建筑物理
建筑声环境
建筑光环境
建筑热环境
第一讲 建筑声环境概述
主讲人:王振彪
联系电话,7935553
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从人的感受上声音分两类:
C类:舒服的,如音乐、歌唱、生活中的
交谈等。 Comfortable
U类:不舒服的,如噪声、爆炸声、刺耳
的啸叫声等。 Uncomfortable
有时,C类也会转换成 U类,如邻居的歌
声、节日里的爆竹声等。
声环境设计围绕着人的感受,在建
筑设计中做到:
1、如何保证 C类的声音听清听好
—— 音质设计。
2、降低 U类声音(噪声)对正常工
作生活的干扰 —— 噪声控制。
1.1 声环境设计的意义
? 声环境设计是专门研究如何为建筑使用者
创造一个合适的声音环境。
? 人们可以听到的声音都属于声环境范畴。
人们可以听到谈话、鸟鸣、音乐、泉水叮咚、歌声等;
但也能听到吵闹、机器轰鸣、车辆的轰鸣等噪声。
1.2建筑声环境研究的内容
1.2.1 音质设计
主要是音乐厅、剧院、礼堂、报告厅、多功能
厅、电影院、体育馆等。
设计得好, 音质清晰、丰满、浑厚、亲切、温暖、
有平衡感、有空间感。
设计得不好, 嘈杂、声音或干瘪或浑浊,听不清、
平衡感和空间感差。
中央音乐学院音乐厅
(已重建)
维也纳音乐厅
石家庄铁道学院礼堂首都剧场
怀特大海乐园北大纪念堂、人大会
堂(小礼堂)
设计不好或完全没有
考虑声学的
设计良好的
实例:
1.2.2 隔声隔振
主要是有
安静要求的房间,
如录音室、演播
室、旅馆客房、
居民住宅卧室等
等。
对于录音室、演播室等声学建筑对隔声隔振
要求非常高,需要专门的声学设计。
对于旅馆、公用建筑、民用住宅,人们对隔
声隔振的要求也越来越高。随大跨度框架结构的
运用,越来越多地使用薄而轻的隔墙材料,对隔
声隔振提出了更高的设计要求。
实例:
1.2.3 材料的声学性能测试与研究
吸声材料:材料的吸声机理、如何测定材料的吸声系
数、不同吸声材料的应用等等。
隔声材料:材料的隔声机理,如何提高材料的隔声性
能,如何评定材料的隔声性能,材料隔振的机理,不同材
料隔振效果等。
实例:
1)天花板吸声性能、剧场座椅吸声性能。
2)轻质隔墙产品隔声性能、如何提高隔声能力?
3)军委演播大厅雨噪声问题。
1.2.4 噪声的防止与治理
噪声的标准、规划阶段如何避免噪声、出
现噪声如何解决、交通噪声。
实例:
教师住宅受交通噪声影响,教师选房问题。
1.2.5 其他
? 电声。
? 模型声学测定。
? 声学测量:
声音本身性质的测定、房间声学的测定、
材料声学性质的测定。
? 声学实验室的设计研究。
? 计算机模拟。
1.3 建筑声学发展简史
古罗马的露天剧场
露天剧场存在的问题是,1、露天状态下,声能下降很快。 2、
相当大的声能被观众吸收。 3、噪声干扰。
解决方法:加声反射罩;控制演出时周围的噪声干扰。
中世纪教堂建筑
自从罗马帝国被推翻后,中世纪建造的唯一厅堂就是教堂。中世纪
的室内声学知识主要来源于经验,科学的成分很少。教堂的声学
环境的特点是音质特别丰满,混响时间很长,可懂度很差。
十五世纪的剧场
十五世纪后欧洲建了很多剧场,有些剧场的观众
容量很大。如意大利维琴察,由帕拉帝迪奥设计的奥
林匹克剧院,建于 1579~1584,有 3000个座位。又如
1618年由亚历迪奥设计的意大利帕尔马市的法内斯剧
场,可容纳观众 2500人。
从掌握的资料来看,虽然这个时代的建筑师几乎
没有任何室内声学知识,但这个时代建造的几座剧院
和其他厅堂没有发现任何显著的音质缺陷。主要的原
因是由于观众的吸声和剧场内华丽的表面装饰起到了
扩散作用,使剧场的混响时间控制比较合理,声能分
布也比较均匀。
17世纪的马蹄形歌剧院
从十五世纪修建的一些剧院发展到十七世纪,出
现了马蹄形歌剧院。这种歌剧院有较大的舞台和舞台
建筑,以及环形包厢或台阶式座位,排列至接近顶棚。
这种剧院的特点是利用观众坐席大面积吸收声音,是
混响时间比较短,这种声学环境适合于轻松愉快的意
大利歌剧演出。
在十七世纪开始有人研究室内声学。十七世纪的
阿.柯切尔所著的, 声响,,最早介绍了室内声学现象,
