良好音樂廳聲環(huán)境，帶來“聲臨其境”的震撼體驗(yàn)

文 / 郎宇福 李順

作者寄語：建筑聲學(xué)系列專刊內(nèi)容專為建筑裝飾設(shè)計(jì)師設(shè)置，解決設(shè)計(jì)手法同質(zhì)化、設(shè)計(jì)范圍窄，打造差異化設(shè)計(jì)方案、實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)收費(fèi)依據(jù)，增強(qiáng)設(shè)計(jì)師的獲客能力，更大程度展現(xiàn)具有核心競爭力的設(shè)計(jì)方案，贏得客戶的認(rèn)可。

一、 聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)解讀

本期標(biāo)準(zhǔn)：GBT 50076-2013 室內(nèi)混響時(shí)間測量規(guī)范

本期重點(diǎn)：

1、 測量方法

測量頻率——測量混響時(shí)間的頻率應(yīng)符合下列規(guī)定：

不應(yīng)少于 125 Hz、 250 Hz、 500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000Hz 等倍頻程中心頻率。

文藝演出類廳堂、電影院音質(zhì)驗(yàn)收宜加測倍頻程中心頻率63Hz 和 8 000Hz。

用1/3 倍頻程測量混響時(shí)間，不宜少于100 Hz、125 Hz、160 Hz、200 Hz、250 Hz、315 Hz、400 Hz、500 Hz、630 Hz、800 Hz、1000 Hz、1 250 Hz、1 600 Hz、2 000 Hz、2 500 Hz，以及不少于3 150 Hz、4 000 Hz、5 000Hz 等1/3 倍頻程中心頻率。

2、 聲源位置

（1）用于降噪計(jì)算和擴(kuò)聲系統(tǒng)計(jì)算的混響時(shí)間測量時(shí)，聲源應(yīng)選擇有代表性的位置，并應(yīng)在檢測報(bào)告中說明聲源位置。

（2）用于演出型廳堂音質(zhì)驗(yàn)收的混響時(shí)間測量時(shí)，在有大幕的鏡框式舞臺(tái)上，聲源位置應(yīng)選擇在舞臺(tái)中軸線大幕線后3 m、距地面1.5 m 處；在非鏡框式或無大幕的舞臺(tái)上，聲源位置應(yīng)選擇在舞臺(tái)中央、距地面1.5 m 處。在舞臺(tái)區(qū)域和演奏者可能出現(xiàn)的區(qū)域，宜增加其他聲源的位置。不同聲源位置間距不宜小于3 m。舞臺(tái)防火幕不能升起時(shí)，可將聲源移至觀眾廳一側(cè)，聲源中心位置應(yīng)選擇在舞臺(tái)中軸線距防火幕大于1.5 m 處，并應(yīng)在報(bào)告中說明聲源位置。

（3）用于非表演型且無舞臺(tái)的房間為音質(zhì)考察而進(jìn)行混響時(shí)間測量時(shí)，聲源宜置于房間的某頂角，且距離三個(gè)界面均宜大于0. 5m。

（4）用于體育館混響時(shí)間驗(yàn)收測量時(shí)，聲源宜置于場內(nèi)中央、距地面1.5m 處；用于測量電聲系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采用場內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器作為替代聲源，揚(yáng)聲器工況要求應(yīng)處于正常使用狀態(tài)或比賽使用狀態(tài)。

3、 傳聲器位置

（1）傳聲器應(yīng)根據(jù)聽眾的耳朵高度確定，宜置于地面以上1.2 m 處。出現(xiàn)前排座椅遮擋傳聲器時(shí)，可將傳聲器升高至高于前排椅背0.15 m 的位置，但報(bào)告中應(yīng)說明傳聲器的高度。

（2）用于降噪計(jì)算和擴(kuò)聲系統(tǒng)計(jì)算的混響時(shí)間測量時(shí)，應(yīng)在房間人員主要活動(dòng)區(qū)域或聽眾區(qū)域均勻布置傳聲器測點(diǎn)，應(yīng)至少選擇3 個(gè)位置。

