非觀演型室內聲環境的研究現狀和發展趨勢

宋煜錕 李 鵬*

(東北林業大學材料科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

非觀演型室內聲環境的研究現狀和發展趨勢

宋煜錕 李 鵬*

(東北林業大學材料科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

從非觀演型室內聲環境的概念、材料、技術、設計幾個方面探討了其聲環境在國內外的研究狀況，并分析了非觀演型室內聲環境的發展趨勢，為深入研究非觀演型室內聲環境奠定了基礎。

非觀演型，室內設計,聲環境

0 引言

以表演、展示、推廣產品或服務為主的場所如電影院、劇院、會展中心、畫廊為觀演空間，與觀演空間相對應，不以觀看和展示為主要功能的公共空間可以稱為非觀演型空間[1]，例如教室、食堂、候車廳、辦公室、商場等。觀演空間對音質要求較高，如影劇院和錄音室等有特殊音質要求的空間，在進行室內設計時將音質設計放到首位考慮，而在其他的公共空間中，因為沒有特殊音質要求，室內聲環境的設計就經常被忽略造成混響時間過長，噪聲量過大，聽聞效果不清晰的問題，在大跨度的空間中表現的更為明顯[2]。我國現階段處于從農村向城鎮化過渡的時期，伴隨城市化的發展拔地而起了大量的公共空間，如高層寫字樓、商場購物中心、候車廳等，對聲環境的忽視導致該類建筑都存在著噪聲問題。高校擴招教室增多，商業建筑的興起，廳堂類的公共建筑增多，人口密集城市在春運時期的交通樞紐出現的噪聲問題、擁堵問題、人均綠地面積不足等都影響了整個社會的噪聲值，解決非觀演型空間的噪聲問題對創建綠色環境有重要作用。

1 非觀演型室內聲環境的研究現狀

1.1 國內研究現狀

中國古代聲學發展歷史悠久，早期史料的記載可以追溯到東漢時期王充的《論衡》(82年)，他將聲音的波動和水紋的波動相比較，提出了明確的概念，譚峭、張載等也對物體振動、空氣流摩擦發聲做出了表述[3]。聲速的測量和應用在古代就已經得到了驗證，在酈道元的《〈水經〉注》34卷中記載：公元四世紀建筑師陳遵利用聲學測量數據來修建江陵金堤，位于高處者打鼓，低處者測聽，得到聲音到達的時間來測量地勢的高低，1636年法國人默森才開始測量聲速[4]。古代聲學的應用除體現在樂器上還體現在建筑聲學方面，宋朝趙希鴿《洞天清祿集·古琴辯》記述:“彈琴之室,宜實不宜虛,最宜重樓之下,蓋上有樓板,則聲不散。”可見在我國宋代就已經出現古代琴室利用反射板營造“虛實相間”的聲學效果[5]。寺廟建筑多為回形對稱排列，內庭較為寬廣，佛樂、木魚聲、編鐘聲可以在寺廟內反射多次回聲效果，從聲音上讓人對宗教的神秘感產生崇敬心理，標志性建筑如山西的鶯鶯塔；宮廷建筑為了彰顯天子的威嚴多為高舉架的廳堂空間，無論是上朝覲見還是平日歌舞都可以達到理想的聲學效果，標志性建筑如北京天壇回音壁等[6]。

中國近代聲學起始于20世紀30年代末期，隨著50年代后期國家大興土木，建筑聲學得到了快速發展。室內聲學屬于建筑聲學的一個學科分支，我國近代室內聲學理論始于20世紀30年代馬大猷先生的房間簡正頻率的研究，他在1989年發表《室內聲場公式》、1993年發表《室內有源噪聲控制》、1994年發表《室內穩態聲場》、2002年發表《復議室內穩態聲場公式》、2004年發表《只有數學，缺少物理——莫爾斯室內受迫振動理論》，他提出的“雙聲源”理論求得了包括直達聲在內的室內聲場的嚴格理論和正確結果，與白瑞奈克統計聲學的聲場穩態公式基本符合[7]。馬大猷先生提出的微穿孔板吸聲理論和應用方法可以降低混響時間，解決多重回聲的問題，90年代開始在體育場館及游泳館中得到了廣泛應用[8]。這些理論和應用方法在今天依舊適用，是當代室內聲學設計的基本原則。

