建筑和室内空间声环境设计——图书馆
图书馆作为阅读、学习的重要场所，需要安静的环境，使读者能够全神贯注投入阅读和学习中。在图书馆中，人们会自觉的保持安静，在这样一个环境中，翻书声、脚步声、外界的噪声、空调系统噪声等等都会显得刺耳。不同的区域间要求噪声互不干扰，馆内的吸声和隔声都应进行统一的设计。
根据以往经验，结合图书馆建筑的特点分析，图书馆建筑中需要解决的声学问题主要有以下几个方面：
①回声：是指强度和时间差到足以引起听觉将它与直达声区分开来的反射声，从单一声源产生的一串可分的回声。室内两个界面之间距离大于一定数值时，当在其中间之声源发声时，即将产生多重回声。回声的出现会影响听音的注意力，影响声音的清晰度，破坏立体声聆听的声像定位效果，所以在图书馆内，回声是应该防止的。
②颤动回声：当声源在两个平行界面或一平面与一凹面之间发生反射，界面之间距离大于一定数值时，所形成的一系列回声。颤动回声会引起听力疲劳，使人感到厌烦。这样会使人们无法静心，而丧失图书馆的作用。
③声聚焦：凹曲面对声波形成集中反射的现象，它使声能集中于某一点或某一区域致使声音过响，而其它区域则声音过低，是音质设计中的缺陷之一。声聚焦现象会造成声能过分集中，使声能汇聚点的声音嘈杂，而其他区域听音条件变差，扩大了声场不均匀度，严重影响听众的听音条件。应该防止这种缺陷。
④声影区：由于障碍物或折射的原因，产生声音辐射不到的区域。在声音区内、声压级很低，音量很轻。因此声影区的存在也是声压不均匀的原因，应防止。
⑤由于室内频率响应的变化，使原始声音信号被赋予外加的音色特点。对于容积小的听音室，本征频率在低频段分布不够密集连续、因此在低频段易产生“共振”的音染现象，应该采用措施防止。共振现象产生的声染色效应，引起声音信号的失真，产生主观听感上的厌恶情绪。严重影响听音效果。
综上所述，前四种缺陷一般在大厅中容易发生，解决的方法应用几何声学的有关规律，而第五种则多发生于小室，应从波动声学的角度加以考虑，消除音质缺陷。
2.1、根据《图书馆建筑设计规范》JGJ38-2015中的建议，图书馆各类用房或场所的噪声级分区及允许噪声级应符合下表的规定：
图书馆各类用房或场所的噪声级分区及允许噪声级
2.2、混响时间
图书馆的属于偏语言类的声学空间，对语言清晰度要求较高，混响时间较短，根据实际经验来说，中频500Hz混响时间应该控制在0.6—0.8s，混响时间频率特性接近于平直。避免声聚焦、颤动回声等易在厅堂空间出现的声学缺陷。
2.2 电梯井道及产生噪声和振动的设备用房不宜与有安静要求的场所毗邻，否则应采取隔声、减振措施。
4.1阅览区
图书馆的阅览区是一个开敞的空间，集阅、藏、借、管为一体，为读者提供多种选择性。环境噪声的干扰不可忽视，特别是图书馆建于企业厂界周围或是交通干道附近时，外界噪声与振动的影响更为严重。
①墙面：为满足自然采光的需求，图书馆外墙常采用玻璃幕墙或者玻璃窗，这是隔声最薄弱的环节。降低外界环境噪声干扰的首要任务是提高玻璃幕墙、玻璃窗的隔声性能，其做法可参照隔声窗构造进行，影响其隔声性能的主要因素有密封性、吻合效应、整体耦合和共振。材料可以选择不同厚度的中空Low-Eb玻璃，不仅能够获得较好的隔声和采光性能，并且保温性能良好，节约能耗，这也是绿色建筑所倡导的。
②天花：图书馆内部噪声主要包括设备噪声和读者发出的声音，在这类多噪声源环境下，顶棚的吸声减噪的效果较佳。天花吸声材料降噪系数（NRC）应不小于0.60。③地面：此外，还可在阅读区地面铺设地毯，既能起到吸声的作用，又可以减缓脚步声以及椅子拖动带来的噪声。