（3）用于演出型廳堂音質(zhì)驗(yàn)收的混響時(shí)間測量時(shí)，傳聲器位置宜在聽眾區(qū)域均勻布置。房間平面為軸對稱型且房間內(nèi)表面裝修及聲學(xué)構(gòu)造沿軸向?qū)ΨQ時(shí)，傳聲器位置可在觀眾區(qū)域偏離縱向 中心線1.5 m 的縱軸上及一側(cè)內(nèi)的半場中選取。一層池座滿場時(shí)不應(yīng)少于3 個(gè)，空 場時(shí)不應(yīng)少于5 個(gè)，并應(yīng)包括池座前部1/3 區(qū)域、眺臺(tái)下和邊側(cè)的座席；每層樓座區(qū)域的測存，不宜少于2 個(gè)；舞臺(tái)上測點(diǎn)不宜少于2 個(gè)。房間為非軸對稱型時(shí)，測點(diǎn)宜相應(yīng)增加一倍。

（4）用于非表演型且無舞臺(tái)的房間，對其音質(zhì)作考察而進(jìn)行混響時(shí)間測量時(shí)，傳聲器測點(diǎn)位置宜置于與聲源所在房間對角線 交叉的另一條對角線上，應(yīng)至少3個(gè)位置，并應(yīng)均勻布置。

（5）用于體育館混響指標(biāo)驗(yàn)收測量，房間為軸對稱型時(shí)，可選擇在對稱象限內(nèi)的觀眾區(qū)布置傳聲器位置，滿場時(shí)不宜少于6 個(gè)，空場時(shí)不宜少于9 個(gè)，并應(yīng)均勻布置；房間為非軸對稱型時(shí)，測點(diǎn)宜按倍數(shù)相應(yīng)增加。

4、 脈沖響應(yīng)積分法獲得衰變曲線

（1）測量聲源可使用脈沖聲源發(fā)聲、使用傳聲器接收，直接獲得脈沖響應(yīng)；也可使用揚(yáng)聲器發(fā)出最大長度序列信號(hào)、線性調(diào)頻信號(hào)等，使用傳聲器接收，通過相關(guān)運(yùn)算獲得脈沖響應(yīng)。

（2）每個(gè)測點(diǎn)位置測量一次，結(jié)果對多個(gè)測點(diǎn)的混響時(shí)間取算術(shù)平均值。

5、 中斷聲源法獲得衰變曲線

（1）中斷聲源法應(yīng)使用揚(yáng)聲器發(fā)出窄帶噪聲信號(hào)或粉紅噪聲信號(hào)激勵(lì)房間待聲場穩(wěn)定后突然中斷，應(yīng)使用具有記錄功能的聲級(jí)計(jì)或聲記錄設(shè)備直接獲得聲壓級(jí)衰變曲線。

（2）容積為15 000 m3以下的房間，聲源持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于4 s。15 000 m3以上的房間，聲源持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于6 s。

（3）每個(gè)測量位置應(yīng)測量三次，宜測量六次，應(yīng)取混響時(shí)間的算術(shù)平均值。

標(biāo)準(zhǔn) （圖1） 解讀

圖1 GB/T 50076-2013 《室內(nèi)混響時(shí)間測量規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)封面

本規(guī)范詳細(xì)介紹了測量廳堂及各類房間的室內(nèi)混響時(shí)間的要求和方法，適用于語言、演出或音樂用房間，需要吸聲降噪的房間，以及有特殊音質(zhì)要求的居住類建筑的房間的混響時(shí)間的測量。不適用于聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室等特殊房間的混響時(shí)間的測量；不適用于房間三維尺度中最大尺寸與最小尺寸之比大于5 的特殊室內(nèi)空間和任一維度尺寸小于測量頻率半波長的房間的混響時(shí)間的測量。中斷聲源法的聲源常選擇十二面球形聲源，脈沖響應(yīng)積分法的聲源常選擇發(fā)令槍聲源。

