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1、第一讲 建筑声环境概论一.声环境设计的意义： 声音是人类行为中重要的组成部分。 人们可以听到的声音都属于声环境范畴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。 二.建筑声环境研究的内容1.音质设计主要是音乐厅、剧院、礼堂、报告厅、多功能厅、电影院等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 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。如剧场座椅吸声量的测试，天花板吸声性能的设计等。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
2、等。4.噪声的防止与治理掌握了解噪声的标准、规划阶段如何避免噪声、出现噪声如何解决以及交通噪声治理等。5.其他电声 声学测量的方法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。三.建筑声学发展简史1. 古希腊、古罗马的露天剧场 埃比道鲁斯剧场 阿波罗圣地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。2.中世纪教堂建筑 自从罗马帝国被推翻后，中世纪建造的主要厅堂就是教堂。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
3、时间很长，可懂度很差。3.十六世纪的剧场 十六世纪后欧洲建了很多剧场，有些剧场的观众容量很大。如意大利维琴察市（维琴察古城于1994年成为联合国教科文组织世界文化遗产。），由帕拉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。 4.17世纪的马蹄形歌剧院 十七世
4、纪，出现了马蹄形歌剧院。这种歌剧院有较大的舞台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，使混响时间比较短，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。5.19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，古典“鞋盒型”音乐厅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
5、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。6.声学设计理论a.赛宾的混响时间 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。 b.马歇尔的侧向声原理 1967年，新西兰声学家马
6、歇尔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5080ms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”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
7、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。c.IACC两耳互相关函数 80年代，日本声学家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。 IACC作为评价空间感的指标，它开辟了音质研究的一个新途
8、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。第二讲 声音的基本知识一.振动与声波1. 声音的产生 1）声音来源于振动。 声源：产生声音的振动物体称为声源，所有的声音都是物体的振动所产生的。 振动在空气中的传播声波，传播声音的物质称为传声介质 2）所有的声音都是物体的振动产生的。声音在空气中传播时，传播的只是振动的能量，空气质点不传到远处。2. 波阵面 1）有声波存在的空间称为声场。 波阵面：声波在同一时刻到达空间的各个点的包迹面。 2）点声源：单个的声源，声源的尺度比所辐射的声波波长小很多
9、。 线声源：把许多很靠近的单个声源沿一直线排列而形成的声源。 面声源：把许多距离很近的声源放置在一平面上而形成的声源。二.频率、波长与声速1. 频率 1）周期：声源完成一次振动所经历的时间（T），单位 s 2）频率：声源每秒振动的次数称为频率（f），单位为Hz。 3）频率决定了声音的音调，高频率声音是高音调，低频率的声音是低音调。 4）可听声范围：人耳听到的声音的频率范围20Hz20000Hz 5）计算： f=1/T2.波长波长：声源振动一个周期声波传播的距离称为波长（ l ），单位为m。3.声速 1）声速：声波在传声介质中的传播速度称为声速（C）,单位m/s。 2）声速不是质点的振动速度，而
10、是振动的传播速度。它的大小与声源无关，而与介质的弹性，密度和温度有关。 3）计算： 空气中的声速与温度的关系： C=331.4+0.607t t：摄氏温度, 。 三.声音的计量（一）声功率、声强、声压1.声功率：单位时间内声源声源向外辐射的总声能量。记为W，单位w或w 1w=106 w声源的声功率是很微小的。 2.声强：在声波的传播过程中，每单位面积波阵面上通过的声功率称为声强，记为I，单位为w/m2。 平面波： 球面波： 3.声压：空气质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力起伏称为声压，记作p，单位是N/m2。1)瞬时声压:声波在空气中传播时，声压P实际上随时间而迅速变化，这种对应于某
11、一瞬时的起伏变化称为瞬时声压。 峰值声压:在一定时间间隔中最大的瞬时声压称为峰值声压。2)声压与声强有密切的关系，在自由声场中，某处的声强I与该处声压的平方成正比，而与介质密度和声速的乘积成反比。3)可听阈人耳刚刚能感受到声音。 P0=210-5Pa I0=110-12W/m2疼痛阈人耳感到痛的声压。 P=20Pa I=1W/m2（二）声功率级、声强级、声压级1.声功率级：声功率与基准声功率之比取以10为底的对数乘以10，用Lw表示，单位为dB。声功率级：-基准声功率值 110-12W2.声强级：声强与基准声强之比取以10为底的对数乘以10，用LI表示，单位为dB。声强级：-基准声强值 110
12、-12W/m23.声压级：声压与基准声压之比取以10为底的对数乘以20，用Lp表示，单位为dB。四.声音在户外的传播1.点声源随距离的衰减 在点声源向自由空间辐射声能的条件下，距声源r米处声压级与声功率级的关系为：2.线声源随距离的衰减：无限长线声源的声压级 有限长线声源的声压级：距离较近时，距离每增加一倍，声压级降低3dB；距离较远时，距离每增加一倍，声压级降低6dB。3.面声源随距离的衰减 观测点与声源的距离较近，声能没有衰减；当距离较远时，声压级降低的数值为3-6dB。五.声波的反射、衍射和扩散（一）声波的反射1.条件：当声波遇到一块尺寸比波长大得多的障碍时，声波将被反 射。即Ll 2.
13、反射的规则：1）入射线、反射线法线在同一侧。2）入射线和反射线分别在法线两侧。3）入射角等于反射角。Li=Lb （二）声波的衍射1.条件：声波在传播过程中遇到障碍或孔洞时将发生衍射。衍射的情况与声波的波长和障碍物（或孔）的尺寸有关。与原来的波形无关。 2.特性：能绕到障碍物的背后改变原来的传播方向继续传播。（三）声波的扩散1.条件：a.声波在传播过程中遇到一些凸形的界面就会被分解成许多小的比较弱的反射声波。b.凸形界面的突出部分，最小需相当于入射波长的1/7才能起到扩散作用。2.作用：a.促进声音在围蔽空间里的均匀分布；b.防止一些声学缺陷。 六.声吸收和声透射声波入射到建筑构件时，声能一般分
14、为三个部分： 1.一部分能量被反射； 2.一部分能量透过构件，声波的振动引起构件相应的振动，然后又传递给另一侧的传声介质，使之发生同样的振动。这种现象称为透射。 3.还有一部分能量由于构件的振动或者声音在里面传播时与介质摩擦，热传导而被损耗，通常说声波被吸收。不同的材料对不同的频率有不同的吸收作用。 （一）声吸收1.定义：声波在空气中传播时，由于振动的空气质点之间的摩擦而使一小部分声能转化为热能，常称为空气对声能的吸收。2.声吸收受到材料的有关特性及其表面状况、构造等的影响。3.吸声系数：被吸收的声能（即没有被表面反射的部分）与入射 声能之比，以表示。4.吸声量：例：一面墙的面积为50m2，某个频率（如500Hz）的吸声系数为0.2，则该墙的吸声量是多少？（二）声透射1.透射系数： 2.反射系数： 3.吸收
