声学4.室内音质设计.ppt

第十三章 音质设计,音质的主观评价与客观指标音质设计的方法与步骤电声系统各类建筑的音质设计,第一节 音质的主观评价与客观指标,音质的主观评价,响度：指人们听到的声音的大小。足够的响度是室内具有良好音质的基本条件。与响度相对应的物理指标是声压级。丰满度：指人们对声音发出后“余音”的感觉。在室外，声音感觉“干瘪”，不丰满。与丰满度相对应的物理指标是混响时间。色度感：主要是指对声源音色的保持和美化。良好的室内声学设计要保持音色不产生失真。另外，还应对声源具有一定美化作用，如“温暖”、“华丽”、“明亮”。色度感：相对应的物理指标主要是混响时间的频率特性以及早期衰减的频率特性。空间感：指室内环境给人的空间感觉，包括方向感、距离感（亲切感）、围绕感等。空间感与反射声的强度、时间分布、空间分布有密切关系。清晰度：指语言用房间中，声音是否听得清楚。清晰度与混响时间有直接关系，还与声音的空间的反射情况及衰减的频率特性等综合因素有关。无声学缺陷:如回声、颤动回声、声聚焦、声遮挡、声染色等影响听音效果及声音音质的缺陷。,客观指标：声压级：房间中某处的声压级反映了该处的响度。在声源功率一定的情况下，增大声压级需要获得更多的反射声。混响时间RT：RT与室内的混响感、丰满度、清晰度有很大关系。RT越长，越感丰满，但清晰度越差；RT越短，越感“干”，但清晰度提高。RT的频率特性与音色有一定关系。RT低频适当增长，声音有温暖感、震撼感；RT高频适当增长，声音有明亮感、清脆感。反射声时间序列分布：人们最先听到的是直达声，之后是来自各个界面的反射声。一般的，直达声后50ms到达的声音被称为近次反射声，这部分声音对加强直达声响度、提高清晰度、维护声源方向起到很大作用。对于语言，人们提出清晰度D（difinition)的概念，指直达声及其后50ms以内的声能与全部声能之比。对于音乐人们提出明晰度C(Clarity)的概念。,第二节 音质设计的方法与步骤,1）防止外部噪声及振动传入室内，使室内的背景噪声足够低。,2）使室内各处都有足够的响度，并保证声场分布尽可能均匀。对于以自然声为主的厅堂，要注意选择适当的规模。,3）听众各点应安排足够的近次反射声。,4）使房间具有与使用目的相适应的混响时间。,5）防止出现回声、多重回声、声聚焦、声遮挡、声染色等声学缺陷。,一、大厅容积的确定,1、保证厅内有足够的响度。对于以自然声为主的厅堂，大厅的体积有一定限度。以电声为主的可以不受限制。（推荐值见下表）,2、合适的混响时间。人的吸声量占房间吸声量很大的一部分。不同用途的厅堂的混响时间与每座容积的关系较大。,声源S的位置一般定在舞台大幕线后2m一3m，高1.5m。我们要求从台口外的A点开始的第一段天花向A到B点的一段观众席提供第一次反射声(A，B等接收点的高度取地面上1.1m)。连接SA与AA，作角SAA的分角线AQl，过A作 AQl垂线AA”。以为AA”为轴，求出声源S的对称点S1。连SlB，它与AA相交于A”。AA”就是第一段天花的断面。第二段天花的第一次反射声要求提供给从B到C点的一段观众席，则在SA的延长线上的适当位置取B，以后用与第一段同样的方法求出第二段天花的断面BB.,1、体形的确定方法:几何声学法(声线法),二、大厅体型的确定,2、体形设计的五项原则：（1）保证直达声到达每个观众。（2）保证近次反射声的分布。（3）防止产生回声及其他声学缺陷（4）采用适当的扩散处理（5）舞台反射板的运用,（1）保证直达声能够到达每个听众主要是防止前面的观众对后面观众的遮挡。在小型讲演厅，可设讲台以抬高声源，在较大的观众厅中，地面应从前到后逐级升高,（2）保证近次反射声的分布对于规模不大的厅(例如高度在10m左右，宽度在20m左右)绝大多数座位上接收到的第一次反射声的延时都在50ms之内。,尺寸更大的厅要从体型设计上下功夫，从平面形状上看扇形平面的中间部分不易得到来自侧墙的第一次反射声。,断面形状；断面设计的主要对象是天花。由于来自天花的反射声不像侧墙反射那样易被观众席的掠射吸收所减弱，因此对厅内音质的影响最为有效，必须充分加以利用。