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厅堂建筑声学设计的标准及设计方法
发布时间:2018-07-28 16:30:41   浏览次数:
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厅堂建筑声学设计的标准及设计方法
 
厅堂建筑空间都比较大,所以在设计上尤其是保证其内部声学设计合理到位,吸音材料以及其他的各种声学材料不可缺少,所以合理的设计及材料设备的正确使用才能确保其音质效果,只有了解厅堂上的声学要求和设计方法才能保障有效的音质设计。

一、建筑声学设计的要点
一般而言,建筑声学设计的要点主要包括噪声控制和音质设计两大部分。
(一)噪声控制
通常音乐厅、剧场等厅堂都要求很低的室内背景噪声,因此,这些厅堂的选址很重要,应尽可能远离户外的噪声与振动源。另外,还要进行场地环境噪声与振动调查、测量与仿真预测,目的是为进行厅堂建筑围护结构的隔声设计提供依据。保证厅堂建成后能达到预定的室内噪声标准。此外,建筑声学设计的另一个重要任务就是进行室内音质设计。

(二)音质设计
音质设计通常包括下述工作内容:
1.确定厅堂体型及体量。
2.确定音质设计指标及其优选值。根据厅堂的使用功能选择混响时间、明晰度、强度指数、侧向能量因子、双耳互相关系数等音质评价指标,并确定各指标的优选值,是音质设计的重要任务。

3.对乐池、乐台、包厢、楼座及厅堂各界面进行声学设计。
4.计算厅堂音质参量。当厅堂的平、剖面及楼座、包厢、乐池、乐台等设计方案拟定以后,就可开始计算厅堂音质参量。
5.进行声学构造设计。厅堂音质除了受前述建筑因素影响之外,还与室内装修材料与构造密切相关。声学装修构造设计通常包括各界面材料的选择和绘制构造设计图,需详细规定材料的面密度、表观密度、厚度、穿孔率、孔径、孔距、背后空气层厚度以及龙骨的间距等技术参数。
6.声场计算机仿真。对厅堂建筑进行仔细的声场分析和音质参量计算,有赖于声场三维计算机仿真。

7.缩尺模型试验。对于重要的厅堂,除了计算机仿真外,通常还须建立一定缩尺比的厅堂模型,进行缩尺模型声学试验。
8.可听化主观评价。可听化技术是通过仿真计算。或者通过模型试验测量获得双耳脉冲响应,将之与在消声室中录制的音乐或语言"干信号"卷积,输出已加入厅堂影响的声音信号,供受试者预先聆听建成后的厅堂音质效果。这是近年发展起来的建筑声学领域一项高新技术

 
9.建筑声学测量。建筑声学测量包括噪声与振动测量,围护构造隔声测量,重要材料与构造的吸声量测量以及厅堂音质参量的测量等。
10.对电声系统设计提供咨询意见。对于需要安装电声系统的厅堂,建筑声学专家尚需与音响工程师配合,对电声系统的设备选型、设计与安装提供咨询意见。
11.组织主观评价。对于重要厅堂,在工程落成后,组织专门的演出和主观评价,来检验建成后厅堂的音质效果,是建筑声学设计最后一个重要环节。

二、声学设计的手段
准确地预测房间的音质效果一直是建筑声学研究者追求的理想。厅堂音质模型测定是建筑声学设计的重要手段。随着软件技术的发展,使用计算机进行声场的模拟研究成为现实。近年来,使用基于有限元理论的方法模拟声音的高阶波动特性,在低频模拟上获得了一些进展。
厅堂中短延时反射声的分布,是决定音质的重要因素。在缩尺模型中,用电火花作为脉冲声源测得的短延时反射声分布,与实际大厅的短延时反射声分布有良好的对应,对在设计阶段确定厅堂的大小、体型等有重要参考意义。混响时间是公认的一个可定量的音质参数,通过模型试验可以预测所要兴建厅堂的混响时间。声场不均匀度也是一个重要的音质参数。
模型试验的测量系统、测量方法和结果的表达与实际厅堂相同,但需要根据厅堂模型的缩尺比s,在混响时间测量和声场不均匀度测量时对测量频率作相应改变。不同频率的声波,在空气介质中传播,特别是高频声波,它的由空气吸收引起的衰减在不同温、湿度条件下差别很大,对混响时间测量结果,需采取对空气吸收的影响作相应的修正,且有足够的精度。

对于短延时反射声分布测量,厅堂音质模型的缩尺比s一般采用1/5或1/10,也有采用1/20的,但因受试验设备和频率过高的限制,精度受到一定影响。对混响时间的测量,缩尺比s为1/20时只能对应实际厅堂1000Hz或2 000Hz以下的频率。推荐缩尺比s不小于1/10,对混响时间和声场不均匀度的测量可扩展至实际厅堂中的4000Hz。短延时反射声分布测量的精度也较高。
模型的内表面形状,有些起伏尺寸比较小,对声波的反射和扩散没有多大影响,在制作模型时可适当简化。但必须保留等于或大于实际厅堂中声波为2000Hz的波长的起伏,不能省略。因为这些部分会对声场的不均匀度有较大影响。要使厅堂音质模型的内表面各个部分,包括观众席的吸声系数在所测量的频率范围内与相对应的实际厅堂内表面各部分及观众席的吸声系数完全相符,实际上有很大难度,因此允许有±10%的误差。

为了避免在模型中的背景噪声过高导至动态范围达不到要求而影响精度,厅堂音质模型的外壳必须有足够的隔声量。舞台空间大小、形状及吸声状况,对观众厅的短延时反射声分布、混响时间及声压级分布有很大影响。在模型试验时,这部分宜包括在内。舞台空间部分的吸声状况也应进行相应的模拟。
短延时反射声分布测量所用的声源信号为电容器放电时产生的脉冲声,适于用做模型试验中的脉冲声源信号。声源中心位置规定为一般演出区的中心,高度相当于人口的高度。声场不均匀度测量的声源位置与高度,与混响时间测量相同。短延时反射声分布测量常用的方法是将接收到的直达声和反射声信号经过放大,以时间为横轴在示波器上显示,即脉冲响应声图谱。

接收用传声器,可以用电容传声器或灵敏度比较高的球形压电晶体传声器。传声器口径不宜过大,防止传声器的圆柱体型在接收位置对声场形成影响。在测量时要求记录模型内空气的温度和相对湿度,是为了修正由于高频声在模型内过量的空气吸收所造成的低于实际厅堂混响时间的偏差。
 
 
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