并论述了早期的声学经验和实践。十九世纪初,德国
人 E.F.弗里德利科察拉迪所著的, 声学, 一书中,致力
于解释有关混响的现象。
19世纪的音乐厅
19世纪的音乐厅
音乐厅早期发展阶段是在十七世纪中后到十九世纪,包
括:早期音乐演奏室、娱乐花园和大尺度的音乐厅,是后来
古典“鞋盒型”音乐厅的就是在这一时期逐渐发展起来的。
19世纪前作曲家所做的音乐作品是与其表演空间相适应
的,这一时期的演奏空间基本是矩形空间。 19世纪以后,随
着浪漫主义音乐及现代音乐的产生,演出空间变得丰富多彩,
出现了扇形、多边形、马蹄形、椭圆形、圆形等多种形状,
其混响时间及室内装饰风格也各不相同。
在这一时期,音乐厅的声学设计仍然没有太多的理论可
以遵循。
音乐厅声学设计理论的出现
从十九世纪开始,在维也纳、莱比锡、格拉斯哥
和巴塞尔等城市,都建造了一些供演出的音乐厅,这
些十九世纪建造的音乐厅已反映出声学上的丰硕成果,
直到今天仍然有参考价值。
到二十世纪,赛宾( Wallace Clement Sabine,
1868-1919)(哈佛大学物理学家、助教) 在 1898年第
一个提出对厅堂物理性质作定量化计算的公式 —— 混
响时间 公式,并确立了近代厅堂声学,从此,厅堂音
质设计的经验主义时代结束了。
音乐厅声学设计理论的出现
赛宾在 28岁时被指派改善哈佛福格艺术博物馆( Fogg Art
Museum)内半圆形报告厅的不佳音响效果,通过大量艰苦的测
量和与附近音质较好的塞德斯剧场( Sander Theater)的比较分
析,他发现,当声源停止发声后,声能的衰减率有重要的意义。
他曾对厅内一声源(管风琴)停止发声后,声音衰减到刚刚听
不到的水平时的时间进行了测定,并定义此过程为“混响时
间”,这一时间是房间容积和室内吸声量的函数。 1898年,赛
宾受邀出任新波士顿交响音乐厅声学顾问,为此,他分析了大
量实测资料,终于得出了混响曲线的数学表达式,即著名的 混
响时间 公式。这一公式被首次应用于波士顿交响音乐厅的设计,
获得了巨大成功。至今,混响时间仍然是厅堂设计中最主要的
声学指标之一。
室内声学设计的相关理论
(a)马歇尔的侧向声原理:
1967年, 新西兰声学家马歇尔 ( Haroid Marshall) 教授最先将人的双
耳收听原理同音乐厅的声学原理结合起来, 认为 19世纪, 鞋盒型,
音乐厅的绝佳音质, 除缘于混响时间及声扩散以外, 直达声到达
听众后的前 50~80ms的早期侧向反射声起着极为重要的作用 。 在
这些音乐厅中每个听众都接受到强大的早期反射声能, 其中侧向
反射比来自头顶的反射声更为重要, 因为它提供给听众更强的三
维空间感和音乐的环绕感 。 1968年, 马歇尔 ( A,H,Marshall) 提
出了, 早期侧向反射声, 对音质起重要作用, 认为需要有较多的
早期侧向反射声, 使听者有置身于音乐之中的一种, 空间印象
( spatial impression), 感觉, 空间感对响度及与低音相关的温暖
感很重要 。 由于声音向后传播时, 观众头顶的掠射吸收使声能衰
减, 必须靠侧向反射将声音传至观众席后部 。 这些发现意义重大,
从此开始了将反射声的空间分布与时间系列相结合的新的研究阶
段 。 该理论已成为近期影响音乐厅形状设计的主要理论, 使新建
音乐厅开始注重并应用侧向反射声 。
室内声学设计的相关理论
(b)IACC两耳互相关函数
日本声学家安藤四一 ( Y,Ando) 教授在 70年代做了一系列模拟双耳接收的
,内耳互相关, 实验研究, 实验表明音质与反射声的水平方向分布有关 。
布朗 ( M,Barron) 在近 20年来对不同方向, 不同强度, 不同时延的反射
声的听感进行了长期研究, 得到实验结论为:过高声级和过短延时的反
射声会产生声像漂移 ( 这与哈斯 ( Haas) 效应相一致 ) 或染色效应;过
长的延时有回声干扰的感觉;只有大约 5~ 80ms延时的反射声, 并且有
足够的侧向反射声能量才会有, 空间印象, 的效果 。 80年代, 安藤四一
教授在德国哥廷根大学的研究引入了唯一的双耳 ( 空间 ) 评价标准 ——
双耳听觉互相关函数 (IACC),它表示两耳上的信号之间的相互关系, 这