我國居民大都要經過9年～15年的校園生活，經濟發展的同時，學校周圍的城市環境也飛速發展，高速橋、商業區、生活區對學校以包圍環繞的形式發展，很多教室和宿舍樓的構造都比較老舊，普遍存在噪聲隔絕不當的問題，雖然各級政府都出臺了確保重要時段校園周邊的噪聲環境問題，加大學校周邊環境污染的處理力度，但是在執行上仍存在執法不嚴的問題；中小學的校園聲環境在內部處理上，應著重考慮區域聲環境、公共交通配置、地下空間開發與利用以及校園建筑的空調節能系統，以青島寧夏路小學為例，在選址上遠離工業區，對交通噪聲監測有規范的科學設置，同時采用綠色節能措施如設置樓宇自控系統，建筑通風、空調、照明等設備自動監控，對建筑噪聲、交通噪聲都有明顯影響[9]；由于中小學校仍保持傳統的教學模式，教室面積較小，室內聲學裝飾上較為匱乏，雖然出臺政策法規和相關標準，但缺乏執行力，在中小學教室中很少有能達到青島寧夏路小學的聲環境設計水平。

除教室空間外，我國其他的觀演型空間也面臨噪聲處理不當的問題。首先，非觀演型空間多是公共項目，經費受限，項目完工后往往達不到聲環境的設計初衷；其次，聲環境在空間設計中經常被忽視，只追求視覺感受，忽略使用者的聽聞感受；最后，非觀演型空間多是公共空間，一味追求建筑的宏偉氣派，采用表面光滑的裝飾材料，室內吸聲材料應用的較少，造成混響時間過長。因為以上問題，導致了室內聲學材料的研發和普及受到限制。

1.2 國外研究現狀

國外古代室內聲學發展和教堂建筑、音樂廳建筑的發展有著密不可分的關系，在此期間的廳堂建筑并沒有確鑿的設計標準及文獻，大多憑借著設計師的經驗和直覺。中世紀之后開始出現了大型的教堂，由于封閉空間的聲學只能保證音樂飽滿，但混響時間都在6 s～8 s，再加上石質的墻體材料、極少的室內陳設、高大的穹頂等，都是導致這一時期的教堂建筑音質較差的原因[10]。隨著音樂類廳堂建筑經驗的積累，也有一批較為出色的音樂廳出現但都沒有經過精確的計算，如1869年的維也納音樂廳(Musikvereinsaal)、1886年的萊比錫音樂廳(Gewandhaus)和1877年的格拉斯哥音樂廳(st.Andrew’s)等[11]。

國外現代建筑聲學始于1895年哈佛大學的W.C.Sabine對新建成的Fogg藝術博物館等廳堂空間的音質問題進行處理，得到了混響時間與吸聲量之間的關系，而后又進行了多番研究，于1898年提出著名的賽賓混響公式，奠定了近代廳堂聲學發展的基礎[11]。W.C.Sabine指導建造波士頓音樂廳是世界上第一個經過科學計算設計而成的音樂廳。1911年Jaeger用幾何聲學的統計方法導出賽賓公式；1953年，Thiele提出清晰度(definition)D：50 ms前到達的聲能/全部到達的聲能；1967年，Marshall提出側向反射聲對音質的重要性；1970年，Jordan提出早期衰減時間EDT；1974年，Abdel Alim提出明晰度(clarity)C，用于音樂的清晰度：80 ms前到達的聲能/80 ms后到達的聲能；1976年，Lehmann提出了將強度指數G作為廳堂中響度的度量：接收點接收到的聲能/參考點接受到的聲能(dB)；1967年—1985年，Damaske，Schroeder，Ando等研究雙耳聽聞；1985年，安藤四一(Ando)提出雙耳互相關系數IACC。2006年Prodi等人采用計算機仿真技術，對具有歷史價值的歌劇院的音質進行了研究[7]。

國外的非觀演型聲環境發展較為先進，以日本的東京大學KALS教室和MIT的TEAL物理實驗室為例，設計者利用未來教室概念，強化學習空間的基礎設備整合信息技術，將課堂討論、小組協作、講演匯報等多種主動型學習模式融入到空間中，隨著教學模式的改變，教室聲環境也通過新材料將信息技術與實驗應用到空間中，這是值得我國高校學習和借鑒的[12]；生活工作的模式和對環境的質量追求是國外聲環境發展迅速的主要原因。

2 非觀演型室內聲環境的發展趨勢

2.1 新材料的發展趨勢

在新材料和新科技飛速發展的今天，室內聲學和聲學材料二者之間互相推動發展，在早期的材料多孔消聲和結構振動消聲的基礎上，研發了一批新材料和新工藝。木材作為唯一可再生的聲學材料被廣泛使用，如通過將豆秸、椰絲、蘆葦、亞麻稈、葵花稈、麥秸、稻草等草本植物和木纖維混合后制成的復合型材料，如木纖維/聚酯纖維復合材料[13],聚氨酯仿木材料[14],新型木絲板等[15]。隨著對環境質量要求的提高，復合型與功能性材料在日后將得到廣泛發展，如將吸聲材料與防火材料、保溫隔熱材料、環保材料相結合，創造出多功能的室內聲學材料，學科交叉與學術合作將是新材料發展的必經之路。

