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1、第三篇建 筑 聲 學 l聲環(huán)境設計是專門研究如何為建筑使用者創(chuàng)造一個合適的聲音環(huán)境。 音樂廳、劇院、禮堂、報告廳、多功能廳、電影院、體育館等。建筑聲學概述 1.2.1 音質設計1.2.2 隔聲隔振1.2.3 材料的聲學性能測試與研究1.2.4 噪聲的防止與治理1.2.5 其他 1.2.1 音質設計 主要是音樂廳、劇院、禮堂、報告廳、多功能廳、電影院、體育館等。 設計得好: 音質清晰、豐滿、渾厚、親切、溫暖、有平衡感、有空間感。 設計得不好: 嘈雜、聲音或干癟或渾濁，聽不清、平衡感和空間感差。 中央音樂學院音樂廳（已重建）維也納音樂廳石家莊鐵道學院禮堂首都劇場懷特大海樂園北大紀念堂、人大會堂（小

2、禮堂）設計不好或完全沒有考慮聲學的設計良好的實例： 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。 對于錄音室、演播室等聲學建筑對隔聲隔振要求非常高，需要專門的聲學設計。 對于旅館、公用建筑、民用住宅，人們對隔聲隔振的要求也越來越高。隨大跨度框架結構的運用，越來越多地使用薄而輕的隔墻材料，對隔聲隔振提出了更高的設計要求。 吸聲材料：材料的吸聲機理、如何測定材料的吸聲系數、不同吸聲材料的應用等等。 隔聲材料：材料的隔聲機理，如何提高材料的隔聲性能，如何評定材料的隔聲性能，材料隔振的機理，不同材料隔振效果等。 實例： 1）天花板吸聲性能、劇場座椅吸聲性能。 2）輕質隔墻產品

3、隔聲性能、如何提高隔聲能力？ 3）軍委演播大廳雨噪聲問題。 噪聲的標準、規(guī)劃階段如何避免噪聲、出現(xiàn)噪聲如何解決。 實例： 教師住宅受交通噪聲影響，教師選房問題。 l電聲。l模型聲學測定。l聲學測量： 聲音本身性質的測定、房間聲學的測定、材料聲學性質的測定。l聲學實驗室的設計研究。l計算機模擬。 古羅馬的露天劇場 露天劇場存在的問題是：1、露天狀態(tài)下，聲能下降很快。2、相當大的聲能被觀眾吸收。3、噪聲干擾。 解決方法：加聲反射罩；控制演出時周圍的噪聲干擾。 圜丘壇 回音壁、三音石 皇穹宇的回音壁、三音石，加上圜丘壇的天心石，都有著奇妙的聲學現(xiàn)象，但更為奇特的是皇穹宇的“對話石”聲學現(xiàn)象。站在“對

4、話石”上，即使是相隔很遠的兩個人，彼此對話的聲音也會十分清晰。聲音的傳播靠的正是皇穹宇的回音壁。 天壇回音壁、山西永濟的普救蟾聲、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市鸛雀樓前拍手，就會聽到酷似鸛鳥“喳、喳”的叫聲，如果一直拍手走到樓下，就會聽到鸛雀的叫聲由遠而近，由小而大。這一奇觀讓當初復建這座名樓的人也始料未及。為何會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？據修復工作人員介紹，所謂鸛雀的叫聲，其實是游人拍手時從主樓位置發(fā)出的回音。不過這一奇觀并非復建鸛雀樓的人為設計。由此鸛雀樓成為我國四大名樓中惟一有回音的建筑，與不遠處有蛙鳴回音的鶯鶯塔相映成趣。如今這個奇怪的現(xiàn)象已成為鸛雀樓的一個新“賣點”

5、。 自從羅馬帝國被推翻后，中世紀建造的唯一廳堂就是教堂。中世紀的室內聲學知識主要來源于經驗，科學的成分很少。教堂的聲學環(huán)境的特點是音質特別豐滿，混響時間很長，可懂度很差。 十五世紀后歐洲建了很多劇場，有些劇場的觀眾容量很大。如意大利維琴察，由帕拉帝迪奧設計的奧林匹克劇院，建于15791584，有3000個座位。又如1618年由亞歷迪奧設計的意大利帕爾馬市的法內斯劇場，可容納觀眾2500人。 從掌握的資料來看，雖然這個時代的建筑師幾乎沒有任何室內聲學知識，但這個時代建造的幾座劇院和其他廳堂沒有發(fā)現(xiàn)任何顯著的音質缺陷。主要的原因是由于觀眾的吸聲和劇場內華麗的表面裝飾起到了擴散作用，使劇場的混響時間