天花设计的原则是，首先使厅的前部(靠近舞台部分)天花产生的第一次反射声均匀分布于观众席。为此可将天花设计成从台口上缘逐渐升高的折面或曲面。中部以后的天花，可设计成向整个观众席及侧墙反射的扩散面。,呈凹曲面的天花，容易发生声聚焦现象，使反射声分布不均匀，应当避免采用。如必须采用时，应在内表面作有效的吸声处理，或在其下面设置“浮云”式的反射板。,侧墙在一般大厅中都是垂直的，这使它能够提供给观众席第一次反射声的面积很小。如果使侧培略向内倾，则可以有更大面积提供第一次反射声，有条件时可以考虑采用这种形状。为此目的，也可以在垂直的侧墙上布置纵向为楔形的起伏。在横向很宽的大厅，为向中间坐席提供侧向的第一次反射声，可将靠近侧墙的座位抬高，利用这些座位下面的矮墙向厅的中部提供第一次反射声。,观众席较多的大厅，一般要设挑台，以改善大厅后部坐席的视觉条件，但挑台下部坐席的声学条件往往不利。首先，如跳台下空间过深，则除了掠射过前部观众到达的直达声和部分侧墙反射声以外，天花的反射声难以到达。同时，这部分空间的混响时间会比大厅的其他部分为短。为了避免产生这种现象，跳台下空间的进深不能过大，一般剧场及多功能大厅，不应大于桃台下空间开口的2倍，对于音乐厅，进深不应大于挑台下空间的开口。同时，挑台下天花应尽可能作成向后倾斜的，使反射声落到挑台下坐席上。挑台前沿的栏板，有可能将声音反射回厅的前部形成回声为此应将其形状作成扩散反射的或使其反射方向朝向附近的观众席。,（3）防止产生回声及其他声学缺陷观众厅中最容易产生回声的部位是后墙(包括挑台上后墙)、与后墙相接的天花，以及挑台栏杆的前沿等。如果后墙为凹曲面，更会由于反射声的聚集加强回声的。,在有可能产生回声的部位，应适当改变其倾斜角度，使反射声落入近处的观众席，或者作吸声处理。吸声处理最好能与扩散处理并用，作吸声处理时，应当与大厅的混响设计一起考虑。,多重回声的产生是由于大厅内特定界面之间产生的多次反复反射。在一般观众厅里，由于声源在吸声性的舞台内，厅内地面又布满观众席，不易发生这种现象。但在体育馆等大厅中，场地地面与天花可能产生反复反射，形成多重回声。即使在较小的厅中，由于形状或吸声处理不当，也有可能产生多重回声，在设计时必须注意。,(4)采用适当的扩散处理扩散处理就是用起伏的表面或吸声与反射材料的交错布置等方法，使反射声波发生散乱。它不仅用于消除回声和声聚焦，而且可以提高整个大厅的声场扩散程度，增加大厅内声能分布的均匀性，使声音的成长和衰减过程滑顺；同时，它还有助于避免强反射可能造成的“染色现象”。染色现象”是单个的强反射声或间隔相近的一系列强反射声与直达声叠加产生的声音频普变化，它使原有的声音音色失真。扩散处理一般布置在第一次反射声的反射面以外的各个面，如侧墙与天花的中、后部、后墙等等。,扩散声场的竖弧,(5)舞台反射板 有镜框式台口的剧场或礼堂，舞台上演员的声音有相当大的部分进入了舞台内部，不能被观众接收。在举行音乐会等不需吊下布景的演出时，如将舞台的上部、两侧和后部用反射板封闭起来，使上述声能反射到观众厅，就能显著提高观众席上的声能密度。不仅如此，舞台反射板还有加强演员的自我听闻和演员与乐队、以及乐队各部分之间的互相听闻的作用。这是音乐演出，特别是交响乐演出的一个重要条件。舞台反射板在全频带上应当都是反射性的。特别要注意，不要使产生过度的低频吸收。材料一般选用厚木板或木夹板(厚度在1cm以上)井衬以阻尼材料。其形状应使反射声有一定的扩散。舞台反射板的背后结构一般是型钢骨架。它的装、拆宜采用机械化的方法,柏林室内音乐厅,北京师范大学音乐厅,多伦多路易.汤姆森音乐厅交响乐演奏情景,上海大剧院观众厅,三、大厅的混响设计,1）最佳混响时间及频率特性的确定 2）混响时间的计算 3）室内装修材料的选择与布置,最佳混响时间频率特性曲线,第三节 电声系统,一般包括广播通讯、扩声、重放等系统。一、扩声重放系统,二、扩声系统的安装 在室内如何布置扬声器，是电声系统设计的重要问题，它与建筑处理的关系也最密切。