廳堂建筑的聲學(xué)設(shè)計(jì)

廳堂建筑的聲學(xué)設(shè)計(jì)

 作為聽(tīng)音場(chǎng)所,歌劇院、音樂(lè)廳、戲劇院等廳堂建筑的聽(tīng)音質(zhì)量是第一重要的,因此必須認(rèn)真做好建筑聲學(xué)設(shè)計(jì),確保其音質(zhì)。這些建筑物往往投資巨大,動(dòng)輒數(shù)億乃至數(shù)十億元,若音質(zhì)不佳,就會(huì)造成資源和經(jīng)費(fèi)的極大浪費(fèi)。1962年,美國(guó)林肯中心音樂(lè)廳建成時(shí),就是因?yàn)橐糍|(zhì)欠佳,結(jié)果推倒重建,直至音質(zhì)滿意為止。這是廳堂建筑史上一個(gè)著名的例子。
 
    美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在進(jìn)行廳堂建筑設(shè)計(jì)時(shí),均要由建筑師、聲學(xué)顧問(wèn)和劇場(chǎng)顧問(wèn)組成聯(lián)合設(shè)計(jì)組,從項(xiàng)目立項(xiàng)開(kāi)始就一道工作,直至項(xiàng)目完工。這是國(guó)外廳堂建筑之所以高質(zhì)量的重要保證。因此,只有明了建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的程序和工作內(nèi)容,學(xué)習(xí)國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和慣常做法,方能保證我國(guó)的廳堂建筑具有良好的音質(zhì)。
 
    一般而言,建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容主要包括噪聲控制和音質(zhì)設(shè)計(jì)兩大部分。
 
    根據(jù)建筑物的使用功能、等級(jí)與投資規(guī)模,參照國(guó)際或國(guó)家規(guī)范來(lái)確定建筑物室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn),是噪聲控制設(shè)計(jì)的首要內(nèi)容。
 
    通常音樂(lè)廳、劇場(chǎng)等廳堂都要求很低的室內(nèi)背景噪聲,因此,這些廳堂的選址很重要,應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離戶外的噪聲與振動(dòng)源。另外,還要進(jìn)行場(chǎng)地環(huán)境噪聲與振動(dòng)調(diào)查、測(cè)量與仿真預(yù)測(cè),目的是為進(jìn)行廳堂建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲設(shè)計(jì)提供依據(jù),保證廳堂建成后能達(dá)到預(yù)定的室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)。
 
    圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲設(shè)計(jì)分為空氣聲隔聲設(shè)計(jì)及固體聲隔聲設(shè)計(jì)兩部分,均包括隔聲量的計(jì)算、隔聲材料的選擇以及隔聲構(gòu)造設(shè)計(jì)等內(nèi)容。除理論計(jì)算外,經(jīng)常需要進(jìn)行隔聲構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,來(lái)確定其各頻帶的隔聲量。
 
    噪聲控制的另一重要內(nèi)容,就是針對(duì)廳堂建筑內(nèi)部的噪聲振動(dòng)源進(jìn)行控制。這些噪聲振動(dòng)源包括空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、變壓器、某些燈光設(shè)備、舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備以及來(lái)自相鄰房間通過(guò)空氣及固體傳聲傳入的噪聲和振動(dòng)等,都將對(duì)觀眾廳的安靜造成干擾。因此,在建筑方案設(shè)計(jì)階段,聲學(xué)顧問(wèn)就必須介入,以便審視建筑內(nèi)部各種房間的平、剖面布置是否合理,盡可能在建筑設(shè)計(jì)階段就將可能的噪聲振動(dòng)干擾減至最低。
 
    此外,建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要任務(wù)就是進(jìn)行室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)。
 
