具有弧形屋面板结构的大型会议中心的室内音质分析方法

摘要

本发明公开了一种具有弧形屋面板结构的大型会议中心的室内音质分析方法，包括如下步骤：S1.选取正弧形顶面酒店客房中多个房型作为待测房间，并分别对其室内声场进行计算机模拟分析；S2.基于计算机模拟分析结果，对存在的设计问题进行原因分析；S3.基于原因分析，制定设计调整方案；其中，对其室内声场进行计算机模拟分析，包括如下步骤：S11.基于待测房间的空间设计建立计算机三维模型；S12.设置计算参数；S13.设置声源及接收点；S14.设定模型材质参数；S15.进行模拟分析，以获得客观参量室内声压级、混响时间及语言清晰度在各个接收点的数据以及在整个客房内的分布情况。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑设计技术领域，具体涉及一种具有弧形屋面板结构的大型会议中心的室内音质分析方法。

背景技术

随着科技和经济生活的日益发展和提高，建筑物需要具有更多的功能性才能够满足各种特殊要求。在大型国际会议中心的建造中，一般以会议厅和酒店用房两部分为主体，以满足各种类型及规模的会议活动需要。一般国际会议中心的会议厅和酒店用房的屋顶为平屋顶，但对于一些具有特殊使用需求和外形设计的建筑则采用了现浇混凝土正、反弧形屋面板结构，弧形屋面分为两种形式：正弧形屋面和反弧形屋面。正弧形屋面是指弧形屋面曲线圆心位于屋面下方的情况，如图1所示，反之，反弧形屋面是指弧形屋面曲线圆心位于屋面上方的情况，如图2所示。

当前，已有大型国际会议中心的酒店客房采用了正弧形顶面结构，会议厅采用了反弧形屋面结构。由于酒店客房是用户使用时间和概率最高的空间，应为酒店用户提供健康、舒适的居住环境，而这些正弧形屋面客房存在声音聚焦问题，会使客房使用者产生不舒适的室内环境体验，是设计师以及运营商都十分关注的问题。此外，会议厅的反弧形屋面板建筑内，也会产生声学缺陷，由于室内空间巨大，如何保证室内较好的语言清晰度，满足大型国际会议、报告等功能使用要求，也是建筑声学设计的重点。通过对正弧形顶面客房以及反弧形屋面的会议厅的室内音质分析研究，提出合理的音质设计措施，以满足使用功能的需要。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有弧形屋面板结构的大型会议中心的室内音质分析方法，以对项目建筑设计、室内设计及后续酒店运营等工作提供理论支持，可并且可以在前期了解室内声场分布情况，发现问题及时调整，以免建筑建成后由于存在较大问题改造而造成的各种不便。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有弧形屋面板结构的大型会议中心的室内音质分析方法，包括如下步骤：

S1.选取正弧形顶面酒店客房中多个房型作为待测房间，并分别对其室内声场进行计算机模拟分析；

S2.基于计算机模拟分析结果，对存在的设计问题进行原因分析；

S3.基于原因分析，制定设计调整方案；

其中，对其室内声场进行计算机模拟分析，包括如下步骤：

S11.基于待测房间的空间设计建立计算机三维模型；

S12.设置计算参数；

S13.设置声源及接收点；

S14.设定模型材质参数；

S15.进行模拟分析，以获得客观参量室内声压级、混响时间及语言清晰度在各个接收点的数据以及在整个客房内的分布情况。

在一优选实施方式中，具有弧形屋面板结构的大型会议中心的室内音质分析方法还包括如下步骤：

S4.利用声线几何作图法对反弧形屋面的会议厅室内进行声线分析；

S5.基于声线分析结果，判断反弧形屋面的会议厅室内是否存在声聚焦问题；

S6.如果不存在声聚焦问题，则进行反弧形屋面的会议厅室内混响设计；

S7.基于会议厅结构设计，制定反弧形屋面的会议厅室内音质设计方案。

在一优选实施方式中，步骤S1中，选取正弧形顶面酒店客房中位于不同位置的至少三个标准间作为待测房间，基于待测房间的空间设计建立CAD三维模型，并采用ODEON软件进行算机声学模拟。

