建筑物理环境

建筑物理环境

建筑声学

厅堂音质噪声控制

建筑光学

人工照明

天然采光

建筑热工

保温节能

室内舒适

建筑物理环境概论

室内设计

景观设计

建筑声学课程的两大任务

l 为创造安静的环境，降低、隔绝和控制不需要的声音―噪声控制第一篇：建筑声学

l 提供良好的听闻环境，满意的音质―音质设计

聋的建筑师遇到了瞎子声学家设计出的大厅将会成什么样？！

当前建筑设计中存在的若干声学问题 1、大量住宅建设中的隔声问题 2、各类厅堂中的室内音质问题 3、轻薄结构和预制构件带来的隔声新问题 4、现代化建筑中大量采用各种机械设备，使噪声源增多，噪声增大，尤其在高层建筑中，机房条件受限制，将如何处理好这类问题。 5、设计中重造型，轻功能的倾向，带来许多与声学要求相违的后果！！！

美国耶鲁大学建筑系建筑声学教科书封面

重大失败事故[之一] l 纽约林肯文化中心，是美国二战以后规模最大的文化建设项目，由5座演艺建筑组成，其最后建成也是最重要的一座音乐厅

20世纪中有过几次重大建筑声学事故!

(2644座)，于1962年建成。 l 后由于音质缺陷，虽经5次聘请世界一流专家改造，由于先天不足，虽在1975年除保留结构外，全部拆除重建，音质有明显改善，但仍落得B级水平。其中一个主要原因，建筑师不重视科学，不尊重声学顾问的意见当然建筑声学本身也存在一些未知因素。

重大失败事故[之二]

曾被誉为20世纪最佳建筑之一的悉尼歌剧院中音乐厅(2679座) 历时15年，造价超出预算11倍 (1973年完工)。政府已无力支付，以发行债券向市民集资来完成。但澳洲人以此地标性建筑闻名于世而感到骄傲。

但由于音质不佳，而又未能改进，长期来为音乐界所抱怨，乃至引发悉尼交响乐团抵制在该厅演出。(见人民日报报导)

人民日报 1999年9月4日世界日报1999年 9月4日

耄耋老人重塑悉尼剧院

雪梨歌剧院虚有其

长驻交响乐团要胁抵制? 建筑设计享誉全球的澳洲雪梨歌剧院，外形雄伟，不过原来它外强中乾，只得外观独特，内里的音乐厅设计甚为不堪，音响效果奇差。雪梨交响乐团的总指挥向杂志《二十四小时》表示，歌剧院音乐厅内一些设计十分笑话，例如他们在台上演奏时发出的音乐应散发向音乐厅，但现在这些音乐只能围著台团团转，甚至被台上方的一个圆顶「吸走」。他还指摘，

建在乐池上的环形聋音反射器根本不能把音乐反射出去，用来「做厕所门板还好」。长驻歌剧院的雪梨交响乐团更威胁，如果歌剧院的音乐厅不重新设计，交响乐团会抵制雪梨歌剧院，并考虑迁往其他场地演出。雪梨交响乐团总经理则指出，出现问题的主要原因是雪梨歌剧院的音乐厅原本就为歌剧而设计，不太适合交响乐团的演出，因交响乐有不同的音响要求。有二十六年历史的雪梨歌剧院被认为是建筑学上的杰作，不过其音乐厅的音响效果一向被评为不佳，歌剧院剧场也被指表演和後台空间太小。负责管理歌剧院的信托基金会正考虑重修雪梨歌剧院，并向丹麦籍原设计者乌特松寻求意见。（美联社）黎明

悉尼歌剧院屹立于港畔的贝尼朗岬角之上。它宛若一组扬帆出海的船队，又如一枚枚被遗落在海滩上的白色巨形贝壳，一直以其造型新颖、风姿绰约闻名于世。美国1999年建筑博览会将其列入20世纪全球十大著名建筑。丹麦建筑设计师约恩·乌特松凭此杰作足以名垂青史。但悉尼却是让他功成名就又毁誉半生的地方。1966年，在悉尼歌剧院建造过程中爆出费用丑闻和设训—争执之后，约恩·乌特松一气之下拂袖离去。这一别就是30年，他没能亲眼目睹自己作品的诞生。他未完的设计由澳大利亚政府任命的建筑师接管，最初的室内装潢设计也被摒弃。乌特松的寓去，是祸是福难以辨清’，但遗憾却留给了世人。自1973年歌剧院建成以来，对室内设计的非议一直不绝于耳。交响乐团抱怨音响效果太差，表演艺人嫌舞台和后台空间太窄，而观众不满意的地方就更多了：洗手间太少，楼梯太陡，没有残疾人专用通道……千禧年之际，新南威尔士州终于决定提供数百万元资金，对歌剧院进行改造。悉尼歌剧院信托委员会主席斯克尔钦斯基和新南威尔士州总理鲍勃·卡尔不约而同地想起了约恩·乌特松，请他出山可以延续歌剧院原来“非凡的视觉的设计”。现年股岁的乌特松最终同意出任设计顾问，并执笔制定设计原则。这位著名的设计师在声明中说：“我想悉尼歌剧院就像一件乐器，需要时常保养和调音……”但年老体弱的他最终还是无法启程亲临现场指导，更无缘目睹改造工程的竣工。他的儿子兼商业合伙人简恩·乌特松替他前往澳洲。斯克尔钦斯摹聘请了另外几位设计师根据乌特松的设计原则制定一个周密而谐调的设计方案询后，预计在今年年底完成。

。斯克尔钦斯基说

，改造工程并不是乌特松原有设计的再创造，而是运用现代技术让歌剧院面向21世纪。室内改造工程在经过多方咨

世界日报

FRIDAY,JANUARY12,2001

的士高太吵酒店入禀索赔590万

楼下热歌噪音楼上不堪其扰酒店生意流失业主愤而兴讼

【本报香港讯】刚於两个月前正式开幕，邀得成龙、柯受良等出席剪彩的城中名人新「蒲点」三四八的士高卡拉0K（348D&K），被位於楼上的大华酒店指其发出过大噪音，令酒店不断接获客人投诉；大华酒店现以业主身分入禀高院，控告348D&K违反租约，要求高院颁发禁制令，并索价超过港币五百九十万元。348D&K据传是由一班城中富豪合资经营，其中林建岳曾被问及有否参与投资时，既不承认，亦不否认。本案原告大华中心有限公司是大华中心的业主，被告超日有限公司则是经营348D&K的公司。而348D&K楼上各层是大华酒店，由舆原告有关连的大华旅业有限公司经营。入禀状透露，原告与被告於去年七月十八日签署租约，原告把大华中心地下至三楼共五层租给被告，租约将於二OO

