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音樂廳中的聲學原理

主要是混響和回聲

音樂廳是樂隊演出的主要場所,除了專門為樂隊服務的音樂廳外,歌劇院、大會堂、大教堂、演播大廳、電影院等都可以作為音樂廳使用。

反映音樂廳質量的主要因素是混響。樂器停止發音后,聲音並不馬上消失,而是伴有餘音的,即分貝數漸漸下降,這種現象稱為混響,聲學上把聲音衰減60dB的時間稱為混響時間。混響是由於聲音在室內反射造成的,室外是沒有混響的。混響時間和以下因素有關:

(1) 房間的體積:通常體積越大,混響時間越長;

(2) 房間內壁的材質:如果內壁是粗糙柔軟的吸聲材質,那麼混響時間會短些,如果內壁是堅硬光滑的反射材質,那麼混響時間會長些,房間的內壁指的是牆壁、天花板、地板,以及音樂廳內一切影響聲音傳播的障礙物,特別是坐椅,增加有軟墊的坐椅數量會縮短混響時間;

(3) 聲音的頻率:由於高頻聲音的反射和衍射能力比低頻聲音差,所以高頻聲音的混響時間比低頻聲音短。

混響時間太短會使聲音變得乾澀,太長則會使音樂失去清晰的線條,兩者都不利於音樂的欣賞。實踐表明,適合樂隊演奏的音樂廳,混響時間應在1.5到2秒之間,當然,最佳的混響時間並不是唯一的,它取決於聽眾的愛好、音樂的類型、樂隊的規模等諸多因素。例如,重視音響效果的聽眾希望混響時間長些,重視音樂細節(旋律、節奏等)的欣賞者希望混響時間短些;演奏交響樂時可以採用混響時間較長的音樂廳,而歌劇院的混響時間必須控制在2秒以內,否則歌手就無法聽清自己的聲音;小規模的樂隊希望在混響時間長的音樂廳中演出,以增加音響,而過長的混響時間對於大規模的樂隊(四管制,由兩個交響樂團組合而成的樂隊)有時反而不利。

和混響類似的一種現象稱為回聲,語言和音樂都會在回聲的作用下變得模糊不清,因此回聲是音樂廳中必須避免的。產生回聲的主要原因在於聲音的反射體,如果很平滑,那麼聲音會作鏡面反射,同一束聲線(幾何光學中“光線”的概念沿用在聲學中)很有可能同時到達某個地方,由此產生回聲,如果凹凸不平,那麼聲音會作漫反射,同一束聲線被反射到不同的方向,然後以不同的時間到達某個地方,形成混響。音樂廳的天花板通常有避免回聲的裝飾,例如很多形狀不規則的吊頂。

此外,管弦樂和合唱表演必須使用樂隊罩,也就是樂隊背後的音板,這樣,向上和向後傳播的聲音就會儘可能多地被音板反射回來,使得樂隊罩起到聚光燈后凹面鏡的作用,反之,把音板換成絨布,那麼音量將減輕很多。

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