室内扬声器布置的要求是：(1)使全部观众席上的声压分布均匀。(2)多数观众席上的声源方向感良好*即观众听到的扬声器的声音与看到的讲演者、演员在方向上一致。(3)控制声反馈和避免产生回声干扰。扬声器的布置方式，大体上可分为：1）集中式 2）分散式 3）集中分散式,1集中式 在观众席的前方或前上方(一般是在台口上部或两侧)设置有适当指向性的扬声器或扬声器组合(一般是声柱或扬声器组合，在音质要求不高的厅中也可以是喇叭式扬声器)，将扬声器的主轴指向观众席的中、后部。这是剧场、礼堂及体育馆等常采用的布置方式。其优点是方向感好，观众的听觉与视觉一致，射向天花、墙面的声能较少，直达声强，清晰度高。,2分散式 在面积较大、天花很低的厅，用集中式布置无法使声压分布均匀时，将许多个单个扬声器分散布置在天花板上。这种方式可以使声压在室内均匀分布，但听众首先听到的是距自己最近的扬声器发出的声音，所以方向感不佳。如果设置延时器，将附近的扬声器的发声推迟到一次声源的直达声到达之后，方向感可以明显改善，但在这之后还会有远处的扬声器的声音陆续到达，使清晰度降低，为此必须严格控制各个扬声器的音量与指向性。,2集中与分散结合的方式(1)厅的规模较大，前面的扬声器不能使厅的后部有足够的音量(2)集中式布置时，扬声器在台口上部，由于台口较高，靠近舞台的观众感到声音是来自头顶，方向感不佳。这种情况常在舞台两侧低处或舞台的前缘布置扬声器，叫做“拉声像扬声器”，(3)在集中式布置之外，在观众厅天花、侧墙以至地面上分散布置扬声器。这些扬声器用于提供电影、戏剧演出时的效果声，属重放系统。或接混响器。增加厅内的混响感。,第四节 各类建筑的音质设计以下分别叙述音乐厅、各类剧场、电影院、多功能大厅、教室、讲堂、体育馆以及录音室等的音质设计。必须注意的是，上述各类建筑物的音质要求各不相同，设计中要解决的主要问题也不一样，应当根据以上几节中阐述的原则和方法，结合实际，灵活处理。还必须注意，这些建筑中都有很多附属房间，如门厅、休息厅、走廊等等，它们对创造整个建筑的声环境也起着重要作用，不可忽视。例如沉寂的门厅、走廊，会使人感到观众厅的音质更加丰满。相反，混响很长的门厅、走廊，不仅会使整个建筑给人以嗜杂的印象，而且会影响人们对观众厅音质丰满度的感受。总之，应当把整个建筑物作为一个整体，进行声环境的设计，其中也包括使建筑韧的各个部分都能保证在适当的噪声水平之下，孤立地设计观众厅等部分，往往不能取得应有的效果。,一、音乐厅,音乐厅的音质设计大体上应当遵循以下原则；1使大厅具有较长的混响时间以保证厅内声场有足够的丰满度。同时厅内尽量少用或不用吸声材料。在混响时间的频率特性上，应当使低频适当高于中频，以取得温暖感。2.充分利用近次反射声，使之均匀分布于观众席，以保证大多数座位有足够的响度和亲切感，特别注意增加侧向反射，使厅内有良好的围绕感。厅顶部的处理，除考虑向观众席反射外，还应有适当部分的反射声返回演奏席、以利演唱、演奏者的互相听闻。3保证厅内具有良好的扩散。古典式大厅有丰富的装饰构件，可起扩散作用，新式大厅也应布置扩散体。此外，音乐厅的允许噪声标准要高于其他厅堂，评价指数应在20以下，为此，音乐厅的选址应注意远离交通干道等噪声较高地区，内部要作好隔声，通风系统要有足够的消声处理，音乐厅内的演出一般不用扩声设备，但要考虑到语言扩声、现场转播及录音的需要，还需设置声控室。,二、剧院,剧院有单独的舞台空间，以镜框式台口与观众厅相连，一般还有乐池。西方古典的歌剧院多是马蹄形平面，侧面及后面有多层包厢。新式的歌剧院平面多为扇形、六角形等形式，台口后有大型舞台。我国最早的剧场，舞台三面伸入观众席，没有乐池。目前这种形式已不多见。京剧及其他地方戏的演出也大多是在镜框式台口之内进行，只是伴奏仍在台侧，不用乐池。歌剧是以歌唱、音乐为主，混响时间应当较长，但比音乐厅短。京剧及我国其他地方戏的最佳混响时间尚无定论，一般可按歌剧院考虑，或较之略短。话剧院一般较歌剧院规模为小，一般也有镜框式台口，也有的话剧院，舞台可以伸到观众席中，即所谓伸出式舞台。话剧院应按语言用大厅的要求，取较短的混响时间，以保证有足够的清晰度。