三年五月届满租约,限制该五层只可用来经营以348D&K为名的一级的士高卡拉OK，并且不可滋扰附近地方的住客和占用人惟去年八月廿八日晚上九至十一时，大华酒店接获住客和咖啡室客人对被告发出过大音的投诉，由当日起的一连四日，大华酒店不断有住客作出类似投诉。在原告的要求之下，被告於去年十月安装假天花，企图改善情况，伹情况没有重大改善·原告人於去年十月至十二月期间，流失了很多生意，包括客层取消预约或住客提早退房等三个月间已经损失超过五百九十万元。

声音的性质

物体的振动，引起周围空气压力的波动，形成空气质向外传播的压缩和稀疏层，产生声波的运动。这些物理波动现象引起听觉感觉，即主观声音，或乘可听声。建筑声学考虑的问题都与主观听觉有关，因此它的频率、强度有限；同时要研究人耳听觉有关的问题。例如什么样声音悦耳？

第一章：声学基础

频率、强度、声速

频率 f

质点每秒振动次数，单位（赫）（Hz）(周/秒) 听觉的频率范围 20—20000 Hz （极限）通常所说低音、中音、高音是相对的称呼，工程上要有确切频率。频率 f 100Hz 440Hz 1000Hz 4000Hz 声学工程中一般低限音乐中标准音声学工程中标准参考音钢琴的最高音阶波长λ 3．4米 0．77米 0．34米 0．085米

声压 1）定义： p = P - Po 声波存在时压强与无声波时压强间的差值。声波通过时，大气压强的逾量值符号： Po 单位：帕斯卡 2）特点：标量。 3）分类（测量）瞬时、峰值、有效值 p2 p2 4）量间关系： I = D = 2 I = D ?C rc rc 5）运算：由能量相加推导出声压运算规律 2 p 2 = p12 + p2 加法 2 2 2 p1 = p - p2 减法平均

p=

2 ( p12 + p2 )

声压级 A、级的引入： 1）声压变化数值范围大 2)人耳对声的感觉特性人对声的感觉量近似与声压值的对数成正比。

2

B、声压级定义：声压与基准声压之比的，以10为底的对数乘以20 p2 基准声压 P0 =2×10–5Pa（可听 Lp = 10lg 2 阈）

声压级运算

2 2 2 用声压运算 p = p1 + p2 按级的定义推导级的运算法则。

p0

1、分贝相加： 0dB 70dB 120dB

特点

表达简便可听阈 1m处正常交流疼痛阈

L2 Ln ? L1 ? L = 10 lg ?1010 + 10 10 + L + 10 10 ÷ è ?

相同相加： L = L1 + 10 lg N

L2 Ln ? 1 ? L1 ?? 2、分贝平均： L = 10 lg ? ?1010 + 10 10 + L + 10 10 ÷÷ ?N ÷ ?? èè L2 L ? 10 ? 3、分贝相减： L = 10 lg 10 - 10 10 ? ÷ 1 è ?

声压级运算特点

1）不同声压级叠加，总声压级较其中大者的增加值≤3dB。

2）两个声压级间差值≥10dB（15dB）以上，总声压级较大者的增值≤0.5dB。实际问题中的意义是：较小声级可忽略不计。即对“干扰与不干扰问题。”的判断。问题： 0分贝与0分贝相叠加，声压级为多少？声压增加1倍，声压级增加多少分贝？声能增加1倍，声压级增加多少分贝？

第二章：吸声材料

吸声材料、吸声结构和吸声处理用途：

吸声系数α和吸声量A

减弱室内反射声强 (控制室内混响时间等) 消除回声降低室内噪声材料的吸声特性用吸声系数α来表征：

广义讲非反射部分均视作被吸收了α= 1 – r ( r为反射系数 ) = 1 – E r / E0 这里讨论的限于因材料而消耗的声能部分 Eα , 对透过声能 Eτ不计在内，则材料吸声系数α应为:

建筑师应了解些什么？ 1.各种材料的吸声特性（是否吸声，吸声能力强否，对各频率不同吸声效果） 2.各种吸声结构的吸声机理（同一材料，由于构造不同改变了吸声性能） 3.吸声处理和室内装修结合考虑: 防火、防虫、卫生、反光、维护、施工方便、强度、防霉、防潮… 4. 吸声处理的装饰效果及其经济性

α= Eα / Eo

理论上，α的变化从0（无声能被吸收）到1.0(所有入射声完全被吸收) ( Eo = E r + Eα + Eτ )

材料的吸声系数往往随频率而异，因此吸声的频率特性很重要有时为了简单化，采用平均吸声系数α，如忽略了频率特性容易引起误导。 % 反射 0

% 吸收和透射 100

吸声系数 1.0

吸声量 A

一个表面的吸声量A等于材料面积乘上它的吸声系数，单位为平方米，m2 ，又称等效吸声面积。开窗 5cm玻璃棉 25cm砖墙

开窗

20

5cm玻璃棉

80

0.8

吸声系数α 98

24cm砖墙 ( m2 吸声单位 )

1.0 100 m2 100 m2

0.8 100 m2 80 m2

0.02 100 m2 2 m2

2

0.02

材料面积 S ( m2 ) 吸声量A =αS

如房间内具有下列三种材料的总吸声量，可由下表得出：材料开窗 5cm 玻璃棉面积 (m2 ) 4 7 吸声系数α 1.0 0.8 吸声量A (m2) 4 m2 5.6 m2

反射声压级L p与表面吸声系数α的关系

25cm砖墙30 0.02 0.6 m2 ---------------------------------------------------------------------------总吸声量A =10.2 m2