二、 聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)分享

（1）衰變曲線：聲源發(fā)聲待室內(nèi)聲場達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，聲源中斷發(fā)聲，室內(nèi)某點(diǎn)聲壓級(jí)隨時(shí)間衰變的曲線，可使用中斷聲源法或脈沖響應(yīng)積分法測得。

（2）混響時(shí)間：室內(nèi)聲音已達(dá)到穩(wěn)態(tài)后停止聲源，平均聲能密度自原始值衰變到其百萬分之一（60 dB）所需要的時(shí)間，單位： s。可通過衰變過程的（-5～-25)dB 或(-5 ～ -35) dB 取值范圍作線性外推來獲得聲壓級(jí)衰變60 dB 的混響時(shí)間，分別記作T20 和T30。

（3）中斷聲源法：激勵(lì)房間的窄帶噪聲或粉紅噪聲聲源中斷發(fā)聲后，直接記錄聲壓級(jí)的衰變來獲取衰變曲線的方法。

（4）脈沖響應(yīng)：房間內(nèi)某一點(diǎn)發(fā)出的狄拉克（Dirac）函數(shù)脈沖聲在另一點(diǎn)形成的聲壓瞬時(shí)狀況。

（5）脈沖響應(yīng)積分法：通過把脈沖響應(yīng)的平方對時(shí)間反向積分來獲取衰變曲線的方法。

（6）空場：講演者、演員和觀眾均不在場的房間情況。

（7）排演：語言或音樂用房內(nèi)無觀眾，只有演員、講演者和少量觀摩人員在場的情況，為正式演出而進(jìn)行的練習(xí)表演。

（8）滿場：觀眾上座率達(dá)80%～100%時(shí)，處于正常表演或正常使用的情況。

三、 空間聲環(huán)境設(shè)計(jì)

音樂廳聲學(xué)設(shè)計(jì)

音樂廳是提供交響樂（包括民族音樂）、室內(nèi)樂及聲樂演出的專用廳堂。它是音質(zhì)要求最高的觀演建筑。音樂廳與一般劇場的主要區(qū)別在于它不設(shè)高大的舞臺(tái)空間，也不設(shè)側(cè)臺(tái)和樂池，只設(shè)樂臺(tái)（樂臺(tái)后部常有管風(fēng)琴）。樂臺(tái)與觀眾廳處在同一空間中。音樂廳演出時(shí)大多數(shù)靠自然聲，電聲至多起輔助作用，但為了現(xiàn)場實(shí)況轉(zhuǎn)播或錄音的需要，也需要提供電聲設(shè)備并設(shè)聲控室。

（1）音樂廳體型設(shè)計(jì)

當(dāng)擬建的音樂廳規(guī)模確定以后，建筑師首先遇到的問題是選擇什么樣的體形（平、剖面形式）才能既滿足聲學(xué)上的要求，又能適應(yīng)現(xiàn)代音樂廳的尺寸、視線、舒適和安全方面的需要。同時(shí)又要給人以美的表現(xiàn)新科技的造形。矩形的所謂“鞋盒式”音樂廳是著名古老音樂廳的傳統(tǒng)形式。它在聲學(xué)上的特殊優(yōu)勢在于聲反射的方向。每個(gè)聽眾都能接收到占主導(dǎo)地位的早期側(cè)向反射聲，而不是來自頭頂?shù)姆瓷渎暋Ｂ曇羰窃趬εc天花的交界處、側(cè)墻和樓座底層被反射的。通過雙耳聽聞，比較側(cè)向聲音信號(hào)到達(dá)的時(shí)間、響度和音調(diào)，對每個(gè)到達(dá)的聲音“單元”，雙耳聽覺相干性為聽眾提供了它的方向，對于多方向聲音，它使聽眾產(chǎn)生一種三維空間感。古老“鞋盒式”音樂廳在音質(zhì)上的另一種優(yōu)勢在于它們比典型的20 世紀(jì)音樂廳規(guī)模小。在小型音樂廳內(nèi)聲音的作用極強(qiáng)，短程的聲反射加強(qiáng)了直達(dá)聲。又由于人是主要的吸聲因素，在大型音樂廳中，當(dāng)聲能被吸收而使強(qiáng)度減弱。在大容量的現(xiàn)代音樂廳中，為加強(qiáng)大廳中部的早期側(cè)向反射聲，可以通過采用倒扇形的平面形式和追加側(cè)向反射板的方式得以解決。