在一优选实施方式中，步骤S12中，设置计算参数包括：将客房内接收点高度定为1.2米，网格精度设置为0.1米，模型早后期声线算法的转换阶次为2，当反射阶次为2000阶次或者脉冲响应时间为1000ms时停止计算，模拟时温度设置为20℃，相对湿度设置为50％。

在一优选实施方式中，步骤S13中，设置声源及接收点包括如下步骤：设定一个无指向性点声源，位置在客房电视机位置，高度为1.0米；设置9个接收点，9个接收点分为三行三列均匀布置，并且接收点均距地面1.2米高。

在一优选实施方式中，步骤S2中，基于计算机模拟分析结果，对存在的设计问题进行原因分析包括：如果室内SPL值在声源附近最大，随离声源的距离增大而衰减，且在客房内人耳高度面上，没有声能特别集中的区域，无明显的声聚焦现象，原因在于客房室内设有卫生间的玻璃隔断以及硬质家具，或者客房内布置有软装家具和装饰的吸声问题，其中，硬质家具包括电视柜、衣柜、床头柜，软装家具和装饰包括床、沙发、地毯、窗帘。

在一优选实施方式中，步骤S3中，基于原因分析，制定设计调整方案包括：增加地毯厚度，并且增加地毯的铺设面积；增加窗帘厚度，窗帘褶皱率达到1:2.5-1:3，以增加窗帘的吸声量；在墙面悬挂装饰画、艺术装置，以增加墙面的扩散反射；选择布艺沙发以及座椅，以增加家具的吸声量。

在一优选实施方式中，步骤S4中，利用声线几何作图法对反弧形屋面的会议厅室内进行声线分析包括：以会议厅室内空间为研究对象，将声源定位于主席台，声源高度为1.7m，观众席高度位置为离地1.2m，进行声线分析。

在一优选实施方式中，步骤S5中，进行反弧形屋面的会议厅室内混响设计包括：确定最佳混响时间及其频率特性；计算体积、吸声量及混响时间；以及选择和确定室内装修材料及其布置。

在一优选实施方式中，步骤S6中，会议厅结构设计包括：会议厅主席台后部为玻璃幕墙，玻璃幕墙前设置有多扇电动旋转门，且会议厅内墙面装饰材料主要为木饰面；制定反弧形屋面的会议厅室内音质设计方案包括：在会议厅主席台后部的玻璃幕墙处设置可升降的活动吸声帘幕，并将主席台后部墙面布置为吸声饰面；电动旋转门设置为吸声结构；将厅内所有木饰面设置为吸声结构饰面，主席台两侧墙面、观众厅后墙墙面采用实木条排列的吸声结构；并且采用吸声量大的座椅。

与现有技术相比，本发明的具有弧形屋面板结构的大型会议中心的室内音质分析方法的有益效果是：本发明通过计算机软件仿真模拟正弧形顶面酒店客房室内声场，可以在前期了解室内声场分布情况，发现问题，及时调整，以免建成后由于存在较大问题改造而造成的各种不便。并且通过对反拱型屋面的会议厅室内音质研究，以对项目建筑设计、室内设计及后续酒店运营等工作提供理论支持，有利于在前期发现问题及时调整。

