體型設(shè)計
第5章 室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 音質(zhì)評價量 容積確定 體型設(shè)計 混響時間設(shè)計 典型建筑聲學(xué)設(shè)計要點及案例分析
5.3 體型設(shè)計
——直接關(guān)系到直達(dá)聲分布;反射聲空間和時間分布;是
否有聲缺陷
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一、設(shè)計方法 ——幾何聲學(xué)法(聲線法) 大廳堂尺寸遠(yuǎn)大于波長,主要考慮聲反射,故 可用幾何聲學(xué)法進(jìn)行體型設(shè)計。 ——大大簡化分析工作且能夠符合實際。
幾何作圖(1)
聲源配置在演員主要表演區(qū) ——距大幕線2~ 3m,離舞臺面1.6m。
幾何作圖(2)
幾何作圖(3)
幾何作圖法
二、設(shè)計原則
——直達(dá)聲、近次反射聲的控制和利用;聲擴散和 防止音質(zhì)缺陷。 1、充分利用直達(dá)聲,以保證直達(dá)聲到達(dá)每個觀眾 直達(dá)聲對響度和清晰度有最重要的作用,應(yīng)盡可能 地從體型設(shè)計上考慮充分地利用直達(dá)聲。
1)縮短直達(dá)聲傳播距離 得太長——控制縱向長度
小于 35米
●直達(dá)聲強度隨傳播距離而衰減——不要把聽眾席拉
●當(dāng)一層平面聽眾延伸得太遠(yuǎn)時,可將部分聽眾設(shè)置
在樓座。
1500座以 上設(shè)一層 樓座
樓座
2500座以 上設(shè)二層 樓座
2)避免直達(dá)聲被遮擋和被聽眾掠射吸收
●避免直達(dá)聲被廳堂的柱、欄桿、前排聽眾所遮擋,
以減少高中頻聲能損失。
●若聽眾席地面起坡太小,直達(dá)聲從聲源掠過聽眾的
頭頂?shù)竭_(dá)后部聽眾,聲能將被大量吸收。因此前后排座位 升起應(yīng)不小于100mm!鹌
起坡
3)適應(yīng)聲源的指向性 聲源所發(fā)高頻聲指向性很強,為保證清晰度和音色 的完美,廳堂平面形狀應(yīng)當(dāng)適應(yīng)聲源指向性。使聽眾席不 超出聲源前方140°夾角的范圍!L平面比扁寬平面 有利。
平面形狀
2、爭取與控制好近次反射聲,以保證其合理分布
——又前次反射聲或早期反射聲——對于增加直 達(dá)聲的響度和提高清晰度都有重要作用。
體型設(shè)計應(yīng)爭取和控制近次反射聲,可利用幾何聲 學(xué)作圖法,可檢驗大廳反射聲分布及延遲時間。
1)幾何分析
平面——聲線分析
剖面——聲線分析
2)平面設(shè)計——側(cè)墻處理
①矩形平面
①矩形平面
特點:規(guī)模不大時——因平面較窄,側(cè) 墻一次反射聲能較均勻地分布大部分觀眾席。 改進(jìn):規(guī)模較大時——側(cè)向反射不利, 可利用臺口(前部側(cè)墻)進(jìn)行改進(jìn)(八字 形)——鐘形平面。
聲聚 焦
②扇形平面
特點:前區(qū)相當(dāng)部分座位,缺乏來自側(cè)墻 的一次反射聲,來自后墻的反射聲則較多,且 弧形后墻易形成聲聚焦;
大部分座位靠近舞臺布置。多用于劇場等
表演性廳堂。 改進(jìn):利用頂棚給多數(shù)觀眾席提供一次反
射聲;側(cè)墻可做成折線形,以調(diào)整側(cè)向反射聲
方向;后墻宜消除聲聚焦。
③六邊形平面
④橢圓形平面
④圓形或橢圓 ③六邊形平 形平面
特點:一
特點: 一次反射聲易 次反射聲易沿墻 反射,廳中部缺
面
沿墻反射,廳
中部缺一次反 射聲。 改進(jìn):同 扇形(改變側(cè) 墻傾角)。
乏一次反射聲;
弧形墻面易形成 聲聚焦。 改進(jìn):把側(cè)
墻做成鋸齒形,
使反射聲達(dá)到中 前部;后墻宜消
除聲聚焦。
3)剖面設(shè)計——頂棚設(shè)計——聲場分布均勻
①臺口:吊頂、墻面做成定向反射面。
——臺口附近反射面能把聲音反射到觀眾廳前區(qū) 要求:反射面應(yīng)為厚重、堅硬材料,如鋼板網(wǎng)抹灰。尺 寸足夠大,較小方向尺寸至少大于反射聲波長。——如要有 效反射200Hz以上聲波,寬度不能小于1.7m。
②觀眾廳中后部:適當(dāng)擴散處理,或結(jié)合造型要求靈活設(shè)計,
不造成聲缺陷即可。
觀眾廳縱剖面——前區(qū)聲反射設(shè)計
觀眾廳頂棚(縱剖面)形式基本類型
平面式
弧面式
鋸齒式
擴散體式
折線式
浮云式
浮云反射板
適當(dāng)安裝頂棚反射板,通過反射板增加遠(yuǎn)處座位的聲反射,從而有效提高響度
大講堂頂棚設(shè)計
劇院頂棚設(shè)計
a——聲線作 圖方案 b——實施的 建筑設(shè)計
