室内声学设计的主要目的就是设置房间的形状、容积以及吸声、反射材料的分布等，以获取室内良好的声环境和听音环境并避免形成声缺陷。室内声学的原理包括几何声学原理、扩散声场的假定以及室内声音的增长、稳态和衰减。
剧院观众厅、体育馆、会议厅、礼堂、播音室、教室等封闭空间内，不同于室外自由声场，声波在传播时受到室内各个界面的反射与吸收，声波相互重叠形成复杂的声场，如图 3-2所示，这种室内声场的特征主要有：
（1）距离声源有一定距离的接收点上，声能密度比在自由声场中要大，不随距离的平方衰减。
（2）声源在停止发声后，一定的时间里，声场中还存在着来自各个界面的迟到的反射声，产生所谓“混响现象”。
（3）声波与房间产生共振，引起室内声音某些频率的加强或减弱。
（4）由于房间的形状和内装修材料的布置，形成回声、颤动回声及其他各种特殊现象，使得室内声场情况更加复杂，如图 3-1所示。
图 3-1 室内声音传播示意图
图 3-2 室内声音反射的几种典型情况
A,B—平面反射;C--凸曲面的发散作用;D--凹曲面的聚焦作用
1音质设计
1.1音质的主观评价和客观参量
室内音质的好坏是以听众或演奏者们等使用者能否得到满意的主观感受为判断标准的，涉及人们对语言声和音乐声两种声信号的主观感受。这种主观感受从五个音质评价标准出发，包括合适的响度、较高的清晰度和明晰度、足够的丰满度、良好的空间感及有无声缺陷和噪声干扰。每一项音质要求又与一定的客观声场参量相对应。室内音质设计则是通过建筑设计与构造设计保证各项客观物理指标符合主要的使用功能，以满足人们对良好音质的主观感受的要求。表2-1给出了不同演场用途房间的声学设计与问题解决。
客观参量主要包含声压级与混响时间、反射声的时间分布与空间分布、两耳互相关函数、初始时延间隙、低音比和温暖感等。
1.2混响设计
一般的考虑因素:
（1）尺寸——当要求短混响时（语言用厅堂），宜将房间体积减至最小；当要求中等或长混响时（音乐用大厅），则要选择大一些的房间体积。
（2）吸声——采用吸声材料来减少混响；采用反射材料或扩散材料来增加混响。
（3）低频吸收——对于有反射面且需要语音清晰度的大房间，可以用亥姆霍兹共振器、薄膜吸声体和填充吸声体来加强低频吸收。
（4）语言清晰度——对于大房间，宜用各扬声器且具有适当延时的分布式扩声系统；对于有混响的房间，则宜用强指向性的低声级扩音系统。
（5）演奏现代乐的房间中经常要使用扩声系统。当我们希望房间的自然声提供所需的音质时，如果扩声系统的声级设置得太高，无论怎样的建筑设计效果都会大打折扣。这些扩声系统中可以加入人工混响。因此我们建议对于大音量的现代乐演奏房间，尽可能地多做吸声处理，见表3-1。
不同用途房间的声学设计与问题解决 表 3-1
为方便计算混响时间，通常可以建立EXCEL表格模板，输入不同材质的吸声系数，快速得到混响时间；表格如表3-2所示：
某学校报告厅混响时间计算 表3-2
1.3驻波与共振
驻波 自由空间中有一面反射性的墙。一定频率的声音入射到此墙面上产生反射，入射波与反射波的波形叠加，形成“干涉”。该驻波会在2个反射面之间的某些区域产生波节，某些区域产生波腹，即在入射波与反射波相位同向的位置上，振幅因相加而增大，而在相位反向的位置处，振幅互相抵消，相位相减故而“相位和”减小，由此形成了新的位置固定的波腹与波节，这就是“驻波”。
共振 声波共振是指利用一个与系统固有频率相同的声波,对系统形成激励,从而与系统达到共振。共振在声学中亦称“共鸣”,它指的是物体因共振而发声的现象,比如两个频率相同的音叉靠近,其中一个振动发声时,另一个也会发声。
1.封闭管中的共振简正模式