山地葡萄園座席及環(huán)繞式廳：采用不規(guī)則平面及式座位區(qū)的新穎形式，并在座位布置中采用環(huán)繞樂臺(tái)的新格局。所謂環(huán)繞式布局，即在樂隊(duì)的后部設(shè)合唱區(qū)。當(dāng)不需要合唱隊(duì)時(shí)，合唱區(qū)就成為觀眾席。環(huán)繞式布局的優(yōu)點(diǎn)是可爭取較多的觀眾席靠近樂臺(tái)布置，同時(shí)加強(qiáng)了樂師與觀眾的取系，活躍了音樂廳的氣氛。缺點(diǎn)是由于樂器聲的指向性主要是朝向前方，故位于樂臺(tái)側(cè)面和后面的座席音質(zhì)較差。

帶有可變耦合混響空間的音樂廳：這種耦合房間有的設(shè)置在樂臺(tái)后側(cè)，有的設(shè)置在觀眾廳上部，有的則設(shè)置在觀眾廳旁，還有的廳堂考慮利用地下空間聲場的作用。總之，可通過寬度和高度的變化來創(chuàng)造可調(diào)耦合空間。

對于各種平面形式，如圓形、多邊形音樂廳也可以通過懸吊各種形式的反射板達(dá)到同樣的目的。

（2）音樂廳音質(zhì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

音樂廳混響時(shí)間允許值為1.5～2.8 s，低于1.5 s，將被認(rèn)為音質(zhì)偏于干澀。混響時(shí)間最佳值為1.8～2.1 s。最佳混響時(shí)間與音樂作品的體裁與風(fēng)格有關(guān)。對于古典音樂，例如莫扎特的作品，最佳混響時(shí)間約為1.6～1.8 s;對于浪漫音樂，例如勃拉姆斯的作品，最佳混響時(shí)間為2.1 s;對于現(xiàn)代音樂，可控制在1.8～2.2 s 之間。混響時(shí)間的頻率特性曲線可保持平直，或者使低音比，即125 Hz 與250 Hz 的混響時(shí)間與500 Hz 與1 kHz 的混響時(shí)間之比為1.1～1.25, 最大可達(dá)1.45。

音樂廳的座席最好控制在2 000 座以內(nèi)。通常情況下小于2 000 座的廳堂比大于2 500 座的廳堂容易達(dá)到優(yōu)良的音質(zhì)。在較小的廳堂中，親切度和響度都容易滿足要求，并且容易爭取較多的側(cè)向反射聲能和達(dá)到良好的空間感。

音樂廳設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量少用吸聲材料，同時(shí)座位區(qū)布置不應(yīng)過寬，因?yàn)樽瘏^(qū)的面積決定了觀眾廳的主要吸聲量，過寬的座席將導(dǎo)致過量的吸聲。此外，座席的包裝也不可過分。包裝過度的軟席座椅容易在250 Hz 附近導(dǎo)致過度吸聲，可能由此造成低音的損失。音樂廳內(nèi)部應(yīng)布置能擴(kuò)散聲音的構(gòu)件，使聲能均勻分布。良好的擴(kuò)散還可改善音質(zhì)的環(huán)繞感。

