什么是建筑聲學(xué)分析

1、什么是建筑聲學(xué)?建筑聲學(xué)是研究建筑中聲學(xué)環(huán)境問題的科學(xué)。它主要研究室內(nèi)音質(zhì)和建筑環(huán)境的噪聲控制。 有關(guān)建筑聲學(xué)的記載最早見于公元前一世紀(jì)，羅馬建筑師維特魯威所寫的建筑十書。書中記述了古希臘劇場中的音響調(diào)節(jié)方法，如利用共鳴缸和反射面以增加演出的音量等。在中世紀(jì)，歐洲教堂采用大的內(nèi)部空間和吸聲系數(shù)低的墻面，以產(chǎn)生長混響聲，造成神秘的宗教氣氛。當(dāng)時也曾使用吸收低頻聲的共振器，用以改善劇場的聲音效果。 1517世紀(jì)，歐洲修建的一些劇院，大多有環(huán)形包廂和排列至接近頂棚的臺階式座位，同時由于聽眾和衣著對聲能的吸收，以及建筑物內(nèi)部繁復(fù)的凹凸裝飾對聲音的散射作用，使混響時間適中，聲場分布也比較均勻。劇場或其他

2、建筑物的這種設(shè)計，當(dāng)初可能只求解決視線問題，但無意中卻取得了較好的聽聞效果。 16世紀(jì)，中國建成著名的北京天壇皇穹宇，建有直徑65米的回音壁，可使微弱的聲音沿壁傳播一二百米。在皇穹宇的臺階前，還有可以聽到幾次回聲的三音石。 1819世紀(jì)，自然科學(xué)的發(fā)展推動了理論聲學(xué)的發(fā)展。到19世紀(jì)末，古典理論聲學(xué)發(fā)展到最高峰。20世紀(jì)初，美國賽賓提出了著名的混響理論，使建筑聲學(xué)進(jìn)入利學(xué)范疇。從20年代開始，由于電子管的出現(xiàn)和放大器的應(yīng)用，使非常微小的聲學(xué)量的測量得以實現(xiàn)，這就為現(xiàn)代建筑聲學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展開辟了道路。 建筑聲學(xué)的基本任務(wù)是研究室內(nèi)聲波傳輸?shù)奈锢項l件和聲學(xué)處理方法，以保證室內(nèi)具有良好聽聞條件；研究

3、控制建筑物內(nèi)部和外部一定空間內(nèi)的噪聲干擾和危害。 聲學(xué)與聲音系統(tǒng)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用良好的聲音效果對于許多建筑物都是重要的，因此建筑設(shè)計師在設(shè)計初期就應(yīng)該充分考慮建筑物的聲學(xué)效果。在實際操作中，這意味著聲學(xué)專家和聲音系統(tǒng)設(shè)計師應(yīng)在一開始就被邀請加入設(shè)計隊伍，最好是在構(gòu)思階段就加入，以便確保聲學(xué)和擴(kuò)聲在基礎(chǔ)規(guī)劃階段就能得到加強(qiáng)。所以，一個好的建筑音效設(shè)計離不開對聲學(xué)和聲音的理解以及一個好的設(shè)計團(tuán)隊。 聲學(xué)概念 堅固且平直的墻面，如戲院包廂的正面墻等，可能會產(chǎn)生反射。如果包廂位于劇院或禮堂的后部，反饋回觀眾席的聲音會使坐在舞臺和包廂之間的觀眾難以聽清臺上的說話聲，因為這部分觀眾會既聽到原始聲音，也聽

4、到回聲，后者抵達(dá)耳部的時間會稍晚些。從而造成觀眾聽不清或聽到的聲音雜亂無章。 房間與墻壁的形狀 凹面，圓形，包括凹墻和穹頂形，這些形狀對于語音質(zhì)量要求高的房間是最不適宜的。凹面會將聲音聚焦于一個特定區(qū)域，使該區(qū)域較房間的其他區(qū)域的聲音更強(qiáng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的延時反射，無法與原始聲同步。這會產(chǎn)生聽不清的問題。解決的辦法是將凹面改成多個表面球形凸起形，這樣可散播回聲波成多個向不同方向傳播的較小的聲波，從而降低聽眾的不舒服程度。聲學(xué)處理吸聲材料一般都是頻率可選的，即某些材料只吸收高頻聲，而另外一些材料卻既能吸收高頻聲，也能吸收人耳可辨別的中頻聲。確保所選擇的用于覆蓋墻壁、門窗的吸音材料能吸收需要被吸收的聲頻