4.2视听室
多媒体视听室是现代化图书馆的重要组成部分。为满足学生对网络环境多媒体资源利用的需要，图书馆建成集视听、观影、数字体验、研习于一体的多媒体视听室，通过视听文献资源及相关延伸服务，帮助读者学习语言，传播科技文化知识，开展丰富的文化活动等。根据视听室功能用途，可知视听室需听音清晰、声场均匀，没有驻波、回声、颤动回声等声学缺陷。
4.2.1 音质设计
根据图书馆团体视听室音视频设计采用的国家标准,《剧场、电影院和多用途礼堂建筑声学设计规范》GB/T50356-2005;《声环境质量标准》GB3096-2008;《建筑隔声评价标准》GBT50121-2005中的相关规定，报告的声学参数应满足如下要求：
①．足够的响度（声压级）。在没有噪声干扰情况下，观众听到的重放声应既不感到费力，又不感到震耳。通常要求有85dB的平均声压级，考虑到音乐高潮的不失真重放，可再留有10dB余量，数字环绕声系统更应有20-30dB动态余量。
②．均匀的声场分布。声场分布均匀，可保证整个厅堂内各点声能分布均匀，各区域内观众听到的响度基本一致。通常，均匀的声场分布应保证整个厅堂内最大声压级和最小压级之间不超过6dB，最大/最小声压级与平均声压级之间最好不超过3dB。
③．合适的混响时间。混响时间是影响影院音质的一个重要参数，混响时间控制合适就能提高语言清晰度和音色丰满度，有助声像定位，同时增加响度和声扩散。
④．频率响应和有效频率范围。频率响应是指在反馈给扬声器电压（一般为1/10额定噪声功率电压）不变情况下，扬声器在参考轴上距参考点为一定距离时输出声压随频率变化特性，它反映了扬声器对不同频率声波的辐射能力。频率响应通常用扬声器输出声压级随频率变化曲线表示，称为频率响应曲线。
⑤．信噪比应满足要求。室内环境噪声对正常听觉会产生干扰和掩蔽作用，影院内噪声应低于42dB。
4.2.2 隔声设计
（1）门：可采用“声闸”式双层隔声门。即把墙体加厚，设置内、外开两道木质门体，这样相当于两层门且加入了空气弹簧，会弥补木门由于质量不足从而导致的隔声量不高。两扇木质门体可采用多层不同厚度的板材且在门体空腔中填充松软吸声材料的方式制作，为了避免吻合效应，也可以在板体内侧涂刷阻尼材料（如沥青漆、纤维喷涂材料），来抑制板体的共振。如此实施，在保证整体装饰外观的情况下，很大程度的提升了隔声量。
（2）降低空气和结构传声：为了提高墙体的隔声量，房间可以采用“房中房”方式进行基层处理 ①地面：制作浮筑地板。地面基材采用“ 松软材料（如岩棉，玻璃棉）+复合板材防水层+50mm水泥垫层”制作，面上再铺设室内装饰所需要的材料。②墙面：原墙面＋100mm空腔＋轻钢龙骨（内铺设50mm聚酯纤维吸声棉）＋15mm厚减震隔声板。外墙面最好进行隔声处理：龙骨＋空气层＋吸声棉＋石膏板＋共振吸声结构板。③.顶面：在原楼板＋减震吊钩＋轻钢龙骨＋减震隔声板。 上述做法可以保证房间的整体隔声效果。
（3）音响设备减振处理
为了避免结构传声，地面及吊挂音箱必须采用减振措施。吊挂音箱的上端加设弹簧吊架减振器，地面音箱应该有独立的基座，加装一定厚度的减振垫。
（4）混响时间控制
①墙面：前墙及侧墙采用木质吸音板，还可挂上吸音性好的厚窗帘。可以保证足够的吸声。为了避免驻波的出现，在前墙墙角设置低频陷阱。同时，在顶面第一反射区设置扩散吸声结合结构（可以采用“十字栅格+吸声体“的方式 ）；侧墙设置扩散体（可以用连续的半圆或者三角柱体形态，面层为吸声材料）。