一根两端封闭的管，可以把它类比成两面相对的墙。这个封闭管是一个展示了简单的一维平面波动的案例。这时若以某种方式发出激励源，管体会在它本身固有频率处发声共振。此时声音的波长大于管的直径，声音沿着管的长度方向传播，不能穿越管壁。
例如在风琴管这样形式的乐器边沿，我们用嘴对其吹气，可以让管内的空气振动起来。管内若放置一个扬声器，通过它重放吹奏音的正弦信号，这一信号会随着频率的变化而改变。随着扬声器重放频率的增加，达到与管子的固有频率一致时，会产生明显的共振现象。
2.封闭管内的固有振动
此空间的边界条件是定义管在任意长度位置处的两端为刚性壁，管内固有振动频率也称为简正频率或振动的简正模式，而且在这些频率处管子产生共振，引起共振频率。在简正振动模式下，管中的声压和质点速度由位置决定。
3.自由场内两个平行墙面之间的共振
两个墙面之间，也可以维持驻波状态，即第二个墙面产生的驻波的波腹与波节与第一个墙面产生的驻波的波腹与波节在位置上重合，这样，在两墙之间就产生“共振”。
4.矩形房间的共振
四个墙面两两平行，地面又与天花板平行的矩形房间，相对的墙面之间也会受到其他四个面的反射干扰，除了产生轴向与切向驻波，还会有斜向驻波形态。这时若以某种方式发出激励源，房间共振的机会将大幅度增加。
在房间的六个室内表面都是刚性，声学全反射，但是实际上，内表面总有一定的吸声。在室内表面上布置吸声材料或构造时，共振峰会略向低频移动，频率响应曲线也相应趋于平坦。在演播室或录音室的声学设计中，选择与共振频率相同的吸声材料或构造做法，使得室内的频率响应特别是在低频处的响应避免大的起伏是非常重要的。有研究者给出矩形房间共振降低简并影响的几何尺寸与形体比例，这对于需要矩形房间形式的声学实验室、录音室、演播室、听音室、排练室等都具有较大价值。然而，实际工程中，诸如此类用途的房间常常设计采用不规则形体，一来可以防止简并驻波造成的音质畸变，二来可以增加美学与艺术效果。
1.4隔声设计
隔声设计是为阻止噪声传播而对建筑群总体布置、单位建筑布置和建筑结构进行的综合措施方案，本书隔声设计从空气声隔声、撞击声隔声以及雨噪声隔声三个方面考虑。
1.空气声隔声设计
（1）隔声门与隔声窗。
除了结构构件本身对门窗的隔声有影响之外，门窗周边是否密封也对隔声效果起到决定性影响。结构部件的隔声评价与单层或双层墙的评价方法相同，但是要将构件缝隙导致隔声量下降的因素考虑在内。总体来说，密封对隔声起到支配性作用，细节处理不同，施工精度不同，导致门窗的总体隔声量R值大有不同。如图 3-9所示隔声门与地面缝隙的细部做法实例，这是门窗隔声的薄弱点所在，下图中显示了隔声门的不同工艺，左边隔声门用密封垫进行了周边密封，且四周进行吸声处理，根本性的一点是门缝应尽可能小。右边隔声门设有下压条，关门时密封垫会自动密封门的底缝。
图 3-9 隔声门与地面缝隙的细部做法实例
隔声屏障
隔声屏障降噪量的估算公式和图表很多，不同估算方法有各自的适用条件和范围。最常用的基本的是薄屏障，如图 3-10所示的“菲涅耳数法”。图中，d是声源和接收点的直线距离，在声屏障不存在时，是声波直接传播的直达路程，A+B是声屏障存在时声波绕射的路程。再根据声波波长 可以算出菲涅耳（Fresnel）数N：
（3-16）
图 3-10 薄屏障示意图
式中 ，是绕射路径与直达路径的声程差；为声波的频率。图中是声屏障有效高度，α为绕射角。由菲涅耳数N查计算图可以得到降噪量NR。图中，N取负号是指声源点和接收点的连线越过了屏障顶部，即屏障对此连线无遮挡，但因为屏障的存在，仍会使传播的声波有所衰减。在范围内，可以用下式近似地估算声屏障的降噪量：
（3-17）
