音樂(lè )廳的聲學(xué)設計

---

音樂(lè )廳的聲學(xué)設計是一項復雜的系統工程，其背后的科學(xué)和規律直到20世紀后期才被完整地理解和利用起來(lái)。

在聲學(xué)設計這個(gè)學(xué)科中，主觀(guān)的對聲音的審美被分解成了一些聲學(xué)設計要素和準則。在幾百年的經(jīng)驗史和現代科技的幫助下，一個(gè)好的音樂(lè )廳所需要的聲學(xué)條件已經(jīng)被完整地歸納出來(lái)，此處聲學(xué)環(huán)境整體解決方案服務(wù)商天戈聲學(xué)來(lái)跟大家分享一下。

音樂(lè )廳設計的聲學(xué)要素

當我們在一個(gè)大廳里聽(tīng)歌手唱歌，進(jìn)入你耳朵的歌聲主要由兩部分構成，直接從音源(歌手)抵達你的耳朵的聲音，稱(chēng)為直達聲;經(jīng)由大廳的墻壁單次或多次反射進(jìn)入你的耳朵的聲音，稱(chēng)為反射聲。由于直線(xiàn)路徑最短，直達聲將最先到達你的耳朵，隨后是反射聲。在反射聲中，我們進(jìn)一步將聽(tīng)見(jiàn)直達聲后大約0.1秒以?xún)鹊竭_的反射聲稱(chēng)為早期反射聲;這個(gè)時(shí)間節點(diǎn)之后抵達的反射聲一律歸為混響聲或后期反射聲。

介紹以上關(guān)于反射聲的概念是因為人對于聲音的審美，除了對聲音本身的審美，都源自于對反射聲的審美習慣。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，我們不妨思考一個(gè)問(wèn)題：當我們在聽(tīng)音樂(lè )時(shí)我們在聽(tīng)什么?直覺(jué)上我們可能會(huì )認為我們只是想聽(tīng)歌手或者樂(lè )器發(fā)出的聲音，即直達聲。但真的是這樣嗎?想象一下一個(gè)沒(méi)有反射聲的環(huán)境曠野，曠野里的歌聲因為不存在反射聲音的墻壁，所有到你的耳朵里的聲音都是直達聲。但哪怕是再好的歌手，你都會(huì )覺(jué)得他的聲音干澀、飄忽、虛弱、壓抑。

而相反，諸位在自家浴室忘情地歌唱的時(shí)候是不是都覺(jué)得自己的聲音非常美妙呢?這個(gè)例子告訴我們，當我們聽(tīng)音樂(lè )的時(shí)候，我們不但在聽(tīng)音源發(fā)出的聲音(直達聲)，也在依靠反射聲感受著(zhù)整個(gè)空間。如果沒(méi)有反射聲的存在，我們會(huì )覺(jué)得歌聲很別扭。用稍微嚴肅點(diǎn)的聲學(xué)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，在聽(tīng)音樂(lè )時(shí)，除了音源本身的質(zhì)量，決定聲音品質(zhì)的重要因素就是反射聲場(chǎng)的特性。我們喜歡有包圍感的聲音，我們喜歡把自己沉浸在聲場(chǎng)里的感覺(jué)，我們對聲音的空間感有著(zhù)獨特的審美標準。

由此我們知道了反射聲的重要性。那么，一座理想音樂(lè )廳的聲學(xué)要素又包括哪些方面呢?下面我們將簡(jiǎn)單介紹一個(gè)高質(zhì)量音樂(lè )廳的反射聲場(chǎng)所需要具備的聲學(xué)要素。

1、合適的混響時(shí)間

混響時(shí)間是在音樂(lè )廳的聲學(xué)設計中非常重要的聲學(xué)參數，于二十世紀初被發(fā)現，是最早被研究的聲學(xué)參數。它指音源停止發(fā)聲后，從聽(tīng)見(jiàn)直達聲開(kāi)始直到余音消逝所經(jīng)歷的時(shí)間。由于沒(méi)有反射，曠野里的混響時(shí)間接近0秒，聲音干癟虛弱但清晰;而大教堂由于高挑的大堂空間和復雜的細節結構，混響時(shí)間就可能有幾秒，聲音雄渾立體包絡(luò )了整個(gè)空間但缺乏力量朦朧柔軟。太短的混響時(shí)間將造成聲音干澀平面，太長(cháng)的混響時(shí)間會(huì )讓聲音重疊在一起變得模糊不堪。合適的混響時(shí)間(1.5-2.5秒)可以在聲音的清晰度與包圍感中獲得一個(gè)較好的平衡，世界上最著(zhù)名的音樂(lè )廳，諸如維也納金色大廳和柏林愛(ài)樂(lè )廳的混響時(shí)間都在2秒左右。

