声环境学院室内音质设计(二)

1、厅堂有效容积的确定厅堂声学设计的首要任务是根据用途和音质要求确保厅堂的有效容积。在建筑设计任务书内通常只提供厅堂规模（容量）、建筑面积和造价。有效容积则由设计师按各种要求进行综合考虑后加以确定。从声学设计的角度去确定厅堂的有效容积，一般应根据保证有足够的响度与合适的混响时间这两个方面的要求来考虑，而前者对于自然声演出更有它的重要作用。（1）保证足够的响度人所能发出的自然声能是很有限的，声功率较弱。如果厅堂很大而又不注意充分地利用，则随着与声源距离的增加，直达声将有较大的衰减。而早期反射声的补强作用毕竟有限。因此对于不用扩声设备并以会议为主的多功能厅堂，为保证有足够的响度，一般要求其有效容积不大于2000~3000m3。当采用扩声系统时，则不受限制。对于歌剧院和音乐厅，以及以歌剧和音乐演出为主的大厅，由于演唱和乐器演奏时的声功率较正常说话时大。因此允许有较大的有效容积。容积增大的数值首先决定于音乐和歌剧演出的内容，歌剧和交响乐与独奏（唱）时的声功率相差很大。因此对于单一用途的大型交响乐大厅的有效容积，可比室内乐、独奏（唱）或多用途音乐厅大些。允许达到20000m3。其次是决定于大厅音质设计的优劣，也即自然声能是否充分利用。实践证明，在有效容积和容纳听众数量，以及混响时间相同的情况下，能否进行自然声演出，很大程度上决定于自然声的利用。目前多数厅堂（特别是多功能大厅）不能实现自然声演出，原因就在于此。对于一些音质设计良好，在不用扩声系统时进行自然声演出（或讲演）的厅堂，最大允许容积的参考值列于下表：不用扩声系统时最大允许厅堂容积的参考值声源类型最大允许容积（m3）讲演、会议2000戏剧对白5000独奏（唱）、多重奏合和小合唱8000室内乐和合唱1000歌剧和交响乐2000（2）确定合适的混响时间从混响时间的计算公式可见，为达到一定的混响时间，房间容积v与室内总吸声量sa之间要有适当的比例。在总吸声量中，观众的吸声量所占比重很大，一般约占总吸声量的1/2~1/3。因此，控制了厅堂容积和听众人数之间的比例，也就在相当程度上控制了混响时间。在实际工程设计中，常用每座容积这一指标。如果选择适当，就可在不用或少用额外吸声处理的情况下得到适宜的混响时间。各类厅堂最佳的每座容积与厅堂用途、是否用于自然声演出有关。下表提供各类厅堂每座容积的建议值。各类厅堂每座容积的建议值厅堂类别和用途每座容积（m3/座）音乐厅交响乐7．0~10.0室内乐6.0合唱音乐5.0剧院话剧（伸出式舞台剧院）4.0~5.0（6.0~7.5）歌剧5.0~6.0地方戏剧4.0电影院普通银幕3~3.5立体声宽银幕5.5~7.0会议4.0多功能大厅根据其主要用途而定，或采用可调容积2、厅堂体型设计当大致的确定了大厅的有效容积后，将进行大厅的体型设计，它是音质设计的重要方面，对确保大厅音质具有决定性的作用。大厅的体型设计主要包括直达声，前次（早期）反射声的控制和利用，声扩散和防止音质缺陷等方面的问题。它通过大厅平你、剖面形式；室内各界面的尺寸和形式；装修和构造加以具体的体现。在设计中通常会遇到许多建筑功能和艺术处理上的矛盾。因此，必须掌握确保音质的基本准则，结合建筑设计各专业的要求灵活而又细致的加以贯彻。（1）充分利用直达声直达声对响度和清晰度有重要的作用，应尽可能的从体型设计上考虑充分的利用直达声。通常有如下几方面的措施：缩短直达声传播的距离：直达声的强度随传播距离而衰减，因此在确定厅堂的平面形状时，不要把听众席拉得太长，例如一个矩形平面的厅堂，不如一个容纳同样人数的扇形大厅能使听众更接近声源；当一层平面的听众延伸得太远时，可将部分听众设置在二层或三层楼座，以保持较小的直达声传播距离。这对缩短视距，提高视觉效果也是有利的。避免直达声被遮挡和被听众掠射吸收：直达声被厅堂的柱子、栏杆、前排听众所遮挡，高中频声能会损失很多，应当避免。但如果听众席地面起坡太小，直达声从声源掠过听众的头顶到达后部听众，声能将被大量的吸收。