吸声材料分类

—

(按吸声机理来分)

A 多孔性吸声材料

声波进入有许多微孔（或狭缝）的材料内部时，由于摩擦（粘滞性和热传导等）使声能转变为热能而损耗。遇刚性壁面反射，再次耗损。

(汽车煞车时就依靠摩擦力，产生热度非常高，会使金属变形)

A. 多孔性吸声材料

B. 薄板（膜）共振吸声结构

C. 空腔共振吸声结构这三种基本类型吸声材料的吸声特性有很大不同

它的吸声机理可用“诱敌深入，围而歼之”八字来说明

◆诱敌——材料表面透气（声）性好，有一定开放性孔隙，才能无阻挡地透入◆深入——要求材料内部有相互贯通的微孔和缝隙，并有相当厚度◆围而——不让逃跑（由纤维粗细、排列、密度、内部空隙…………决定）◆歼之——把声能的大部分消耗在材料内部

比较下列几种材料的吸声效果

影响多孔性吸声材料吸声特性的因素 1. 流阻：空气流过材料时的阻力

流阻大：透气（声）性强，声波不易进入材料，吸声差流阻小：声波出入很容易，吸声也差。

2. 孔隙率：材料中贯通的空隙体积和材料总体积之比。

A 表面粗糙的坚实材料

B 开孔型材料

C 开孔型材料

D 闭孔型材料

3. 厚度：加大厚度可提高吸声（对低频更明显）

4. 材料后背空腔大小（离墙距离）：对低频有利用

5. 表面处理：为了防护和增加美观，但不希望有堵住孔缝的表面。

6. 声波的频率及入射角度

结构因子相同但有不同流阻的两种材料

提问： 1. 拉毛水泥为什么不吸声？

E F

2. 白色硬泡沫聚氨酯塑料是否为良好吸声材料？为什么？

饰面装修对多空吸声材料的影响

织物覆面，只要透气性强，基本无影响油漆、粉刷的影响有时很严重穿孔板护面的影响主要取决于开孔面积

–穿孔率，孔径、

扳厚也会有影响

其它形式饰面如木条、漏窗等，要求开孔率在25%以上即很少影响

不同密度（kg/m2）的5cm厚玻璃棉不同厚度d（cm）玻璃棉（15Kg/m2）5cm厚玻璃棉（45Kg/m2）（a）贴实墙面和（b）后留5cm空腔

各种饰面装修对多孔吸声材料的吸声特性影响一览

B. 薄板（膜）吸声结构

可看成简单的质量弹簧系统，其共振频率f0为：

f 0=

600 mD

m —板（膜）面密度（Kg/m2） D —空腔厚度，cm

薄板共振

m板面密度密闭空气层形成弹簧

■

板后空腔密闭很重要，形成空气弹簧。采用不同空气层厚度，不同龙骨间距，不同板材等，可展宽吸声频带。

■

薄板（膜）吸声结构应用实例

C. 共振腔吸声结构

一个封闭的空腔，有一小孔与外连通。当声波射向此孔时，孔颈处的“一团”空气像一个活塞在孔颈附振动，因为后面的空气腔起了“弹簧”的作用，参与振动。颈部处摩擦消耗了声能。

胶合板的厚度（面密度）、板后空腔深度与共振频率（f0）的关系

f0 =5400

S V ?e

S —颈部截面积（cm2） V —空腔容积（cm3） ?e—颈孔有效长度（cm） ?e = ? + 0.8 r , r为孔颈半径）

共振腔型吸声器

消声室

其它吸声结构 1. 空间吸声体

增加吸声暴露面积，对高频吸，低频则因透射和绕射关系，有时吸声反而下降少许。

2. 特殊吸声材料和结构：

a. 尖劈

b. 薄膜匣

c. 微穿孔板（孔径小于1mm）（通常在0.1 ~ 0.3mm）

3. 座椅和观众吸声

a. 人吸声量估计

b. 观众席所占面积（包括1m之内走道）的吸声系数计算

4. 可变吸声结构

1. 空间吸声体

将吸声材料分散地悬挂在空中，暴露面积增大，加上边缘处的绕射作用，大大提高了它的吸声性能其它优点：

A . 平板式空间吸声体

2 .8 2 .4

相对于平顶面积的吸声系数α

构造简单布置和吊灵活装饰性强造型多变

2 .0 1 .6 1 .2 0 .8 0 .4 0

1 5

45

30

4 5

2 . 5 c m 厚玻璃棉

便于上空的管道安装和维修

1 2 5

2 5 0 5 0 0 1 K 2 K 倍频带中心频率， H z

4 K

适应顶部采光的场合

厚度相同材料的空间吸声板吸声效果比较

适合大空间室内的吸声处理

45

30

竖挂板片间距的影响

平放板式空间吸声体

板片尺寸与衍射作用

如果吸声板的周长和面积比（P/A）较大时，衍

屋顶

保温吸声材料

1.0

1

0 00

Hz

每片挂板(60cmX120cm)吸声量(m )

500

0 .8

200

降噪

Hz

C

12 0c m

射作用明显，吸声效果加强，故空间吸声板通常取 1m2左右，板片间距大于0.5m；但当板片面积较大，而间距又较小时，则以耦合空间考虑比较合适。 5cm 玻璃棉板

2

z 0 H

R 系数 N

“浮云”空间吸声板

0 .6

60cm

4 000 Hz

z 250 H

板与板之间缝隙的作用

d d

5 40c m

0 .4

屋面

"浮云 " 吸声板

60

90

12 0

150

18 0

2 10

挂

板

间

距

d (c m )

450 cm 6 28 cm

500cm

0 .2

12 5 H z

540cm 390cm

(a) 平面

(b) 剖面

"浮云 "吸声板

空间吸声体

v上海文化广场（1970）

黄浦体育馆用十字形空间吸声体

18

4c

m

6.

