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第四章 室内音质设计
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4.1 音质的主观评价与客观指标 4.1.1音质的主观评价 响度 丰满度 色度感 空间感 清晰度 无声学缺陷
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响度：指人们听到的声音的大小。足够的响度是室内具有良好音质的基本条件。与响度相对应的物理指标是声压级。
语言要求60~80方，音乐50~100方。剧场观众席各处声压级差小于3dB。
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丰满度：指人们对声音发出后“余音”的感觉，又称混响感。
在室外，声音感觉“干瘪”，不丰满。与丰满度相对应的物理指标是混响时间。
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色度感：主要是指对声源音色的保持和美化。良好的室内声学设计要保持音色不产生失真。另外，还应对声源具有一定美化作用，如“温暖”、“华丽”、“明亮”。色度感：相对应的物理指标主要是混响时间的频率特性以及早期衰减的频率特性 。
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空间感：指室内环境给人的空间感觉，包括方向感、距离感（亲切感）、围绕感等。空间感与反射声的强度、时间分布、空间分布有密切关系。听觉定位。直达声、侧墙一次反射声起主要作用。
方向、距离感取决于直达声，50ms内近次反射声只是加强直达声，提高清晰度。
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清晰度：指语言用房间中，声音是否听得清楚。清晰度与混响时间有直接关系，还与声音的空间的反射情况及衰减的频率特性等综合因素有关。
哈斯效应，超过50ms（80ms）的反射声越少，清晰度越高。
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无声学缺陷: 如回声、颤动回声、声聚焦、声遮挡、声染色等影响听音效果及声音音质的缺陷。
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4.1.2 客观指标 声压级：房间中某处的声压级反映了该处的响度。在声源功率一定的情况下，增大声压级需要获得更多的反射声。
混响时间RT：RT与室内的混响感、丰满度、清晰度有很大关系。RT越长，越感丰满，但清晰度越差；RT越短，越感“干 ”，但清晰度提高。RT的频率特性与音色有一定关系。RT低频适当增长，声音有温暖感、震撼感；RT高频适当增长，声音有明亮感、清脆感。
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反射声时间序列分布：人们最先听到的是直达声，之后是来自各个界面的反射声。一般的，直达声后50ms到达的声音被称为近次反射声，这部分声音对加强直达声响度、提高清晰度、维护声源方向起到很大作用。对于语言，人们提出清晰度D（difinition)的概念，对于音乐人们提出明晰度C(Clarity)的概念。
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混响声对丰满度、环绕度、清晰度、方向感有一定影响。混响声越多、越强，丰满度、环绕度高，但清晰度变差；强的50ms以外的反射声会产生回声，并影响方向判断。近次反射声和混响声中间不能脱节，否则，虽然混响时间较长但丰满度不够。
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空间分布：来自前方的近次反射声能够增加亲切感，来自侧向的反射声能够增加环绕感。一般讲，听者左右两耳接收的侧向反射声有较大差别，形成了人们对声源的空间印象，有时使用两耳互相关函数IACC来表示空间围绕感。IACC越小，表明房间反射造成的双耳到达信号相关性越小，空间围绕感越强。
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4.2 音质设计的方法与步骤 音质设计应遵循以下几个步骤： 1）防止外部噪声及振动传入室内，使室内的背景噪声足够低。
2）使室内各处都有足够的响度，并保证声场分布尽可能均匀。对于以自然声为主的厅堂，要注意选择适当的规模。 3）听众各点应安排足够的近次反射声。 4）使房间具有与使用目的相适应的混响时间。 5）防止出现回声、多重回声、声聚焦、声遮挡、声染色等声学缺陷。
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4.2.1 大厅容积的确定 1、保证厅内有足够的响度。对于以自然声为主的厅堂，大厅的体积有一定限度。以电声为主的可以不受限制。（推荐值见下表） 用途 讲演 话剧 独唱 大型交响乐 最大体积（m3) 6000 10000 20000 2、合适的混响时间。人的吸声量占房间吸声量很大的一部分。不同用途的厅堂的混响时间与每座容积率关系较大。 用途 推荐每座容积（m3) 音乐厅 8-10 歌剧院 6-8 多功能厅、礼堂 5-6 演讲厅、教室 3-5 电影院 4 学院礼堂11000m3，1579座，7m3/座
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4.2.2 大厅体型的确定 1、体形的确定方法: 几何声学法(声线法)
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2、体形的确定原则 （1）保证直达声到达每个观众。 （2）保证近次反射声的分布。 （3）防止回声等声学缺陷。 （4）采用适当的扩散处理。 （5）舞台反射板。
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式中：a为扩散体宽度m b为扩散体凸出部分高度m c为声速 f为声音频率
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柏林室内音乐厅
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北京师范大学音乐厅
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平面形状 剖面形状