附图说明

图1为现有技术的正弧形屋面结构形式。

图2为现有技术的反弧形屋面结构形式。

图3为本发明的一优选实施方式的具有弧形屋面板结构的大型会议中心的室内音质分析方法流程图。

图4为本发明的另一优选实施方式的具有弧形屋面板结构的大型会议中心的室内音质分析方法流程图。

图5为本发明的正弧形顶面酒店客房声源、接收点空间分布图。

图6为本发明的正弧形顶面酒店客房声源、接收点平面分布图。

图7为本发明的正弧形顶面酒店客房声源、接收点立面分布图。

图8为本发明的国际会议厅剖面图示意图。

图9为本发明的国际会议厅室内声线分析示意图。

图10为本发明的电动翻转门构造示意图。

主要附图标记说明：

o-声源，r-接收点，501-正弧形屋面，801-反弧形屋面，802-可升降的活动吸声帘幕，101-实木条排列，102-木饰面板，103-岩棉板，104-转轴。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明基于某大型国际会议中心项目，总建筑面积40161.03平方米，以会议中心和酒店用房两部分为主体，满足各种类型及规模的会议活动需要。此项目的建筑造型采用成组的现浇混凝土弧形屋顶，弧形顶分为两种形式：正弧形屋面和反弧形屋面。本项目2#、3#、5#和6#酒店建筑的酒店客房都采用了正弧形屋面形式，而其余酒店及会议中心建筑都采用了反拱型屋面形式。本发明通过对正弧形顶面客房的室内音质分析研究，包括了声场分布、室内混响时间、语言清晰度等音质指标分析，以对项目建筑设计、室内设计以及今后酒店运营等工作提供理论支持。并且对反拱型屋面的会议厅室内音质分析研究，包括室内声线分析、室内混响时间计算，提出音质设计措施，以供项目建筑设计和室内设计参考。

如图3-7所示，本发明一优选实施方式的具有弧形屋面板结构的大型会议中心的室内音质分析方法，包括如下步骤：

步骤S1.选取正弧形顶面了3#酒店中A、B、C三个客房标准间作为待测房间，对其室内声场进行了模拟，旨在分析室内声场分布均匀性，是否存在声能过于集中于某处，是否存在声聚焦等声学缺缺陷。

具体的，以A客房标准间室为例，具体阐述对其室内声场进行计算机模拟分析的过程，步骤如下：

步骤S11.基于待测房间的空间设计，采用CAD软件建立计算机三维模型。为更好地指导建声的设计，在建立计算机模型时，各部分的面层建模尽量详细以求最大程度的反映真实情况，同时在不影响声场模拟结果的情况下，对部分复杂面进行了简化，最终建成的模型共有47个面围合而成。

步骤S12.设置计算参数。在计算客房内声场分布时，把客房内接收点高度定为1.2米，网格精度设置为0.1米。模型早后期声线算法的转换阶次为2，后期算法考虑朗伯余弦定律，当反射阶次为2000阶次或者脉冲响应时间为1000ms时停止计算。模拟时温度为20℃，相对湿度为50％。

步骤S13.设置声源及接收点。具体的，客房内主要声源为电视声，因此设定一个无指向性点声源o，位置在客房电视机位置，高度为1.0米。客房共布置了9个接收点r，9个接收点r分为三行三列均匀布置，并且接收点均距地面1.2米高。声源及接收点分布如图5-7所示。

步骤S14.设定模型材质参数。模型材质参数的设定主要来自两个途径：一是选用ODEON软件自带的材质库，二是声学设计需要控制的材料及构造，其吸声系数的参数经编辑后输入，如吸声吊顶、吸声墙面等构造，这些材料的吸声系数是经过实验室测量并在实践中进行修正过的可靠数据。表1为主要装修材料声学特性表：

表1客房装修材料声学特性表

步骤S15.进行模拟分析，以获得客观参量室内声压级SPL(Sound PressureLevel)、混响时间RT及语言清晰度D50在各个接收点的数据以及在整个客房内的分布情况。SPL反应客房内声压级分布的大小，若某处存在声聚焦现象，则该处的声压级会明显大于其他周围区域。混响时间RT是指声源停止发声后，声能衰减60dB所需的时间。混响时间越长，声音越具有混响感和丰满感，但若混响时间过长，则声音含混不清；混响时间越短，声音清晰度高，易分辨。清晰度D50是延迟50ms以前的声能和总声能比(主要用于语言清晰度的判断)。

模拟分析结果显示，客房内中频混响时间RT约为0.7s，中频语言清晰度D50为0.66，根据模拟分析倍频程125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz六个中心频率的SPL分布模拟结果，显示SPL值在声源(电视声)附近最大，随离声源的距离增大而衰减。