北京師范大學(xué)音樂廳 (頂棚與側(cè)墻設(shè)計)
3、爭取擴散反射——聲場分布均勻
室內(nèi)裝飾(柱、燈具、各種凸凹起伏)對聲 波均有擴散作用。 最簡單:三角柱體、半圓柱體。
1)尺度與材料
①尺度
寬度和厚度與聲波波長比應(yīng)滿足的要求。 a=220/f b>0.15a(與后面公式一致)
②材料:密實
擴散體尺寸 如f=100Hz,其有效擴散體尺寸: a大于等于2.2m; b大于等于0.33m;
布置擴散體(不規(guī)則) ——混響時間長,吸聲少
不同吸聲材料 ——混響時間短,需較多吸聲
吸聲和反射交替布置 ——混響時間較長,吸聲較少 達(dá)到聲擴散的途徑
聲擴散做法
4、消除聲缺陷——與體型設(shè)計有關(guān) 1)回聲、多重回聲(顫動回聲)
①回聲
●產(chǎn)生條件:2個條件缺一不可
強度和大小大到足以和直達(dá)聲相比的反射聲;
時差大于50ms的反射聲。
●出現(xiàn)部位:舞臺、樂池、觀眾廳前區(qū)能聽到回聲;
●產(chǎn)生部位:后墻、后部天花、樓座欄板。
產(chǎn) 生 回 聲 部 位
回聲產(chǎn)生示意圖
● 吸聲
●消除回聲
的措施
● 擴散
● 改變 傾角
②顫動回聲(多重回聲):一連串回聲
●定義:聲波在特定界面間的往復(fù)反射所產(chǎn)生,聲源
位于兩平行界面間。
聲源位于吸聲較強的舞臺,觀眾席里又布滿觀眾,不 易發(fā)生顫動回聲。
●出現(xiàn)部位:平行墻面間——聲源位于兩平行界面間。
體育館建筑、公共空間 ——聲源與接收點(觀眾)在同 一空間——地面與天花間。
●防止措施:墻夾角大于
5°;吸聲、擴散。
2)聲聚焦: ①定義:凹曲面(如弧形墻面、穹頂)使聲場分布不 均勻的現(xiàn)象。 ②出現(xiàn)部位: 弧形墻面、凹頂棚前空間的某個區(qū)域。 ③防止措施:
●控制圓弧形半徑R與高度
h,應(yīng)使h很大于R;
●凹曲面強吸聲,通過減弱反射聲強度來避免聲聚焦;
(如空間吸聲體)
●凹曲面懸掛擴散反射板。
● 吸聲
● 擴散 ● 擴散
圓形平面、弧形后墻——聲聚焦避免
● 吸聲
● 擴散
凹曲面頂棚——聲聚焦避免
北京某車間剖面圖——屋頂為雙曲扁殼結(jié)構(gòu), 由于建筑設(shè)計時未考 慮聲學(xué)問題,造成混響時間過長(18.7s)及聲聚焦缺陷,致使車間 內(nèi)面對面講話難以聽清,交流不便——不得不投入巨大物力、財力進(jìn) 行聲學(xué)改造——懸掛空間吸聲體。
● 吸聲
——建筑設(shè)計與建筑聲學(xué)設(shè)計是一個問題的兩 個方面,必須同時考慮,才能獲得理想效果。
3)聲影區(qū)
觀眾席較多的大廳,一般設(shè)眺臺,以改善大廳后部觀眾席 視覺條件。若眺臺下空間過深,則易遮擋來自頂棚的反射 聲——形成聲影區(qū)。 (1)出現(xiàn)部位:樓座眺臺下部 (2)出現(xiàn)原因:眺臺過深 (3)危害:眺臺下響度不足 (4)防止措施:控制眺臺開口比即開口高度H和深度D的 比例; 多功能廳:D≤2H;音樂廳:D≤H 眺臺下頂棚應(yīng)可能向后傾斜,使反射聲落到眺臺下座席。
音樂廳:D≤H
多功能廳:D≤2H 聲影區(qū)及改進(jìn)措施
4)聲染色
(1)出現(xiàn)原因:共振頻率的簡并(重疊)會出現(xiàn)聲染色。 (2)出現(xiàn)情況:低頻、小房間;而大房間、高頻共振頻 率數(shù)目較多,易分布均勻,故可不考慮聲染色現(xiàn)象。
(3)防止措施:
●改變房間尺寸、比例。
——正方體最差
●房間墻面或頂面做成不規(guī)則形狀。 ●不規(guī)則布置吸聲材料。 ●布置聲擴散構(gòu)件。
(三)爭取擴散反射:聲場分布均勻
室內(nèi)裝飾(柱子、燈具、各種凹凸起伏)對 聲波均有擴散作用。 最簡單:三角柱體、半圓柱體。
1、尺度與材料
1)尺度
寬度和厚度與聲波波長比應(yīng)滿足的要求。 a=220/f 2)材料:密實 b>0.15a(與后面公式一致)
擴散體尺寸 如f=100Hz,其有效擴散體尺寸: a大于等于2.2m; b大于等于0.33m;
布置擴散體(不規(guī)則) ——混響時間長,吸聲少
不同吸聲材料 ——混響時間短,需較多吸聲
吸聲和反射交替布置 ——混響時間較長,吸聲較少 達(dá)到聲擴散的途徑
聲擴散做法
音樂廳
劇院
多功能廳、禮堂
教室、講堂
空間吸聲 體
側(cè)墻穿孔 FC板吸 聲結(jié)構(gòu)
體育館
演播室
重點:音質(zhì)設(shè)計中體型設(shè)計原則;與體型設(shè)計有關(guān)的 音質(zhì)缺陷及防止。 難點:音質(zhì)設(shè)計中體型設(shè)計原則及聲線分析法。