試：閉卷考試，占評(píng)分60%，作業(yè)報(bào)告15%，實(shí)驗(yàn)占25%。END!第一講作業(yè)：建筑聲學(xué)詞匯英譯中請(qǐng)翻譯建筑聲學(xué)專(zhuān)有單詞ArchitecturalacousticsAttenuati