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多伦多路易.汤姆森音乐厅交响乐演奏情景
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上海大剧院观众厅
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哈尔滨工人文化宫
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4.2.3大厅的混响设计 1）最佳混响时间及频率特性的确定 常用最佳混响时间(秒) 音乐厅 1.8-2.2 剧院 1.4-1.7 多功能
电影院 高保真 录音室
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最佳混响时间频率特性曲线
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2）混响时间的计算 根据设计完成的体型，求出厅的容积和内表面积。 根据使用要求，确定混响时间及其频率特性的设计值。
由伊林公式求平均吸声系数。 计算总吸声量。 查阅材料及构造的吸声系数数据，从中选择。 计算在125Hz到4000Hz各倍频程的中心频率上进行。
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3）室内装修材料的选择与布置 观众厅，舞台口周围的墙面、天花应当主要布置声反射材料，以保证向观众席提供近次反射声。
吸声系数较大的材料及结构，应尽量布置在厅的侧墙中、上部，以及后墙等可能产生回声的部位。 采用的材料的吸声系数应与实际装置条件相接近。
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4.3 电声系统 一般包括广播通讯、扩声、重放等系统。 扩声重放系统
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4.3.2 扩声系统的安装 1）集中式 2）分散式 3）集中分散式 4）扬声器的安装与室内的建筑处理
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声柱
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声柱在观众厅中的应用
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北京音乐学院附中音乐厅
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剧院
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电影院
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多功能厅、礼堂
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教室、讲堂
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录音室、演播室
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体育馆、体育场
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播音室 电影院 练乐室 法庭 演讲厅和阶梯教室 体育馆 露天剧场 改善现有厅堂的音质
4.4 各类建筑的音质设计 播音室 电影院 练乐室 法庭 演讲厅和阶梯教室 体育馆 露天剧场 改善现有厅堂的音质
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播音室 用于播、录节目。小型的16~25m2的面积、50~60m3容积，较大的120m2、容积700m3。要求自然声混响,声学指标要求特殊。
语言播音室要求高清晰度，最佳混响时间为0.3~0.4秒；文艺演播室0.6~0.9秒，500Hz频率以下可长至1.2秒。 矩形播音室高宽长的比例采用1：1.25：1.6或2：3：5。不能用整数比,预防声染色的发生(小型厅低频部分容易发生)。 各墙面要设置不规则形状的扩散体，吸声材料的布置应是“补丁式”分布。 保证低的本底噪声，通常30dB(A)。
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电影院 1、要同时满足对语言、音乐的听音要求。混响时间要求见图。
2、声音与画面同步，并声音来自银幕、有良好的声音空间感。长度小于35米，宽度为长度的0.6~0.8倍。扬声器在银幕高度的2/3处。 3、电影院观众席要有升起坡度，有利于改善观众的视听条件。观众可以看到银幕的底边。 4、超过1000人的电影院，可设置眺台，下部开口高深比大于0.5。 5、设置反射板以加强后部区域的声级，采用声柱,同时后墙做扩散或吸声，银幕背后做暗色强吸声，检查有无回声、声聚焦等声缺陷。
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练乐室 1、音乐教学、排练和练习。 2、如果有平行墙面，必须有一面进行吸声或扩散处理。避免颤动回声。 3、乐器声功率大，必须进行吸声降噪。
4、通常要有良好的隔声，减少与外界的相互干扰。
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法庭 1、语言清晰度要高，空室混响时间小于1.0秒。 2、在审判席、原告、被告席的上方设置反射板，充分加强听众席的直达声。
3、认真设计检查，防止出现回声、声聚焦等声缺陷。
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演讲厅和阶梯教室 要求有良好的语音清晰度，混响时间0.7秒左右。 地面可采用不大于200的升起坡度，有利于视听。
设置反射板，使厅堂中各位置的听众都能获得良好听觉条件。 消除回声和声聚焦等声缺陷。 进行隔声处理，减少外界噪声的干扰。
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体育馆 体育馆通常容积都很大，有很大的空旷场地和很高的天花.一般每座容积率在8m3以上. 屋顶跨度大,常采用凹曲面,易产生多重回声.
