第一講建筑聲環(huán)境概述

1、第三篇建 筑 聲 學(xué),1.1 建筑聲環(huán)境設(shè)計(jì)的意義,聲環(huán)境設(shè)計(jì)是專門研究如何為建筑使用者創(chuàng)造一個(gè)合適的聲音環(huán)境。,音樂廳、劇院、禮堂、報(bào)告廳、多功能廳、電影院、體育館等。,建筑聲學(xué)概述,1.2 建筑聲環(huán)境研究的內(nèi)容,1.2.1 音質(zhì)設(shè)計(jì),1.2.2 隔聲隔振,1.2.3 材料的聲學(xué)性能測(cè)試與研究,1.2.4 噪聲的防止與治理,1.2.5 其他,1.2.1 音質(zhì)設(shè)計(jì) 主要是音樂廳、劇院、禮堂、報(bào)告廳、多

2、功能廳、電影院、體育館等。 設(shè)計(jì)得好: 音質(zhì)清晰、豐滿、渾厚、親切、溫暖、有平衡感、有空間感。 設(shè)計(jì)得不好: 嘈雜、聲音或干癟或渾濁，聽不清、平衡感和空間感差。,實(shí)例：,1.2.2 隔聲隔振,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)隔聲隔振

3、的要求也越來越高。隨大跨度框架結(jié)構(gòu)的運(yùn)用，越來越多地使用薄而輕的隔墻材料，對(duì)隔聲隔振提出了更高的設(shè)計(jì)要求。,1.2.3 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)

4、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？ 3）軍委演播大廳雨噪聲問題。,1.2.4 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。 實(shí)例： 教師住宅受交通噪聲影響，教師選房問題。,1.2.5 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

5、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。,1.3 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。,圜丘壇,回音壁、三音石,,天壇回音壁、山西永濟(jì)的普救蟾聲、河南三門峽蛤蟆塔四川潼南大佛寺石琴,只要游人在山西省永濟(jì)市鸛雀樓前拍手，就會(huì)聽到

6、酷似鸛鳥“喳、喳”的叫聲，如果一直拍手走到樓下，就會(huì)聽到鸛雀的叫聲由遠(yuǎn)而近，由小而大。這一奇觀讓當(dāng)初復(fù)建這座名樓的人也始料未及。為何會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？據(jù)修復(fù)工作人員介紹，所謂鸛雀的叫聲，其實(shí)是游人拍手時(shí)從主樓位置發(fā)出的回音。不過這一奇觀并非復(fù)建鸛雀樓的人為設(shè)計(jì)。由此鸛雀樓成為我國(guó)四大名樓中惟一有回音的建筑，與不遠(yuǎn)處有蛙鳴回音的鶯鶯塔相映成趣。如今這個(gè)奇怪的現(xiàn)象已成為鸛雀樓的一個(gè)新“賣點(diǎn)”。,中世紀(jì)教堂建筑,自從羅馬帝國(guó)被推翻后，中世紀(jì)建

7、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。,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。 從掌握的資料來看，雖然這個(gè)時(shí)代的建筑師幾乎沒有

8、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。,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，是混響時(shí)間比較短，這種聲學(xué)環(huán)境適合于輕

9、松愉快的意大利歌劇演出。 在十七世紀(jì)開始有人研究室內(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。,19世紀(jì)的音樂廳,,19世紀(jì)的音樂廳,音樂廳早期發(fā)展階段是在十七世紀(jì)中后到十九世紀(jì)，包括：早期音樂演奏室、娛樂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(shí)期逐漸發(fā)展

10、起來的。 19世紀(jì)前作曲家所做的音樂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，隨著浪漫主義音樂及現(xiàn)代音樂的產(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，音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)仍然沒有太多的理論可以遵循。,音樂廳聲學(xué)設(shè)計(jì)理論的出現(xiàn),從十九世紀(jì)開始，在維也納、萊比錫、格拉斯哥和巴塞爾等城市，都建造

11、了一些供演出的音樂廳，這些十九世紀(jì)建造的音樂廳已反映出聲學(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（Wallace Clement Sabine，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)，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。,音樂廳聲學(xué)設(shè)計(jì)理論的出現(xiàn),賽賓在28歲時(shí)被指派改善哈佛福格藝術(shù)博物

12、館（Fogg Art Museum）內(nèi)半圓形報(bào)告廳的不佳音響效果，通過大量艱苦的測(cè)量和與附近音質(zhì)較好的塞德斯劇場(chǎng)（Sander Theater）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。他曾對(duì)廳內(nèi)一聲源（管風(fēng)琴）停止發(fā)聲后，聲音衰減到剛剛聽不到的水平時(shí)的時(shí)間進(jìn)行了測(cè)定，并定義此過程為“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廳聲學(xué)顧問，為此，他分析了大量實(shí)測(cè)資料，終