另外有一點(diǎn)需要指出的是，不同的音樂(lè )作品的最佳混響時(shí)間并不一致，這是由于作品風(fēng)格和年代、樂(lè )隊規模以及演奏場(chǎng)景所決定的。古典時(shí)期的作品，諸如巴赫、莫扎特、海頓等更適合在短混響時(shí)間的音樂(lè )廳演奏，因為它們最初就是在相對小的房間內演出的。而稍長(cháng)的混響時(shí)間會(huì )更適合浪漫主義時(shí)期的作品(舒伯特、孟德?tīng)栱?、勃拉姆斯?。早期音樂(lè )、彌撒、安魂曲等教堂音樂(lè )則需要更加長(cháng)的混響時(shí)間來(lái)彰顯教堂的神圣感。

2、充分的早期反射聲，尤其是早期側向反射聲

自從混響時(shí)間的規律被發(fā)現以來(lái)，音樂(lè )廳的聲學(xué)設計得到了相當大的發(fā)展。但僅僅依靠這一參數來(lái)評價(jià)音質(zhì)并不充分。具有相似混響時(shí)間的音樂(lè )廳可能聽(tīng)起來(lái)效果很不一樣。

二十世紀五十年代以來(lái)的聲學(xué)研究才逐漸揭示了早期反射聲對于音質(zhì)的重要意義。和視覺(jué)暫留效應一樣，人耳也有類(lèi)似的效應，即哈斯效應：人耳會(huì )認為間隔0.05秒以?xún)鹊膬蓚€(gè)聲音是連續的。因此，充分的早期反射聲具有加強并豐富直達聲的效果。所以在混響時(shí)間相同的情況下，早期反射聲越強，聲音也就越清晰豐滿(mǎn)。在這樣的指導原則下，在音樂(lè )廳內部安裝反射板、擴散體等設計的確可以在大多數情況下加強早期反射聲從而獲得良好的音質(zhì)。但于1962年落成的紐約菲哈莫尼音樂(lè )廳卻遭遇了前所未有的失敗，盡管設計上充分考慮了早期反射聲，但聽(tīng)覺(jué)上的效果卻遠遠不如那些早期僅憑經(jīng)驗設計的音樂(lè )廳。

聲學(xué)領(lǐng)域為此展開(kāi)了大量研究，終于在六十年代末，新西蘭聲學(xué)家Haroid Marshall(他也正是巴黎愛(ài)樂(lè )大廳的聲學(xué)顧問(wèn))發(fā)現了早期側向反射聲在音樂(lè )廳聲學(xué)中的重要地位。早期側向反射聲是指從側方反射入耳的早期反射聲。實(shí)驗表明，相較于從頭頂等方向傳來(lái)的正向的早期反射聲，人耳對來(lái)自側向的早期反射聲要敏感得多，聽(tīng)者的空間感和環(huán)繞感主要就是由這部分聲音所貢獻的。所以，早期反射聲，尤其是早期側向反射聲的質(zhì)量將對音樂(lè )廳的聲學(xué)造成重大的影響。

3、均勻平衡的聲場(chǎng)

一個(gè)好的音樂(lè )廳需要把反射聲均勻散布，以使得在各個(gè)位置的聽(tīng)眾都能獲得高質(zhì)量的音樂(lè )體驗，而有意思的是，角落里的廉價(jià)位置可能比座池中央的高價(jià)座位更容易獲得好的聲學(xué)效果，因為角落里的早期反射聲非常豐富，而池座中央就未必了。所以，對音樂(lè )廳的幾何形狀的設計要避免聲音傳播出現明顯的不均勻現象。

主要避免以下幾種現象：

(1) 回聲(echoes)：當房間太大，直達聲和最先到達的反射聲之間的時(shí)間間隔大于0.1秒時(shí)，人耳就可以清晰地分辨出直達聲和反射聲，這就是回聲效果。大家最熟悉的例子就是山谷的回聲。音樂(lè )廳的設計往往需要考慮，比如天花板不宜太高等等。

