三木建筑声学

室内声学设计

 

一. 声场不均匀度和混响时间

声源发出的直接到达的声音是直达声,直达声总是最先到达人耳,这是因为直达声比反射声的声程短。除了直达声以外,反射的声音形成了混响声,使室内声压级增加。直达声只与声源强度有关,声源功率越大,直达声声压级越大,如果需要降低直达声,唯一的方法是使声源安静下来。房间地面上立有阻挡直达声的屏障时,反射声会从天花反射过来,使屏障的隔声能力下降,如果天花吸声,减弱了反射声能量,屏障的降噪效果能够提高。在房间天花和墙壁上安装吸声材料可以吸收反射产生的混响声,吸声量每增加一倍,混响声可以降低3dB。一般来讲,混响声对房间噪声的贡献为15dB,因此,采用吸声最多可以获得15dB减噪效果。 

   描述房间混响效果的指标是混响时间,它是室内声源停止发声后,声压级衰减60dB所经历的时间,单位是秒。室内吸声与频率有关,因此,不同频率的混响时间不同。在减噪设计中需要正确地应用吸声材料,降低混响时间,降低噪声。 

混响时间与室内吸声存在数学关系,即塞宾公式: T60=K*V/A ,其中T是混响时间,V是房间体积,S是房间墙面的总表面积,K 是房间表面的平均吸声系数(即房间各种吸声材料吸声系数与面积乘积的和再除以总表面积)。由塞宾公式可以看出,房间体积越大混响时间越长;平均吸声系数越大,混响时间越短。体积巨大的空间,如果不进行吸声处理的话,混响时间会很长,使房间噪声增加。 

混响时间计算公式是建立在理想扩散声场条件下的,与实际情况会有±10~15%的误差,因此,在降噪工程中不能完全依赖计算求得混响时间,必须使用测量的方法准确地获得房间的混响时间,并进行降噪设计和计算。估算混响时间的不准确性可能会导致3~5dB的降噪误差。 

   对同样的声源,房间的体积越大、距离声源距离越远、吸声处理越靠近声源,噪声就越小。房间体积增大,势必导致声能在房间中的密度变小,声压级降低。但是通过改变房间体积的方法降低噪声通常是不可行的,因为噪声降低并不与体积成正比关系,房间体积增大,混响时间增大,噪声降低有限,而且改造的成本也显著增加。越远离声源,直达声越小,而且混响声所经历的距离也会增加,混响声降低,噪声降低。吸声材料距离声源越近,吸声效率越高,反射声被吸收的机会也增加,对降噪是有利的.

二. 室内声场设计及装修注意事项

(一)   声场设计

 一个声场的基本设计应包括隔声处理,现场噪声的降低,建筑结构的合理要求,声均匀度的实现,声颤动、聚焦、共振反馈等问题的解决,室内混响的正确计算。

 1)     建声原则: 混响合理, 声音扩散性好,没有声聚焦、没有可闻的振动噪声、没有死声点。

 2)     室内装修:色调不能导致会议或演出时太昏暗,避免扩声区域内出现中空较大或支撑较差的腔体结构,避免大面积玻璃窗,不要将石膏天花板直接安装在铝合金槽里,必须要加吸音、隔音材料;铝合金槽最好上胶加固。

  ()   室内声学特性的基本要求

1)     具有合适的响度:礼堂(以语言为主) 大于 85dB;歌厅(音乐厅)大于103dB;迪厅 大于110dB;会议室 大于80dB

2)     声能分布均匀: 在观众席的各个座位上听到的声音响度应比较均匀;通过音质设计,应该能使观众席各个区域的声压级差别不太大,室内声场不均匀度应控制在高低约3dB6dB之内。

3)    满足信噪比要求: 噪声对人们的正常听觉产生干扰和掩蔽作用。不同用途的室内听音环境,其充许的噪声级不尽相同,通常在室内最小声压级的位置上,信噪比应该大于30dB.

4)   保证室内各处频率响应均衡: 室内音响系统应保证各处频率响应均衡,要求125Hz4000HZ内起伏为6db10dB1000Hz8000HZ内起伏为10db15dB;如果室内存在声聚焦、死声点、驻波、声共振等声学缺陷,就会破坏频率均衡,特别是中低频驻波,一定要妥协处理好。

5)    选择合适的自然混响时间   三维比例( L(长) W(宽) H(高)) 

礼堂(以语言为主) 1.2S1.5S (3.10: 1.30 :1.00 )

音乐厅                            1.8S2.4S (3.90: 2.70: 1.00)

中小歌厅 0.7S1.2S

会议室 0.5S0.8S

 ()    方案设计时参考的有关标准:

    IEC914—会议系统———电子及音频设备标准

    音频会议扩声及视频显示系统依照中华人民共和国国家行业标准

    GYJ25-86《厅堂扩声系统的声学特性指标要求》

    CBJ232-82《中国电气装置安装工程施工及验收规范》

    SJ2112 《厅堂扩声系统设备互联的优选电气配接值》

    JGB/T16-92《民用建筑电气设计规范》

CB7401《图象质量主观评价度规定》 

 .各频段声音的作用

人耳对声音频率的感觉是从最低的20Hz到最高的20KHz,而人的语音频率范围则集中在80Hz~12kHz之间,不同频段的声音对人的感受是不同的。

 

1)     20Hz--60Hz部分。这一段提升能给音乐强有力的感觉,给人很响的感觉,如雷声。如果提升过高,则又会混浊不清,造成清晰度不佳,特别是低频响应差和低频过重的音响设备。

 

2)     60Hz--250Hz部分。这段是音乐的低频结构,它们包含了节奏部分的基础音,包括基音、节奏音的主音。它和高中音的比例构成了音色结构的平衡特性。提升这一段可使声音丰满,过度提升会发出隆隆声,衰减此频段和高中音段会使声音单薄。

 

3)     250Hz--4KHz部分。这段包含了大多数乐器的低频谐波,同时影响人声和乐器等声音的清晰度,调整时要配合前面低音的设置,否则音质会变的很沉闷。如果提升过多会使声音像电话里的声音;如把600Hz1kHz过度提升会使声音像喇叭的声音;如把3KHz提升过多会掩蔽说话的识别音,即口齿不清,并使唇音“mbv”难以分辨;如把1kHz3kHz过分提升会使声音具有金属感。由于人耳对这一频段比较敏感,通常不调节这一段,过分提升这一段会使听觉疲劳。 

 

4)     4kHz--5KHz部分。这是影响临场感(距离感)的频段。提升这一频段,使人感觉声源与听者的距离显得稍近了一些;衰减则就会使声音的距离感变远;如果在5KHz左右提升6dB,则会使整个混合声音的声功率提升3dB 

 

5)     6kHz--16kHz部分。这一频段控制着音色的明亮度,宏亮度和清晰度。一般来说提升这部分使声音宏亮,但不清晰,还可能会引起齿音过重;衰减这部分使声音变得清晰,可音质又略显单薄。该频段适合还原人声。

 .实验测量声学大厅各点的混响时间和声压级:

混响时间(s)测量结果:

img1

声压级测量结果:
img2        

         由以上数据可以看出,对于混响时间,该大厅基本可以满足以语言为主的礼堂,音乐厅,中小歌厅的混响要求.当频率比较低时各点处值差别比较大,在与声源垂直距离相等时,靠近大厅中间的地方混响时间要长一些.

内声学要求各频率声压级起伏为6~10DB,由实验结果可知本大厅5001000HZ中频段基本满足要求,但高频和低频不满足要求。这需要通过对室内的声学改造使之满足要求。

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