室内音质设计是建筑声学的一项重要内容。对于一些音质要求较高的建筑，如剧院，音乐厅、电影院、录音室、演播室等，必须做专门的音质设计，以便创造出适于听闻或录音的声学条件。
室内音质设计首先要防止外界噪声和振动传人室内，使室内保持足够低的背景噪声级，避免噪声干扰。在满足这一前提条件下，音质设计应保证大厅无回声、多重回声、声聚焦、声影等音质缺陷，并根据大厅的使用要求，在混响感和清晰度之间保持适当的平衡，使观众席具有合适的响度和一定的空间感，同时保证良好的音色。目前观演建筑大都配备有电;声设备，因此配合电声工程师进行电声系统的设计也是室内音质设计的一项重要内容。
室内音质设计应当在建筑物的规划阶段就开始，贯穿整个设计过程，并在施工中作必要的测试、调整，以保证达到预期的设计目标。
一、音质主观评价和客观指标
(一)语言声音质主观评价的一般要求
(1)具有高的语言可懂度和清晰度;
(2)具有合适的响度;
(3)频谱不失真。
(二)音乐声音质的主观评价的一般要求
(1)具有适当的音乐明晰度;
(2)具有适当的音乐丰满度;
(3)具有适当的音乐亲切度;
(4)具有适当的音乐平衡感，音色不失真;
(5)具有适当的音质空间感;
(6)具有适当的响度感。
(三)音质客观评价指标
1.混响时间与早期衰变时间
混响时间的概念已在前面叙述。早期衰变时间(EDT)是与混响时间相关的另一表征室内声衰变的物理指标。它定义为稳态声压级由o～一10dB的衰变时间乘以6而得到的时间。
2.声压级和强度指数
这是与响度有关的物理指标。
声信号必须具有一定的声压级和信噪比，以保证清晰的听闻和足够的响度。信噪比是语言或音乐信号的声压级高出背景噪声级的数值。
强度指数G定义为厅堂某处由五指向性声源所贡献的声能与同一声源在消声室中离开10m处测得的声能之比。
3.明晰度C、清晰度D与室内声学语言传输指数RASTI
这是一组与音乐明晰度和语言清晰度有关的物理指标。
直达声之后50ms(对于语言声)或80ms(对于音乐声)内到达的早期反射声能与此后到达的后期反射声能的比值高，对音质的清晰度有利。对于音乐信号，明晰度c定义为：
对于语言信号，清晰度D定义为：
式中p—声压。
室内声学语言传输指数RASTI(又称为快速语言传输指数)反映了原始声音信号在室内声场的作用下在接收点上所产生的信号改变的程度。通过比较原始信号与接收到的信号，经过计算得到语言传输指数。RASTI值介于o～1之间。室内声学语言传输指数与可懂度之间的关系如图3-8所示。
4.早期侧向能量因子LF和双耳互相关系数
这是与音质空间感有关的物理指标。
来自侧向的早期反射声能与音质的空间感有关。
早期侧向能量因子LF定义为：
式中pL(t)——来自侧向的声信号的声压;
p(t)——在同一位置处来自各个方向的声信号的声压。
分子代表来自侧向的早期反射声能，分母代表早期总声能。LF的值越高，则空间感越好。
双耳互相关系数IACC表示在厅堂中，当观众面对表演者时，到达其双耳的声信号的差别程度，差别越大，空间感越好。
5.混响时间频率特性
混响时间频率特性通常要求平直，或者允许低频有适当的提升，以保证音色的平衡和不失真。
二、大厅容积的确定
应当根据大厅的规模和用途来确定其容积。就音质设计而言，确定大厅容积时主要考虑保证大厅有合适的混响时间和足够的响度。表3—17给出了自然声演出时室内最大容积的允许值，超过这一限值要考虑采用电声系统。对各类厅堂每座容积的建议值如表3—18所示。
三、大厅体形设计
大厅体形直接决定反射声的时间和空间分布，因此对室内音质影响颇大。大厅体形设计应注意以下几点：
(一)充分利用声源直达声
(1)应控制大厅纵向长度(一般应小于35m)，必要时设置楼座，以缩短直达声的传播距离;
(2)平面设计时，应将观众分布在一定的角度范围内(140o)，以适应声源的指向性;