因为菲涅耳数N与声波频率成正比，所以声波频率高一倍，增加一个倍频程，声屏障降噪量大约增加3dB。
应当指出，当隔声屏障的隔声量超过该频率的降噪量10dB以上时，则声屏障的透射声屏障存在时声波绕能对屏障的降噪量无影响。换句话说，设计声屏障时，屏障自身的隔声量应大于屏障降噪量10dB以上。如果屏障朝向声源的一面需增加设置吸声材料，尽量使屏障靠近声源，则会提高降噪效果。
实际上，任何设置在声源和接收点之间的能遮挡两者之间声波传播直达路径的物体都起到声屏障的作用，它们可以是土堤、围墙、建筑物、路堑的挡土墙等。而薄屏障的做法也多种多样，可以是砖石和砌块砌筑，也可以是混凝土预制板结构，在北美还采用木板墙。在市区的高架道路上，为了减轻重量，亦可采用钢板结构的隔声屏，有的还采用玻璃钢，这些做法当然造价较高。声屏障的设计要综合考虑降噪量的要求、结构的安全和耐久性、施工和维护的简便、造价和维护费用的经济性，以及城市景观等诸多因素。
（3）隔声罩
采用隔声罩来隔绝机器设备向外辐射噪声，是在声源处控制噪声的有效措施。隔声罩通常是兼有隔声、吸声、阻尼、隔振、通风、消声等功能的综合体，根据具体使用要求，也可使隔声罩只具有其中几项功能。
隔声罩可以是全封闭的，也可以留有必要的开口、活动门或观察孔，具有开启与拆卸方便的性能以满足生产工艺的要求。
主要结构：
外层通常用1.5～2mm厚的钢板制成，在钢板里面涂上一层阻尼层，阻尼层可用特制的阻尼漆，或用沥青加纤维织物或纤维材料。外壳加阻尼层是为了避免吻合效应和钢板的低频共振，使隔声效果变差。外壳也可以用胶合板、纸面石膏板或铝板制作。为了提高降噪效果，在阻尼层外可再铺放一层吸声材料（通常为超细玻璃棉或泡沫塑料），吸声材料外面应敷盖一层保护层（穿孔板、钢丝网或玻璃布等)。在罩与机器之间要留出一定的空隙，并在罩与基础之间垫以橡胶垫层，以防止机器的振动传给隔声罩。对于需要散热的设备，应在隔声罩上设置具有一定消声性能的通风管道。隔声罩在采用不同处理时的隔声效果如图 3-11和图 3-12、图 3-13所示。
图 3-11 隔声罩示意图
图 3-12 隔声罩的隔声效果示意图
图 3-13 不同厚度与容重的超细玻璃棉的吸声系数
（a)容重为27kg/m3超细玻璃棉厚度变化对吸声系数的影响
(b)5cm厚超细玻璃棉容重变化时对吸声系数的影响
隔声效果
衡量一个隔声罩的降噪效果，通常用插入损失L来表示。它表示在罩外空间点，加罩前后的声压级差值，这就是隔声罩实际的降噪效果。插入损失的计算如式3-17所示：
（dB）
（3-18）
式中 α——罩内表面的平均吸声系数：
——罩的平均透射系数：
R——隔声量。
当α=时，为0，因此内表面吸收系数过小的罩子，降噪效果很差。许多设备，如球磨机、空气压缩机、发电机、电动机等都可以采用隔声罩降低其噪声的干扰。
2.撞击声隔声设计
建筑在使用的过程中，各种来源的撞击、振动传播到建筑结构上，此时会引发振动并通过结构传播，称为结构声。
建筑外部的交通、施工或工业生产产生的噪声和振动，可通过地面或建筑基础以结构声的形式传入室内。
在建筑内部，经常发生很多由人的活动带来的结构声，如脚步、猛地关门、拖动家具等引起的撞击，这些房间中产生的声音可以激励其墙面、顶棚、地面产生振动，引发结构声的传播。再如机械设备的振动，如水泵、风机、电梯、冰箱等是产生稳态结构声的声源。此外，管道内传输液体或蒸汽时，也会在水龙头或阀门处产生间歇性结构声，并通过管道本身和建筑结构传播。
人们感知到的结构声是振动表面的振动波辐射到空气中引发空气声的结果。结构声隔声的设计就要从减弱振动源的振动和阻隔振动在楼层结构中的传播，以及阻隔振动结构向接收空间辐射空气声这三个途径上考虑。为了评价撞击声被改善的效果，用声改善值来表示：