0c

m

88cm

70cm

玻璃棉

穿孔纤维板

上海黄浦体育馆（1975）

广东陆丰日星扬声器厂车间

大厅

平放板式空间吸声体

板片尺寸与衍射作用

如果吸声板的周长和面积比（P/A）较大时，衍射作用明显，吸声效果加强，故空间吸声板通常取 1m2左右，板片间距大于0.5m；但当板片面积较大，而间距又较小时，则以耦合空间考虑比较合适。

屋顶

B. 圆筒式空间吸声体

不同管径壁厚的棉管吸声比较按性能价格比的分析

保温吸声材料

1.5

内 200外 300 径径内 100外 200 径径内 100外 150 径径内 50外 100 径径

“浮云”空间吸声板

板与板之间缝隙的作用

5 40c m

吸声系数

1.0

0.5

屋面

540cm 390cm

500cm

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

频率 f (Hz)

"浮云 " 吸声板

450cm 628cm

不管同玻棉声能较同径种璃吸性比

(b) 剖面

"浮云 "吸声板

(a) 平面

上海儿童球幕电影厅1994年

台州温岭教堂竖挂玻璃棉管作空间吸声体

走道平放玻璃棉管作空间吸声体

圆筒式空间吸声体

安徽体育馆竖挂圆筒空间吸声体筒径45cm，中距106cm，高度90cm

透明微穿孔塑膜圆筒空间吸声体

某机场登机通道横幅式空间吸声体薄塑盒式空间吸声体

C. 立体式空间吸声体

深圳某小学教室楼中庭内立方空间吸声体

锥形空间吸声体

充气水上玩具空间吸声体

单片式空间吸声体

2. 特殊吸声材料和结构

特殊吸声材料有许多种，以无纤维化的吸声材料最引人注目。薄膜匣式结构我国独创的微穿孔板（孔径小于1mm）（通常在0.1~ 0.3mm）得到广泛应用和发展是无纤维化吸声材料

轰动德国的新建圆形玻璃国会大厅事件，由于声聚焦缺陷和扩声系统设计不善，在完工后开幕时刻，议长发言不到数分钟声音中断而不得不休会，全国实况转播亦告停止，造成轩然大波。改造时，因建筑师坚持透明圆形墙

是该大厅特色，十多家声学设计顾问公司投标失败。一位中国访问学者想到我国首创的微孔吸声板，用有机玻璃加工成透明吸声体，被采用后解决了厅内音质问题。当时用激光在5mm板上加工0.8mm 孔，每平方米3万个孔，5千马克，总价百万馀，相比建筑总造价2.7亿多马克来说，终于能使大厅正常使用了。

共振腔吸声结构应用实例

3 . 座椅和观众的吸声

厅堂中，座座椅和观众的吸声占室内总吸声量的70-80%左右，因此它们对室内音质有很大影响。但它们有许多可变因素要掌握，设计中对此应有所了解。

听众可作为一片吸声体来考虑。

座椅的吸声取决于它的包装材料，因此会有很大的不同。为了控制不同上座率时的音质条件，选择吸声强的软垫座椅。音乐厅中不因吸声太强而使音质太干涩，不宜选择吸声强的软垫座椅；但为了舒适，又要求软垫，这里就有声学设计问题。

4 . 可变吸声结构

适应不同使用功能的大厅，要求室内吸声条件可以调节。

最简单的方法是利用帘幕来调节。打摺的帘幕比平挂的

可提高吸声很多。通常取100-150 % 的打摺率。

其它机械式或电动式可变吸声结构，例如：

a) 翻板式 b)转动式 c)扯动孔板 d)升降式……等等

吸声、隔声的区别 ? 这是两个概念，不可混淆。 ? 声波入射到一个表面后，其不反射的声能部分（不论其去向），

均视为吸声。这是指声源同一空间而言。

隔声则指两个空间由于中间隔断所引起的声阻挡作用，

或称“透射损失”。

良好的吸声未必为良好的隔声，反之亦然。

例一

室内开窗，入射到窗面积上的声能几乎全部外逸。或称完全吸收 ( α→100% )，吸声效果最大。但是开窗后入射声能几乎全部无阻挡地外逸，隔声效果几乎等于0分贝。

例二一个混凝土墙的隔声效果很好。但是由于表面坚实光滑，入射声波将完全反射 ( α→1% )，吸声效果几乎没有。

例三室内表面吸声只降低反射声，对直达声不起作用。因此对靠近声源的地方，起不了作用。

噪声控制声源

了解声源性质·强度·频谱·出现时间·辐射方向·其他特性（包括所在空间声学特性）降低声源——根本性措施涉及产品、工艺、运转方式、活动方式的改变·选择声源·改变声源特性·增加有效距离·吸声降噪·噪声隔绝·空气通道中消声·其他技术（如有源消声）噪声的允许标准·户内·户外（不同场所、不同时间）

传声途径

·噪声在大气中传播特性·噪声在建筑物中传播特性·噪声与振动的传播·传播过程中再生噪声的出现

接收者

了解接收者要求·容许值的研究（参量）·有关生活、工作环境的保护·有关健康和劳动保护·有关环境保护

噪声的评价曲线------NC曲线

噪声的评价方法

户外噪声控制措施

1. 增加距离

2.时间上作限制

3.隔声屏障

A.利用建筑物

B. 设置单独屏障

4. 利用地形

5. 绿化降噪作用的局限性建筑平面布局和小区规划的考虑

6.法规条例及管理措施

室内噪声控制措施

■隔声——墙、楼板、门、窗等（已讨论过）

ΔLP = LP1- LP2

■

吸声处理降低噪声

Q 1 LP = LW + 10 log ( 4πr2 + R )

r ：距离

房间常数

R:

R≡

sα平均 1-α平均

在距离 r 相同之处，ΔLP～1/R有关，即反射声起作用，在距离很近处（r 较小）直达声起主要作用，R作用不明显。

通风系统噪声控制

▲选择低噪声设备▲选择合适消声器设计（考虑频率因素）▲选择合适消声器地位▲控制风速及送回风口设计▲机房隔声▲机组隔振消声器设计

片式消声器的消声量

ΔL = kα

P L S

(dB)