步骤S2.基于计算机模拟分析结果，对存在的设计问题进行原因分析。

具体的，通过对典型客房户型的计算机声场模拟分析，当客房内的主要声源为电视声时，室内SPL值在声源(电视声)附近最大，随离声源的距离增大而衰减。在客房内人耳高度面上，没有声能特别集中的区域，无明显的声聚焦现象。原因可能有以下几点：

1、客房室内设有卫生间的玻璃隔断以及电视柜、衣柜、床头柜的等硬质家具，使得室内反射界面较为复杂，声音的反射路径也更为复杂，无明显的定向反射声。

2、客房内布置有床、沙发、以及地毯、窗帘等软装家具和装饰，这些家具和织物都有较好的吸声效果，也一定程度上削弱了反射声的聚集。

此外，通过对酒店内混响时间RT和语言清晰度指标D50模拟数据进行分析，目前得到的模拟数据稍稍偏长，语言清晰度欠佳。这可能是由于客房内的顶面和墙面材料都是钢筋混凝土或玻璃，卫生间隔断为玻璃，皆为强反射声材料，仅家具、软装有一定的吸声效果，因此室内有效吸声量较小，导致混响时间和语言清晰度指标稍稍偏长。

步骤S3.基于原因分析，制定设计调整方案。具体的，制定设计调整方案，以改善室内语言清晰度，可以通过增加软装和选择合适的软装产品来增加室内有效吸声量，例如：

1、选用较厚的地毯，增加地毯的铺设面积；

2、选用厚重的窗帘，窗帘褶皱率达到1:2.5-1:3，以增加窗帘的吸声量；

3、在墙面悬挂一些装饰画、艺术装置等，增加墙面的扩散反射；

4、尽量选择布艺沙发以及座椅，增加家具的吸声量。

在另一优选实施方式中，由于该项目各几个重要的会议空间屋面均有几个反弧形的屋面组成。首先通过声线几何作图法验证反弧形屋面是否存在声聚焦问题；其次，由于会议厅内室内音质要求较高，需进行室内混响设计，通过室内混响时间计算，结合室内装饰效果，选择和确定室内装修材料及布置。具体的，如图4所示，具有弧形屋面板结构的大型会议中心的室内音质分析方法还包括如下步骤：

步骤S4.利用声线几何作图法对反弧形屋面的会议厅室内进行声线分析。声学设计中常用声线几何作图法来检查房间形体是否会产生音质缺陷、声场分布是否均匀等。声线几何作图法的原理为：以垂直于声波波阵面的直线(即声线)代表声能传播的方向，在遇到反射体时，声能传播遵循如同光的反射定律，即入射角等于反射角，入射线、反射线和法线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧。一般建筑空间房间介质为(即空气)均匀且为唯一介质，因此不考虑声音在介质中的折射和衍射。

具体的，以本项目国际会议厅室内空间为研究对象，将声源定位于主席台，声源高度为1.7m，进行声线分析，图9示出了声线分析中多条光学反射光路901。

步骤S5.基于声线分析结果，判断反弧形屋面的会议厅室内是否存在声聚焦问题。从图9中可以看出，在观众席高度位置902(离地约1.2m)声线分布均匀，无声聚焦点。由此也可验证，反弧形屋面在室内不会产生严重的声学缺陷，且有利于声音的均匀分布。

步骤S6.如果不存在声聚焦问题，则进行反弧形屋面的会议厅室内混响设计。从室内声线分析来看，反弧形的屋面形式并不会造成会议厅室内产生声聚焦等声学缺陷。但由于会议厅内体积巨大，声学处理不当，会存在语言清晰度差、回声、颤动回声、话筒啸叫等问题，因此会议厅的室内混响设计也是本次课题研究的一大重点。大型会议厅是举办大中型会议的主要场所，对室内音质有较高的要求，主要保证厅内语言清晰度良好，防止厅内出现回声、颤动回声、话筒啸叫等声缺陷，观众席各处有合适的响度和均匀度，为扩声系统提供良好的响度和动态范围，在不同使用工况下，都有较好的音质效果。