（3-19）
——采取措施前的规范化撞击声级，dB；
——采取改善措施后的规范化撞击声级，dB。
隔声设计中主要针对面层材料处理的效果如图 3-14所示，浮筑楼板不同浮筑垫层的效果如图 3-15所示。
图 3-14 几种弹性地面的撞击声改善值
1—6厚甘蔗板加1.7厚PVC塑料面(或3厚油地毡)
2—千铺3厚油地毡；3一干铺1.7厚PVC塑料地面
4—30厚细石混凝土面层加17厚木屑垫层； 5—10厚矿棉垫层；6一厚地毯
图 3-15 浮筑楼板不同浮筑垫层的隔声性能比较
1—无垫层；2—40厚炉渣混凝土；3—8厚纤维
板；4—8厚纤维板，地面与踢脚有刚性联结
1.5体型设计和声缺陷
现如今国民生活水平不断提高，人们对追求良好建筑声环境的愿望愈加突出，厅堂（室内）音质设计已经成为建筑设计中不可或缺的一部分。特别是对部分具有特殊听音要求的建筑空间类型，如剧院、音乐厅、会堂、电影院、电视演播厅、录音室等，室内音质设计尤为重要。此外，随着家庭影院、听音室以及听音用多媒体房的普及化，要求在学校、住宅建筑的常规设计中加入厅堂声学的设计内容，具体需以合理的背景噪声控制以及空间体型两个设计作为基础考量。
为保证建筑室内音质的声环境效果，声学专业需要与建筑、结构、暖通、机电、装饰等专业互相配合。如马大猷院士所说：“一座厅堂要达到良好的音质要求，需要高水平的建筑师与声学工程师密切合作，创造性地发挥最高水平。”这意味着，建筑师与声学工程师需要相互懂得对方的专业知识，并相互尊重彼此的工作。
在常规的空间中，室内音质设计应在做好建筑隔声和噪声控制（安静度）的基础上，以保证“足够的响度”“满意的清晰度”“合适的丰满度”“声场均匀度”“无噪声干扰”“无声缺陷”等基本的声学要求，从而制订具体的设计与施工目标。
各类空间的音质等声学设计中的吸声、反射、扩散等的设计标准及预期会因空间功能的不同而存在差异，具体思路包括使用材料的类型、布置、安装方法等，应根据项目实际情况做针对性分析，不可简单地一概而论。
1. 体型设计
（1）体型设计的目的。
体型设计是音质设计的一部分，通常也是厅堂音质设计的首要步骤，这主要是由于以下几个原因：
①体型设计是建筑设计与厅堂音质设计的双重基础。
②容易被声学设计师忽略。
③声学设计师需要参与建筑体型设计，这一点却通常被项目业主和建筑设计师忽略，以致国内不少声学空间在建筑设计的初期，体型就存在较大声学缺陷却不被意识到。在建筑设计完成甚至主体施工完成后，再让声学设计师参与，就变成了一项难度极高的声学设计挑战。
体型设计的出发点是为了充分利用与安排房间内的有效声能，使早期反射声在时间和空间上能够合理分布，并防止房间内出现各类声学缺陷。
（2） 体型设计的原则。
对于观演类厅堂的体型，应由建筑声学设计师根据声学原理和项目功能定位要求进行设计。对于功能、体积已经确定的观演空间，体型设计的结果直接决定早期反射声的时间和空间分布，甚至影响直达声的传播，将对厅堂内的听音效果、装修造价产生重大影响。因此，体型设计是厅堂音质设计的重要基础。
体型设计应满足以下几个要求：
①合适的容积控制。
②充分利用声源的直达声，依据声学原理使直达声能够传播到厅堂的每一处。
③通过合理的体型设计，去争取和控制厅堂内的早期反射声、使其满足合理的时间和空间分布要求。
④适当的声扩散处理，使厅堂内的声场达到好的扩散效果，以满足厅堂内声场均匀度的要求。
⑤防止厅堂内出现声聚焦、颤动回声或多重回声、声影区、驻波等声学缺陷。
⑥明确墙体的装修厚度、顶棚的装修高度及荷载，给建筑、装饰设计师提供前期条件。