,歌剧院、话剧院在体型上都应考虑近次反射声在观众席上的均匀分布。歌剧院还应有适当的扩散处理；话剧院要特别注意避免出现回声。乐池的声学持性也必须注意：一是要保持乐池内各声部声音的平衡l：是不使观众厅内听到的乐池中的伴奏声压倒舞台上的演员声。这要求乐池的开口与进深保持适当的比例，乐池上部的天花有适当的形状与倾角。近年来，歌剧、话剧演出使用电声的情况越来越多，同时，还有效果声的需要，因此，剧院应当有较为完善的电声系统。电声系统最理想的使用状态应当是，既加强了观众席上的声级，又能控制其音量，不使其破坏自然的方向感，使观众几乎感觉不到它的存在。剧院的允许噪声级可采用N为20或25。,三、电影院,电影院按放声方式分为扬声器布置在银幕后面、片宽为35mm的普通电影、遮幅法和变形法宽银幕立体声影院，和片宽为70mm，扬声器不只在银幕之后，在观众厅墙面、天花上也布置环绕声扬声器的宽银幕数字式立体声影院两类。电影院的放映室与观众厅之间应有良好的隔声。放映孔应有双层玻璃，并加以密封。放映室内部应作吸声处理，以减低机械噪声。电影院观众厅的容许噪声级可比剧场高些，例如N取2530。宽银幕立体声电影院希望N不低于25。,在片宽为35mm的电影院中观众听到的是位于银幕后扬声器发出的影片录音的重放声。影片在录音时已经加入了与场景相应的声音效果，它要求电影院大厅能够重现这些效果，不致因大厅的声学特性(例如混响过长)而影响这些效果。混响时间应当以短为好。但在实际上，过于沉寂的大厅会使前徘座位与后排座位上的声级相羌过大，保持一定的混响，有利于厅内声场的均匀。这类电影院的中频混响时间可取1.0s左右。为此，每座容积取(34)m3为宜。此外，为保证后部有足够的声级，前部又不致过响，厅的长度不宜超过40m 对于片宽为70mm的宽银幕数字式立体声电影院，在观众厅的侧墙面和后墙面上以及天花板上还布置有扬声器以形成“环绕声”的效果(约距3.5m一4.0m一个)。为保证这些扬声器发出的声音有明确的方向感，厅内混响时间应当更短一些，其中频混响时间应当控制在0.7左右。,四、多功能厅、礼堂,多功能厅堂多用于举行会议和放映电影，戏曲、歌舞演出也多用电声系统扩声，一般多功能大厅的音质设计应当以适于电声扩声为主要原则，即短混响，同时设置一套功率足够、声场分布较为均匀的电声系统。多功能大厅根据使用情况；还可设置可变混响装置，改变厅内的混响时间。可变混响装置有电声的与建筑的两种。在多功能大厅中，如有可能，应设置活动的舞台反射板，以增加音乐演出时的近次反射声。同时，用舞台反射板将舞台空间封闭，也可以延长观众厅内的中、高频混响时间。舞台反射板与厅内的可变混响装置共同作用，可使厅内混响进间的变化幅度(中、高频)达到20。,五、教室、讲堂,教室、讲堂的主要音质要求是保证语言清晰度。在一般小型教室，主要是防止混响时间过长，特别是在听众没有坐满时。大型教室或讲堂还要注意适当设置反射表面以充分利用第一次反射声，保证室内有足够的声级。如果设计适当，500座位以内的教室或讲堂可以不用电声系统。为使室内有足够的声级和短的混响时间(小型教室在0.65s以内，500人的教室不超过1s)，教室、讲堂的每座容积应不超过(33.5)m3。外语实验室及其他电化教育教室，因为要用电声系统，混响时间还应更短一些。为此在天花及后墙上可作一部分吸声处理。室内的允许噪声级不应超过N25，防止相邻教室的声音传入。为此要使隔墙有足够的隔声量。此外，走廊、门厅、楼梯间等要作吸声处理，不使其混响过长。,六、体育馆、体育场,体育馆音质设计的要点是：(1)防止天花与场地间的多重反射。(2)控制混响时间。(3)设置强指向性扩声系统。前两项主要靠吸声性天花解决。除吸声吊顶外，还可以在天花上悬挂空间吸声体，以取得更大的吸声效果。此外，厅内侧墙也尽可能作吸声处理。有举行会议要求的体育馆，混响时间应控制在2s以内。大型体育请中可以采用集中与分散并用的方式布置扬声器 体育馆的容许噪声级在文艺演出时V可取35，体育比赛时N可取45。,七、录音室、演播室,录音室 演播室,