第一讲：声环境设计基础知识 第二讲：室内声学原理 第三讲：吸声材料与吸声结构 第四讲：建筑隔声 第五讲：噪声及其评价 第六讲：室内音质设计
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第一讲 ： 声环境设计基础知识
本讲主要内容：
1.1 声音的基本性质 1.2 声音强弱的计量 1.3 声音的频谱与声源的指向性 1.4 人耳的主观听觉特性
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北大纪念堂、人大会堂（小礼堂） 清华大礼堂（已部分改建）
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1.2.2 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 民住宅卧室等等。
• 对于录音室、演播室等声学建筑对隔声隔振要求非常高，需要 专门的声学设计。
• 对于旅馆、公用建筑、民用住宅人们对安静的要求也越来越重 视。当前，为了节约空间和建筑造价，越来越多地使用薄而轻 的隔墙材料，施工时常带有缝隙，造成隔声问题越来越多。
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室内声学设计的相关理论
(a) 马歇尔的侧向声原理：
1967年，新西兰声学家马歇尔（Haroid Marshall）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50~80ms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收到强大的早 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（A. H. Marshall）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（spatial impression）” 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。
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现代的建筑声学
• 1930年以后出现了电影，从那时开始，高质量的录音和重现 在科学、教育、文化、社会活动、娱乐中开始起到极大的作 用。无线广播的飞速发展，给声学提出了一系列新问题，同 时也为人们提供了更多更高级的音乐欣赏技术。
• 声学材料的大量生产和实验室实验，给建筑师控制建筑内的 声学问题提供了必要的工具。世界各国修建了相当大规模的 厅堂。
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1.2.5 其他
• 电声。 • 模型声学测定。 • 声学测量：
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。 • 计算机模拟。
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1.3 建筑声学发展简史
古罗马的露天剧场 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。
事实上，现代音乐厅的音质之所以不如古典先例，关键在于古典音乐正是在古 典形式的厅堂中产生和发展起来的，现代厅堂在尺度、体型和材料等方面已有了 很大变化，而在其间演奏的音乐（绝大多数）依旧是原来的音乐。
声学上的探索正在逐步揭开厅堂音质之迷。然而看看历史上许多失败的例 子，音乐家们对新音乐厅的不满和不安不会消除。建筑师们一方面积极研究有效 利用新的声学理论及技术成果，一方面又不得不在某种程度上碰运气，不断祝愿 自己能博得缪斯女神们的微笑。
19世纪前作曲家所做的音乐作品是与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。
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建筑声学设计的复杂性
1962年9月23日开幕的纽约林肯中心爱乐音乐厅, 为了对此厅进行有效的声学设 计，白瑞纳克博士对世界上已有的54座著名音乐建筑进行了系统调研，并著有 《音乐、声学和建筑》一书，却在音质方面遭到前所未有的失败。多次改装, 后 于1976年10月19日再次落成，成为音乐厅建筑史上最悲惨的实例。据最近消息， 其演奏空间仍在进行小范围改造。
• 实例： 1）天花板吸声性能、剧场座椅吸声性能。 2）轻质隔墙产品隔声性能、如何提高隔声能力？ 3）某演播大厅雨噪声问题。
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1.2.4 噪声的防止与治理
• 噪声的标准、规划阶段如何避免噪声、出现噪声如何解 决、交通噪声。
• 实例： 1）北京万科城市花园飞机噪声和交通噪声干扰问题。 2）普通住宅受交通噪声影响，居民选房问题。 3）某面粉厂噪声扰民问题。 4）交通隔声屏障问题。
• 隔声隔噪、吸声降噪、噪声源控制等噪声处理问题在现代社 会中越来越引起人们的重视。噪声于建筑密不可分，噪声污 染的防治与治理已经成为建筑声学重要的组成部分。噪声规 划、噪声控制等理论也逐渐演化开来。
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1.4 教学安排
本篇共分为六讲，以教材为基本内容那，适当删减或 补充，讲课次序不一定全按教材。请同学适当做好 笔记。
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音乐厅声学设计理论的出现
从十九世纪开始，在维也纳、莱比锡、格拉斯哥和巴塞尔等城市， 都建造了一些供演出的音乐厅，这些十九世纪建造的音乐厅已反映出 声学上的丰硕成果，直到今天仍然有参考价值。
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。
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。
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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”音乐厅的 就是在这一时期逐渐发展起来的。
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。
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17世纪的马蹄形歌剧院
从十五世纪修建的一些剧院发展到十七世纪，出现了马蹄形 歌剧院。这种歌剧院有较大的舞台和舞台建筑，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，是混响时间比较短，这种声学环境适合于轻松愉快的 意大利歌剧演出。
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室内声学设计的相关理论
(b) IACC两耳互相关函数
日本声学家安藤四一（Y. Ando）教授在70年代做了一系列模拟双耳接收 的“内耳互相关”实验研究，实验表明音质与反射声的水平方向分布 有关。布朗（M. Barron）在近20年来对不同方向、不同强度、不同 延时的反射声的听感进行了长期研究，得到实验结论为：过高声级和 过短延时的反射声会产生声像漂移（这与哈斯（Haas）效应相一致） 或染色效应；过长的延时有回声干扰的感觉；只有大约5～80ms延时 的反射声，并且有足够的侧向反射声能量才会有“空间印象”的效果。 80年代，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。80年代中期美国加 州桔县新建的一座音乐厅（Segerstrom Hall），可谓这方面杰出的 代表之作。IACC作为评价空间感的指标，它开辟了音质研究的一个 新途径，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。
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中世纪教堂建筑 中世纪建造的唯一厅堂就是教堂。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，混响时间很长，可懂度很差。???
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十五世பைடு நூலகம்的剧场
十五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，由帕拉帝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。
• 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。人们可以听到谈话、
鸟鸣、音乐、泉水叮咚、歌声等；但也能听到吵闹、机器轰鸣、 车辆的轰鸣等噪声。 • 从人的感受上声音分两类： U类：舒服的，如音乐、歌唱、生活中的交谈等。 C类：不舒服的，如噪声、爆炸声、刺耳的啸叫声等。 有时，C类也会转换成U类，如邻居的歌声、别人之间的甜言蜜 语、以及应该听见听清而听不见、听不清的交谈等。 • 声环境设计围绕着人的感受，在建筑设计中做到： 1、如何保证C类的声音听清听好——音质设计。 2、降低U类声音（噪声）对正常工作生活的干扰——噪声控制。
赛宾在28岁时被指派改善哈佛福格艺术博物馆（Fogg Art Museum） 内半圆形报告厅的不佳音响效果，通过大量艰苦的测量和与附近音质 较好的塞德斯剧场（Sander Theater）的比较分析，他发现，当声源停 止发声后，声能的衰减率有重要的意义。他曾对厅内一声源（管风琴） 停止发声后，声音衰减到刚刚听不到水平时的时间进行了测定，并定 义此过程为“混响时间”，这一时间是房间容积和室内吸声量的函数。 1898年，赛宾受邀出任新波士顿交响音乐厅声学顾问，为此，他分析 了大量实测资料，终于得出了混响曲线的数学表达式，即著名的混响 时间公式。这一公式被首次应用于波士顿交响音乐厅的设计，获得了 巨大成功。至今，混响时间仍然是厅堂设计中最主要的声学指标之一。