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第十四章音质设计一、教学目的掌握音质评价标准，掌握厅堂音质体型设计原则和方法，掌握混响时间设计方法。了解不同类型各类厅堂的音质设计特点。二、学时安排总学时：6学时学时分配：学生预习讲授——1，课堂讲授、讨论——3，演示实验——1。三、教学方法1、先预习并写出预习报告，2、课堂提问、讨论和老师讲授。3、基础题作业4、混响时间测试演示实验四、知识要点1、厅堂音质的主客观评价方法和指标2、音质设计的主要内容3、厅堂音质的体形设计（1）、容积的确定（2）、争取和控制前次反射声（3）、避免音质缺陷4、混响时间设计（1）、最佳混响时间的确定（2）、混响时间频率特性的确定5、音乐厅、会议厅、体育馆等音质设计特点第一节音质评价标准及音质设计内容一、主观评价标准1、合适的响度：听闻最基本的要求，有足够的响度，听众才能接受、识别信息，才能有听的好与坏的问题。要求：语言类60~70方，音乐类80方左右。2、低的噪声干扰：厅堂虽有足够的响度，但有较高的噪声将使声信息识别困难。3、无声学缺陷：出现声学缺陷的声学建筑是失败的设计，完全无法使用。1）回声：大小和时差都大到足以和直达声区别开的反射声或由其它原因返回的声。2）颤动回声：一连串快速、连续可察觉的回声。回声迫使听者注意力高度集中，但信息仍很难识别，使人疲劳，感到厌烦，甚至无法忍受，故回声使厅堂中最严重的缺陷。3）声聚焦：部分区域响度过大，另一部分区域响度过低，听闻吃力或根本听不清的现象。4）声染色：由房间共振所赋予的一种特征型音色。4、高的清晰度它可保证语言与音乐信息接受准确，分辨其细节可识别，能全面的接受声信号。1）评价语言清晰度音节清晰度5、好的音色这主要是对音乐的要求１）丰满度指声音饱满、圆润，温暖、浑厚有弹性，有余音悠扬之感，反之干涩单薄。2）亲切感（力度）声音透亮，坚实有力，反之声音较散，发飘、无力。取决于早期反射声的延迟时间，即20ms左右的早期反射声的有无及多少3）扩散感（环绕感）一种被音乐所包围的感觉，沉浸在音乐中，空间感好、方位感好，有临场感，反之场所印象差。取决于房间的大小，扩散设计的使用。4）清晰度对音色细微变化的感觉，对乐音层次的感觉。二、客观技术指标1、混响时间及频率特性A混响时间的长短B频率特性是否平直——是衡量厅堂音质的最基本、重要的参数，也是设计阶段准确控制的指标。作用：直接对清晰度、丰满度、明亮度的等影响，混响时间适当，可保证各声部间平衡。评价：125~4KHz6个倍频带。以500Hz为代表，大量的经主观评价认定为音质良好的观众厅，进行RT测定所得到的统计平均值作为标准。2、声脉冲响应分析（反射声的时间分布）早期反射声：在房间内，可与直达声共同产生所需音质效果的各反射声；(50ms内所到达的反射声。)1）对响度的影响50ms以内的反射声起到加强直达声的作用，其数量越多，响度增大越明显2）对清晰度的影响声学比越高越清晰。3）对丰满度的影响缺乏早期反射声，使直达声与混响声脱节，感觉声断续，飘浮，声音干涩。使低频RT较中频RT长，保证30ms内早期反射声的数量，可增加声音的丰满度和温暖感。4）对亲切感的影响20ms左右的早期反射声的多少决定了亲切感。3、方向性扩散（反射声的空间分布）厅堂中指定位置各方向反射声的强度与数量4、语言传输指数RASTI用模拟人语言的调制信号，测试房间中信号经传输后，其包络的变化来表达房间对音质的改变。5、背景噪声A声级或是NR数讨论：为什么混响时间相同的大厅音质可能不同？三、音质设计内容音质设计必须是声学工程师、建筑师、业主密切合作、相互协调。一个音质良好的大厅一定是集体合作的结晶。主要包括以下方面：1）选址：建筑总图设计和各房间的合理配置，目的是防止外界噪声和附属房间对主要听音房间的噪声干扰。