除举行体育比赛外,常兼作大型会场,举办文艺演出等. 要求有足够的语言清晰度,使观众能听清广播通知及播放的音乐等
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体育馆音质设计要点 防止天花与场地间的多重反射(吸声吊顶,悬挂空间吸声体. 控制混响时间在2秒内(墙内侧尽可能做吸声处理)
设置强指向性扩声系统(体育馆 噪声很大,混响时间长,常用声柱\声面\号筒扬声器,且采用集中与分散结合式布置)
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体育馆电声系统的布置 集中式为:在场地中央上部悬挂组合声柱\声面或号筒扬声器,主轴指向周围的观众席.
分散式布置:将若干扬声器或组合分散布置在观众席的前上方.各负担一部分观众席.(方位感不佳). 集中与分散结合.分散扬声器加延时器.
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反射声少,主要为直达声. 加强舞台后部及台口的声反射, 选择位置要考虑环境\风向等的影响.
露天剧场 反射声少,主要为直达声. 加强舞台后部及台口的声反射, 选择位置要考虑环境\风向等的影响.
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改善现有厅堂的音质 首先通过测量分析,明确厅堂的音质缺陷及原因,根据具体缺陷原因有针对性地提出改进措施. 缩短混响时间
加反射板,提供近次反射声. 对产生音质缺陷的部位作声学处理 扩声系统改进.
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音乐厅 无单独的舞台空间 没有乐池 演出大多数用自然声
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设计原则： 较长的混响时间，保证丰满度。每座容积8~10m3，厅内尽量少用甚至不用吸声材料。混响时间频率特性曲线上低频适当高于中频，有温暖感。 充分利用近次反射声，并均匀分布，使各座有足够的响度和亲切感，特别增加侧向反射可有良好的围绕感。 要有良好的声扩散。 噪声标准高于其它厅堂。 为语言扩声、现场转播及录音的需要，要设置声扩室
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4.5 建筑声学设计实例 ——中央音乐学院附中音乐厅
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1、建筑概况 该音乐厅应属中小型音乐厅，共769座，以演奏交响乐为主，兼顾室内乐、民族乐。
观众厅吊顶最高处为13.26米，大厅平均高度为10.5米，宽为20米，后部布置有一层眺台，两侧设置逐次跌落的浅眺台。 演奏台面积170m2，平面开口17米，深12米。 观众厅总容积7100立方米，每座容积为9.2m3。 音乐厅位于北京方庄小区内，周围为居民楼，无交通干道在附近通过。
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音乐厅平面
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音乐厅剖面
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2 、音质设计要求 该厅是中央音乐学院附中专业排练音乐厅。 演奏端的音质要求 （1）演员能尽情地发挥演技，保证彼此听闻，使演奏具有整体感。
（2）演员能感觉到演奏中大厅效果，以便调整自己的音乐演奏。
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观众厅的音质要求 （1）合适的混响时间和频率特性曲线，适于音乐欣赏。 （2）厅堂内各个部位，包括后部座位，都应有足够的响度。 （3）厅堂内的声能应均匀地分布，声音扩散充分。 （4）短的延迟反射时间，使音乐厅具有亲切感。 （5）厅堂内无回声、长延迟反射声、颤动回声、声聚焦、声失真、声影等缺陷； （6）允许噪声指标为35dB(A)。
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设计内容 混响时间的确定 近次反射声的利用 体型设计（平面、剖面、天花） 地面升起 楼座的设计 室内装修材料的选择 观众厅噪声的防止
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3 、混响时间的确定 同一大厅适应不同混响时间要求，一般采用3种方法：
①以一种功能为主，使这种功能在使用时达到良好的效果，而其他功能处于从属地位； ②取一个折衷值，兼顾各种功能的使用要求，各种功能都不是理想的效果； ③采用可变混响措施，通过改变混响时间的长短来保证各种功能达到使用要求。
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第三种方法较为理想的，但设置可变吸声结构会增加工程的造价，施工管理及操作也比较复杂，而且许多实例表明，混响可调范围有限，混响频率特性很难达到理想效果。
经商讨，采用了第一种方法确定混响时间设计指标，着重保证在交响乐演出时具有良好的使用效果。
