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1、1,建筑与城市物理环境概论-声环境,2,声音的物理特性 声波、声速、波长 声压及声压级，dB, 响度； 频率，Hz,音调； 声压级叠加； 噪声的声级和频谱。 人耳的听觉特性 听觉范围：0 120 dB； 20 20000 Hz； 听觉频率特性 掩蔽效应,3,建筑声环境,声源传声途径接收者 房间的声学特性 材料和结构的声学特性：吸声、隔声、反射 建筑环境中的噪声及其传播 建筑环境噪声控制：保证建筑环境的安静要求 室内音质设计：保证声音信息（语言、音乐）交流的质量,4,剧场音质,5,AAAAA Architectural Acoustics As an Art 厅堂音质与其说是科学不如说是一门艺术
2、.,6,轰动一时的失败 1960年代，著名美国建筑声学家白瑞纳克（Beranek）有两件事轰动国际建筑声学界： 1962年出版了一部巨著：“Music，Acoustics and Architecture”。 以他为声学顾问的纽约菲哈莫尼音乐厅建成后，其音质很差，成为轰动一时的失败。,7,现代建筑声学诞生于1900年前后，100年来进行了大量的科学研究和技术探索，但目前公认的音质最好的音乐厅却是在现代建筑声学诞生以前就建成了。,8,Schroeder 将厅堂音质问题归结为三个方面： 1）物理方面：给定了形状和界面材料的房间里，声波在其间是如何传播的？ 2）心理声学方面：给定了已知的声场，人们在
3、其间听到了什么？ 3）美学方面：给定了已知的声场和可听的内容的全部信息，人们喜欢什么样的音质？,9,物理方面：,几何声学 20世纪前声线作图求反射 1898年賽宾提出混响公式 1911年Jaeger用几何声学的统计方法导出賽宾公式 192030导出伊林公式 基于几何声学的计算机模拟,波动声学 1900年，刚性界面矩形房间简正振动及简正频率数公式 192930年，混响由简正模式的衰变构成 1936年，均匀阻尼界面矩形房间的简正模式及衰变的解 193839年，马大猷对简正频率数公式的修正和给出均匀阻尼界面矩形房间的混响解 有限差分、有限元、边界元法的计算机求解,系统分析 1929年，在厅堂内开枪诊
4、断回声 1935年，房间声频率传递函数提出 40年代用电火花作声源测回声图 50年代房间声频率传递函数的研究 60年代厅堂脉冲响应 数字信号处理：FFT、相关,10,11,12,13,心理声学方面 1854年，Henry研究了反射声的“感知极限”：50ms。 1898年，赛宾（Sabine）提出混响时间T 1951年，Hass效应 1953年，Thiele提出清晰度（definition)D： 50ms前到达的声能/全部到达的声能 1962年，Beranek出版Music Acoustics and Architecture 提出初始延迟间隙(initial-time-delay gap)：第
5、一个反射声相对于直达声 的延迟时间，与亲切感（intimacy）有关； 1967年，Marshall提出側向反射声对音质的重要性； 1968年，Barron提出空间感的客观量度S： 早期（580ms）側向反射声能/早期（0 80ms）非側向反射声能 1970年，Jordan提出“早期衰减时间”EDT； 1974年，Abdel Alim提出明晰度（clarity）C,用于音乐的清晰度： 80ms前到达的声能/ 80ms后到达的声能 1976年，Lehmann 提出强度指数G作为厅堂中响度的度量 接收点接收到的声能/参考点接受到的声能（dB表达） 19671985，Damaske、Schroede
