廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和手段綜述
摘要：作為聽(tīng)音場(chǎng)所，廳堂建筑的聽(tīng)音質(zhì)量是第一重要的。針對(duì)廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和手段進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。
關(guān)鍵詞：廳堂建筑；聲學(xué)；設(shè)計(jì)
作為聽(tīng)音場(chǎng)所。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)。只有明確建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和手段，才能保證廳堂建筑具有良好的音質(zhì)。
一、建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)
一般而言，建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)主要包括噪聲控制和音質(zhì)設(shè)計(jì)兩大部分。
(一)噪聲控制
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)。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)。
(二)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：
1.確定廳堂體型及體量。
2.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)。
3.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)。
4.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。
5.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)。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)。
6.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。
7.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)。
8.可聽(tīng)化主觀評(píng)價(jià)?？陕?tīng)化技術(shù)是通過(guò)仿真計(jì)算?；蛘咄ㄟ^(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)。
9.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。
10.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)。
11.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)。
二、聲學(xué)設(shè)計(jì)的手段
準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)房間的音質(zhì)效果一直是建筑聲學(xué)研究者追求的理想。廳堂音質(zhì)模型測(cè)定是建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的重要手段。隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行聲場(chǎng)的模擬研究成為現(xiàn)實(shí)。近年來(lái)，使用基于有限元理論的方法模擬聲音的高階波動(dòng)特性，在低頻模擬上獲得了一些進(jìn)展。
廳堂中短延時(shí)反射聲的分布，是決定音質(zhì)的重要因素。在縮尺模型中，用電火花作為脈沖聲源測(cè)得的短延時(shí)反射聲分布，與實(shí)際大廳的短延時(shí)反射聲分布有良好的對(duì)應(yīng)，對(duì)在設(shè)計(jì)階段確定廳堂的大小、體型等有重要參考意義?；祉憰r(shí)間是公認(rèn)的一個(gè)可定量的音質(zhì)參數(shù)，通過(guò)模型試驗(yàn)可以預(yù)測(cè)所要興建廳堂的混響時(shí)間。聲場(chǎng)不均勻度也是一個(gè)重要的音質(zhì)參數(shù)。
模型試驗(yàn)的測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量方法和結(jié)果的表達(dá)與實(shí)際廳堂相同，但需要根據(jù)廳堂模型的縮尺比s，在混響時(shí)間測(cè)量和聲場(chǎng)不均勻度測(cè)量時(shí)對(duì)測(cè)量頻率作相應(yīng)改變。不同頻率的聲波，在空氣介質(zhì)中傳播，特別是高頻聲波，它的由空氣吸收引起的衰減在不同溫、濕度條件下差別很大，對(duì)混響時(shí)間測(cè)量結(jié)果，需采取對(duì)空氣吸收的影響作相應(yīng)的修正，且有足夠的精度。
對(duì)于短延時(shí)反射聲分布測(cè)量，廳堂音質(zhì)模型的縮尺比s一般采用1／5或1／10，也有采用1／20的，但因受試驗(yàn)設(shè)備和頻率過(guò)高的限制，精度受到一定影響。對(duì)混響時(shí)間的測(cè)量，縮尺比s為1／20時(shí)只能對(duì)應(yīng)實(shí)際廳堂1000Hz或2 000Hz以下的頻率。推薦縮尺比s不小于1／10，對(duì)混響時(shí)間和聲場(chǎng)不均勻度的測(cè)量可擴(kuò)展至實(shí)際廳堂中的4000Hz。短延時(shí)反射聲分布測(cè)量的精度也較高。
模型的內(nèi)表面形狀，有些起伏尺寸比較小，對(duì)聲波的反射和擴(kuò)散沒(méi)有多大影響，在制作模型時(shí)可適當(dāng)簡(jiǎn)化。但必須保留等于或大于實(shí)際廳堂中聲波為2000Hz的波長(zhǎng)的起伏，不能省略。因?yàn)檫@些部分會(huì)對(duì)聲場(chǎng)的不均勻度有較大影響。要使廳堂音質(zhì)模型的內(nèi)表面各個(gè)部分，包括觀眾席的吸聲系數(shù)在所測(cè)量的頻率范圍內(nèi)與相對(duì)應(yīng)的實(shí)際廳堂內(nèi)表面各部分及觀眾席的吸聲系數(shù)完全相符，實(shí)際上有很大難度，因此允許有±10％的誤差。
為了避免在模型中的背景噪聲過(guò)高導(dǎo)至動(dòng)態(tài)范圍達(dá)不到要求而影響精度，廳堂音質(zhì)模型的外殼必須有足夠的隔聲量。舞臺(tái)空間大小、形狀及吸聲狀況，對(duì)觀眾廳的短延時(shí)反射聲分布、混響時(shí)間及聲壓級(jí)分布有很大影響。在模型試驗(yàn)時(shí)，這部分宜包括在內(nèi)。舞臺(tái)空間部分的吸聲狀況也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的模擬。
短延時(shí)反射聲分布測(cè)量所用的聲源信號(hào)為電容器放電時(shí)產(chǎn)生的脈沖聲，適于用做模型試驗(yàn)中的脈沖聲源信號(hào)。聲源中心位置規(guī)定為一般演出區(qū)的中心，高度相當(dāng)于人口的高度。聲場(chǎng)不均勻度測(cè)量的聲源位置與高度，與混響時(shí)間測(cè)量相同。短延時(shí)反射聲分布測(cè)量常用的方法是將接收到的直達(dá)聲和反射聲信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，以時(shí)間為橫軸在示波器上顯示，即脈沖響應(yīng)聲圖譜(回聲圖)。
接收用傳聲器，可以用電容傳聲器或靈敏度比較高的球形壓電晶體傳聲器。傳聲器口徑不宜過(guò)大，防止傳聲器的圓柱體型在接收位置對(duì)聲場(chǎng)形成影響。在測(cè)量時(shí)要求記錄模型內(nèi)空氣的溫度和相對(duì)濕度，是為了修正由于高頻聲在模型內(nèi)過(guò)量的空氣吸收所造成的低于實(shí)際廳堂混響時(shí)間的偏差。
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