2）确定容积：在满足使用要求的前提下，确定经济合理的房间容积和每座容积。3）通过体型设计，充分利用有效声能，使反射声在时间和空间上合理分布，并防止声学缺陷。4）根据使用要求，确定合适的混响时间及频率特性，计算大厅吸声量，选择吸声材料与结构。5）根据房间情况及声源声功率大小计算室内声压级大小，并决定是否采用电声系统。6）确定室内允许噪声标准，计算室内背景声压级，确定采用哪些噪声控制措施。7）在大厅主体结构完工之后，室内声学装修前，进行声学测试，如有问题进行设计调整。8）工程完成后进行音质测量和评价。9）对于重要的厅堂，必要时应用计算机仿真及缩尺模型技术配合进行音质设计。10)对有扩声系统的厅堂，尚必须配合电声工程师进行扩声设计。第二节大厅容积的确定1、确定容积需考虑的因素1）响度:体积大，声源不变的情况下，声能密度D小，则Lp较小以电声为主（保证响度）——体积不受限制以自然声为主(音乐厅）——体积受限制2）混响时间RT与V成正比，与A成反比。厅堂中，观众吸声量占所需总吸声量的1/2~2/3，故观众吸声量起很大的作用。控制好厅堂的容积V与观众人数的比例，就在相当程度上保证或控制了RT2、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—10m3/每座，歌剧院6—8m3/每座，多用途剧场、礼堂5—6m3/每座，讲演厅、大教室4m3/每座（推荐值）。3、确定V方法功能——选每座容积容量——观众数量根据功能确定选每座容积根据观众数量确定厅堂面积由上两项确定层高。考虑其它要求体积作业：设计一个1000座的剧场，请问剧场面积是多少，层高是多少？假设每人平均占地1平米。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-6dB/倍距离b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33m，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。按视线要求进行设计即可。错位排列2争取和控制好早期反射声（难点）A早期反射声的形成1）容易形成部位天花侧墙2）分析方式将时差转换声程差进行判断50ms——17m30ms——10.2m20ms——6.8m3）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（按声程差小于17m计算）超过此尺度，应加以特殊处理S’SR1R2D检验回声：R1+R2-D17m•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。A1S’A1=SA1B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。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、扩散体式声源位置：大幕线后2~3m，高1.5MC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：前次反射声的多少，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。3）前部侧墙a尽可能减小耳光孔的面积——减小声能消耗b耳光楼悬挑，高出舞台面2m以上，其侧面、底板下部墙面按一次反射面设计。c设跌落式包厢或挑台挑台栏板，底板按一次反射面设计d侧墙内设反射板在透气的侧墙装修内设置（悬挂）高反射的板（混凝土板、厚木板）e侧墙内倾扩大一次反射面，但其倾角100。3、扩散设计三种方式达到声扩散的目的1）将厅堂内表面处理成不规则形状和设扩散体。2）体型设计中采用不规则平、剖面处理。