②地面：为了避免过强的声反射，采用软木地板，放置一定厚度的地毯。
4.3大厅
图书馆大厅是反映给人的第一感觉，同时图书馆大厅包括入口、存物、出入口的控制台、门卫管理等。入口处要求与其他部分联系方便，并且便于管理。大厅要求背景噪声低于55dB，①地面：应尽可能多布置有吸声功能的地毯、植物、皮革家具。②墙面可部分使用高清晰度、超大规格的吸声板，以减少普通吸声材料的用量，既可美化视觉效果，又可有效消除回声，缩短大堂内的混响时间。设置一些具有流线感的凸面、弧面造型或浮雕装饰，以利于消除颤动回声。③天花：根据装饰要求使用NRC大于0.60的吸声材料。
4.4室内空调、送回风系统消声处理
室内通风系统的空气动力性噪声是室内噪声重要组成之一，为降低室内噪声，避免噪声的影响，室内空调、送回风系统应采取必要的消声处理，根据声源噪声及风道内空气气流的附加噪声，并考虑了噪声衰减后，与使用房间或周边环境允许的噪声标准的差值，结合其噪声的频谱特点，选择消声器型式和段数。通风系统有消声要求的通风空调机组的进出口风管上至少应设置一段消声器，以防止风管出机房后一些部件的隔声不力所引起的传声。
当机房外的风道有足够的直管长度时，其余的消声器宜设于此风道上（主管和支管）。当所有消声器均设于机房内时，从消声器至风道出机房围护结构之间的风道应做好隔声处理，防止机房噪声二次传入风管。当一个通风系统带有多个房间时应尽量加大相邻房间风口的管路距离，当对噪声有较高要求时，宜在每个房间的送、回风及排风支管上进行消声处理，以防止房间串声。声学要求高的房间应设置独立的空调通风管道。
4.5设备机房减振处理
产生噪声的建筑服务设备等噪声源（空调机房、水泵房、变压器室）宜单独设置在建筑之外。这些设备在运行时产生的噪音会通过机房的围护结构进行固体传导或者空气传播影响到机房外部一些功能区的正常运行。为减小上下层的相互影响，应加强楼板的隔声处理，机房内壁表面应设置吸声处理。置于屋顶层的机械设备（空调机组、冷水机组等）应避免与屋顶的直接连接，采取相应的减振处理，必要时应采取声屏障或隔声罩等处理。
案例：张家口图书馆
该项目位于张家口市，占地面积2.22万平方米，内含阅览室、报告厅、会议室、同声传译室、活动室、展览厅、录音室、藏书室、书库、餐厅、咖啡厅等多种功能空间。图书馆艺术字图书为基础，体现知识交互理念，是融合传统图书馆功能的现代城市中心图书馆；实现“人在书中、书在人旁”的格局。将会是张家口市知识信息的集散地、市民终身教育的场所、地方文献宝库、高雅的文化休闲场所。声学设计时围绕富含文化、现代气息的设计风格，以为读者提供最佳读书、休闲的声环境为目的，将声学设计和建筑设计相结合，将声学设计有机融合到装饰设计中，对材料构造、吸声位置合理布局进行了科学设计，努力营造具有优良声环境及装饰效果的现代化图书馆。
该图书馆大堂建筑面积较大，大堂内设计有一座报告厅，包含报告厅在内面积约为1230㎡，除去报告厅的大堂容积约为25660m[gf]b3[/gf]。大堂为图书馆人群集散的区域，来往读者、工作人员的脚步声、交谈等声音会产生较多噪声，空间较大的建筑未做声学处理音质会非常差，混响时间长，听音不清。为了确保图书馆大堂内的混响时间及其频率特性达到良好的音质效果，需要对材料构造、吸声位置合理布局进行科学设计，以现阶段的建筑、装饰设计方案为基础，将声学设计深度配合建筑装饰设计的方案，把声学有机的融合到装饰的艺术中。