5、，并恰好在需要吸收的區(qū)域，是重要的。其他處理手段，如使用擴(kuò)散體擴(kuò)散聲波，在某些時候可能更加有效。合格的聲學(xué)專家能針對特定問題給出最行之有效的聲音處理方式。 吸聲材料(一) 吸聲材料（二） “30微秒與30英尺”原理聲光之間的不同點(diǎn) 由于人類感官在許多方面都是模擬式的，因此有一種錯誤的認(rèn)識認(rèn)為聲音與光是詳細(xì)的，造成這種錯誤認(rèn)識的例子是你只需要像照明一樣用聲音“覆蓋”一個區(qū)域即可。然而，這種模擬性認(rèn)識卻在一些基礎(chǔ)的物理學(xué)面前顯得漏洞百出。 我們感知到的聲音的空氣傳播波長要比光線的電磁波傳播波長要長得多。當(dāng)多束光線照在室內(nèi)的同一個目標(biāo)時，光線亮度的增加不會產(chǎn)生給人以可察覺的視覺失真。相比之下，多個聲

6、波投射在室內(nèi)的同一個目標(biāo)卻相互干擾，甚至?xí)嗷サ窒?，除非該房間經(jīng)過了專門的聲學(xué)設(shè)計以避免這種結(jié)果的產(chǎn)生。這種干擾可能會使聲譜中的某些重要元素喪失，從而在室內(nèi)的不同地點(diǎn)產(chǎn)生不同的聲音質(zhì)量，并延遲聲音的到達(dá)時間。所有這些因素加起來可能會使音樂沉悶，質(zhì)量降低，使說話聲無法聽清。 造成這種干擾的常見原因主要包括反射和擴(kuò)音音箱交感作用。 反饋在什么時候會使聽眾厭煩？一般情況下，反饋聲的傳播距離比原始聲傳播距離超出30英尺或30英尺以上時，回聲即會對人的聽覺產(chǎn)生負(fù)面影響。這是由于只要聲音在30ms以內(nèi)抵達(dá)人類的大腦，后者便能將這些聲音作為一個聲音來予以辨別，而在原始聲音之后超過30ms抵達(dá)的聲音就會被識別

7、為一個回聲，回聲便會對音樂或說話聲造成干擾，影響人耳的辨別。 聲音每毫秒的傳播距離大約為一英尺。30ms的時間聲音可傳播30英尺的距離。當(dāng)回聲的傳播距離即從聽眾至反射面再折回到聽眾的距離，超過30英尺時，回聲就會影響到人耳的可理解性。例如，從來自聽眾后面10英尺的墻壁產(chǎn)生的聲反射一般不會對人耳理解聲音產(chǎn)生影響，因為原始聲通過人耳的時間為10ms，從墻壁回來的發(fā)射聲抵達(dá)人耳的時間也為10ms，加起來只有20ms，小于30ms的允許時間間隔。然而，同樣的情況，如果反射墻在聽眾后面20英尺的話就會產(chǎn)生問題，因為原始聲到達(dá)聽眾耳朵和反射聲到達(dá)聽眾耳朵的時間均為20ms，加起來總共有40ms，超過了30

8、ms的允許時間間隔。 解決的方法可以是在反射面上采用吸音材料以減少回聲的量，改變反射面的形狀來打亂反射聲波的一致性，還可以重新對聲音系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，使之不至于產(chǎn)生回聲。 相比之下，在30ms以內(nèi)抵達(dá)人耳的早期回聲。特別是來自側(cè)面墻的回聲，被稱為早期邊音反射，它能夠增強(qiáng)聲音的寬廣域，使房間給人以溫暖的環(huán)境感覺。一些演出大廳專門設(shè)計了靠得較近的左右墻壁，以通過增加早期邊音反射密度的方式來改進(jìn)聲音效果。噪聲控制來自空調(diào)和相鄰空間的噪聲也會降低房間內(nèi)的聲音質(zhì)量，因此對噪聲也要采取措施抑制，必要時還應(yīng)消除之。 三、音響系統(tǒng)原理 在建筑設(shè)計的初期就應(yīng)該考慮到房間的聲學(xué)屬性和音響系統(tǒng)設(shè)計，以免等到最后出現(xiàn)問題

9、時再予以補(bǔ)救，從而帶來高昂的成本。 音頻頻譜 音頻波長用每秒的震動圈數(shù)來衡量，單位為赫茲(Hz)。例如，鋼琴上的中間 C調(diào)之上的A音符的頻率，相當(dāng)于每秒440圈。人類可辨別的聲音頻譜范圍為20Hz - 20kHz (20,000 Hz)。對于實況或錄音音樂，整個可聽得見的頻譜還有待研究。對于語音可理解性，音響系統(tǒng)設(shè)計師們需要特別注意中頻，一般來說是指500Hz - 4kHz的范圍。不過，即使是僅要求語音傳播的音響系統(tǒng)，低于或高于這一頻段的頻率對于傳播自然人聲，以及避免渾濁或稀疏語音現(xiàn)象也是重要的。由于波長的差異，音頻頻譜的各個組成部分都具有各自的挑戰(zhàn)。高頻的波長較短。20kHz的波長為1/2英