2.厅堂的容积控制
不同声学厅堂，对容积（每座容积）控制有不同的要求，见表3-3。
3.声源直达声的利用
直达声强度的大小将影响观众席上声音的清晰度。由于观众席座位、听众衣服等的吸声作用，直达声每经过一个观众席，强度都会有衰减，故而观众席的听音清晰度与声源距离成反比，距离越近清晰度越佳。
演出时，演员和部分乐器发出的声音均有一定的指向性。高频声音的指向性强，低频声音的指向性弱。观众席不在声音辐射（指向性）的区域内时，听音清晰度较差；反之，清晰度较好。
以自然声演出为主的厅堂，体型设计应注意以下几点。
（1）厅堂的纵向长度一般不宜超过35m。
（2）使观众席尽量靠近舞台。当观众席超过1200座时，宜增加一层悬挑式楼座；当超过1800座时，宜采用两层或者多层悬挑式楼座。
（3）建议将绝大部分观众席布置于以声源为顶点的140°角的平面区域内。
（4）观众厅尽可能采用高低错落的梯田式布置形式。观众席的台阶级差设计与变化既可以满足视线的通达与，也有利于加强此区域的声扩散。
（5）观众厅顶棚设计，既应满足声反射和声扩散的基本要求，还应满足混响、隔声的要求。
4.早期反射声的控制
比直达声滞后50ms以内到达的声音称为早期反射声（参数表示为C50）。音乐演出可以延长至80ms（用参数表示为C80）。观众厅的体型设计应该使厅内每个观众席都能够接收到丰富的早期反射声，尤其是侧向早期反射声。
依据声学的声线法基本原理，通过在平面、剖面图内做声线分析，即可得到每种体型的观众厅的早期反射声的状况。声线分析时，建议声源的位置选择舞台大幕线中心后3m、高于舞台地面1.5m处，通过声线分析确定顶棚及侧墙的形状和最佳造型。设有乐池时，应在乐池开口中心增设一个声源点再作声线分析。
图 3-16 渤海实验学校剧场声线分析图
室内厅堂音质的评价是多元的，双耳相关函数，声场强度因子、声场扩散度、空间感、环绕感等建筑声学主、客观评价指标主要通过体型、容积率等室内空间因素决定。而混响时间、温暖感、反射声的初始延迟时间、声场均匀度及其频率特性等评价指标很大程度上取决于室内容积、界面材料及构造的选择。其中，混响时间是音质设计装饰的重要内容之一，对RT的控制通常采用在厅堂各界面布置声学构造的方法来实现。
建筑设备隔振
根据振动产生的过程，首先振源发出振动，通过介质传至受振动对象（人或物），因此，振动污染控制的基本方法分为三个方面：振源控制、传递过程中振动控制和对防振对象采取的振动控制措施。建筑设备的隔振也从上述三点考虑。
振源控制
（1）采用振动小的加工工艺，避免零部件的强力撞击和基础振动，可采用非撞击方法来代替撞击方法，如焊接代替铆接、压延代替冲压、滚轧代替锤击等。
（2）减少振动源的扰动，可通过改进振动设备，降低振源本身的不平衡力和力矩引起的对设备的激励，减小其振动，达到最佳的控制效果。
（3）旋转机械，大部分属于高速运转类，如每分钟达到千转以上，其微小的质量偏心或安装间隙的不均匀都容易带来严重的振动危害。因此要调好其动、静平衡，提高旋转机械的产品质量，控制其对中要求和安装间隙，从而减少其离心偏心惯性力的产生。
（4）旋转往复机械，此类机械是曲柄连杆机构组成的往复运动机械，如柴油机、空气压缩机等。对于此类机械应从设计上采用各种平衡方法改善其平衡性能。
（5）传动轴系的振动，随着各类传动机械的要求不同而振动形式各异，主要有扭转振动、横向振动和纵向振动三种。改善此类轴系振动情况的方法有使其受力均匀，传动扭矩平衡，应有足够的刚度等。
