音乐厅音质设计教学目的了解音乐厅的建筑声学指标电声系统指标

音乐厅音质设计教学目的：了解音乐厅的建筑声学指标、电声系统指标，音乐厅的建筑声学设计，吸声、反射、扩散构件，音乐厅混响调节构造，音乐厅扩声系统设计。

教学内容：音乐厅的建筑声学指标、电声系统指标，建筑声学设计，吸声、反射、扩散构件，音乐厅混响调节构造，音乐厅扩声系统设计，音乐厅建筑实例教学重难点：音乐厅的建筑声学指标、音乐厅扩声系统设计教学时数：4课时教学步骤：一、新课导入音乐厅是音质要求最高的观演建筑，演出时大多数靠自然声，电声至多起辅助作用，但为了现场实况转播或录音的需要，也需要提供电声设备并设声控室。

由于音质要求高，建筑成本高，后期修改难度大，前期必须进行严格的音质设计和检测。

二、新课讲授（一）音乐厅的建筑声学指标混响时间RT：关闭声源后从声音下降5dB起至 35dB止,声音衰变的时间长度乘以 2;早期衰变时间EDT：关闭声源后,声音衰变 10dB的时间长度乘以 6。

温暖感BR：使用125和 250Hz混响时间的平均值与 500和1000Hz混响时间的平均值之比BR来描述混响时间中低频混响时间的情况，即音色温暖感的情况。

强度因子G：舞台上1- 3个不同的位置放置一个无指向性的声源,然后测量在厅堂中8- 20个点的声能。

测量的平均声能与同一声源在消声室中相距10米测得的声能之比即为G( dB)。

强度参数G一般分6个频带测定：如果是500、1000Hz两个频带的平均值，称为中频强度参数Gmid。

如果是 125、250Hz两个频带的平均值，称为低频强度参数 Glow。

明晰度C80：直达声到达后最初80毫秒内听到的声音能量与80毫秒以后听到的声音能量之比。

亲切感t1：音乐厅内正厅池座中心位置直达声到达时间与第一个反射声到达时间之差。

它使听众能感受到演奏音乐的空间的大小。

如果初始时延间隙较短，就会使听众有身处小房间的主观感觉，有所谓的亲切感。

亲切感表示听众与演出者之间认同的程度，感觉受声音包围；反之则感觉与音乐分离。

侧向声能百分比LF：直达声以后50-80毫秒内从侧墙反射到听众的横向声能与总能量之比。

双耳听觉互相关系数IACC：IACC是某一瞬间到达两耳声音差异性的量度。

如果两耳上的声音完全不同，那么( 1- IACC)的值将是1，这意味着两耳上的声音互不相关。

另一个极端是，从正前方到达的声波能保证两耳上的声音完全相同, (1- IACC)为0，这表示没有空间感。

测量时IACC的测量分为两部分:第一部分是仅考虑直达声以后80毫秒内到达听众位置时所得的值，称为早期双耳听觉互相关系数 IACCE。

第二部分是考虑 80毫秒以后到 1秒或 2秒时间内声音的值,称为后期双耳听觉互相关系数IACCL。

（二）音乐厅建筑的电声系统指标最大声压级当扩声系统处于最高可用增益时，在观众席上测得的最高稳态声压级称为最大声压级传输频率特性：传输频率特性当声源在厅堂中发声时，实际上整个厅堂都会随着发生振动。

