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音乐厅音质设计中顶棚作用的研究

【摘要】: 考察半世纪以来音乐厅音质设计理论的发展过程,可以看到音乐厅设计的重大变迁,其体形亦随之而出现种种创新之作,使观众厅具耳目一新之改观。我们也注意到某些著名音乐厅建造过程中出现的种种问题,有的音质问题严重到必须改造,是声学家和建筑师始料未及。究其众多原因之一,乃是建筑设计之初缺乏较为细致的声学设计评估方法。 音乐厅音质设计受制于大厅形体、尺度、容积、容座与坐席布局、界面反射、吸收和扩散处理,整体造型等诸项建筑措施,且又互相关联。其中顶棚部位的声学设计相对来说自由度较大,其造型最为多变,建筑师亦能更大发挥,对音乐厅音质影响亦较为关键。例如其顶棚高度涉及混响时间控制,顶棚构造对厅内低频吸收颇有影响,其造型涉及听众席接收到的早期反射声、厅内声场分布均匀度、扩散度等。 音乐厅的顶棚受制于照明及舞台设施较歌剧院为小,而各类观演大厅对音乐厅音质要求最为严谨与挑剔,且远非单一音质参量所能决定。再则大厅规模往往在千席左右,乃至超过二千席,使用面积亦达数百或近千平方米,各区位音质条件呈现差异所在皆是。 目前的音质设计通常只表达总体音质效果,而音乐厅的设计难点是如何评价众多音质参量的综合结果(国际新标准中推荐的音质指标多达七项)。在此提出一种多维玫瑰图谱的面积系数方法,每项客观音质指标成为玫瑰图中的一维坐标,作为音质综合检验的技术规则。音乐厅的使用性质应有不同音质参数基准,不同音质参数的玫瑰图谱面积标准计算加以量化,强调总面积尽量扩大饱满程度。这里所考虑的各维音质参量是作为独立等价的综合评估。 完工后的大厅音质测量通常以国际新标准(ISO 3382-1997)推荐按不同大厅规模的最低限度检测点数目进行。对音乐厅各坐席的听觉效果宥于测试工作繁复,因此仅按上述部分抽样性测试位置的音质参数评估音质优劣,并取全厅平均值为代表,似有以偏概全之嫌。但在设计阶段,如借助计算机模拟为重要辅助手段,对全体观众席进行声学特性检验,并对听众区细化(如细化到按1m×1m为取样单位)统计分析音质参量资料并深入比较,亦对建筑设计者显示各措施后果(如对不同坐席区的影响,增加音乐厅平均值指标的统计性含义),可为改进及优化声学设计参考。 本论文设定以一座中型音乐厅布置固定为例(平面和墙面均为已定条件),采用上述方法进行五种顶棚造型设计作比较。由计算机模拟运算结果的玫瑰图检验,得知其中曲面形顶棚设计在中频的音质效果表现较佳,声能传播与声源经顶棚反射的侧向声能因子LF与早期衰减时间EDT传达给全场听众最为均匀,强度因子G甚而达到优质率的比例54%。如要进一步提升达到理想坐席的优质率的比例,或是改善某些坐席上的音质指标,均可在设计阶段进行事前评估,对所发现厅内某些部位的音质缺陷,在设计中采取补救措施再次进行检验其后果,如此反复调整直至满意。 本论文提出的评估方法亦可适用于顶棚之外的其它声学设计措施的方案优化工作。如果对各音质参量之间关系考虑是不等价的,则还需在大量听音实验基础上得到其综合取值比例。 目前虽已结合一项音乐厅设计工作进行初步尝试,尚待完工后的对比,更期待经过不断实践检验和改进,为声学设计提供更多有效辅助手段,逐步走出黑箱操作的困境。

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