6、r、Ando等研究双耳听闻 1985年，安藤四一（ Ando）提出双耳互相关系数IACC,14,音质主观评价 一个厅堂其音质的客观参量可以通过声学测量获得，但音质优劣的最终评价决定于听众的主观感受。一个公认为音质优异的厅堂，肯定具有最佳的客观声学参量；然而一个具备各项最佳（设计取值）客观声学参量的厅堂，却不一定会被公认为是音质优异的大厅。原因在于音质的主观评价是多种因素综合评价的结果。首先当然与客观声学参量有关，但还与厅堂的视觉效果、舒适程度、所处的环境、演唱（奏）曲目的类别以及评价者的素质、音乐修养、民族、爱好、年龄等诸多因素有关，从而使主观评价带有一定的模糊性。因此，采取何种方法能较确切地
7、评价厅堂的音质效果，是声学设计中的一项尚待解决的课题。 Beranek对厅堂音质评价进行研究，1962年提出了认为是独立的五个主观参量：响度、混响感、亲切感、温暖感和环绕感，并提出相对应的客观量。在对一个厅堂进行评价时，先对于各个指标进行评分，最后加权得到厅堂音质的总分。这一方法的最大问题是加权的根据不足。,15,20世纪70年代，德国哥廷根大学、柏林技术大学运用现代心理学的实验方法和多变量分析中的因子分析方法进行了厅堂音质研究工作。哥廷根大学利用录制的“干”信号在厅堂中重放，并在厅堂中不同座席上用人工头进行双耳录音。用录制的信号在消声室内做听音试验，通过成对比较，提出了厅堂音质的三个参量：混
8、响时间（RT），明晰度（C）和双耳听闻互相关（IA C C）。在听音试验中总声压级不定，故这些参量中没有涉及响度。 柏林技术大学则采取不同的方法，即听音材料是柏林爱乐交响乐团在6个厅中的演奏录音。听音试验是通过耳机进行的，并要求听音者对各个主观指标评分，经因子分析后得出独立的参量：响度（强度指数G）、明晰度（C）、低频混响比（BR）。结果显示出在40个听音试验的人中明显地分成两组，一组对响度较敏感，而另一组则对明晰度较敏感。同时还发现混响时间除了对响度有影响外，对音质的关系不敏感，只有在混响时间低于1.7s时才对音质有明显的影响。,16,安藤四一（Ando）在哥廷根大学通过人工合成声场模拟厅堂
9、中的声场，合成声场中包括直达声和反射声，其中反射声的方向、强度及混响时间是可变的。实验得出决定音乐厅音质的4个独立参量：响度、亲切感、混响、双耳互相关IA C C。根据这4个参量，安藤提出了相应的音质评分方法，但由于该方法测量时，声源特性不同和接收点位置稍有偏移，结果影响很大，因此，对应用该方法目前尚有争议。 布朗（MBarron）组织20个有经验的音质评价人员，大部分为声学顾问，对英国的11个厅堂进行了现场评价。评价者在厅内不同的位置听音，根据问卷调查对各主观指标作出评价。最后对厅堂总的音质分成7个级别，从“顶级”到“很差”。结果显示5个音质指标，即明晰度、混响感、环绕感、亲切感和响度是相互
10、独立的，而厅堂音质的总印象与混响、环绕感、亲切感的相关性最高。同时，也发现评价人员对于厅堂音质有不同的偏好，一部分倾向于混响感，而另一部分则倾向于亲切感。,17,1996年Beranek在他的新著How They Sound: Concert and Opera Halls一书中， 总结了厅堂音质过去30年的研究工作及对76个大厅的主观调查评价和实测数据分析后，提出了7个厅堂音质主观评价参量及相关的客观物理量，即响度（G）、混响时间（RT）、明晰度（C）、亲切感（ITDG）、空间感（IACC LF）、温暖感（BR）和舞台支持（STI），并提出了根据厅堂中实测客观参量值的音质综合评价法。运用这套
11、方法对其中3 7个厅堂进行了评价，按其音质分成三个档次， 其结果与主观调查符合较好，由此提出了各客观 量的最佳设计值。这种方法，应该说是至今较为全面、可靠性较大的一种主观评价方法，但测量工作量很大，且有些指标如IA C C等能够测试的单位多，也不够成熟，难以推广使用。,18,19,20,21,22,23,荷兰 阿姆斯特丹 Concertgebouw 1888年,24,25,波士顿交响音乐厅 1900年,26,27,奥地利 维也纳 音乐厅 1870年,28,29,瑞士 Basel Stadt-Casino 1776年,30,31,柏林 Schauspielhaus 1821年,32,33,英国