10、寸 (12m)。低頻則具有較長的波長。如20Hz的波長為50英尺(12.7m)。不同波長的特性都不相同。障礙與視線 低頻的長波能圍繞物體衍射（或繞行），高頻的短波卻會在其傳播途中受到物體的阻擋，導(dǎo)致坐在障礙物后面的聽眾聽不到部分音頻信息。 對于劇院或禮堂內(nèi)，觀眾需要聽到中頻和高頻聲音的場合，擴(kuò)音音箱需要被沿著與所有聽眾呈筆直視線的位置放置。一般情況下，這意味著擴(kuò)音音箱要為聽眾所看到，有礙房間的美觀。不過，這種不美觀可以通過多種方法來予以掩蓋，如可以用聲學(xué)透明的表面材料覆蓋擴(kuò)音音箱等。不過，在安裝前必須對這種覆蓋材料進(jìn)行聲音傳播特性檢測。 再則，覆蓋擴(kuò)音音箱畢竟不是最好的辦法，現(xiàn)在也不常用了。一

11、些擴(kuò)音音箱，如縱向線陣列和其他流線型的擴(kuò)聲系統(tǒng)，都可以明性地安裝。事實上，擴(kuò)音音箱的設(shè)計包括其顏色都可有效地于被融入整個房間設(shè)計中，與其他元素及整個房間實現(xiàn)協(xié)調(diào)一致。無論擴(kuò)音音箱是隱藏安裝的或是外露安裝的，在設(shè)計的初期就認(rèn)識到可見性問題有助于整個房間的美學(xué)效果無論是視覺美學(xué)，還是聲音美學(xué)。 模式控制與擴(kuò)音音箱規(guī)格 音響系統(tǒng)設(shè)計師們一般都選擇覆蓋圖形與聆聽區(qū)域相匹配的擴(kuò)音音箱。較差的圖形覆蓋會導(dǎo)致不平的聲音覆蓋效果，易于產(chǎn)生回聲，音調(diào)的不規(guī)則，以及較差的可理解性。 遺憾的是，一般來說都需要使用大型擴(kuò)音音箱控制較寬頻譜范圍的聲音覆蓋，并使用足夠低的頻率。擴(kuò)音音箱工程師們一般都是通過喇叭或擴(kuò)音音箱驅(qū)

12、動空間交互來控制覆蓋區(qū)域的。這兩種方法都要求擴(kuò)音音箱足夠大，這樣才能取得較好的圖形覆蓋。 Point-and-Shoot與縱向線陣列擴(kuò)音音箱 市場上有許多種類型的擴(kuò)音音箱和揚(yáng)聲器陣列，每一種都具有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。其中，Point-and-shoot擴(kuò)音音箱是一種傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器，其中的每一種都具有一定的觀眾覆蓋區(qū)域。這種擴(kuò)音音箱既可以單獨(dú)使用，也可以將多個喇叭組合成陣列使用。不過，使用陣列時需對擴(kuò)音音箱陣列原理有著深刻了解，因為稍不小心就可能產(chǎn)生意想不到的聲波從而造成問題。 憑借其改進(jìn)的前-后覆蓋平滑度和較窄的垂直覆蓋角增大了覆蓋距離和較少的舞臺和天花泄露，縱向線陣列擴(kuò)音音箱正變得越來越流行。不

13、過，線陣列擴(kuò)音音箱一般較貴，且對于某些場合并不適用。如對于空曠的房間來說，就會產(chǎn)生特殊問題，即較強(qiáng)的聲音穿透性會直擊后面的墻壁，產(chǎn)生不希望的反射，而對于較窄的房間，線陣列擴(kuò)音音箱所具備的寬廣的水平覆蓋角也會將聲音散射到邊墻上。 延時補(bǔ)償擴(kuò)音音箱及分布式聲音系統(tǒng)延時補(bǔ)償擴(kuò)音音箱可以使盲點(diǎn)區(qū)域，如包廂下方的區(qū)域能被聲音所覆蓋到。 延時補(bǔ)償擴(kuò)音音箱的信號需要進(jìn)行電子學(xué)延時，以便能使其在時間同步允許的范圍內(nèi)（如30ms以內(nèi)）與來自主擴(kuò)音音箱的聲音信號同步抵達(dá)人耳。延時補(bǔ)償擴(kuò)音音箱還可用來覆蓋房間的后部需要立即覆蓋的區(qū)域。例如，在扇形的室內(nèi)，較常見的擴(kuò)音音箱布置是靠近舞臺布置 一圈主音箱，并在房間的后部加上一圈延時補(bǔ)償音箱來補(bǔ)充，有些情況下甚至還可在距離更遠(yuǎn)處再增加一圈延時補(bǔ)償擴(kuò)音音箱以增強(qiáng)聲音覆蓋效果。另外，為了進(jìn)一步增強(qiáng)覆蓋效果，還可以在包廂下部等覆蓋盲點(diǎn)增加延時補(bǔ)償擴(kuò)音音箱。 分布式音響系統(tǒng)包含多個擴(kuò)音音箱。常見的分布式音響系統(tǒng)將多個擴(kuò)音音箱安裝在天花板上向下覆蓋，每個