放大区

1 1 T----- 传递比 f/f0----频率比

减振区

式中：k——消声系数α——内贴材料的吸声系数 P——通道横截面周长（m） S——通道横截面面积（m2） L——消声通道长度（m）

设计要点 1. 材料吸声性能要高

3. 通道截面大时，有高频直通效应而失效

扁的通道比方形的效果好弯头消声效果好，尤其对高频，但阻力大必须注意与空气动力学相协调，减少阻力

防止玻璃纤维吹散

表面光滑，减少空气动力的阻力防火、防潮、防腐等卫生条件

2. 在相同空气流量下，P/S越大，ΔL消声量越大，因此，设法增加周长P

4. 增加消声片的长度，但受位置、造价的限制

5. 消声器只是空调系统降低噪声其中的一项措施，不要以为用了便“万事大吉”，有具体问题要考虑。好比对病人，要对症下药，不可随便吃药

房屋隔声

房屋隔声效果由多方面因素决定：构件本身的隔声性能

穿墙的各种管道 ( 尤其是通风管 ) 和墙上各种洞口缝隙的影响

接收室的声学条件(背景噪声、吸声情况、房间大小)和使用要求

房屋隔声中有两大类声音要考虑

1. 空气声：

声源直接向空气中辐射，然后射向建筑构件(墙和楼板均有此类问题)

2. 固体撞击声：

固体撞击房屋结构或震动体与结构直接接触而产生的声音，除向周围辐射空气声外，有较大部分能量沿结构传递。 (主要是楼板)

1A和1B为直接透过隔墙的其它均为侧相传声（旁路）

两者的起因、隔声原理和措施都不相同。

空气声隔绝 1. 隔声量R

1 R=10log (dB) τ

透射系数τ =

透射系数 Eτ透射系数 E0

(τ = 10 - R/10 )

构件(墙、楼板······)的隔声量R随频率 f 而异通常取每倍频率程(或1/3信频率程) 隔声量R得出隔声曲线平均隔声量是几个频率的隔声量R的平均值

2. 单层、均质、密实墙的空气声隔绝（一）质量定律

理想条件下的理论隔声量 R = 20 log f + 20 log m - 48 (dB)

频率f加倍，R增加6 dB 质量m加倍，R增加6 dB

■■■

隔声量随频率而上升隔声要好，便要选用重墙实际测量中，往往比理想质量定律

曲线低一些，在个别频率范围还会出现个“低谷”，即隔声量下降区。这是什么原因？

(二) 吻合效应 -- 解释隔声曲线中“低谷”的原因

■

墙体是有一定刚度的弹性材料，墙板受声波激发后，

沿板面有一弯曲波传播。如风吹向开窗时的纱帘。它既会飘起，还会有起皱褶的飘动，尤其风斜向吹来时。

■

出现吻合效应的隔声低谷频率fc范围由材料性质和厚度所决定。

λ B = λ sinσ

当

时，空气声波与固体弯曲波

两者相吻合，大量声能向邻室辐射，隔声量大大下降。

3. 双层、均质、密实墙的空气声隔绝

■

一个例子：在胶合板上加几条锯槽，板的刚度有所改变，

从而改变了低谷频率 fc 处隔声量R下降深度，使R反而有所提高。

[例1]

24cm砖墙 12cm砖墙 48cm砖墙

480 kg/m2 240 kg/m2 960 kg/m2

R = 52 dB R = 52 - 6 = 46 dB R = 52 + 6 = 58 dB

空气层

隔声量

R=52dB

46+46=92dB 问题是中间不可有连接

58dB

它们的隔声量R是否仍然由质量定律所控制？ [例2] 下列几种墙，哪一种合乎双层墙隔声效果？为什么？

[例3]

R因重量减轻而下降？

飞机舱壁由两层 1.25mm后铝合金组成，中间10cm空腔填放玻璃棉(7.5kg/m2)，隔声量R大大超过质量定律，关键是双层铝板之间的连接点经特殊构造，使声桥影响最小。

频率 f (Hz) 实测隔声量 R (dB) 按质量定律估计隔声量 R(dB) 125 15 17 250 21 21 500 31 26 1000 44 30 2000 60 34 4000 65 39

R在500Hz以上有明显增加

■■

可见双层墙中“声桥”对隔声量R有很大的影响。理想双层墙在多数频率下(主要是中高频)超过了质量定律的隔声值！

但是………

影响双层墙隔声量的因素

1. 双层墙之间的有否刚性连接，即声桥程度。

2. 双层墙之间空气层，其作用如弹簧。因而会引起共振，此时隔声量下降共振频率 l—空腔间距cm, m1 和 m2 为两墙之单位面积重量 kg/m2

3. 双层墙之间空气层加大，f0下移, 对隔声有利但要考虑空间利用和经济问题。 f > 2f0 时，双层墙 R 有明显提高 f0 = 600 l 1 1 m1 + m 2

4. 空腔内的驻波，会使隔声曲线在某些频率见图中F1, F2, F3 出现一些低谷。 ? 放入玻璃棉之类吸声材料。可消除驻波现象，使这些低谷不明显。 ? 同时对低频之共振频率 f0 处隔声低谷，也会有所改善。

5. 轻板龙骨隔墙的隔声量R

木龙骨轻钢龙骨

石膏板水泥纤维板(FC板) 其它薄板如果缝隙均已堵塞且重量、厚度相似，其隔声效果不会有太大区别！

提高轻板龙骨墙的措施

1. 利用弹性材料或构件，使双层墙之间的刚性连接声桥作用尽量减小。钢龙骨墙比木龙骨墙 R可提高3 - 5 dB

2. 各层板材质量或厚度不同，避免吻合

效应的重叠产生 3. 增加板的片数，两侧板片厚度或层数不对称。 4. 空气层间距 d 变化在实用中不可能有太大变化，所起作用因此也不明显。 5. 墙内填充多孔性吸声材料，R可提高2 – 6 dB 6. 交错龙骨可减少声桥影响。注意平顶和地面(楼板)的传声途径，这些也是侧向的声桥。在高隔声量墙设计时尤其要考虑

2 1

3

门窗隔声

门要开关，窗虽有固定式，但大多有开关要求，而且要透光。解决隔声要考虑下列首要问题： 1 . 缝的处理 ? 头等重要，而且要简单、有效、耐用。简单 ? 加工方便，价廉