图书馆大堂按照声学要求属于偏语言使用为主的空间。在声学设计阶段，首先需保证大堂内的语言清晰度，在空间内的各个位置上均应具有较高的语言清晰度及丰满度，为此混响时间宜偏短。为保持图书馆的安静，应合理、科学的控制大堂内噪声级。
对张家口图书馆大堂进行分析，我们提出以下各项声学设计技术指标：
室内混响时间长，会感到声音“丰满”，但语言清晰度差； 混响时间很短，会感到“沉寂”而“干涩”，但声音很清晰，适当的混响可以让声音自然，富有亲切感；根据该图书馆大堂的容积估算，未经声学处理的大堂内混响时间在2.3s左右，目前的混响时间过长，会极大降低语言清晰度。加以大堂内吸声量不足，很容易出现区域性的回声、颤动回声等音质缺陷，背景噪声没有经过控制，大堂内声学环境将很差。需要根据大堂建筑空间情况，设定适宜的建声指标，采取科学合理的建声施工处理措施改变其声学环境。
图书馆大堂混响时间：
根据该图书馆大堂的容积和用途，与体育馆的声学设计极为相近，因此可采用相同容易体育馆的混响时间指标来设定该图书馆大堂的混响时间。根据《体育场馆声学设计及测量规程》 JGJ/T 131-2012中规定，容积<40000m[gf]b3[/gf]的厅堂，中频（500Hz-1000Hz）混响时间为1.3～1.4s。依据该大堂的容积，确定中频（500Hz-1000Hz）其混响时间为1.2±0.1s。允许低频混响时间稍长，高频混响时间稍短，整体混响时间频率特性曲线平直，且各频率的混响时间允许有10%的误差。
图书馆大堂声学措施：
建声设计须与建筑装饰设有机融合，才能达拥有高品质音质和视觉美观并存的效果。图书馆大堂出现声学问题的主要原因是：大堂空间较大，未经吸声处理，空间吸声量不够。为保证该大堂室内语言清晰度，需要选择合适的吸声材料，设计在适宜的位置，降低室内混响时间，改良空间音质，控制室内背景噪声，促进大堂内声场均匀分布，避免回声、颤动回声等声学缺陷产生。由于大堂内装修面积有限，为达到建声设计效果，需在特殊位置设置吸声材料，建议采取以下建声处理措施：
1、报告厅外墙面
图书馆大堂内，相对其他位置而言，报告厅外墙面是布置吸声材料的最佳位置。根据报告厅外墙面的装饰设计，以及所需的吸声效果，应在报告厅外墙面采用50mm聚砂吸声板（表面颜色与报告厅入口处水泥色相近），后置100mm空腔，平均吸声系数应≥0.7。
2、大堂上空
建筑设计中，大堂上空为了不影响采光，保持原设计美感，不做更多声学处理。
3、特殊装饰面
仅在报告厅表面安装吸声材料远不能达到所需要的吸声量，大堂内无大面积墙面可布置吸声材料，故只能在大堂内特殊位置布置强吸声材料。暴露在大厅内最多的建筑面积应是楼道侧面，楼道的侧面在该大堂中是很好的装饰面，布置吸声材料可以使垂直空间内吸声均匀，促进声场均匀，采用吸声材料可增加空间吸声量。
根据楼道侧面的装饰效果，以及所需材料的吸声效果考虑，采用聚砂吸声板对这些位置进行吸声处理。使用聚砂吸声板不仅能够达到强吸声的目的，而且整体无缝的装饰会使装饰更加美观。
以上对图书馆大堂内吸声材料的布置，能够使大堂内增加大量吸声，有效的控制混响时间，提高大堂内的语言清晰度；同时，吸声处理也有效控制背景噪声，防止声缺陷的产生，使大堂内具有良好的声环境，图书馆更加安静。
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