（6）管道振动，主要是各种工业用管道，随着传递输送介质（气、液、粉等）的不同产生的管道振动形式不同。管道内流动介质由于其压力、速度、温度和密度等随时间呈现周期性变化，如与压缩机相衔接的管道系统，在周期性注入和吸走气体的情况下，气脉流动被激发，继而形成了对管道的激振力，带动管道的机械振动。设计改善的措施有适当配置各类管道元件，改善介质流动特性，避免气流共振和降低脉冲压力。
（7）改变振源的扰动频率。
在某些情况下，受振对象（如建筑物）的固有频率和扰动频率相同时，会引起共振，此时改变机器的转速，更换机型（如柴油机缸数的变更）等，都是行之有效的防振措施。
（8）改变振源机械结构的固有频率。
有些壳体结构振源，当扰动频率和本身壳体结构的固有频率相同时，会引起共振，此时可以改变设施的结构和总体尺寸，采用局部加强法（如加设结构筋、多加支承节点），或者增加壳体质量等，都可以改变机械结构的固有频率，避免共振。
（9）加阻尼以减少振源振动。
对于薄壳结构的机械振源，可采用在壳体上加阻尼材料的方法抑制振动。
2.传递过程控制
传递过程控制措施如下：
增加振源和受振对象之间的距离。
①厂区总平面布置。
②建筑物选址。
③车间生产布置工艺。
④其他方法。如将动力设备和精密仪器设备分别置于楼层中不同的结构单元内，如设置在伸缩缝（或沉降缝）、抗震缝的两侧，对振动衰减有一定的效果。
隔振沟（防振沟）。
隔振沟对冲击振动或频率大于30Hz的振动有一定效果；对于比这一频率更低的振动则收效甚微。作用效果主要取决于沟深H与表面波的波长之比，对于减少振源振动向外传递而言，当振源距离沟为一个波长时，H/至少应为0.6时才有效果；对于防止外来振动传至精密仪器设备，该比值要达到1.2以上才可以。
设备隔振措施。
当受空间位置限制或地皮昂贵或工艺需要时，不能加大振源与受振对象之间的物理距离时，设备隔振措施的优越性就显示出来了。从积极隔振与消极隔振两个层面考虑。前者是减少振动设备扰动外传，对其采取的隔振措施（即减少振动的输出）；后者是减少外来振动对防振对象的影响，对防振对象（如精密仪器）采取的隔振措施（即减少振动的输入）。原则是在振源或防振对象与支撑结构之间加隔振器材，研究表明，如此做法对保护机器本身的精密部件和模具的好处很多。
管道隔振。
①在动力机器与管道之间加柔性连接装置，例如在风机的风管与风机的连接处采用柔性帆布管接头，或在水泵进出口处加橡胶软接头，以防止振动传出。
②在管路穿墙面而过时，应使得管路与墙体脱开，并垫以弹性材料，以减少墙体振动。同时对管道的架设而言，应每隔一定距离设置隔振吊架和隔振支座。
3.对防振对象采取的振动控制措施
（1）采用黏弹性高阻尼材料，如阻尼漆、阻尼板等，增加阻尼，以增加能量耗散，降低其振幅。
（2）紧密仪器、设备的工作台，应采用钢筋混凝土制作的水墨石工作台，以保证工作台本身具有足够的刚度和质量，而不宜采用刚度小、容易晃动的木制工作台。
（3）精密仪器室的地坪设计，应采用混凝土地坪，必要时采用厚度不小于500mm的混凝土地坪。如必须采用木地板时，应将木地板用热沥青与地坪直接粘贴，不应采用在木格栅上铺木地板架空的做法，以避免操作人员在其上走动时产生的较大振动，进而影响精密仪器和设备的正常使用。
4.其他振动控制方法
楼层振动控制。
楼层结构的固有频率谱排列很密，而楼层上各类设备的转速变化范围较宽，非常容易引起共振。故在楼层结构设计时预先考虑其平面尺寸、柱网形式、梁板刚度及其刚度比值，以便把结构的共振振幅控制在某个范围内。通常增大构件刚度，调整柱网尺寸，对减少任意种类的楼层振动均有效。
有源振动控制。
该方法的理念是：用传感器将动力机器设备扰力信号检测出来，并输入计算机系统分析，产生相反的信号，再驱使一个电磁结构或机械结构产生一个位相与扰力完全相反的力作用于振源上，从而达到控制振源振动的目的。