4

有效 ? 切实保证不在乎隔声量可以达到多少，而是确实能达到多少耐用 ? 不变形、开启方便，始终是处于良好隔声条件，不受气候影响。 [实例很多] 2 . 门板材料可有多种选择，单层、复合均可窗玻璃的选择性很单一，只有厚度可选 ( 当然也有多层胶合玻璃，很贵，除非特殊用途 ) 双道门窗之间的吸声处理非常重要，可以减少双“壁”之间的反射和空腔共振。

5

6

3 .双道门窗之间的吸声处理非常重要，可以减少双“壁”之间的反射和空腔共振。门： ---- 声闸的作用好比一个消声器， ---- 两道普通隔声门的效果可以相加

---- 声闸内吸声可提高总隔声量 ---- 双门不同时开启，可解决使用时仍有相当隔声效果

窗： ? 用不同厚度的玻璃

窗间四周用吸声材料；窗框与玻璃相接触用阻尼材料(橡胶制品) ? 用斜形玻璃改变同厚度时双层玻璃的共振 ? 防止反光 ? 三层玻璃窗很少，此时必须为双层墙，否则效果受限制

组合墙的隔声量

几个不同隔声量的构件组合在一起，其总隔声量不是由高声量的构件所控制，

往往由隔声最差的构件和它所占面积比例所决定。

墙上有一开着的窗，其总的隔声量必然很差，问题是差到什么程度。它还与窗面积有关。

[例1]

全部砖墙

窗占1/8 窗占1/4

窗占1/2

墙 Rw=50dB 1 (τw=105 ) Sw=20M2 门 Rd=20dB 1 (τd=105 ) Sd=2M2

墙 Rw Sw

门 Rd Sd

全部窗

墙上孔缝对隔声性能的影响

墙：隔声量 R = 32 dB，面积10m2 孔： 0.2 m2，占墙面积 2% （设孔

的 R =0 dB）组合墙：RC = 13 dB (书上图与文字不符)

几点启示

计算图中 R 1 -R 2=30 S 2/S1 =2:20=1:10 两线交点 R 1-RC =19dB 所以RC = R1 -19dB =50-19=31dB 组合墙隔声量 RC =31dB 得：组合墙的平均投射系数τ c Sw 1 R w =10log( × ) S d τ d Sw =Rd+10log( ) (dB) S

d

1.

当孔占墙面积2% 时，即使用隔声性能非常好的墙体组合隔声量RC ≯ 13 dB

2.

把孔面积缩小至1/10, 即为0.02 m2, 占墙面积0.2 % 对32dB隔声量的墙影响不太大(RC=27dB)

因为τ c =

20×10 + 2×10 20 + 2 -4 =9.2×10 1 所以 Rc=10log =30.4dB τ c 即比单独墙体要降低 20dB!

-5

-2

3. 但是对于一个高隔声量 (R=50dB) 的墙，RC将不会大于30dB。要控制一切孔、缝何等重要！

即使孔小至0.02 m2， RC也提高不多。所以高隔声量的墙（门、窗），

墙上孔缝对隔声性能的影响

构件隔绝空气的标准

构件隔声量 R(dB) 随频率(Hz)而变，但希望用一单值来评定。最简单办法是取一定频率范围（通常为100-400Hz）的各个隔声量的算术平均 R (dB) 作单位。

另一种办法是考虑到人对不同频率的 R 有不同的要求，通常对低频允许 R 值小一些，对中高频要求高些。住宅中通常以一砖墙的隔声曲线作为标准。国际上(ISO)定出一种评定构件对空气声隔绝效果的方法-----即倍频率下的隔声量与上述标准隔声曲线（以一砖墙为基础）去比。

评定方法

1. 一砖墙的隔声曲线作为参考标准。

2. 某一构件的隔声性能曲线 A 的指针应该是讲标准曲线上、下平移至其最接近的标准曲线。

3. 所谓最接近，即其不利方向（低于标准曲线下）的各频率dB数总和≯32dB，也即其平均值≯2dB（按16个1/3倍频带计算）。

4. 标准曲线之上部有利部分不计。

5. 此时按标准曲线所在位置的500Hz隔声量 R 值作为该构件达到的指针。因此又称隔声指数 Ia 或称计权隔声量 Rw (即对构件的隔声量/频率特性做某种计权处理) 。

楼板撞击声隔绝

楼板除了对空气声隔绝外，还有隔绝撞击声问题。性质与空气声不同，措施也不同。

[例]一坚硬物体落到楼板上时产生的撞击声与楼板表面性质，落体的质量m 以及落到板上的速度 C 有关。地面硬，则产生辐射很高，但持续时间很短促的力脉冲。如地面铺了一层弹性面层，产生的力脉冲幅值小而持续时间长。它们所产生的声压---频率分布也不同。前者高频成分较多，后者指产生发闷的低

频声。

一、楼板撞击声的计量

■

用以一标准打击器模拟楼板上的撞击声 [5个金属缒，每个500克，落距4cm，每秒轮番打击楼板10次]

■

测量该楼板下房间内的撞击声级LN LN 与频率f(Hz)有关，也与楼下房间内吸声条件有关，为了修正至同样条件

■

LN = L-10 log

即与10

■

A0 A

dB

M2

吸声量标准条件 A0 作校正

当然楼板所受撞击力这一主要因素，不易预料。但为了统一方法，使楼板对撞击声隔绝效果可以互比，定作这一计量方法有必要。

■

二、改善楼板撞击声的措施

▲在一光秃钢筋混凝土楼板上，用标准打击器撞击时，

楼下的撞击声级 LN 为：

LN = 20 log

f1/4 +C dB E3/8×ρ板 5/8×t1.75

LN 随频率f1/4增加随 E（弹性模量），P（楼板密度），t（楼板厚度）而减小。其中增加厚度t最有效， t 加倍，LN下降9db——但不现实！

▲

弹性面层处理

可使物体撞击楼板的能量大部分被吸收，从而大大降低了楼板撞击声级右图一例中：低频（ 100 Hz）改善ΔL～18db 中频（ 500 Hz）改善ΔL～45db 高频（2000 Hz）改善ΔL～60db 可以想象加铺弹性面层后，楼板撞击声级至多听到一些低闷声级。关键是材料弹性，故地毯下常要加弹性衬垫，决不是柔软而已。