(3)宜有足够的地面升起，以减少观众席对直达声的掠射吸收。
(二)争取和控制早期反射声
早期反射声(直达声后50～80ms内到达的反射声)的强度、时间和空间分布对厅堂音质有很大的作用。因此，在厅堂体型设计时，应注意争取给观众提供较多的早期反射声，特别是应利用舞台附近各界面及顶棚作为声反射面，并应注意反射声到达的方向。
通过声线作图法或计算机仿真，可确定反射面的位置、角度以及尺寸大小，或检验反射面对声音的反射情况。作图时，声源的位置一般定在舞台大幕线或大幕线后2～3m，离舞台面高约1.5m，观众席接收点离地面高1.2m。
同理，还可从厅堂的平面求出侧墙的反射面，使来自侧墙的反射声线较均匀地覆盖整个观众席。
(三)适当进行扩散处理
扩散反射或部分扩散反射能使声能在各方向上的分布更均匀，为某些区域增加早期反射声，使厅堂各区域的声压级差别缩小，听闻条件更为接近，而且可使声音更柔和圆润。
通常可采取以下措施使声能扩散：
(1)在界面上交错布置(也称“补丁式布置”)吸声材料;
(2)在界面上或室内空间布置扩散构件。
几种扩散体形状示于图3-9。扩散体的尺度应与欲扩散的声波波长相当，才可取得良好的扩散效果。
式中a——扩散体宽度，m;
b——扩散体凸出高度，m;
λ——能被有效扩散的最低频率声波的波长，m;
g--扩散体间隔，m。
(四)防止产生声学缺陷
1.房间共振和共振频率的简并
对于小容积房间，特别在低频段，由于简并振动方式分布不均，可能产生严重的声学缺陷。可通过合理选择房间的尺度，采取合适的房间比例，采用不规则体型以及进行吸声或扩散处理来克服房间不利声共振现象。
2.声聚焦
凹曲面的墙面或顶棚，可能引起声聚焦现象，造成声能分布的极度不均，应加以避免。在体型设计中，应避免采用凹曲面。在必须采用凹曲面的场合，应当在曲面上做全频域强吸声处理或扩散处理。
3.回声与颤动回声
回声是入耳能分清的直达声以后出现的强的长延时反射声。观众厅中最容易产生回声的部位是后墙以及与后墙相接的天花和楼座挑台拦板。通过布置吸声材料、进行扩散处理或改变倾角，使反射声落人近处观众席，可消除回声干扰。
颤动回声，也称多重回声，是由于声波在特定界面间(如大面积平行界面)往复反射所产生的现象。可通过进行吸声扩散处理或改变界面的相对倾角等措施来消除颤动回声。
4.声影区
声影区是指由于障碍物对声波的遮挡使直达声或早期反射声不能到达的区域。
观众厅中容易产生声影区的地方主要是挑台下的座位区。为此，需控制挑台下开口高度H与挑出深度D的比值(图3—10)。对于音乐厅，应控制挑台的开口比D/H≤1或挑台张口角度θ≥45°;对于歌剧院和多功能厅，则应使D/H≤2(或θ≥25°)。
四、混响设计
混响设计的主要任务是使厅堂具有适合使用要求的混响时间及其频率特性，从而取得丰满度和清晰度的适当平衡，并且从建筑声学的角度为保持自然音色的平衡创造前提条件。
混响设计应在观众厅的体型、容积和内表面积确定后进行，内容包括：
1.根据厅堂的主要使用功能确定最佳混响时间及其频率特性
不同厅堂推荐的中频满场混响时间见表3—19。一般推荐的混响时间频率特性曲线见图3—11。高频混响时间应尽量与中频一致，低频混响时间可以保持与中频一致，或者随着频率的降低适当延长，延长多少取决于大厅的用途。音乐演出用的大厅在125Hz附近可达到中频500Hz的1.2～1.5倍。而对于以语言听闻为主的大厅，混响时间频率特性以平直为宜。高频则由于空气的声吸收，允许混响时间比中频略短。
2.混响时间计算
(1)根据确定的房间体形，计算室内体积y和总表面积S;
(2)根据混响时间计算公式求出大厅的平均吸声系数列
(3)计算大厅内各频率所需的总吸声量A以及固有吸声量，即家具、观众、舞台口、耳面光口、走道、通风口等的吸声量总和。室内所需的总吸声量A减去固有吸声量就是所需增加的吸声量;