音質(zhì)設(shè)計(jì)通常包括下述工作內(nèi)容：
 
    一、確定廳堂體型及體量。為看得清楚、聽(tīng)得清晰,各類廳堂都有個(gè)長(zhǎng)度的限制。廳堂的寬度會(huì)涉及到早期側(cè)向反射聲的組織,與音質(zhì)的空間感有重要關(guān)聯(lián)。廳堂的高度不僅影響豎向早期反射聲的組織,而且影響早后期聲能比和混響聲能的大小及方向。廳堂的體積和每座容積都直接影響混響時(shí)間等音質(zhì)參數(shù)。廳堂的體型更是關(guān)系到是否存在回聲、顫動(dòng)回聲、聲聚焦、聲影區(qū)等音質(zhì)缺陷。所有這些,都必須在初步方案設(shè)計(jì)階段就提供建筑聲學(xué)的專業(yè)意見(jiàn)。
 
    二、確定音質(zhì)設(shè)計(jì)指標(biāo)及其優(yōu)選值。根據(jù)廳堂的使用功能選擇混響時(shí)間、明晰度、強(qiáng)度指數(shù)、側(cè)向能量因子、雙耳互相關(guān)系數(shù)等音質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo),并確定各指標(biāo)的優(yōu)選值,是音質(zhì)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。這些指標(biāo)及其優(yōu)選值的選定,將為進(jìn)一步進(jìn)行音質(zhì)參量計(jì)算和將來(lái)竣工后的音質(zhì)測(cè)試提供目標(biāo)和依據(jù)。
 
    三、對(duì)樂(lè)池、樂(lè)臺(tái)、包廂、樓座及廳堂各界面進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)。廳堂的平面及各界面的形狀、面積、傾角等以及樂(lè)池、樂(lè)臺(tái)、包廂、樓座、音樂(lè)罩、反射板等都影響聲脈沖響應(yīng)的結(jié)構(gòu),從而對(duì)廳堂音質(zhì)產(chǎn)生重要影響。因此,是否設(shè)樓座、包廂,設(shè)幾層樓座、包廂,樓座和包廂的深度及開(kāi)敞度多少為合適,欄板的面積與傾角多大較恰當(dāng)?shù)鹊?都屬于建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的范疇,都需由建筑師與聲學(xué)顧問(wèn)共同磋商,加以確定。樂(lè)池的形狀和開(kāi)口大小也直接影響樂(lè)隊(duì)聲能的輸送以及樂(lè)隊(duì)與演員的相互聽(tīng)聞。此外,是否設(shè)音樂(lè)罩或反射板,設(shè)何種形式的音樂(lè)罩和反射板等等,也都需要從建筑聲學(xué)專業(yè)的角度提供咨詢意見(jiàn),并給出設(shè)計(jì)方案。 

   四、計(jì)算廳堂音質(zhì)參量。當(dāng)廳堂的平、剖面及樓座、包廂、樂(lè)池、樂(lè)臺(tái)等設(shè)計(jì)方案擬定以后,就可開(kāi)始計(jì)算廳堂音質(zhì)參量。通過(guò)音質(zhì)參量的計(jì)算,提供設(shè)計(jì)反饋信息,以便對(duì)設(shè)計(jì)方案作出必要的修改與調(diào)整。這個(gè)過(guò)程有時(shí)需要反復(fù)進(jìn)行多次,以便臻于至善。在此過(guò)程中,需要輔以平剖面聲線分析、三維聲場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真乃至縮尺模型試驗(yàn)等技術(shù)手段,才能做出較準(zhǔn)確的預(yù)計(jì)。
 
    五、進(jìn)行聲學(xué)構(gòu)造設(shè)計(jì)。廳堂音質(zhì)除了受前述建筑因素影響之外,還與室內(nèi)裝修材料與構(gòu)造密切相關(guān)。因此,聲學(xué)顧問(wèn)還需與裝修設(shè)計(jì)師密切配合,共同完成室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)。聲學(xué)裝修構(gòu)造設(shè)計(jì)通常包括各界面材料的選擇和繪制構(gòu)造設(shè)計(jì)圖,需詳細(xì)規(guī)定材料的面密度、表觀密度、厚度、穿孔率、孔徑、孔距、背后空氣層厚度以及龍骨的間距等技術(shù)參數(shù)。
 
