廳堂建聲相關的聲學知識

物體的振動產生“聲”，振動的傳播形成“音”。人們通過聽覺器官感受聲音，聲音是物理現象，不同的人對聲音有不同的感受，相同聲音的感受也會因人而異。美妙的音樂令人陶醉，清晰激昂的演講令人鼓舞，但有時侯，鄰居傳來的音樂聲使人難以入睡，他人之間的甜言蜜語也許令人煩惱。建筑聲學不同于其他物理聲學，主要研究目的在于如何使人們在建筑中獲得良好的聲音環境，涉及的問題不局限于聲音本身，還包括心理感受、建筑學、結構學、材料學甚至群體行為學等多方面問題。

音質：

室內傳聲的質量。室內音質的主要決定因素是混響、反射聲序列時空結構和噪聲級。音質評價對于語言主要是靠語言可懂度，對于音樂則由音樂的欣賞價值來決定。

音質設計：

在建筑設計過程中，從音質上保證建筑物符合要求所采取的措施。

混響時間T：

在擴散聲場中，當聲源停止后從初始的聲壓級降低 60 dB （相當于平均聲能密度降為 ）所需的時間，用符號 T60 來表示。

吸聲材料：

所有建筑材料都有一定的吸聲特性，工程上把吸聲系數較大（一般大于0.2）的材料或結構稱之為吸聲材料或吸聲結構。

吸音板，吸聲板

吸聲板，又叫吸音板，是最常用的吸聲材料之一。吸音板（吸聲板）產品又分為 木質吸聲板（木質吸音板），布藝吸聲板（木質吸音板）等等。此外還有 吸聲無妨布，吸聲棉等等一系列吸聲材料。

吸聲系數α：

在給定頻率和條件下，被分界面（表面）或媒質吸收和聲功率，加上經過分界面（墻或間壁等）透射的聲功率所得的總和，與入射聲功率之比。一般其測量條件和頻率應加以說明。

平均吸聲系數：

房間各界面的吸聲系數的加權平均值，權重為各界面的面積。一種吸聲材料對不同頻率的吸聲系數的算術平均值。所考慮的頻率應予以說明。

吸聲量A：

與某物體或表面吸聲相同而吸聲系數等于1的面積。一個表面的吸聲量等于它的面積乘以其吸聲系數。一個物體放在室內某處，吸聲量等于放入該物體后室內總吸聲量的增量，以m²計。

噪聲級L：

噪聲的級。其種類必須加定語或上下文說明。在空氣中即聲級。計權應指明，否則指A聲級。

噪聲評價曲線NR：

對噪聲的允許值按不同倍頻帶壓級進行評價的一簇曲線，每一曲線同其在1000Hz的倍頻帶聲壓級數作為評價值，又稱NR值。

混響時間T60的計算公式為：

公式中：

• V —— 室內容積；
• S —— 室內總表面積；
• α —— 室內平均吸聲系數；
• m —— 空氣衰減系數（M-1）；
• Si —— 室內各部分的表面積；
• αi —— 與表面Si對應的吸聲系數；
• Nj —— 人或物體的數量；
• αj —— 與Nj 對應的吸聲系數。

常見廳堂建筑聲學設計國家規范摘要

《體育館建筑設計規范》（JGJ31-2003；J265-2003）：

《劇場電影院和多用途廳堂建筑聲學設計及測量規程》（GB/T50356-2005）

注: 所規定的混響時間指標允許±0.15s的變動范圍。

當聲波在室內碰到壁而 （ 包括天花板與地板 ） 時，如果壁面并非剛性，它對聲波具有一定的吸聲能力，那么一部分入射波就要被壁面吸收，被壁面所吸收的能量與入射能量的比值稱為壁面的吸聲系數 。因為在擴散聲場前提下聲能向各方向的傳遞幾率相同，所以對每一吸聲表面入射聲在所有方向都具有相同的幾率，因此這一吸聲系數 應是對所有入射角的平均結果。

設對應于某吸聲表面 Si ，的吸聲系數為 ，如果對室內所有的吸聲表面的吸聲系數進行平均，則可得室內平均吸聲系數為

這里 為吸聲總面積。

平均吸聲系數

實際上表示房間壁面單位面積的平均吸聲能力，也稱單位面積的平均吸聲量。如果房間有開著的窗，并且窗的幾何尺寸甚大于聲波波長，入射到窗上的聲波將全部透射出去，那么開窗面積相當于吸聲系數 的吸聲面積 Si 。這樣某一壁面的吸聲量 就可用相當的開窗面積來表示，吸聲量的單位用 m²表示。例如在 的壁面上鋪上吸聲系數為 的吸聲材料，那么其吸聲量 。房間中一般采用的壁面，不論是普通的抹泥灰的磚墻，還是水泥地板、木質天花板，或者在壁面上鋪上特制的吸聲材料等等，它們的吸聲系數都是頻率的函數。