(2)聲聚焦(focusing)：就好像光線(xiàn)在一個(gè)凹面鏡上反射會(huì )匯聚一樣，凹形的墻壁會(huì )對聲音有匯聚作用，引起局部的聲音增強，而其他地方聲音被削弱的結果。因此，圓形廳堂的設計或者穹頂的設計在聲學(xué)上都是極差的。一個(gè)反面例子就是美國俄克拉荷馬州的大教堂，其高挑的穹頂式的設計被稱(chēng)為聲學(xué)的噩夢(mèng)。當主教講話(huà)時(shí)，強烈的回聲效果伴隨著(zhù)匯聚效果使得從穹頂產(chǎn)生的回聲比真正的說(shuō)話(huà)聲更強更清晰。而與凹形結構相反的是，凸形的墻壁對聲音有擴散作用，可以使聲場(chǎng)變得均勻，因此也是音樂(lè )廳中常見(jiàn)的建筑結構。

(3)顫動(dòng)回聲(flutter echoes)：往往出現在平行的光滑墻面之間，聲音會(huì )在墻面之間來(lái)回反彈疊加，最后聽(tīng)起來(lái)會(huì )好像樂(lè )器的顫音一樣，嚴重失真。

(4)駐波效應(standing wave)：當聲波的半波長(cháng)和平行墻面之間的距離恰好是整數倍的關(guān)系時(shí)，會(huì )引起駐波效應，使得聲音的強度在空間上產(chǎn)生強弱的起伏，并且改變聲音的頻譜特性(即聲染色，coloration)。為了消除顫動(dòng)回聲和駐波，除了減少平行面，對墻面進(jìn)行漫反射處理或者使用吸收材料也非常重要。

以上我們用比較淺顯易懂的方式介紹了音樂(lè )廳設計中三個(gè)最重要的聲學(xué)要素。實(shí)際上，音樂(lè )廳的聲學(xué)設計還需要考慮許多更加具體的專(zhuān)門(mén)化指標，比如不僅僅需要考慮總的混響時(shí)間，還需要考慮不同音高的聲音的混響時(shí)間，即混響時(shí)間的頻譜(低音的混響時(shí)間應比高音長(cháng)，從而克服低音更容易損耗的聲音傳播規律)。

聲學(xué)是一門(mén)嚴格的科學(xué)，聲學(xué)專(zhuān)家在設計和評估音樂(lè )廳的聲學(xué)特性時(shí)，需要用到非常多的聲學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)門(mén)知識、需要精確的計算以及計算機模擬，才能給出最后的最優(yōu)設計。

---

相關(guān)問(wèn)答：

問(wèn)：音樂(lè )廳設計中如何選擇吸聲和反射材料

答：根據音樂(lè )廳的設計用途,設計要求的混響時(shí)間等選擇優(yōu)質(zhì)合理的聲學(xué)材料.Spray k-18是一種噴涂類(lèi)型的吸音材料,具有吸音/防火/保溫等性能。

---

問(wèn)：音樂(lè )廳聲學(xué)裝修的注意事項有哪些

答：音樂(lè )廳的聲學(xué)裝修除了改變體形和界面形式以外，細部處理和廳、室內的陳設對音質(zhì)效果也起著(zhù)相當重要的作用，因而不可忽視。 細部處理包括劇院觀(guān)演廳的臺口、樓座和包廂的欄板、樓座下的天花和后墻聲學(xué)處理等;音樂(lè )廳則有演奏臺的裝修設計，其中包括樂(lè )隊階梯、管風(fēng)琴和懸吊反射體的相關(guān)裝修處理等內容。1、合適的響度。 對于以語(yǔ)聲為主的廳堂，響度一般不低于60~65phon;對于有比較大的動(dòng)態(tài)范圍的廳堂，如音樂(lè )廳，響度一般不低于40~80 ??phon。為了保證正常和聽(tīng)音，干擾噪聲的聲壓級應低于聽(tīng)要聽(tīng)的聲音10dB以上。 2、聲能分布均勻。 整個(gè)廳堂內各點(diǎn)聲能分布均勻，即聲場(chǎng)分布均勻，可保證各區域內聽(tīng)眾聽(tīng)到的響度基本一致。

• 會(huì )議廳建聲設計
• 聲屏障到底是個(gè)什么，安裝上它能起到什么作用呢？