學校歷史建筑中的聲學改造

陳健 陳蘇 胡祖奎 張元立

摘 ?要：學校代表性建筑不僅是學校的組成部分，更是校園文化的重要載體，是學生在校學習期間的有效學習場所，也是各地校友們對母校的美好記憶，具有鮮明的教育功能。文章針對歷史建筑會議場館聲學問題，以重慶一中項家書院會議室聲學改造為例，探索如何在保留師生對項家書院美好記憶，保護學校歷史建筑原貌的前提下進行聲學改造，詳細介紹了項家書院會議室聲學改造思路、聲學提升技術以及擴聲系統改造細節，為同類歷史建筑的聲學改造提供參考。

關鍵詞：歷史建筑;聲學改造;校園環境

一、項目背景

良好的校園環境中，代表性的建筑不僅是學校的組成部分，更是校園文化的重要載體，是全校師生學習工作的重要場所，也是學子對母校的美好記憶，具有鮮明的教育功能。重慶一中項家書院建于明代，屬歷史建筑、標志性建筑，見證了重慶一中90多年的辦學歷程。項家書院門檐上“動樂靜壽”四個草書匾額，語出《論語》：“子曰：知者樂水，仁者樂山，知者動，仁者靜，知者樂，仁者壽。”該題詞激勵了一代代重慶一中學子勤奮苦讀，從這里走向世界。項家書院會議室位于書院中心，是學校舉行教育教學活動的重要場所。每年教師學生都在這里組織召開各種會議，開展討論、總結、表彰等活動，每次校友們回校參觀也必進項家書院。項家書院在重慶一中師生心目中具有重要的地位。

項家書院會議室長約14.1米，寬約7.2米，頂部為尖頂結構，最高處距地面7.9米，空間容積約710立方米（如圖1）。會議室頂部為木板，墻面為磚木混合，墻面兩側為大面積木質玻璃窗，地面為水磨石，桌椅均為實木材質。

二、主要聲學問題和擴聲系統改造技術難點

（一）主要聲學問題

雖然經常承辦各種教育教學活動，但項家書院會議室受空間形式、結構材料的影響（如圖2、圖3），存在混響時間偏長、語音清晰度差的問題，活動效果大打折扣。項家書院必須從技術的角度進行建筑聲學改造，才能有效發揮其教育功能。

在計算機中利用EASE進行模擬，結果顯示（如圖4）在影響人聲清晰度的400Hz—2000Hz這個區間，混響時間呈直線上升，最高達到3.68s，最低在3.22s，平均混響時間達到了3.4s。通過圖5對比發現，會議室混響時間曲線嚴重偏離標準容差，這說明計算機模擬結果與現實情況相吻合。那么如何在保留歷史建筑原有裝飾風格、保留其在師生中的美好記憶的基礎上，對會議室的聲學環境進行改造，解決混響時間偏長和語音清晰度差的問題，是一個不小的挑戰。

（二）擴聲系統改造的技術難點

影響會議室使用效果的另外一個重要因素就是擴聲系統建設，兩者互為補充，才能夠呈現出理想的聽音效果。項家書院原有擴聲系統由模擬調音臺加二分頻音響系統組成，現場測試效果非常不理想。在實際使用中存在話筒數量不足，提高聲壓級話筒嘯叫頻繁的現象。因此擴聲系統改造主要圍繞三個方面進行：第一，在保證足夠聲壓級、聲音均勻度的前提下，如何解決同時開啟多只無線會議話筒，同時保證話筒不掉頻、不串頻、不嘯叫;第二，設備間設計在直線距離20米左右的隔壁房間，實現在會議室中實現對整個系統及時有效地控制;第三，在不破壞原有裝飾的前提下，與聲學改造相配合，完成整個系統布線施工。綜上可知，這三個方面是項目改造的重難點，直接決定了會議室后期使用效果。

三、改造方案

因為歷史建筑的特殊性，既要最大程度地保留其原有面貌，又要解決會議室存在的混響時間長、聲音清晰度差的問題，常用的體型輪廓改造、吊頂改造就不適用于項家書院會議室。因此主要從改變局部吸聲材料和改造擴聲系統兩個方面入手。