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从演奏乐器方面讲，交响乐中弦乐是主角，混响时间较长。因本音乐厅还考虑管风琴演出，混响时间可更长一些。
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从演奏乐曲方面讲。 对于古典主义音乐，混响时间建议为1.7~1.8秒。 对于一般的交响乐团保留剧目，合适的中频混响时间为1.8~2.0秒。 对于激情或者伤感的现代音乐，中频混响时间一般设计为1.7~1.8秒。 对室内乐、民族乐一般可以取低一些。 借鉴世界上成功的音乐厅的经验，音乐厅混响时间范围是1.8~2.0秒。
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综合以上各个要素，考虑到中央音乐学院附中音乐厅属中小型音乐厅，容积不大，选择混响时间不宜过长，将设计最佳混响时间定为1
综合以上各个要素，考虑到中央音乐学院附中音乐厅属中小型音乐厅，容积不大，选择混响时间不宜过长，将设计最佳混响时间定为1.8秒（满场中频500Hz）。 频率特性曲线低频有20%的提升，高频曲线部分希望比较平直，或下降10%~15%。
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4 、近次反射声的利用 建筑设计上采用窄的侧墙，浅的挑台及舞台反射板提供早期侧向反射声，可以保证声能较均匀地进行反射，演奏台天花逐步升起，保证直达声与一次反射声的时差较短。 充分利用了这些短时差的近次反射声对保证观众厅声场的均匀和提高前中部观众席的音质有重要的作用
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中央音乐学院音乐厅池座中部的脉冲声响应图谱
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5、 体型设计（平面） 中央音乐学院附中音乐厅容量较小，属中小型音乐厅 ，采用矩形比较合适，1、大厅宽为20米，环绕大厅后部布置一层挑台，两侧设置一层逐次跌落的浅挑台，其栏板为前倾式反射板，最窄处为15.4米，以上处理，均可为观众提供大量侧向短延时反射，增加音色的丰满度、有利于提高听音的亲切感和环绕感，使音乐音质优美；2、矩形平面结构简单，各工种配合容易，经济效果好；3、内装修限制少，便于做内装修，将声学和美学很好的结合。
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6 、体型设计(剖面） 音乐厅建筑的横、纵剖面设计首先要考虑声学因素，让声音得到充分扩散，使观众厅声场均匀，提高音乐之音质效果。
设计中重点照顾楼下前中部缺少前次反射声或接受长时差反射声的区域，避免产生盲点、回声、聚焦、颤动回声等声学缺陷，以提高该区域音质。
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在古典“鞋盒式”音乐厅中，如阿姆斯特丹音乐厅、波士顿交响音乐厅、维也纳金色大厅、柏林Konzerthaus音乐厅、莱比锡音乐厅和苏黎士音乐厅，横、纵剖面均为矩形，其声扩散是利用侧墙上的雕塑、柱子、壁龛、天花上的浅隔栅、不规则包厢等不规则突出物，混响充满整个空间，使音乐柔美，动听。
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现代音乐厅一般追求简洁的风格，座椅追求舒适，一般用软椅，吸声较大，为了获得良好的视觉条件，池座和楼座都起坡，起坡有利于听众听音，可以减少声音掠过听众席的声吸收，获得足够强的直达声，这对自然声音乐演奏的厅堂来说非常重要，因为没有足够的响度，就谈不上音质，现代音乐厅运用新材料、新工艺，但材料的反射与吸收系数与传统的材料不一样，制作手法上，从极尽工巧到强调空间效果，使现代矩形音乐厅已不是传统“鞋盒式”音乐厅，在横纵剖面设计中，不能完全模仿古典传统的音乐厅，而要对各表面均进行精心设计，使现代音乐厅依然能获得最佳的音质。
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7、体型设计（天花） 一般认为，提供早期反射最有效的表面是顶棚，顶棚的形状和不规则面层，起到反射声与扩散双重作用，令声音柔美动听。如果演奏台突出，顶棚很高，常需要在演奏台上悬吊一些反射板，其反射面积与地面面积之比一般较小，反射板的平均高度，如果距演奏台不超过6~8m，将是有效果的。根据调查表明，小尺寸的构件比大尺寸的构件更可取，它可以扩散更大频率范围的声波。
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8、 地面升起 为保证直达声不受掠射吸收的影响，达到整个观众席，观众厅地面应升起，池座前区升起较低，池座前三排每排升起10公分，中间8排每排升起20公分，后部6排每排升起30公分，楼座6排每排升起45公分，达到听闻要求。
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9、楼座的设计 音乐厅内设置了楼座及包厢，可利用楼座侧面和下表面向池座观众席提供早期侧向反射声。为了使挑台下面观众得到良好的听觉条件，对挑台开口与楼座深度的比例控制在D/H=1，符合<=2的要求，张开角度大于450。
