观演空间声学简史回顾

探寻影响声场主观评.价因子的维度和正交因子的建筑声学研究最早可以追溯到Vxtruvius(公元前25年)的工作。在《古代建筑声学》一书中，描述了混响、干涉、回声干扰、语言清晰度等概念。Vitruvius的著名陈述“发出第四、第五阶等音符的青铜容器制品”，由音乐理论计算，可倒转嵌入壁盒由不小于半英尺高的楔形物两面支撑，面向舞台、剧场座位间也建有龛状物。显然，当时作了大量科学尝试并更多地致力于耳朵以下空间的研究，本书中也讨论了地板结构和座位的声学设计。

由于电声技术的缺乏，从1~19世纪所报道的建筑声学研究远少于古代。

1857年，Henry首次提到了应用于现代科学中的脉冲的概念。在他所讨论的情况下，来自齿轮一个齿的单个脉冲是噪声，来自相继一系列齿的连续脉冲是一连续的声音。如果所有齿的间距相同，齿轮的转速一致，结果将是一悦耳的乐音。并且，他建议与良好音质有关的因子应蕴涵下面的条件：

（1）房间尺度；

（2）声音的力度或脉冲的强度；

（3）反射面的位置；

（4）反射面的材料性能。

令人感到有趣的是这些条件在某种程度上与本书中描述的4个正交因子有关。

Sabine (1990)开创了建筑声学这门科学。他发现了混响声和定量计算混响时间的公式。关于绝对衰变率的首次精心的实验是在波士顿公立图书馆报告厅中进行的。那是一个大房间，讲台上放置4根具有相同音高的管风琴管。每根管都有独自的送风装置，.并且每根管都有特有的电风动值。于是，1根、2根、3根或4根管可以同时开始或停止。那么最短可听时间就可以加以测量。相应的可听声持续时间t1、t2、t3和t4分别为8.68s、9.14s、9.36s和9.55s其间的时间差为

t2-t1=0 .45[s]，

t3-t4=0 .67[s]，

t4-t1=0 .86[s]。（1）

利用这些时间差可得到声强的指数衰变率.由此，他最终推导出著名的混响时间公式

T60=KV/A        （2）

式中：K是常数，当声速为342 m/s时，K=0.159；V是房间的体积(m³)；A是房间的吸声量。

Sabine承认纽约联邦神学院的小教堂是一个令人非常满意的实例，但没何解释(Sabine，1912)。就该教堂顶棚的形状而论，就像一个船底，将有效地降低IACC的值。看来，Sabine无意中注意到房间空间形状的重要性。Knudsen(1929)建议，对于语言，最适宜的混响时间应比音乐短。同时，MacNair(1930)推荐低频域的混响时间要更长些以便补充音乐的响度。Békésy(1934)报告说一个庭院的声场，如图1所示，好于他所经历何一个厅堂的声场。这清楚地说明侧向反射声的重要性。

图1具有优良音质的庭院(Békésy, 1934；Békésy, 1967)

1949年，Hass通过移动磁带录音机的磁头位里从而调整早期反射声的时延来研究回声千扰效应。他的研究结果表明语言回声干扰是时延的函数。后来，Bolt和Doak（1950）提出用于声干扰百分数作为干扰程度的参数。鉴于生物在包括声、视和热的物理环境中形成和进化的事实，我们的感觉器官和大脑在创生进化前受生存的物理环境因素影响很大。

表2.1中列出了从1960年起几位作者发现的对主观属性有重大影口向的物理因子。在对全世界大量现存的音乐厅进行调研后，Beranek(1962)从对有经验的听音者的问卷调查得到的数据中，提出了8个声场因子的评价标度。自从赛宾发现混响理论之后，人们把大量的注意力放在了声场的时间因子上。显然，双耳效应对听者而言是不会令人满意的。

Venekalasen和Christoff (1964)提出了来自侧墙反射声的重要性。West(1966)发现2H/W (H,W分别是厅堂的高度和宽度)和一主观范畴数值标度的相关系数为0.71。Damaske(1967/1968)通过环绕试听者布置一系列扬声器的办法来研究主观扩散度。Keet(1968)报告了视在声源宽度（ASW）的变化与双耳互相关系数和声压级的关系。Marshall（1968a，b）强调从正好从90°方向到达的早期侧向反射声的重要性。Barron(1971)探讨了声场的“空间感”或“环绕感”与双耳互相关系数的关系。Damaske和Ando(1972)将IACC定义为在人双耳时延的最大可能范围内，双耳互相关函数的最大绝对值，即

IACC=|Φ1r（τ）|max          |τ|≤1ms， （3）

并给出了计算声场双耳互相关函数的方法。

 表1 在实际或仿真声场中通过系统的主观判断实验得到的重要物理因子

*   括号内的数值表示可被认为是重要因子的维度。

† Beranek (1996)后来建议6个因子，两个附加的因子在正交性方面存在疑问。关于混响时间的频率特性，对主观判断而言低于500Hz的频率范围不是关键的，所以其优选范围可以很宽(Ando，Okana和Takexoe，1989)。

‡ 短时互相关系数。

通过不相似性检验，Yamaguchi (1972)报道对于厅堂中的录音声场来说，声压级及其频率特性是显著的因子，Edward (1974)也检验了录音声场的不相似性，指出早期回声图，混响时间和音量是重要的因子。Schroeder、Gottlob和Siebrasse(1974 )报道了成对比较试验的结果，即询问试听者在所听到的两个音乐信号中，更喜欢哪一个，试验在消声室中进行，通过人工头录音及带有滤波器的双扬声器系统在人的双耳处重发声场空间信息。他们发现两个显著因子，RT和IACC对主观优选有强烈影响。Wilkens（1977）指出重要的主观属性为力度和声源扩展感以及明晰度和音色的感觉。

Ando和Kageyama研究了主观优选与物理因子的关系。通过到达双耳的声信号的数学表达式计算( Ando , 1977 ；Ando and Kageyama，1977）。1983年，Ando发表了主观优选与4个正交声场物理因子关系的理论。使得计算每一座位处的标度值成为可能(又见Ando，1985，1986）。这一理论首先被Coccchi，Farina和Rocco (1990)在现存的厅堂中证实。Sato，Morr和Ando (1997)在一实际的厅堂中通过开关舞台上扬声器而不是变换座位的成对比较判断，再次更明确地证实了这一理论.他们建议用IACC的双耳时延，即τ_IACC来避免声像移位或控制声场平衡。

迄今，这一理论已成为建立在大量受试者的普遍主观属性基础上的理论。尽管存在一定的个体差异(Sakai，Sirgh and Ando ,1997)，在应用这一理论时，可通过调整每一正交因子的权重系数来进一步提高每一个体的满意度，（Ando and Singh ,1996；Sigh and Ando，尚未出版)。在雾岛音乐厅建成后，其采用的座位选择系统（Sakurai，Korenaga and Ando,1997}就是这一应用的典型例证(Ando and Setoguchi , 1995 ) 。