(4)根据材料及构造的吸声系数数据，选择合适的装修材料及构造方式，确定相应的面积，以满足所需增加的吸声量，使各频带的混响时间达到混响时间频率特性的要求。
以上计算一般在125Hz~4kHz的6个倍频带的中心频率上进行。设计与实测值的允许偏差，宜控制在10%以内。
五、电声系统
(一)扩声系统的组成
(1)传声器(话筒)用以拾音;
(2)功率放大器用以扩声;
(3)扬声器用以发声。
传声器的作用是把声信号转换为电信号;功率放大器的作用是把声信号放大;扬声器的作用是把电信号再次转化为声信号并辐射出去。
现代厅堂的扩声系统一般以调音台为中心。调音台是扩声系统的控制中枢。
(二)对扩声系统的要求
(1)具有足够宽的频响，以保证音色不失真;
(2)具有足够的功率输出，以满足信噪比的要求，可用传声增益这个指标来衡量;
(3)使观众席区域的声压分布均匀;
(4)具有良好的声源方位感，使声像与视像一致;
(5)控制声反馈和避免回声、颤动回声的干扰。
控制声反馈的主要措施包括：
1)采用强指向性传声器和扬声器;
2)控制室内混响时间及其频率特性，同时避免向传声器方向辐射强的直达声与反射声;
3)选用频响曲线平直的电声设备;
4)通过调音台周边设备反馈抑制器来抑制声反馈。
(三)扬声器系统的布置
扬声器的布置方式大体上可分为集中式、分散式以及集中分散并用三种。
集中式布置是把扬声器系统集中布置在观众席前方靠近自然声源处，如剧场、报告厅的台口上方或两侧(图3—12)，体育比赛场地的中央上方。
分散式布置是指把扬声器分区布置在顶棚或侧墙上，分别照射一部分观众席(图3-13)。
集中、分散并用的布置方式(图3—14)多用于多功能厅及一些规模较大的厅堂。这时除集中式布置的扬声器外，还在观众厅顶棚、侧墙以至地面上分散布置附加的扬声器。
(四)声控室
声控室的主要功能是对扬声器系统实现监听与控制。其位置一般布置在观众厅后部，或是耳光口附近。声控室的面积不应小于12～15mz。声控室应能通过观察窗看到舞台全景和部分观众席，应能接收到扬声器的直达声。声控室的顶棚、墙面应做吸声处理，以适应监听的要求。
六、典型厅堂的音质设计
音乐厅、剧场、多功能厅、电影院、体育馆以及录演播室等各类建筑的使用要求各不相同，设计中所要解决的主要问题也不一样，应根据上述音质设计原则和方法，结合实际，灵活应用。
(一)音乐厅
音乐厅是供交响乐、室内乐及声乐演出的专用厅堂。音乐厅无高大的舞台空间和乐池，只设乐台。乐台与观众席共处于一个大厅之中。音乐厅是自然声演出的场所。
音乐厅有两类典型的体形：
1.鞋盒式古典音乐厅
这类音乐厅的特点是矩形平面、高顶棚、窄厅，有一或两层浅楼座和丰富的装饰构件。此种音乐厅的典型例子如维也纳音乐厅、阿姆斯特丹音乐厅、波士顿音乐厅。矩形平面的窄厅能提供丰富的早期侧向反射声;高顶棚使混响时间较长;楼座包厢与装饰物有扩散作用。这是鞋盒式古典音乐厅具有良好音质的原因。
2.山地葡萄园式及环绕式厅
这类体形的音乐厅将座位分区布置，在乐台的侧面和后面也安排部分观众席。各座位区高低错落。座位区的栏墙可为邻近坐席提供早期反射声。此种音乐厅的典型例子是柏林爱乐音乐厅。
音乐厅音质设计要点：
(1)音乐厅的混响时间允许值为1.5～2.8s，最佳值为1.8～2.2s。混响时间频率特性曲线应使低频高于中频，低音比(125Hz和250Hz倍频带混响时间的平均值与500Hz和1000Hz倍频带混响时间的平均值之比)为1.1～1.25，最大可达1.45。厅内尽量少用或不用吸声材料，坐席的软包装也不可太过分。音乐厅的每座容积，一般应在8～lom3左右。
(2)音乐厅内应布置扩散构件，保证厅内具有良好的声扩散，增加环绕感。
(3)音乐厅的背景噪声标准应满足NR20曲线。国外新建厅堂多采用NCl5的标准。
(二)剧场
剧场的类型较多，主要有歌剧院、戏剧院、话剧院及多功能厅等。典型的剧场大都设有高大的舞台空间，通过镜框式台口与观众厅相耦连。但有的剧场具有开敞式舞台，如伸出式舞台、中心式舞台等，多用以演出话剧、戏曲以及其他小型表演。