本项目会议厅主要以扩声系统使用为主，室内混响时间宜偏短，声音清晰，以利于扩声系统各种音响效果的营造。室内混响设计是在大厅的形状基本确定，容积和内表面积可以计算时进行，具体内容包括了：

1、确定最佳混响时间及其频率特性；

2、计算体积、吸声量及混响时间；

3、选择和确定室内装修材料及其布置。

本发明重点研究了国际会议厅室内混响设计。国际会议厅的剖面图如图8所示，国际会议厅位于一层平面。平面呈矩形，平面宽度约32.6m，长约44.85m，房间净高约12.8m。会议厅一端布置临时主席台，最高容座为1008座，供25排，排距为1200m，坐席为活动坐席。

步骤S7.基于会议厅结构设计，制定反弧形屋面的会议厅室内音质设计方案。

具体的，国际会议厅体积巨大，考虑到室内语言清晰度要求，混响时间设计值为1.5s(满场中频)。根据混响时间设计值计算，需约900～1000㎡左右的吸声面积。裸露的钢筋混凝土现浇反弧形屋面是本项目建筑的造型特色之一，若考虑声学要求，而在拱顶下方加设吸声吊顶，则大大破坏了原建筑设计和室内设计的特色。因此，如何结合建筑室内效果进行室内音质设计正是本次研究的难点所在。尽量保证反拱型屋面外露，不设置吸声吊顶是室内音质设计的前提条件。由于房间顶面没有布置吸声材料和构造的条件，吸声材料和构造主要布置在墙面，宜均匀、分散布置。考虑到室内各界面的材质，提出如下几点措施：

表2国际会议厅室内混响时间计算表

1、幕墙处设置可升降的活动吸声帘幕

如图8所示，国际会议厅的屋面包括几个反弧形屋面801，主席台后部为玻璃幕墙，上部玻璃幕墙内侧可采用可升降的活动吸声帘幕802。一方面作为室内吸声界面，另一方面也可以避免观众朝主席台方向看时产生眩光。吸声帘幕可根据实际使用功能需求升降，对室内装饰效果不会产生较大的影响。吸声帘幕应具有较好的吸声特性。

2、电动旋转门设置为吸声结构

具体的，主席台后部墙面为玻璃幕墙，玻璃幕墙前设置了12扇电动旋转门。从声学设计要求角度出发，主席台后部墙面应布置为吸声饰面，一方面可避免话筒啸叫等问题，另一方面可提高主席台区域语言清晰度。但原土建和室内设计中，玻璃幕墙和电动旋转门都为强反射界面。为解决这个问题，本发明利用电动旋转门作为吸声构件，提供约130㎡左右的吸声面积。普通门扇两侧为木饰面，将其中一面设置成为透声构造，如图10所示，电动翻转门采用实木条排列101的透声饰面(实木条竖向排列，背衬透声布，实木条宽度约40mm，实木条之间缝隙宽度约为15mm，实木条厚度约20mm穿孔率达到33％左右)，实木条排列101与木饰面板102之间填塞50～100mm厚的岩棉板103或者离心玻璃棉。

3、墙面采用实木条排列吸声结构

具体的，厅内墙面装饰材料主要为木饰面。除了将电动翻转门设置为吸声结构，根据混响时间计算，厅内所有木饰面均应为吸声结构饰面，特别是主席台两侧墙面、观众厅后墙必须保证全部为吸声结构，可避免回声，话筒啸叫等问题。考虑到原墙面装饰材料及效果，吸声材料和构造的选择应与原装饰材料相近，而非选择金属、织物等其他质感差异较大的材料。综合考虑吸声性能和装饰效果，墙面吸声结构可采用一种实木条排列吸声结构。这类吸声构造应特别注意实木条的宽度、厚度及间距，这些参数的改变会直接影响构造的整体吸声性能，不得随意更改。

4、采用吸声量较大的座椅

具体的，由于室内座椅可起到较大的吸声作用，可考虑采用吸声系数较大的座椅，以进一步降低房间混响时间，提高室内语言清晰度。吸声系数较大的座椅具有较厚的海绵层，且外部采用透声织物而非不透气的皮革面层。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。