（一）聲學改造方案

為盡可能保留會議室原有裝飾風格，本次改造選擇可供聲學改造的材料對室內部分墻面或裝飾物進行替換。

其一，如圖6所示，將允許變動的局部墻面木板替換為與原有墻面同色的高強度陶晶砂吸聲板（厚度為8mm），在其表面噴涂2mm透聲涂料，板后空腔80mm填裝吸音棉，其吸聲參數需滿足表1的要求。

其二，將玻璃窗原有竹簾更換為吸聲性能更高的雙層燈芯絨吸聲窗簾。通過EASE模擬計算，如圖7所示400Hz—2000Hz混響時長雖然仍高于國家規范中會議室推薦混響時間1—1.2秒的標準，但相較改造前改善效果明顯，我們期望搭配上合理的擴聲系統方案，能夠讓會議室煥發新的活力。

（二）擴聲系統改造方案

1. 擴聲改造標準。為實現理想的會議聲學效果，根據國家標準《GB_T 28049-2011廳堂、體育場館擴聲系統設計規范》中，會議類擴聲系統一級標準進行設計，該標準最大聲壓級達到98dB、穩態聲場不均勻度≤8dB，可以保證系統在實際使用中達到國家標準要求的聲學指標。

在會議室當前建筑聲學改造的基礎之上，學校期望通過合理搭建擴聲系統，解決會議室存在的壓級不夠，話筒數量不足、話筒嘯叫問題，以及考慮如何實現遠距離控制與傳輸，保證會議質量。

2. 擴聲系統設計。根據上述的系統設計準則和功能要求，結合實際使用需求，設計系統架構。控制系統采用了網絡音頻處理器主機加數字調音臺的形式，信號采用全數字處理，有利于高保真、低損耗地傳輸到控制系統進行處理。使用人員可以在會議室內通過平板電腦對聲音的音量、輸入信號源的切換。該數字調臺還應具有配置備份功能，可以對調試好的參數進行備份存儲和一鍵恢復設置，這樣就有效地解決了如何實現遠距離控制問題，因為該款調音臺具備自動調音功能，能夠檢測麥克風輸入增益，自動調節每個話筒的輸入，再配合上音頻處理器這樣設計也能有效解決話筒嘯。在布線問題上，通過系統圖可以發現，進入會議室的一共只有四條線纜，在與聲學改造方案相結合，采用隱藏式布線，是看不到任何線纜存在，使擴聲改造不影響會議室原有裝修風格。

3. 會議話筒方案。因會議室中時常采用座談式會議，需要足夠數量的話筒，同時為解決無線會議話筒增多帶來的嘯叫問題，選用了某品牌帶Dugan功能數字調臺與無線會議話筒搭配使用。Dugan自動混音器可被應用至8個通道，自動提升有效的麥克風輸入增益，同時降低閑置的麥克風輸入增益，從而創造連續的整體混音電平。該功能可以在使用多個麥克風的演講或小組討論的情形中免去復雜的推子操作。Dugan自動混音算法也保留了一個安全的反饋余量，確保聲音的高品質、高清晰度。因控制室與會議室距離較遠，為保證話筒信號的接收效果，學校在方案設計中配置了天線放大系統，滿足了會議拾音對清晰度、靈敏度、穩定性的較高要求。

4. 擴聲音響選擇。因會議室頂部為尖頂式、無吊頂，為保證會議桌有足夠的直達聲，因此學校選擇終用某品牌的有源可控波束柱狀全頻揚聲器，作為主擴設備壁掛，安裝在進門左右兩側墻面上。該音響具有線性音柱聲壓級衰減率比傳統全頻音箱少二分之一的優點，還能夠通過軟件精確調整聲音的水平和垂直覆蓋角度。

作為一個歷史建筑，經過這次聲學改造，會議室內部結構風格被最大程度地保留，對比改造前后，無明顯變化，實現了保護歷史建筑的目標，和師生們記憶中的項家書院沒有任何違和感，親切一如既往。實際使用時，會議室語音清晰度良好，完全滿足之前的設計要求。這次對項家書院會議室創新性的改造實踐說明，在尊重歷史的前提下，通過新材料新技術的運用，將聲學改造和電聲技術完美結合，可以實現歷史建筑新舊功能的融合與提升，充分保留學校標志性建筑在師生們心目中的美好記憶，延續并拓展其教育功能，提升學校的辦學效益，也有助于同類歷史建筑的聲學改造實踐借鑒。

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（責任編輯：莫唯然）