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音乐厅楼座悬挑D与开口高度H 音乐厅横剖面声线分析(半场)
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10、 室内装修材料的选择 该音乐厅以自然声为主，需要混响声弥补直达声能的不足，并提高声音的丰满度。混响时间定为满场1.8秒(500Hz) 需要通过适当的表面装修处理并进行精心的计算。 音质良好的音乐厅选择材料应选择质地密实厚重、刚度大的材料，以使声音得到充分的反射。设计选材要平衡多方面因素，如材料频率特性、耐火性、装饰性、材料的供应情况，建筑造价以及施工条件等等。为达到混响时间设计指标，根据各种材料混响频率特性，调配了所需要的反射及扩散结构的种类、材料及面积，
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根据初步混响计算， 观众厅的装修材料拟选为：
根据初步混响计算， 观众厅的装修材料拟选为： w 天花——铝合金板条板吊顶，后粘贴20厚木板。在一般观众厅内，天花对声音的吸收是较多，尤其对低频的共振吸收更为强烈，致使观众厅的低频混响时间变短。为避免这种情况，选择此天花，其吸声系数低，反射性好，且装饰效果也较好。
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观众厅侧墙——15mm厚石膏板外贴榉木板，2m以下为花岗岩护墙上设浅浮雕，以减少低频吸收，并有利于声扩散。
w 演奏台侧墙——5cm厚木板。 w 观众厅地面——实贴木地面。 w演奏台地面——双层木地面下设空腔，演奏台地面常常使用厚木板下设空腔，这样可以扩大固定于地板上的低音提琴和大提琴的声音辐射，并可适当减弱打击乐过响的声音。
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座椅——半硬质木边椅，椅背为成型木板，实木扶手，半硬椅垫及靠背。减少声吸收，尤其是低频音。为了保证达到声学要求，所选座椅必须经过严格检测。
演奏台后墙——3.5m以下是木制扩散体，3.5m以上是5cm厚木板。 观众厅后墙——池座为木制扩散体，楼座为1.5cm厚石膏板外贴榉木。
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11、 观众厅噪声的防止 噪声对语言和音乐的听闻有很大的掩蔽作用，特别是低频噪声。对于听音要求较高的大厅，必须做好噪声控制，一般对音乐厅形成干扰的噪声源主要有内部（观众及空调机械噪声）和外部环境噪声（交通噪声、社会噪声）此外还有雨噪声，因此设计中需采取有效的降噪措施。 观众厅内的本底噪声也是音质指标的一个重要部分。本设计噪声指标为：在开空调时大厅的背景噪声小于NC-25或35dBA。
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由于总体布局的限制，冷冻机房、水泵房、空调机房等设备机房大多设置在地下层，为了减小空调噪声对大厅的影响，除了对空调管道系统进行消声处理，如空调风管系统设置足够长度的消声器；应特别注意控制固体声的传递，设计中除了选用低噪声设备外，对空调冷冻、给排水机组应采取隔振设计，设置减振器、减振垫；进出风管、水管配接帆布及橡胶软接管，此外机房内平顶、墙面均做吸声降噪处理。
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观众厅正下方是车库和形体训练房，为了避免噪声对观众厅的影响，采用增加楼板厚度，下面加轻质复合隔声吸声吊顶；为了减弱城市环境噪声对观众厅的影响，设置周围廊，观众厅无直接暴露的外墙，并采用双层围护墙，厚度为190mm+90mm的空心砼砌块墙，为加强屋面隔声，也均适当加大屋面板厚度，结合屋面隔热层设计，附加一层石膏板吸声吊顶以防止雨淋噪声传入厅内。
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观众厅外墙采用陶粒砼砖砌块墙，厚度为190mm+90mm。
防雨噪声吊顶：屋面为防雨噪声，吊一层12厚纸面石膏板（轻钢龙骨），上铺50离心玻璃棉（容24Kg/m3）。 地板下为运动用房，为防噪声干扰，吊一层12厚纸面石膏板（轻钢龙骨），上铺50离心玻璃棉（容24Kg/m3）。
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设计作业 1、声聚焦（回声、多重回声、声染色）现象的应用研究。写2000字以上论文，配必要插图。
2、给50米*80米的区域，设计一个以声学现象为主的主题公园。用A3纸画图，并加文字说明。 3、某学生活动中心的观众厅部分长20米，宽15米，高4.2米；舞台为50平方米；西侧为落地玻璃窗；东侧有2个门，宽1.5米，高2.5米；天花已经用穿孔金属板吊顶（穿孔率15%，厚度1毫米，空气层厚度100毫米）；计划做木墙裙。该厅主要用于集会、小型演出、舞会等，试进行声学设计。
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