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如何進行廳堂建築聲學設計

一.你聽到的聲音是怎樣來的?

在一個廳堂內,你聽到的聲音總是包含有兩部分:直達聲與反射聲。 直達聲特性:由發聲體通過空氣中直線距離傳達到聽眾,因而音量最大,到達時間最早。

反射聲特性:由廳堂四壁、天花、地板(簡稱廳堂六面)及廳堂內所有擺設物體多次反射的聲音組 成,延續時間長(因而也稱混響聲),信息量豐富(多面反射,多次反射),受反射面形狀與材質的影 響,因而帶上了廳堂特有的聲音特性,所以,反射聲特性也稱“廳堂聲音特性”或“廳堂混響聲特性” (見圖1,圖2)。

 如何進行廳堂建築聲學設計

圖1

如何進行廳堂建築聲學設計

圖2

二.為什麼要研究廳堂混響特性?

廳堂內的反射聲(或混響聲)組成了廳堂內聲音的重要部份,它約佔到人耳實際所聽聲音的80%的信息 量,因而極大地影響到人耳對聲音的感受 好聽或不好聽,舒適或難受,呆下去或快離開。所以幾個世紀以來,聲學專家就在不斷研究:什麼樣的廳堂好聽,怎樣設計與控制廳堂六面及廳堂擺設物 體的形狀和材 質才能使聲音好聽。

由於人耳聽感的複雜性和廳堂聲反射的複雜性,即使在有了高速計算機 的今天,也沒能一勞永逸地解決這一課題,恐怕還要研究幾個世紀或更長。好在今天我們已有了基本的理 論指導和實踐以及較為成熟的計算機輔助設計手段,在很大程度上已能滿足我們的要求。

三.什麼樣的廳堂聲音才好聽?

根據到目前為止的認識水平,音質好的廳堂至少得足以下四個廳堂聲學條件:

1. 混響時間在0.8–1.5秒之間—— 太短則聲音乾癟,太長則聲音發混、發燥(見圖3);

2. 有良好的聲擴散—— 直達聲與反射聲均勻擴散;無聲聚焦:—— 無大面積弧形反射面使聲音聚焦 在一處產生過激點;

3. 無房間諧振 —— 即房間長:寬:高不成整數比,以避免形成有害的房間駐波;

4. 無物體共振—— 即房間內物體不隨聲音產生共振,以至於發出聲污染。

如何進行廳堂建築聲學設計

圖3

四.怎樣設計或控制廳堂的音質?

在上述四個條件中,后三個較容易通過工程上的控制達到。第一個條件即混響時間的控制則是個難點, 所以廳堂的聲學設計主要是指混響時間的調控。

五.怎樣設計廳堂的混響時間?

混響是由反射引起的,所以在仔細研究了聲音在廳堂內所有反射面的反射情況后,就能計算出混響時間。這時計算機是極好的幫手。但這是項複雜的工作,即需要理論指導,也需要反覆實踐,理論與計算不是萬能的。這是所有音樂廳在建設中面的面臨的難題,也是專家們最難把握的課題,世界上著名音樂廳成功與失敗的例子比比皆是。

六:聲音是怎樣反射的?

聲音是直線傳播的,它遇到反射面后,總是一部份被反射,一部份被吸收。對一個反射面來說,其吸 聲係數=吸收聲能/入射聲能,不同材料吸聲係數是不同的,同一材料對不同頻率的聲波吸聲係數也是不一樣的。因而我們要考慮各種材料在各種頻率上的吸聲情況,才能計算與控制混響時間(見圖4)。

我們通常在廳堂裝飾中使用的材料對中低頻聲音是較難吸收的,因而往往造成廳堂混響聲過大,所以廳堂聲學設計更多地就變為對中低音的吸聲處理。

如何進行廳堂建築聲學設計

圖4

七.怎樣進行廳堂吸聲處理?

聲學專家在多年的科學探索中,在理論指導下通過大量實驗與測試,發明了多種吸聲材料及吸聲結構,用於對低、中、高各頻段的聲音進行吸聲處理,進而對混響時間進行精確控制。

目前吸聲處理主要採用以下方法:

1. 採用超細吸聲玻璃棉(見圖5)

2. 採用五合板共振吸聲結構(見圖5)

3. 採用石棉吸聲天花板

4. 採用窗帘,木牆裙,木地板,軟包,軟式傢具等自然吸聲裝飾物 。

總的來講,低頻是較難吸收的,而且要採用專門吸聲結構並佔用一部份空間。

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圖5

八.怎樣用計算機輔助設計廳堂混響時間

1. 用電腦畫出廳堂三維立體圖

2. 確定各反射面所用的吸聲材料

3. 輸入(或測定)各吸聲材料的吸聲係數

4. 用專用電腦軟件計算出各頻率混響時間(見圖3)

5. 用電腦模擬改變各面吸聲材料,重新計算混響時間,直到符合理想混響曲線

6. 裝飾施工

7. 實際測量混響時間

8. 進行調整,直至滿意

九.怎樣獲得好的廳堂音響系統

1. 首先進行廳堂聲學處理,獲得理想的混響時間曲線並符合其它三個廳堂聲學條件;

2. 用專用電腦軟件布置廳堂內音箱的擺位與指向,用計算機模擬計算音箱直達聲場和反射聲場,不斷進行調整,最後使其均勻分佈(見圖6);

3. 最後採用優良的音響設備系統,仔細調試,就能得到一個好的廳堂音響系統;

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圖6

十.對廳堂的音響系統而言“音響設備”與“廳堂聲學處 理”哪個更重要?

音響設備影響直達聲,廳堂聲學處理影響反射聲(混響聲),兩者都重要。

只講設備投入而忽視聲學 處理的做法,就好象只買電腦不買軟件,也就根本無法發揮硬件的作用。業主往往認為音響效果的好壞只與音響設備有關,或一味加大設備投資,或埋怨音響工程公司,豈知裝飾中的聲學處理暗暗地起着很大的作用。業主及裝飾公司應轉變這一觀念。

十一.廳堂聲學處理是否很貴?

從聲學處理所採用的材料與結構來講,花費是很小的,與裝飾投入或音響設備投入相比只佔10%左右,但它卻能發揮音響設備100%的功能,何樂不為?

十二.廳堂聲學處理是否很難?

依照專業聲學理論與實際經驗,加上現代化的電腦輔助技術,聲學處理不是很難。

十三.對廳堂進行軟包處理是否就是作了聲學處理?

否!一般的軟包材料只對高頻有吸聲作用,因而大量使用軟包,高音損失很大,使人感到有鑽進棉花套的感。

十四.是否配備音響設備的廳堂才需要做聲學處理?

否!不僅是配備有音響系統的廳堂需做聲學處理,像餐廳、大堂、車站侯車休息廳、游泳館、走廊、辦工室等,只要是公眾活動場所,都需要做吸聲處理,這樣才能使人身處其境而感到舒適安靜。

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