音質設計的一般要求

l.合適的響度

對于以語聲為主的廳堂，響度一般應不低于60～65phon；對于有比較大的動態范圍的廳堂，如音樂廳，響度一般應不低于40～80phon。為了保證正常的聽音，干擾噪聲的聲壓級應低于所要聽的聲音10dB以上。為了達到合適的響度，應考慮以下幾點：

• （1）聲源的能量；
• （2）觀眾廳的容積與擴散；
• （3）房間的體型；
• （4）廳堂自然混響時間；
• （5）背景噪聲。

2．聲能分布均勻

整個廳堂內各點聲能分布均勻，即聲場分布均勻，可保證各區域內聽眾聽到的響度基本一致。聲場均勻的廳堂中，最大聲壓級與最小聲壓級之差不超過6dB，最大聲壓級（或最小聲壓級）與平均聲壓級之差不超過3dB。在音質設計時，采取下列措施可使聲音得到充分擴散，聲能分布也就比較均勻。

• （1）體型設計的擴散處理。
• （2）裝置各種類型的擴散體。
• （3）均勻布置吸聲材料。

3．選擇合適的混響時間

廳堂音質好壞，與混響時間關系很大。混響時間選擇合適，能提高語言清晰度和音色豐滿度。語言清晰度，即對語言聽清的程度，直接影響聽音效果。廳堂內較短的混響時間，合適的響度對改善語言清晰度有利。足夠的豐滿度指廳堂內聲音活躍、堅實飽滿、音色渾厚，特別是低頻段的豐滿度，可增加聲音的力度感和親切感，極大地烘托演出效果。延長廳堂混響時間，有利于提高廳堂的豐滿度。

4．充分利用近次反射聲

近次反射聲有助于加強直達聲，特別是大廳內來自側墻的反射聲，對聲音的空間感和聲音洪亮感起重要作用。在大型廳堂中，可依近次反射聲使聲場均勻。

5．避免出現音質缺陷

廳堂的音質缺陷主要指回聲、顫動回聲、聲聚焦、聲染色及聲陰影等聲學現象。廳堂要設計合理的混響時間，避免出現音質缺陷。下面進一步說明這五種明顯的音質缺陷。

（1）回聲（echo）

是指強度和時間差大到足以引起聽覺將它與直達聲區分開來的反射聲。從單一聲源產生的一連串可分辨的回聲則叫做多重回聲，當室內兩個界面之間距離大于一定數值，且吸聲量不足時，在其中間聲源發出的聲音則可能產生多重回聲?；芈暤某霈F會影響聽音注意力，影響聲音的清晰度，破壞立體聲聆聽的聲象定位效果，因此，回聲是應該防止的。

（2）顫動回聲（flutterecho）

當聲源在平行界面或一平面與一凹面之間發生反射、界面間距離大于一定數值時則會出現顫動回聲。發生顫動回聲時，聲音有連續的重疊聲，并有顫抖的感覺。顫動回聲會引起聽力疲勞，使人感到厭煩。

（3）聲聚焦（Soundfocusing）

凹面對聲波形成集中反射，使反射聲聚集于某個區域，造成聲音在該區域特別響的現象。聲聚焦使室內聲壓不均勻，應該防止這種缺陷。聲聚焦現象會造成聲能過分集中，使聲能匯聚點的聲音嘈雜，而其他區域聽音條件變差，擴大了聲場不均勻度，嚴重影響聽眾的聽音條件。

（4）聲影區（Soundshadowarea）

由于障礙物或折射的原因，產生聲音輻射不到的區域。在聲影區內、聲壓級很低，音量很輕。因此聲影區的存在也是聲壓不均勻的原因，應予防止。

（5）聲染色（roomcoloration）

由于室內頻率響應的變化，使原始聲音被賦予外加的音色特點。對于容積小的聽音室，本征頻率在低頻端分布不夠密集連續、因此在低頻段易產生“共振”的音染現象，應該采用措施防止。共振現象產生的聲染色效應，引起聲音信號的失真，產生主觀聽感上的厭惡情緒，嚴重影響聽音效果。

綜上所述，前四種缺陷一般在大廳中容易發生，解決的方法應用幾何聲學的有關規律，而第五種則多發生于小室，應從波動聲學的角度加以考慮，消除音質缺陷。

避免廳堂音質缺陷的方法，主要是從廳堂的體形設計和吸聲材料布置兩方面入手，消除產生音質缺陷的條件。例如，為了消除回聲，應在可能引起回聲的部位布置強吸聲材料，使反射聲減弱；另一種方法是調整反射面角度，將后墻與頂棚交接處，作成比較大的傾角，將聲音反射給后區觀眾，徹底消除回聲，取得化害為利的效果。為了消除聲聚焦現象，應盡量控制廳堂界面的曲面弧度，采用凸形結構，并在弧面上布置合適的吸音材料。為了消除音質缺陷，可根據廳堂內聲源的位置，采用幾何作圖法，用聲線的分布，找出各種聲缺陷的條件和部位，以采取必要的措施進行抑制。