6、控制比較合理，聲能分布也比較均勻。 從十五世紀修建的一些劇院發(fā)展到十七世紀，出現(xiàn)了馬蹄形歌劇院。這種歌劇院有較大的舞臺和舞臺建筑，以及環(huán)形包廂或臺階式座位，排列至接近頂棚。這種劇院的特點是利用觀眾坐席大面積吸收聲音，是混響時間比較短，這種聲學環(huán)境適合于輕松愉快的意大利歌劇演出。 在十七世紀開始有人研究室內聲學。十七世紀的阿柯切爾所著的聲響,最早介紹了室內聲學現(xiàn)象，并論述了早期的聲學經驗和實踐。十九世紀初，德國人E.F.弗里德利科察拉迪所著的聲學一書中，致力于解釋有關混響的現(xiàn)象。 音樂廳早期發(fā)展階段是在十七世紀中后到十九世紀，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

7、樂廳的就是在這一時期逐漸發(fā)展起來的。 19世紀前作曲家所做的音樂作品是與其表演空間相適應的，這一時期的演奏空間基本是矩形空間。19世紀以后，隨著浪漫主義音樂及現(xiàn)代音樂的產生，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，其混響時間及室內裝飾風格也各不相同。 在這一時期，音樂廳的聲學設計仍然沒有太多的理論可以遵循。 從十九世紀開始，在維也納、萊比錫、格拉斯哥和巴塞爾等城市，都建造了一些供演出的音樂廳，這些十九世紀建造的音樂廳已反映出聲學上的豐碩成果，直到今天仍然有參考價值。 到二十世紀，賽賓（Wallace Clement Sabine，1868-1919）（哈佛大學

8、物理學家、助教） 在1898年第一個提出對廳堂物理性質作定量化計算的公式混響時間公式，并確立了近代廳堂聲學，從此，廳堂音質設計的經驗主義時代結束了。 賽賓在28歲時被指派改善哈佛福格藝術博物館（Fogg Art Museum）內半圓形報告廳的不佳音響效果，通過大量艱苦的測量和與附近音質較好的塞德斯劇場（Sander Theater）的比較分析，他發(fā)現(xiàn)，當聲源停止發(fā)聲后，聲能的衰減率有重要的意義。他曾對廳內一聲源（管風琴）停止發(fā)聲后，聲音衰減到剛剛聽不到的水平時的時間進行了測定，并定義此過程為“混響時間”，這一時間是房間容積和室內吸聲量的函數。1898年，賽賓受邀出任新波士頓交響音樂廳聲學顧問，

9、為此，他分析了大量實測資料，終于得出了混響曲線的數學表達式，即著名的公式。這一公式被首次應用于波士頓交響音樂廳的設計，獲得了巨大成功。至今，混響時間仍然是廳堂設計中最主要的聲學指標之一。 (a) 馬歇爾的側向聲原理：1967年，新西蘭聲學家馬歇爾（Haroid Marshall）教授最先將人的雙耳收聽原理同音樂廳的聲學原理結合起來，認為19世紀“鞋盒型”音樂廳的絕佳音質，除緣于混響時間及聲擴散以外，直達聲到達聽眾后的前5080ms的早期側向反射聲起著極為重要的作用。在這些音樂廳中每個聽眾都接受到強大的早期反射聲能，其中側向反射比來自頭頂的反射聲更為重要，因為它提供給聽眾更強的三維空間感和音樂的

10、環(huán)繞感。1968年，馬歇爾（A. H. Marshall）提出了“早期側向反射聲”對音質起重要作用，認為需要有較多的早期側向反射聲，使聽者有置身于音樂之中的一種“空間印象（spatial impression）”感覺，空間感對響度及與低音相關的溫暖感很重要。由于聲音向后傳播時，觀眾頭頂的掠射吸收使聲能衰減，必須靠側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間系列相結合的新的研究階段。該理論已成為近期影響音樂廳形狀設計的主要理論，使新建音樂廳開始注重并應用側向反射聲。 (b) IACC兩耳互相關函數日本聲學家安藤四一（Y. Ando）教授在70年代做了一系列模