种相互关系又是声场空间感的量度 。 双耳听闻效应属心理和生理声学研
究范畴, 它提示了音乐厅中侧向反射的重要性, 既使人了解到, 鞋盒形,
音乐厅音质良好的原因, 同时也掌握了, 鞋盒形, 以外的其它有效的声
学设计造型 。 80年代中期美国加州桔县新建的一座音乐厅 ( Segerstrom
Hall), 可谓这方面杰出的代表之作 。 IACC作为评价空间感的指标, 它
开辟了音质研究的一个新途径, 也使音乐厅的音质评价建立在更为科学
的基础上 。 但在技术上还存在不少问题, 例如指向性传声器的选择, 测
定用声源的选择 ( 声源信号不同, 结果大不相同 ) 等等 。
建筑声学设计的复杂性
1962年 9月 23日开幕的纽约林肯中心爱乐音乐厅,为了对此厅进行有效的声学设计,
白瑞纳克博士对世界上已有的 54座著名音乐建筑进行了系统调研, 并著有, 音乐, 声
学和建筑, 一书, 却在音质方面遭到前所未有的失败 。 多次改装,后于 1976年 10月 19
日再次落成, 成为音乐厅建筑史上最悲惨的实例 。 据最近消息, 其演奏空间仍在进行
小范围改造 。
据分析, 爱乐音乐厅的失败主要缘于原声学顾问白瑞耐克认识上的局限性 。 他只
强调亲切感而没有认识到侧向反射声的重要性, 顶棚反射板增加的反射声几乎同时到
达听众的双耳, 缺少侧向反射带来的围绕感 。 此外, 为了在直达声与后期反射声之间
插进一些早期反射声, 他在大厅中引进了, 浮云,, 但由于浮云尺度过于单一, 且呈
晶格状规则布置, 导致相邻低频声的相消干涉, 使听众听不到有些演奏 ( 如大提琴 )
的声音, 成了一种, 无声电影, 。 而且, 这些浮云的大小和形状不足以扩散低频反射
声, 使低频成份衰减得很厉害, 还显出了 G,M,Sessier和 J,E,West所发现的另一不利
现象, 即直达声掠过多排座席时低频声衰减越来越多 。
事实上, 现代音乐厅的音质之所以不如古典先例, 关键在于古典音乐正是在古典形
式的厅堂中产生和发展起来的, 现代厅堂在尺度, 体型和材料等方面已有了很大变化,
而在其间演奏的音乐 ( 绝大多数 ) 依旧是原来的音乐 。
声学上的探索正在逐步揭开厅堂音质之迷。然而看看历史上许多失败的例子,音
乐家们对新音乐厅的不满和不安不会消除。建筑师们一方面积极研究有效利用新的声
学理论及技术成果,一方面又不得不在某种程度上碰运气,不断祝愿自己能博得缪斯
女神们的微笑。
现代的建筑声学
? 1930年以后出现了电影,从那时开始,高质量的录音和重现
在科学、教育、文化、社会活动、娱乐中开始起到极大的作
用。无线广播的飞速发展,给声学提出了一系列新问题,同
时也为人们提供了更多更高级的音乐欣赏技术。
? 声学材料的大量生产和实验室实验,给建筑师控制建筑内的
声学问题提供了必要的工具。世界各国修建了相当大规模的
厅堂。
? 隔声隔噪、吸声降噪、噪声源控制等噪声处理问题在现代社
会中越来越引起人们的重视。噪声于建筑密不可分,噪声污
染的防治与治理已经成为建筑声学重要的组成部分。噪声规
划、噪声控制等理论也逐渐演化开来。
1.4 教学安排
? 讲课共 44学时,以教材为基本内容,适当删减或补充,
讲课次序不一定全按教材。考试内容以讲课和作业为
准,请同学适当做好笔记。
? 实验课共三次,属课内学时,需要交实验报告。记成
绩。
? 考试:闭卷考试,占评分 70%,考勤、作业、实验占
30%。
第一讲作业:建筑声学词汇英译中
请翻译建筑声学专有单词
Architectural acoustics
Attenuation
Audio
Acoustical design
Air-bone sound insulation
Dacibel
Echo
Pink noise
Reverberation time
Sound absorption coefficient
Sound bridge
Sound power
Sound transmission coefficient
Coincidence effect
Coloration
Hass effect
Band
Equal-loudness contour
Masking effect
Noise reduction
Mass law