13、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。,室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)的相關(guān)理論,(a) 馬歇爾的側(cè)向聲原理：1967年，新西蘭聲學(xué)家馬歇爾（Haroid Marshall）教授最先將人的雙耳收聽原理同音樂廳的聲學(xué)原理結(jié)合起來，認(rèn)為19世紀(jì)“鞋盒型”音樂廳的絕佳音質(zhì)，除緣于混響時(shí)間及聲擴(kuò)散以外，直達(dá)聲到達(dá)聽眾后的前50~80ms

14、的早期側(cè)向反射聲起著極為重要的作用。在這些音樂廳中每個(gè)聽眾都接受到強(qiáng)大的早期反射聲能，其中側(cè)向反射比來自頭頂?shù)姆瓷渎暩鼮橹匾?，因?yàn)樗峁┙o聽眾更強(qiáng)的三維空間感和音樂的環(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，認(rèn)為需要有較多的早期側(cè)向反射聲，使聽者有置身于音樂之中的一種“空間印象（spatial impression）”感覺，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

15、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廳形狀設(shè)計(jì)的主要理論，使新建音樂廳開始注重并應(yīng)用側(cè)向反射聲。,室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)的相關(guān)理論,(b) 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.

16、Barron）在近20年來對(duì)不同方向、不同強(qiáng)度、不同時(shí)延的反射聲的聽感進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：過高聲級(jí)和過短延時(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)；過長(zhǎng)的延時(shí)有回聲干擾的感覺；只有大約5～80ms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)的研究引入了唯一的雙耳（空間）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)——雙耳聽覺互相關(guān)函數(shù)(IACC)，它表示兩耳上的信號(hào)之間的相

17、互關(guān)系，這種相互關(guān)系又是聲場(chǎng)空間感的量度。雙耳聽聞效應(yīng)屬心理和生理聲學(xué)研究范疇，它提示了音樂廳中側(cè)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。80年代中期美國(guó)加州桔縣新建的一座音樂廳（Segerstrom Hall），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)，它開辟了音質(zhì)研究的一個(gè)新途徑，也使音樂廳的音質(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

18、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。,建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,1962年9月23日開幕的紐約林肯中心愛樂音樂廳, 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座著名音樂建筑進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)研，并著有《音樂、聲學(xué)和建筑》一書，卻在音質(zhì)方面遭到前所未有的失敗。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。

19、 據(jù)分析，愛樂音樂廳的失敗主要緣于原聲學(xué)顧問白瑞耐克認(rèn)識(shí)上的局限性。他只強(qiáng)調(diào)親切感而沒有認(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)聽眾的雙耳，缺少側(cè)向反射帶來的圍繞感。此外，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，使聽眾聽不到有些演奏（如大提琴）的聲音，成了一種“無聲電影”。而且，這些浮云的大小和形狀

20、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)聲掠過多排座席時(shí)低頻聲衰減越來越多。 事實(shí)上，現(xiàn)代音樂廳的音質(zhì)之所以不如古典先例，關(guān)鍵在于古典音樂正是在古典形式的廳堂中產(chǎn)生和發(fā)展起來的，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（絕大多數(shù)）依舊是原來的音樂。 聲學(xué)上的探索正在逐步揭開廳

21、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(duì)新音樂廳的不滿和不安不會(huì)消除。建筑師們一方面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。,現(xiàn)代的建筑聲學(xué),1930年以后出現(xiàn)了電影，從那時(shí)開始，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)、娛樂中開始起到極大的作用。無線廣播的飛速發(fā)展，給聲學(xué)提出了一系列新問題，同時(shí)也為人們提供了更多更高級(jí)的音樂欣賞技術(shù)。聲學(xué)材料的大

22、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。隔聲隔噪、吸聲降噪、噪聲源控制等噪聲處理問題在現(xiàn)代社會(huì)中越來越引起人們的重視。噪聲與建筑密不可分，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來。,參考書：,《建筑聲環(huán)境》（第二版）秦佑國(guó) 清華大學(xué)出版社 《建筑物理》

23、 華南理工大學(xué)出版社《建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 中國(guó)建筑工業(yè)出版社《實(shí)用建筑聲學(xué)》 項(xiàng)瑞祈 中國(guó)建筑工業(yè)出版社《建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)原理》 吳碩賢 中國(guó)建筑工業(yè)出版社《建筑環(huán)境聲學(xué)》 吳偉中 譯 中國(guó)建筑工業(yè)出版社《聲音. 人. 建筑》