12、Gadiff, St. Davids Hall 1982年,34,35,纽约 Carnegie Hall 1891建，1986和1989年 改建,36,37,东京 Hamarikyu Asahi Hall 1992年,38,瑞士 苏黎士 Grosser Tonhallesaal 1895建，1930年改建,39,40,伦敦 皇家节日音乐厅 1951 年,41,42,委瑞内拉 Caracas Aula Magna 1954年,43,44,斯图加特 Liederhalls, Beethovensaal 1956年,45,46,47,德国 波恩 Beethovenhalle 1959建，1983年
13、火灾后重建,48,49,柏林交响音乐厅 1963年,50,51,新西兰 Christchurch Town Hall 1972年,52,53,城市噪声,“噪者，扰也，群呼烦扰也”； 古希腊，把手工业作坊集中在城外； 古罗马铁轮子的马车驶过石板的街道，噪声使街旁的住户彻夜难眠。 中世纪的英国国王规定不得在夜间鞭打妻子，这不是为了保护妇女，而是因为挨打妇女的叫声会干扰邻居。 噪省噪源,54,1992年联合国环境保护署(UNEP)发表的报告环境状况拯救我们的星球，其中关于噪声污染方面，报告指出，“与10年前相比，噪声已经成为一个更加严重的问题，特别是在许多发展中国家，噪声污染日趋严重。在马尼拉、曼谷
14、、开罗和许多其他城市，它成为一个主要的环境问题”。 经济合作与发展组织(OECD)的报告九十年代与噪声的斗争指出，经过长期的努力，在80年代其成员国的“黑色区域”(环境噪声大于65dB的严重干扰区域)没有增加，但“灰色区域”(环境噪声在5565dB之间的中等干扰区域)在大多数成员国情况变糟了。1996年欧洲共同体委员会的未来噪声政策绿皮书指出，如今仍有20%的欧盟人口(约8000万人)生活在“黑色区域”，而有40%的人口，1亿7千万人生活在“灰色区域”。 德国1994年的调查，全国有70%的人受道路交通噪声的干扰，其中22%的人受到严重干扰；有40%的人受到飞机噪声干扰；受工业噪声和铁路噪声干
15、扰的人也超过25%。,55,噪声污染是四大环境污染（空气污染、水污染、垃圾、噪声）之一。二十年世纪末，在发达国家空气污染、水污染有了很大的改善，而噪声污染改善不大。噪声污染将成为二十一世纪环境污染控制的主要问题。 世界卫生组织（WHO）认为，噪声不同程度地影响人的精神状态；噪声严重影响人们的生活质量；在一定意义上，是一个影响人健康的问题。,56,住宅受到室内外各种噪声的干扰,57,城市噪声环境存在的问题,多年来，投诉各种环境污染的人民来信中，对噪声污染的投诉占第一位，约占来信总数的一半，其中绝大多数是居民对其住室受噪声干扰的不满。 在各种噪声干扰中，交通噪声居首位。 一方面, 我国交通干道本身
16、噪声水平高，80的交通干线道路交通噪声超过标准限值70dB(A)，并随着机动车辆的激增，情况更趋严重。,58,另一方面, 在交通干道两侧盖住宅，尤其是高层住宅，在全国有很大的普遍性，全国城镇人口约有16居住在交通干线两侧。 铁路噪声、航空噪声、港口城市和内河航运的船舶噪声。,59,其次是施工噪声。近年来，我国基建规模很大，全国是个大工地。一处盖房，四邻不安，尤其是在一个区域内先后施工、反复施工，影响更为严重。因为施工噪声引起的“扰民”和居民因此对施工现场进行的“民扰”纠纷，一时间成为社会的热点。,60,工业噪声对住宅干扰，主要在工厂尤其是小型工厂和居住区混杂的区域，这个问题在城市旧街区比较严重。此外，居住区内的公用设施如锅炉房、水泵房、变电站等，以及邻近住宅的公共建筑中的冷却塔、通风机、空调机等的噪声干扰，也相当普遍。 社会生活噪声中，目前集贸市场、流动商贩、卡拉OK厅、迪斯科