音樂廳每座容積大約為6～12 m3/座之間。國外新建音樂廳的每座容積，多在7～11 m2/座之間。音樂廳的體積不可過小，以免混響時(shí)間過短。

音樂廳樓座設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使其下部的深度D 不大于其開口高度H，同時(shí)其張角θ應(yīng)不小于45°以避免造成聲影區(qū)。

音樂廳的背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)采用NC15（見表1）。鑒于空調(diào)系統(tǒng)的噪聲已成為觀眾廳主要的噪聲源，故對空調(diào)噪聲控制應(yīng)采取更為嚴(yán)格的措施，包括采用玻璃棉作為內(nèi)襯的通風(fēng)管道等。同時(shí)，應(yīng)注意提高廳堂圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量，尤其當(dāng)觀眾廳與排練廳和練功房相毗鄰時(shí)，要求隔墻的隔聲量達(dá)到80 dB 以上。

表1 NC-15曲線各倍頻帶聲壓級(jí)

四、 聲學(xué)材料介紹

材料名稱：擴(kuò)散體

材料詳情：擴(kuò)散體是為了改進(jìn)聲場擴(kuò)散性能所采用的吸音材料。設(shè)計(jì)混響室的主要目的是要得到擴(kuò)散聲場，但即使按要求設(shè)計(jì)，在某些情況下還是明顯地達(dá)不到預(yù)期的擴(kuò)散。

擴(kuò)散體是吸音擴(kuò)散材料中的一種，生活中經(jīng)常遇到，尤其是在家庭影院中，基本上一個(gè)聲場好的家庭影院，都離不開擴(kuò)散體的支持。

擴(kuò)散體是按照二次余數(shù)序列值，根據(jù)聲波的頻率設(shè)置不同溝槽深度和寬度的凹凸表面。因?yàn)闇喜鄣纳疃炔煌緛硗粫r(shí)間達(dá)到的頻率分成了無數(shù)個(gè)小的反射波，形成波陣免，造成了時(shí)間離散。離散的好處在于既改變了聲波相遇的相位，又能使時(shí)間更均勻分布空間。擴(kuò)散體能使任何一個(gè)入射角的聲波擴(kuò)散，同時(shí)實(shí)現(xiàn)空間離散與時(shí)間離散。

擴(kuò)散體的設(shè)計(jì)依據(jù)是：利用不規(guī)則界面改變發(fā)射聲的波長，或者改變聲阻抗。

聲學(xué)擴(kuò)散體可以分為兩大類：數(shù)論擴(kuò)散體和幾何形狀擴(kuò)散體。其中，數(shù)論擴(kuò)散體包括MLS 擴(kuò)散體（圖2、表2）、QRD擴(kuò)散體（圖3、表3）等。

圖2 MLS 擴(kuò)散體

圖3 QRD 擴(kuò)散體

表2 MLS擴(kuò)散板擴(kuò)散系數(shù)和頻率特性曲線

表3 QRD擴(kuò)散板擴(kuò)散系數(shù)和頻率特性曲線

MLS 擴(kuò)散體是通過多維度、多方位、多角度對聲能進(jìn)行擴(kuò)散。該擴(kuò)散體擴(kuò)散性能佳，對改善聲音的明亮度具有一定的作用。擴(kuò)散頻率范圍：500 Hz～2150 Hz。

QRD 擴(kuò)散體可以將入射聲能分散開從而避免回聲和產(chǎn)生駐波，使聲場更加均勻，改善聲環(huán)境，提高聲音的明亮度。擴(kuò)散頻率范圍：500 Hz～2000 Hz，最高環(huán)保性能達(dá)E1 級(jí)。

五、 常用室內(nèi)裝飾聲學(xué)施工節(jié)點(diǎn)

圖4 施工節(jié)點(diǎn)一

圖5 施工節(jié)點(diǎn)二