但是由于厅堂四壁、天花板、地板以及室内陈设对不同频率分量的反射和吸收各不相同，所以对不同的频率会有不同的响应。

其中有一些分量特别容易激发振动，从而会在这些频率上发生共振；而在另一些频率上吸收可能特别严重。

通常，厅堂的共振和吸收频率不止一个，如果共振或吸收频率分布不均匀，就会使某些声频分量明显加强，某些声战友分量明显减弱，产生频率失真。

就是说，传输频率特性平直即意味着声音不会被染色。

传声增益传输增益：指放大器输出功率和输入功率的比值，单位常用“dB”（分贝）来表示。

功率放大器的输出增益随输入信号频率的变化而提升或衰减。

这项指标是考核功率放大器品质优劣的最为重要的一项依据。

该分贝值越小，说明功率放大器的频率响应曲线越平坦，失真越小，信号的还原度和再现能力越强。

声场不均匀度声场不均匀度当扩声系统处于最高可用增益时，在不同的观众席上测量到的稳态声压级的最大差值称为声场不均匀度。

早后期声能比扩声的扬声器系统在其覆盖区内的前期（80ms以内）及后期声能比，在相当程度上反映扬声器的早期声覆盖的优劣，与扬声器系统的指向性特性关系很大，它不同于一般厅堂中使用的C80—主要反映全向声源的早后期声能比。

（三）音乐厅建筑的建筑声学设计1、音乐厅体积和容量的确定2、音乐厅平面设计3、音乐厅剖面设计4、演奏台的设计（四）音乐厅吸声、反射、扩散构件1、空间吸声体（1）使用空间吸声体的原因近年来，越来越多的大型厅堂，外墙采用玻璃幕墙，体现室内、外空间沟通的新理念，同时，在巨大的空间内采用隔而不断的方法分隔空间。

由此造成容积大，且各用房相互连通的现象。

在声学上产生如下不利因素：吸声处理仅限于屋顶下的部位，因而要求吸声体有更大的吸声量，适应大空间的需要；在同一屋架内的不同用房相互连通，产生了多种形式的耦合空间，难以控制。