3)吸声材料交叉布置扩散体尺寸4、消除声缺陷1）回声a出现部位：舞台、乐池、观众席前部b产生部位：台口前天花（过高）一次反射楼座栏板二次反射后墙二次反射c危害：干扰听闻、破坏音质d措施：天花高度13m或吸声扩散整楼座栏板倾角或吸声处理后墙处理：吸声吸声系数0.6的强吸声倾角.调整向后部提供一次反射扩散，不形成定向反射2）颤动回声a出现部位：平行墙面间b产生条件：（a）声源与接收点同在平行墙面间（b）墙面强反射c危害干扰听闻，破坏音质d措施(a)相对墙面夹角50。(b)墙面扩散，吸声处理3）声聚焦a出现部位：弧形墙面、壳形天花前的空间某位置。b产生条件：曲率半径小，强反射c危害：形成第二声源，严重干扰听闻室内声场极不均匀d措施：避免使用弧形墙面厅堂高度≧2R弧形墙面上扩散吸声处理4）声影a出现部位：楼座挑台下方b产生条件：挑台过深C危害：堂座后区反射声被遮挡，响度不够，音质较差。ｄ措施：取合适的楼座挑台高度与深度比厅内充分扩散声能5）声学缺陷出现的一般规律a建筑形体（平剖面）不当b室内特殊部位设计不当c短混响时间第四节混响设计一混响时间设计标准1、最佳混响时间1）定义：根据大量的、经主观评价认为是音质良好的观众厅进行RT测定，所得到的500Hz的RT的统计值。2）特点：不同使用功能，不同体积，最佳RT不同3）确定方法：功能+容积===最佳RT（500Hz）4）实际偏差：允许偏差±0.1sec或控制在10%讨论：从下图中总结出何种规律？2、频率特性曲线1）定义：RT相应与频率的曲线2）范围及特征a范围一般要求125~4KHz六个倍频带高要求80~8KHZ八个倍频带b特性：语言用：平直（各个频带的RT相同为好）音乐用：低频稍高不平度允许值，以500HzRT为标准低频：125、250可略大到1.2~1.3倍高频：2K、4K可略小到0.9倍。理由：大厅堂低频混响控制较困难，各频率均衡的吸声材料较难选择，人耳对低频声不敏感。容许低频略大可提高丰满度3）实际状况厅堂RT不均匀较多，特别是一次完工的厅堂。二、RT设计步骤1、计算厅堂准确的体积V、表面积S——平、剖面图2、确定最佳RT及频率特性——功能+容积3、计算各频带f所需的总吸声量A总4、确定必须的固定吸声量Af固5、计算所需补充的吸声量⊿Af6、吸声材料的选择——可布置位置、构造可行艺术效果，使⊿Af=S1α1+S2α2+Snαn7、整理RT设计方案，验算RT第五节各类厅堂的音质设计一、音乐厅音质设计特点（一）、音乐厅的设计原则1、使大厅具有教长的混响时间以保证有足够丰满度。2、为听众和乐师提供足够强的侧向早期和晚期反射声。3、使听众席有均匀的声强分布和良好的声扩散，避免出现音质缺陷。4、演奏台应有良好的声扩散，并为乐师提供相互听闻的条件。5、音乐厅一般不作吸声处理。二、会议厅设计特点：1、混响时间根据容积大小确定，0.5—1.8S。尽量控制短混响。对较大型会议厅作强吸声处理。2、作强吸声处理的会议厅体型设计比较自由。没有特别的要求。3、如果天花或其他部位不做吸声处理，则应按声学要求设计，做声线图使反射声音均匀分布在观众席上，并注意避免回声。三、教室、讲堂：要求：保证语言清晰度。保证室内有足够的声级。技术指标：每座容积应不超过（3—3.5）m3。小型教室混响时间控制在0.6秒以内,500人的教室不超过1.0秒。设计要点：适当设置反射面。在后墙和天花上作适当的吸声处理。使隔墙、门、窗有足够的隔声量。走廊、门厅、楼梯间等作吸声处理。预习和复习题1、体育馆的体型设计特点2、根据体型特点分析体育馆可能存在的音质问题。3、音质评价指标4、音质设计步骤5、厅堂容积确定方法6、充分利用直达声的方法7、争取和控制前次反射声的方法8、音质缺陷的种类，避免音质缺陷的方法9、如何通过厅堂平面、剖面的声线图判断厅堂音质的好坏。10、如何设计混响时间的频率特性11、音乐厅和会议厅的音质设计有何不同？