▲

浮筑楼板

在楼板结构之上，另作一隔振的面层结构

优点：面层可不受限制，弹性衬垫也可有多种选择最大优点是隔声效果最理想

注意：弹性层之弹性楼板浮筑层与墙的连接处做好特殊处理，否则效果大减。

▲

楼板下吊平顶处理

这种双层结构对空气声隔绝有利但吊顶须密实，不得有缝隙。一般纤维板就不行了。

刚性连接的吊顶，则形成声桥弹性吊顶，效果较好，钓钩是关键注意测向传声，它会限制对撞击声的隔绝作用

三、撞击声的隔声标准

■■

以标准评价曲线作为基准利用标准打击器在楼板上撞击后得出楼下室内各频带的撞击声压级LN，与上述标准曲线去比凡超出此限者为不利方向（正好与隔声曲线相反）当所有不利值≯32dB时，即以此标准曲线号为撞击声隔声指数Ii (I—Index, i—impact)。

Ii 60-65 <75 80-85 ≥85 住宅反应% 满意还可以 50% 80% 50% 50% 80-100% 不满意 RC 楼板上加筑木地板 RC 楼板下有吊平顶 9-10 cm 厚多孔RC 楼槽形板，刚丝网水泥板 50% 构造举例

■■

住宅楼板隔声标准的依据

室内音质设计声学基本要求

安静环境: 防止室与室之间的干扰，控制各种设备噪声，尤其空调系统。目前对此不够重视！

良好听闻条件: 涉及房间体形、室内各界面的处理(吸收、反射、散射等) 与室内设计的配合非常重要。一个成功的设计应该在功能、美观方面结合得很好

音质评价标准

（一）主观听音要求―即设计最终目标

1. 足够响度―首要的要求，注意与房间有关的因素，不要与声源强弱混淆起来。

4. 无回声、聚焦、声场不均匀和噪声干扰

对音乐厅的评价

主观评价有其特殊性在众多要求中，各项内容不是简单相加。综合评价

音质清晰度百分率 = 正确听到的音节数测定用音质数 %

2. 高的清晰度语言：

汉语的特点----单音节读音方式、速度、响度等有关----标准的音节清晰度与语言可懂度关系： 75～85% 可以≥85% 良好

音乐：节奏有快慢，不同风格的乐曲有不同要求，乐队各声部之间的层次、透明度等欣赏上的要求，因此比语言复杂，还有个人偏爱、音乐风格等因素。 3.足够的丰满度：主要对音乐，它的反面即“干涩”

（二）音质客观评价指标

是声学设计的需要，通过一些对应主观评价的物理参量来指导设计

■规定衰减60dB所需时间T60, (s) (秒) 称混响时间，19世纪末哈

佛大学赛宾Sabine提出，对大厅混响时间计算公式又称赛宾公式 T60 ～ V / A 与主观反映密切，建筑设计上可操作，因而很重要 ] （初始

1. 混响时间

■混响声是由室内多次反射声叠加的结果。它与房间大小、室内吸收条件有关。■当声源停止后，由于室内反射它在室内还会残留一段时间，称混响时间

[ 近年研究认为开始衰减10dB最重要，称早期衰减时间 EDT 衰减10dB所

需时间×6）

2. 早期反射声对响度的影响

对亲切感的影响由直达声与前次（50 ms ~ 80 ms以内称早期）反射声的总和所决定；与前次反射声到达时间和数量有关。( 1/20 s = 50 ms )

3.早期声与混响（后期）声之比（简称声能比）

声能比对清晰度的影响

声能比对丰满度的影响

图2.30 美国麻省理工学院大礼堂

4 . 相对强感 G (dB)

响度的客观指标，又称房间放大因子室内某点的声强（直达声和所有反射声）与距该声源10 m处直达声强（相当于自由场条件）相比的情况。

在扩散声场中，假定离开声源一定距离（由房间吸收条件决定）后，各处声强由反射声级（即混响场声强）所决定。

实际上，语言、音乐大多是短促的脉冲声，在建立混响声级之前，已经消失

5. 回声

◆一切反射声均可称回声，但在此则强调能区别为双重声的称为“回声”◆回声形成条件：长时间延迟的强反射声，突出在混响声之上。

请思考一个问题：图1.21用来估计大厅内的声场分布，在逻辑上有什么矛盾？

■最佳混响时间的选择过长和过短的混响时间都不理想。根据经验它有一个最佳范围。

容忍程度可有相当范围

有关指标的最佳范围已有实验结果和主观评价相对照而得出；这项工作是建立在“脉冲响应”测量技术上的；如今计算机辅助设计可使几何声学作图较为方便，尤其对三维空间的作图，和多次反射声的作图，最近十年有突飞猛进。

与使用条件有关。对语言要求短，对音乐偏长些为好。与房间容积有关。同样的用途，大容积可以容许T60长些。

音质的综合评价：多维因素，有的可互补，有的不可。

l 多功能厅堂的混响时间选择

不同频率有不同要求

取音乐和语言所要求的T60的折衷

通常以500Hz和1000Hz的T60为准

建筑处理上的可变混响设计

低频允许+20%～50%，（由于习惯，人耳特性及建筑条件），高频

由于空气吸收，大房间中的T60往往只能比中频T60为短

- 可变体积（通常平顶为升降式） - 可变吸声体：幕帘式：卷挂式、横移式、翻转式……多种形状以短混响的大厅为主，利用电声技术来弥补现有多种技术可用以长混响为主的大厅，也可利用电声技术（主要是加强扬声器的指向性，或分散式扬声布置）来解决语言清晰度，但往往有较大限制混响时间设计步骤