2.2 新技術的發展趨勢

現在計算機模擬聲學軟件已經得到了推廣，如Catt，Odeon，Epidaure，Raynoise和Odeon等，其中丹麥技術大學聲學技術系研究開發的Odeon軟件發展迅速，測試結果得到廣泛認可，對建筑聲學的設計、咨詢和研究有著重要意義[16]；智能模擬聲學軟件將材料、工藝與設計結合，得到理想的參數值，設計者將不再依靠經驗進行聲環境設計，而是以科學為依據的理性設計，提高了方案效率，避免材料和工程的浪費；雖然現在的三維軟件可以導入到模擬聲學軟件中，但在更改參數和操作結果對比上仍有待完善，創造一款隨著視覺效果更改就可以及時做出吸聲評價的軟件將是非觀演型室內聲環境新技術的發展趨勢。

2.3 空間設計的發展趨勢

非觀演型室內聲環境的空間設計將圍繞多功能、多模式的方向發展。隨著一廳多用、一間多用的概念普及，非觀演型室內聲環境也要面臨“智能多樣性”的挑戰，同一個空間結構根據不同時間段的空間要求做出改變，如可翻轉的吸聲墻體，可調吸聲頂棚等；另一方面，隨著視覺要求的提升，在空間設計中，消聲器的造型設計要符合周圍環境的要求，即普遍適用性，拆卸后二次利用等；空間吸聲體作為室內吸聲材料的一種，可以和其他空間構件相結合，加入照明、綠化的功能，創造更多的市場價值。

3 結語

本文探討了非觀演型室內聲環境的概念和發展現狀，得出今后非觀演型室內聲環境發展的趨勢如下：

1)多功能、復合型、高適用型相結合聲學材料將得到廣泛的發展。

2)三維效果軟件與聲學模擬軟件的結合將成為非觀演型室內聲環境新技術的全新發展方向。

3)空間結構的智能化和構件多功能性將成為非觀演型室內聲環境空間設計的發展趨勢。

如何從我國實際情況出發，研發適合我國非觀演型室內聲環境需求的材料、技術、工藝將是設計師和研究者們共同面臨的課題。

[1] 宋煜錕,李 鵬.非觀演型室內聲環境設計要點分析[J].山西建筑,2015,41(1):5-7.

[2] 董 軍.公共空間室內設計[M].北京：中國林業出版社，2011:36-54.

[3] 王季卿.中國建筑聲學的過去和現在[J].聲學學報，1996，21(1)：1-9.

[4] 田時秀.中國古代聲學的發展[J].物理，1976(6)：347-350.

[5] 吳碩賢.中國古代聲學的發展[J].藝術科技，1994(4)：50-52.

[6] 陸鳳華,高俊宏.中國古代聲學在建筑中的應用[J].山西建筑，2008,34(17):32-33.

[7] 秦佑國.室內聲學的進展[J].電聲技術，2009(8)：2-10.

[8] 項端祈.我國建筑聲學的20年回顧與展望[J].應用聲學，2002(1):40-45.

[9] 都衛娜,謝敬先.我國綠色小學建筑評價體系探究——以青島寧夏路小學為例[J].中華民居,2014(9):205-206.

[10] 張厚斌.教堂建筑聲環境理論綜合研究[D].重慶：重慶大學,2004：7-8.

[11] 吳碩賢.廳堂聲學一百周年(1895～1994)[J].應用聲學，1995(2)：7-12.

[12] 謝 未,江豐光.東京大學KALS與麻省理工學院TEAL未來教室案例分析[J].中國信息技術教育,2013(9):99-101.

[13] 王軍鋒，彭立民，付 峰，等.木纖維/聚酯纖維復合材料的制備工藝及其吸聲性能[J].木材工業，2013,27(6)：41-44.

[14] 吳智慧，商寶龍，徐 偉.聚氨酯仿木材料的特性及其在家具中的應用[J].林產工業,2010(6)：39-43.

[15] 張曉滕，母 軍.新型木絲板吸聲性能的試驗分析[J].木材工業，2014,28(3):34-38.

[16] 王靜波.室內聲場計算機模擬軟件ODEON在聲學設計中的應用[J].聲學技術,2003(4):236-239.

On research status and development of non-performing indoor acoustic environment

Song Yukun Li Peng*

(MaterialScienceandEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

From the concept, materials, techniques, and design of the non-performing indoor acoustic environment, the paper explores the research status of its acoustic environment at home and abroad, and analyzes the development of the non-performing indoor acoustic environment, so as to lay the foundation for the deep research on the non-performing indoor acoustic environment.

non-performing, indoor design, acoustic environment

2015-02-28

宋煜錕(1988- )，女，在讀碩士

李 鵬(1973- )，男，碩士生導師,教授

1009-6825(2015)13-0010-03

TU112.4

A