1.歌剧院
西方古典歌剧院的传统形式是马蹄形平面和多层包厢。新式的歌剧院多是采用钟形、扇形或多边形平面，并设置一层或两三层楼座或跌落式包厢。歌剧是以音乐、歌唱为主。观众厅满场500—1000Hz混响时间可取1.3～1.6s。混响时间频率特性曲线宜符合表3—20的规定。歌剧院要作适当的扩散处理。每座容积可取4.5～7.0m3。
2.戏剧院、话剧院
戏剧院、话剧院是以自然声演出的场所。一般规模较小，每座容积可取3.5—5.5m3。戏剧院、话剧院的混响时间，应以保证语言清晰度为主，但不可过短，否则会导致音质干涩，观众厅满场500～1000Hz的混响时间可取为1.1～1.4s(适用于容积2000～10000m3)。混响时间频率特性曲线的高频段宜与中频段平直，低频段可提升l0%一20%，见表3—20。
话剧院在体形设计上应考虑早期反射声在观众席上的均匀分布。
3.多功能厅
多功能厅，也称作影剧院或礼堂，其用途从各种音乐、歌舞表演和戏剧演出直到举办会议、放映电影。在建筑形式上，与剧场大体相同，有舞台和观众厅两个空间，有的并设有乐池。
多功能厅每座容积可取3.5—5.5m3，以主要演出内容确定。多功能厅多配备有电声系统，此时，每座容积还可适当提高。观众厅满场500~1000Hz的混响时间可取为1.1—1.4s(适用于容积2000~10000m3)。
根据使用要求，多功能厅可设置可调吸声结构，即将厅内部分顶棚或墙面设计成一面反射、一面吸声的活动构造，根据演出的功能使反射面或吸声面外露，以改变厅内混响时间。但靠这种方法能够改变的混响时间的幅度有限。
在多功能厅中，宜在舞台上设置可移动、易装卸的音乐罩。这样既可以隔断高大的舞台空间，构造出类似于音乐厅的乐台空间，改善乐师们的相互听闻，并有益于音乐的融合，又可略微延长厅内的混响时间，以适应音乐演出的需要。
我国《剧场建筑设计规范》(JGJ57-2000，J67-2001)规定：
(1)乐池面积：甲等剧场不应小于80m2;乙等剧场不应小于65m2;丙等剧场不应小于48m2。
(2)楼座下挑台开口的高度与挑台深度比，宜大于或等于1：1.2。
(3)观众席背景噪声：甲等剧场应符合NR25曲线;乙等剧场应符合NR30曲线;丙等剧场应符合NR35曲线。
(4)剧场辅助用房的声学要求宜符合表3-21规定。
(三)体育馆音质设计
专用体育馆主要有游泳馆、田径馆、网球馆和室内射击场等。其声学要求以能听清致词、广播、通报运动员成绩和名字等为主，即专用体育馆主要考虑语言清晰度的要求。
综合体育馆除体育比赛和训练外，还可用于大型文艺演出，举办会议，时装表演和杂技演出等活动，一般容量较大。综合体育馆比赛大厅满场500～1000Hz混响时间见表3—19，混响时间频率特性宜符合表3-22的规定。
游泳馆比赛厅满场500~1000Hz混响时间宜采用表3—23的指标，混响时间频率特性宜符合表3-22的规定。
游泳馆内湿度较高，常用的吸声材料，如玻璃棉、岩棉等并不适用，必须选用防潮乃至防水的吸声材料，如微穿孔板等。
有花样滑冰表演功能的溜冰馆，其比赛厅混响时间宜为1.5～1.9s，混响时间频率特性宜符合表3-22的规定。
冰球馆、速滑馆、网球馆、田径馆等专项体育比赛大厅的混响时间按游泳馆比赛厅混响时间设计，混响时间频率特性宜符合表3-22的规定。
体育馆音质设计的要点是：
(1)防止可能出现的音质缺陷：如顶棚与场地间的多重反射，穹隆形屋顶的声聚焦等，通常可通过在屋顶布置吸声材料来解决。
(2)控制混响时间：可在墙面和屋顶布置吸声材料，还可悬吊空间吸声体来增加吸声量，比赛大厅四周若设有玻璃窗，应在玻璃窗前设置吸声窗帘。
(3)比赛场地周围的矮墙、看台栏板宜设置吸收构件，或控制倾斜角度和造型。
(4)设置强指向性扩声系统。