    六、聲場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真。對(duì)廳堂建筑進(jìn)行仔細(xì)的聲場(chǎng)分析和音質(zhì)參量計(jì)算,有賴于聲場(chǎng)三維計(jì)算機(jī)仿真。從這一點(diǎn)意義上講,要進(jìn)行成功的現(xiàn)代廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)已離不開(kāi)計(jì)算機(jī)仿真的輔助。
 
    七、縮尺模型試驗(yàn)。對(duì)于重要的廳堂,除了計(jì)算機(jī)仿真外,通常還須建立一定縮尺比的廳堂模型,進(jìn)行縮尺模型聲學(xué)試驗(yàn)。縮尺模型試驗(yàn)優(yōu)于計(jì)算機(jī)仿真之處,在于唯有它能對(duì)室內(nèi)聲波動(dòng)效應(yīng)做出仿真,而前者僅能在中、高頻段,在幾何聲學(xué)的范圍內(nèi)提供較準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。此外,計(jì)算機(jī)仿真從本質(zhì)上說(shuō)是將聲學(xué)家已知的聲學(xué)原理輸入計(jì)算機(jī)中,而縮尺模型則可較客觀地展示廳堂中發(fā)生的實(shí)際聲物理現(xiàn)象。目前,華南理工大學(xué)建筑聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室正在負(fù)責(zé)對(duì)在建的廣州歌劇院作1∶20的聲學(xué)縮尺模型試驗(yàn),以確保該劇院建成后的高水準(zhǔn)音質(zhì)。
 
    八、可聽(tīng)化主觀評(píng)價(jià)。對(duì)于重要的廳堂,必要時(shí)還可在計(jì)算機(jī)仿真和縮尺模型試驗(yàn)基礎(chǔ)上,應(yīng)用先進(jìn)的可聽(tīng)化技術(shù)進(jìn)行主觀聽(tīng)音評(píng)價(jià)?？陕?tīng)化技術(shù)是通過(guò)仿真計(jì)算,或者通過(guò)模型試驗(yàn)測(cè)量獲得雙耳脈沖響應(yīng),將之與在消聲室中錄制的音樂(lè)或語(yǔ)言“干信號(hào)”卷積,輸出已加入廳堂影響的聲音信號(hào),供受試者預(yù)先聆聽(tīng)建成后的廳堂音質(zhì)效果。這是近年發(fā)展起來(lái)的建筑聲學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)高新技術(shù)。
 
    九、建筑聲學(xué)測(cè)量。建筑聲學(xué)測(cè)量包括噪聲與振動(dòng)測(cè)量,圍護(hù)構(gòu)造隔聲測(cè)量,重要材料與構(gòu)造的吸聲量測(cè)量以及廳堂音質(zhì)參量的測(cè)量等。廳堂音質(zhì)參量測(cè)量除了在工程竣工之后進(jìn)行,以驗(yàn)證聲學(xué)設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)外,有時(shí)還需要在廳堂建筑主體完工,進(jìn)入內(nèi)部裝修階段時(shí)進(jìn)行,以便為施工的最后階段進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)修改與調(diào)整提供科學(xué)數(shù)據(jù)。
 
    十、對(duì)電聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供咨詢意見(jiàn)。對(duì)于需要安裝電聲系統(tǒng)的廳堂,建筑聲學(xué)專家尚需與音響工程師配合,對(duì)電聲系統(tǒng)的設(shè)備選型、設(shè)計(jì)與安裝提供咨詢意見(jiàn)。
 
    十一、組織主觀評(píng)價(jià)。對(duì)于重要廳堂,在工程落成后,組織專門的演出和主觀評(píng)價(jià),來(lái)檢驗(yàn)建成后廳堂的音質(zhì)效果,是建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了做好主觀評(píng)價(jià)工作,必須仔細(xì)選擇節(jié)目、演員、樂(lè)隊(duì)以及參與主觀評(píng)價(jià)的人員,才能獲得較客觀、滿意的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果,對(duì)廳堂音質(zhì)作出鑒定。