11、擬雙耳接收的“內耳互相關”實驗研究，實驗表明音質與反射聲的水平方向分布有關。布朗（M. Barron）在近20年來對不同方向、不同強度、不同時延的反射聲的聽感進行了長期研究，得到實驗結論為：過高聲級和過短延時的反射聲會產生聲像漂移（這與哈斯（Haas）效應相一致）或染色效應；過長的延時有回聲干擾的感覺；只有大約580ms延時的反射聲，并且有足夠的側向反射聲能量才會有“空間印象”的效果。80年代，安藤四一教授在德國哥廷根大學的研究引入了唯一的雙耳（空間）評價標準雙耳聽覺互相關函數(IACC)，它表示兩耳上的信號之間的相互關系，這種相互關系又是聲場空間感的量度。雙耳聽聞效應屬心理和生理聲學研究范疇

12、，它提示了音樂廳中側向反射的重要性，既使人了解到“鞋盒形”音樂廳音質良好的原因，同時也掌握了“鞋盒形”以外的其它有效的聲學設計造型。80年代中期美國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作為評價空間感的指標，它 開辟了音質研究的一個新途徑，也使音樂廳的音質評價建立在更為科學的基礎上。但在技術上還存在不少問題，例如指向性傳聲器的選擇，測定用聲源的選擇（聲源信號不同，結果大不相同）等等。 1962年9月23日開幕的紐約林肯中心愛樂音樂廳, 為了對此廳進行有效的聲學設計，白瑞納克博士對世界上已有的54座著名音樂建筑進行了系統(tǒng)調研，并著有音樂、聲

13、學和建筑一書，卻在音質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例。據最近消息，其演奏空間仍在進行小范圍改造。 據分析，愛樂音樂廳的失敗主要緣于原聲學顧問白瑞耐克認識上的局限性。他只強調親切感而沒有認識到側向反射聲的重要性，頂棚反射板增加的反射聲幾乎同時到達聽眾的雙耳，缺少側向反射帶來的圍繞感。此外，為了在直達聲與后期反射聲之間插進一些早期反射聲，他在大廳中引進了“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不足以擴

14、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，即直達聲掠過多排座席時低頻聲衰減越來越多。 事實上，現(xiàn)代音樂廳的音質之所以不如古典先例，關鍵在于古典音樂正是在古典形 式的廳堂中產生和發(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）依舊是原來的音樂。 聲學上的探索正在逐步揭開廳堂音質之迷。然而看看歷史上許多失敗的例子，音樂家們對新音樂廳的不滿和不安不會消除。建筑師們一方面積極研究有效利用新的聲學理論及技術成果，一方面又不得不在某種程度上碰運氣，不斷祝愿自己能博得繆斯女神們的微笑。 l 1

15、930年以后出現(xiàn)了電影，從那時開始，高質量的錄音和重現(xiàn)在科學、教育、文化、社會活動、娛樂中開始起到極大的作用。無線廣播的飛速發(fā)展，給聲學提出了一系列新問題，同時也為人們提供了更多更高級的音樂欣賞技術。l聲學材料的大量生產和實驗室實驗，給建筑師控制建筑內的聲學問題提供了必要的工具。世界各國修建了相當大規(guī)模的廳堂。l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成為建筑聲學重要的組成部分。噪聲規(guī)劃、噪聲控制等理論也逐漸演化開來。 l建筑聲環(huán)境（第二版）秦佑國 清華大學出版社 l建筑物理 華南理工大學出版社l建筑聲學設計手冊 中國建筑工業(yè)出版社l實用建筑聲學 項瑞祈 中國建筑工業(yè)出版社l建筑聲學設計原理 吳碩賢 中國建筑工業(yè)出版社l建筑環(huán)境聲學 吳偉中 譯 中國建筑工業(yè)出版社l聲音. 人. 建筑 林達悃 譯 中國建筑工業(yè)出版社