当今大型体育馆中的声学设计都面临上述问题的挑战，要求有限的声学处理面积能获得更大的吸声量。

尽可能缩短大空间比赛厅的混响时间。

有效的方法是增大空间吸声体的吸声量（增大吸声体的数量和单位面积的吸声量）。

综上所述，空间吸声体的形式虽多，但声学功能却是相同的。

即以最小的声学处理面积获得尽可能大的吸声效果。

把吸声材料和结构悬吊（或悬挑）在空间被称为空间吸声体。

由于材料的各界面全部暴露在空间，即声场中，比单面暴露接触声波的机率大，因此吸声性能有很大的提高。

这样，在获得相同吸声量的情况下，就可减少吸声处理面积。

此外，形形色色的空间吸声体，还可丰富空间的艺术效果。

因此，近来年得到广泛的应用。

（2）空间吸声体的形式：随厅、室的功能、声学要求、结构形式、装修标准、荷载和投资限额、用材的防火、防潮和环保等要求的不同而多种多样。

因此，定型产品仅局限于工业厂房的噪声控制。

而在民用建筑中，几乎全部是单体设计，加工制作。

在民用建筑中，特别是大型的厅堂建筑，用于音质处理的空间吸声体，在满足声学要求的条件下，同时要考虑装修效果，也即功能与艺术的结合。

因此，声学工程师在设计空间吸声体时，必须与建筑师和业主密切配合，有时还可请装修艺术家参与，做到完美的结合。

空间吸声体的吸声性能：不仅与它的形体、构造、用材等密切相关，同时还与吸声体悬吊的间隔和高度有关。

因此，它的吸声性能均通过在混响室内测定求得。

图２－３４为6种吸声体在容积接近、吸声材料相同（超细玻璃棉，ρ=32kg/m3），而形状不同的条件下，在混响室内测得的吸声系数。

不同的形体其吸声性能有较大的差别。

吸声体悬吊的间隔和悬吊高度对相同的吸声体也有相当大的差别。

特别在中、高频率范围内差距更大。

空间吸声体由于所有界面均暴露在声场（空间）中，增加了声波投射的机率，从而提高了吸声的功效。

但吸声体通常在低频段吸声性能较差，原因是在多孔性材料后面缺少空腔。

为了提高吸声体对低频的声吸收，目前常采取如下几种措施：A 增加吸声材料的厚度和密度。

例如采用半圆柱、球切面和球状吸声体，可提升对低频的声吸收。

B把成品吸声板材（通常厚度在１５～２５ｍｍ左右）做成中空的双层板状吸声体，或再把双层板做成各种形状的吸声体。

C 用增加多孔性材料的厚度、在板材中设空腔可提升对低频的声吸收，但与中、高频的吸声量相比仍有很大差距。

因此，当需要更大幅度地提高低频的声吸收，可与共振吸声结构相结合，也即在多孔性材料的吸声体内配置共振吸声结构。

关于提高空间吸声体对低频的声吸收的其他措施，还可采用双层微穿孔结构、金属粉末烧结板与多孔性材料结合方法，但需考虑造价和荷载的限值。

2、反射与扩散构造（1）重要的早期反射声：在直达声以后到达的对房间的音质起到有利作用的所有反射声，称为早期反射声。

时间范围一般取直达声以后50ms，也有人认为可取到95ms。

早期反射声能与混响声能之比称为明晰度。

明晰度高，语言清晰度也高，如明晰度达到50%，音节清晰度就可达90%以上。

对听音乐来说，情况复杂得多，不仅要考虑早期反射声所占的比重，还要考虑从侧向来的早期反射声，能使声源的空间距离展宽，增加立体感，但侧向早期反射声过强，又会形成虚声源，造成移位错觉的不良后果。

（2）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。

（3）定向反射结构定向反射结构是一种很好的提供早期反射声的办法，设置在侧墙上的反射板可以提供早期侧向反射声，悬挂在吊顶下的反射板可以提供前向早期反射声。

一般来说，在剧院中，由于天花板上有布景、灯光等设施，不方便悬吊反射板，但是可以在侧墙上设置侧向反射板；而在音乐厅建筑中，在吊顶下悬挂反射板的就很普遍了。

这里介绍一类比较特殊的音乐厅———侧向声音乐厅。

这种音乐厅是在１９７０年随着侧向声理论的发展而出现，最为典型的是新西兰的克雷斯特彻奇音乐厅。

大厅的两侧采用大片倾斜的反射板，反射板分散配置，以确保大厅上部空间与座席区仍在同一混响空间内。

该厅是侧向声理论转化为具体建筑形式的有趣实例，建成后得到音乐、声学和建筑界的好评。

在长期使用中，也发现某些缺点，即有些座席侧向反射声过强，使听众产生声像移位的感觉，这是侧向声音乐厅设计中应注意的问题。

（4）浮云反射板吊顶下悬挂的反射板又被形象地称为“浮云”反射板。

浮云反射板一方面为观众席及舞台上的乐师们提供早期声，另一方面又允许部分声音透过它们，在整个大空间内形成较长的混响。

“浮云”反射板一般设计成凸弧面，一方面使得反射声的覆盖面更大，另一方面兼有扩散体的作用，增加声场的扩散度（关于扩散体的问题将在下一节讨论）。

图２－３８为丹佛伏埃彻音乐厅的内景，演奏台上方的浮云反射板为观众席提供了早期反射声，改善了乐师间的相互听闻，凸弧面也起到扩散的作用。

浮云反射板设计中需要注意的问题是：反射板的大小、角度和距离最好不要过于规则，应适当有所变化；反射板占据天花的面积不要过大，排列不要过密，以避免形成频率选择效应。

著名声学家Beranek在1962年设计的林肯中心爱乐大厅(现为Avery Fisher大厅)的浮云反射板就因为上述这些原因而遭到了失败。

我国近期建造的一些音乐厅和多功能剧院也广泛的采用了定向反射结构，图２－３９是上海东方艺术中心音乐厅，在演奏台上方有５个长椭圆形的透明反射板，在大厅围墙附近还悬吊了一些小的椭圆形透明反射板，为固定的区域提供反射声。

在一些多功能剧院内，为了使自然声音乐演出有一个良好的声反射，除了在舞台上设置活动音乐罩外，还在进行自然声音乐演出时在台口外临时悬吊一些定向反射板，如北京保利剧院、东莞玉兰大剧院等，3、扩散结构（1）几何形体的扩散结构几何形的扩散体通常有圆柱体、球切面、三角锥、三角柱、矩形柱等形式。