体育馆电声系统的设计，可采用集中式布置或分区分散式布置法。前者适用于中小型的场馆，后者适用于大型场馆。为改善分散式布置扬声器系统时声源方位感不佳的问题，在大型场馆中也有采用集中与分散并用的布置方式，即在比赛场地中央或演出区上部布置集中式扬声器组，同时在观众席上布置分散式扬声器系统，并加以适当延时。
体育馆空调噪声是馆内主要噪声源，因此空调系统的设计安装必须注意做好减噪、消声处理。体育馆比赛大厅等房间的背景噪声限值见表3-24。
(四)电影院音质设计
电影院是采用电声系统作为声源的场所。由于影片在录音时已经将各种场景的声学效果录入，要求电影院大厅重现这些效果，而不希望电影院对录音重放的音质有过多的影响。因此，电影院一般要求较短的混响时间。
电影院基本划分为两种类型：普通电影院和宽银幕数字式立体声电影院。普通电影院：的扬声器布置在银幕后面，电影院满座混响时间以1.00.1s左右为宜;而立体声电影院的扬声器系统有左、中、右通道和环绕声通道。左、中、右主扬声器及超低音扬声器布置在银幕后面，环绕声的多组扬声器布置在侧墙及后墙上。立体声电影院要求更短的混响时间，以满座0.80.2s左右为宜。混响时间频率特性宜符合表3—25的规定。
电影院的长度不宜超过36~40m，以保证声像同步。每座容积宜为3.5—5.5m3。
银幕后墙应做吸声处理，侧墙根据混响时间的要求，做扩散或吸声处理。座椅宜采用吸声量较大的软席座椅。
电影院放映室与观众厅之间应有良好的隔声。放映室内部应做吸声和基座减振处理，以减低机械噪声。放映孔宜采用双层光学玻璃。
在放映机、通风或空调系统均开启时，空场观众席的噪声级：甲等电影院≤40dBA;乙、丙等电影院≤45dBA;立体声电影院≤40dBA。
(五)录音室、播音室、演播室音质设计
录音室、播音室的音质设计要求：
(1)首先要求很低的背景噪声级。所以做好隔声、隔振和降噪处理是保证录、播音室声学环境的前提条件。如把隔墙、顶棚做成双层分离结构，楼板或地面也应做成浮筑结构，并设置吸声前室，以起声锁的作用。
(2)小型录、播音室应注意避免共振频率的简并，可考虑采用不规则体形。矩形房间的长、宽、高比例应避免成简单整数比。
(3)室内声场分布应均匀，因此应注意声扩散处理，如“补丁式”布置吸声材料或在顶棚及墙面上布置声扩散体。
1.播音室
1)一般供1～2人使用，宜有16~25m2的面积以及50~60m3的容积;
2)混响时间可为0.3一0.4s;
3)背景噪声应满足NR20的要求。
2.音乐录音室
音乐录音室基本上可分为两种，一种称为自然混响录音室，另一种为强吸声多声道录音室。
自然混响录音室的混响时间，可根据容积取1.2—1.6s，并要求有良好的声扩散。混响时间频率特性以平直为宜，适合于录制交响乐和室内乐。自然混响录音室应有足够的容积，以利于声音的平衡和融合及良好的低频声扩散。对于50~80人的乐队，录音室的容积不宜小于3500m3;对于10人左右的小型乐队，容积应在2000m3左右。
强吸声多声道录音是将各乐师或乐器组布置在相互隔离的空间内，分声道录音，然后根据需要对各声道进行加工后合成。强吸声多声道录音室要求短的混响时间(在容积为2000—3000m3时，一般是0.5～0.6s)和平直的混响时间频率特性，并通过隔声小室或隔声屏把各乐器组分开。录音室的背景噪声应满足NR20的要求。
多声道录音的控制室要求有尽可能大些的容积，控制室内的监听扬声器在录音师前方左右对称布置，因此室内声学特性也应尽量保持左右对称。室内混响时间可取0.25～0.4s。混响时间频率特性以平直为宜。
3.演播室
演播室大都采用强吸声来营造短混响的声学环境。根据演播室的容积，混响时间可取0.6～1.0s，混响时间频率特性以平直为宜，低频允许有10%一15%的提升。背景噪声可取NR20～25，并通过配置强指向性的传声器来提高录音信号的信噪比。