选择最佳值作为设计指标（T60）（包括不同频率下T60）

房间容积的确定

1. 保证足够响度

根据体积V来计算房间需要的吸声总量ΣA

☆体积限制：根据不同用途而定

不用扩声设备条件下：讲演话剧乐器、独奏、伴唱交响乐队 1,300 m3（≯2000m3） 6,000 m3 10,000 m3 20,000 m3

按室内基本条件所提供的

A1 值，估计需要补充 A2 以满足A1 + A2 = ΣA V 合适，则 A 值尽可能小，吸声

为了充分利用声能，节约造价，使

材料尽量少用

☆座席面积至声源的平均距离☆房间的混响时间——对稳态声较为重要☆早期反射声的作用——对以音乐、语言较为重要

如果增添吸声为必须时，首先布置在不受遮挡和容易引起声缺陷的

部位（如后墙等处），至于一些对早期反射声重复的表面，应保持反射效果，避免布置吸声材料。

2. 保证合适的混响时间

☆当总吸声量已知时，选择一定容积 V 即可保证达到最佳混响时间

☆ V 过大，投资高，如因此而 T60 太长，便需加用大量吸声材料，又增加费用，因而不经济☆有时房间体积由于其它原因所决定，（如纪念性建筑）只能添加 A 来解决☆不同使用要求有不同合适 T60 指标，因此要选择确当☆控制 V/N 和 V/Sa N 为人数 Sa 为有效听众席面积

2、每座容积对已判定为音质良好的厅堂大量统计分析所得到的结果。音乐厅8—10m2/ 每座，歌剧院6—8 m2/每座，多用途剧场、礼堂5—6m2/每座，讲演厅、大教室4m2/每座（推荐值）。

3、确定V方法功能——选每座容积容量——观众数量

考虑其它要求

体积

房间的体形设计

（一）充分利用直达声·缩短至听众席平均距离

(可使用几何声学作图方法)

·提升每排座位之升高高度·避免直达声受遮挡

（二）争取较多的有效早期（前次）反射声·反射面形体位置、尺度、材料、反射效果·从三维空间来考虑

问题：找出图中厅堂设计的不当之处

第三节、体型设计

一体型设计原则 1、充分利用直达声——保证直达声可达到每个听众 1）影响因素： a 长距离的自然衰减

1、厅堂太高，与长度比例不合适；

2、后墙没作声学处理；

3、在声源附近缺少反射面；

4、在声源附近为相互平行墙面

5、观众席地面是平的；

6、后墙是弧形；

7、观众厅纵轴为走道；

8、挑台太深

- 6dB/倍距离遮挡和掠射吸收（30m有10~20dB的衰减） c 偏离辐射主轴角度增大时，高频声明显减弱 b

2）措施： a 控制大厅尺寸比例避免过长。使观众席位尽可能靠近声源，一般剧场长度 <30m，最大<36m，音乐厅<45m 设楼座；短而宽布置；夹角<1200，

极限<1400。 b 避免被遮挡和掠射吸收；地面应有一定的坡度。因为人耳与眼基本同高度，故按视线要求进行设计即可大致满足不被遮挡和掠射吸收。错位排列

2 争取和控制好早期反射声

A 早期反射声的形成 1）形成部位天花：侧墙: 靠近声源的一部分声源高度以下，观众头部以上

S’ A1 R1 D

20ms——6.8m

检验回声： R2 R1+R2-D<17m S’A1=SA1

2）分析方式将时差转换声程差进行判断 50ms——17m 30ms——10.2m

S ?已知平剖面图，做声线图。根据声线图分析是否存在回声，是否分布均匀，是否存在声聚焦和声影。

3）一般原则按厅堂首排座位与声源的距离——10m 天花高度<13m 厅堂宽度<26m （按17m声程差计算）超过此尺度，应加以特殊处理

声源位置：大幕线后2~3m，高1.5M

B 天花形状——剖面设计 1）前部天花（台口附近）天花可向厅内绝大多数地方提供一次反射，故其高度与倾角十分重要原则：一次反射均匀的分布在大部分观众席。 a 尽可能控制面光孔的面积。光轴与地面（舞台）夹角40~500，<550。单排灯净空约0.7m 双排灯<1.2m。 b 利用好前部每块面积扬声器下部台口与面光孔间面积面光孔下底板 c 过高天花可在舞台前悬吊反射板。 2）后部天花原则：向观众席及侧墙扩散声能。形式：如折板式、锯齿式、扩散体式

C 侧墙处理——平面形式 1）基本平面分类矩形、扇形、马蹄形演变：钟形、六角形 2）平面形状的选择。原则：前区反射声的多少，声场分布均匀，特殊形状应作处理。 a 一般以钟形、矩形平面较多 b 扇形平面，墙面与中轴夹角<8~100。 c 弧形墙面须做扩散或吸声处理。一个简单几何形平面，若不做特殊处理，视线最好的中前区将会缺乏一次侧向反射声。

改变体形和界面形式举例

A、椭圆形平面的观演厅措施1、用平面折板把曲面分隔成稍有错落的折面，并使这些折板面把声源的声音均匀地反射至观众席。如新西兰的克雷斯特彻奇音乐厅、惠灵顿大厅、香港文化中心音乐厅日本的雾岛音乐厅措施2、凹弧墙分隔成多个凸弧形扩散体，并利用其空间配置楼梯，达到声扩散。

B、圆形平面的观演厅圆形周墙分隔成多个凸弧形表面和顶部悬吊扩散体，如：加拿大多伦多汤姆森音乐厅、上海东方艺术中心小音乐厅

C、扇形平面的观演厅优点在于观众有良好的视角和声音的指向性，缺点是侧墙不能给观众提供侧向反射声，且大多数座席远离舞台。处理1、例子：东京国立剧院的观演厅处理2、大倾角的侧墙和凹弧形后墙均做成凸弧形墙面，吊顶也做同样处理。如日本新泻扎幌音乐厅

D、大跨度钟形或卵形观演厅一般为使后座有足够的响度，池座后排离舞台不大于25m，楼座30m。因此，扩大容量就要增大宽度，从而使池座前、中区缺乏来自侧墙的早期反射声。装修设计的任务是要在声学上起到压缩其宽度的目的。措施1、将观众厅侧座局部升起，通过座席的矮墙来增加池座反射声。如西班牙贝尼多姆剧院、东莞大剧院措施2、当跨度不太大时，可在侧墙上配置有利于声扩散的展斜面，同时起到消除平行墙面颤动回声的作用。如辽宁大