因此前后排座位升起应不小于100mm。有可能时，应再适当提高，这同样有利于视觉。适应声源的指向性：声源所发的高频声指向性很强，为了保证清晰度和音色的完美，厅堂的平面形状应当适应声源的指向性，使听众席不超过声源前方140度夹角的范围。因此在这种情况下，长的平面比扁宽的平面有利。（2）早期反射声的控制直达声后50ms以内的反射声称为早期反射声。它对于增加直达声的响度和提高清晰度都有重要作用。争取较多的早期反射声并使其均匀分布，是厅堂体型设计中的重要内容。早期反射声通常有靠近声源的反射面形成。在中型和大型厅堂内，由于台口高度和宽度都很大，造成了大厅前排中间座位缺乏早期反射声的状况，这是目前厅堂建筑中普遍存在的声学缺陷。为了改善这种状况，在体型设计上增加早期反射声可采取如下措施：调节反射面的倾斜角：利用几何做图法进行体型设计，可使反射声（主要是一次反射声）均匀分布于整个听众席上。下图5-2即为一大厅纵剖面的设计实例。图中（a）为设计的原始条件，一般将声源s配置在演员主要表演区，它约距大幕线3m，离舞台面1.6m。把听众席区域AB和在台口处顶棚起始点P按建筑设计要求确定下来（在大型厅堂内，当台口很高时，可在台口下悬吊活动反射面，P点按便于获得早期反射声来确定）就可以求出从台口开始的一次反射面的倾斜角度，以便反射声分布于整个AB区域。作图步骤见图5-2（b）。首先，自S和A分别引直线经过P，求SP和AP延长线夹角的等分线，该分角线向右的延长部分即为所求的顶棚倾斜面。进一步可利用虚声源法确定该反射面的虚长度，即在AP的延长线上，量SP的等长，得到虚声源'S，连接'SB与已求出之分角线交于Q，PQ即为所需长度。为使大厅后部坐席有更多的一次反射声，如图中CB区域，可由Q继续用同样作图，连CQ线并延长，求出CQ延长线与SQ夹角的分角线，进一步找到虚声源''S，连接''SB与分角线交于R，则QR即为可使声音反射到CB区域的反射面。利用上述方法，同样可以求出侧向反射的墙面倾角以及将其他各界面作合理的分工。增加扩散反射：内表面如果设置凹凸不平的处理，由于其扩散作用，可使声波均匀地分布于室内，使得某些地区增加一些早期反射声，此外，由于声场扩散均匀可使声能比较均匀的增长和衰减，从而使音乐和语言的固有音品有所提高。在欧美一些音乐厅和剧院中往往有许多壁柱、雕刻、多层包厢、凹凸的藻井顶棚，以及花式吊顶等装修处理，使声波起到良好的扩散作用。国内不少厅堂也有这类实例。例如哈尔滨工人文化宫剧场、北京剧场等。为使声音充分扩散，扩散体的尺寸应与入射声波的波长相当，频率愈低及波长愈大，则要求扩散体的尺寸也愈大。（3）减少耦合空间的影响存在耦合空间的厅堂主要是剧场观众厅和舞台，楼座挑台下部空间与大厅等两种情况。前者由于现代剧场，特别是歌剧院观众厅与舞台通过台口耦合，而舞台容积通常都大于观众厅。当满座时，两个空间混响时间差别甚大，引起声能倒流。改善的措施是增加舞台的声吸收，并通过舞台布景的设计，使舞台声学状况得到改善；后者则应尽可能减少挑台下部空间的深度和提高其开口高度。现代厅堂在挑台下部通常仅有2~3排听众，且开口很高，几乎已不存在另一个空间。（4）消除音质缺陷厅堂内的音质缺陷主要是回声和颤动回声，房间共振在大型厅堂内出现的可能性很小。回声通常由于后部墙面和顶棚处理不当，使后部反射回来的声音与直达声之间的时差大于50ms，或声程差大于17m所造成。因此，应在后墙和顶棚做强吸声处理，或设扩散结构加以解决。颤动回声在有平行墙面的厅堂内，如不做处理都不可避免的有颤动回声的现象，但由于声源不在大厅内（在舞台上），因此，实际使用时，不大会被听众所发现。只有在近代的伸出式舞台剧场内，声源在大厅内，这时就必须消除颤动回声。专业的音乐厅也是如此，乐师和听众同在一个厅内，因此，音乐厅理应要特别注意防止颤动回声。但由于音乐厅内的混响时间很长，但颤动回声不太严重时，听众也不会发现它的存在。