音樂廳音質(zhì)設(shè)計(jì)中頂棚作用的研究

音樂廳音質(zhì)設(shè)計(jì)中頂棚作用的研究考察半世紀(jì)以來(lái)音樂廳音質(zhì)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展過程,可以看到音樂廳設(shè)計(jì)的重大變遷,其體形亦隨之而出現(xiàn)種種創(chuàng)新之作,使觀眾廳具耳目一新之改觀。我們也注意到某些著名音樂廳建造過程中出現(xiàn)的種種問題,有的音質(zhì)問題嚴(yán)重到必須改造,是聲學(xué)家和建筑師始料未及。究其眾多原因之一,乃是建筑設(shè)計(jì)之初缺乏較為細(xì)致的聲學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)估方法。音樂廳音質(zhì)設(shè)計(jì)受制于大廳形體、尺度、容積、容座與坐席布局、界面反射、吸收和擴(kuò)散處理,整體造型等諸項(xiàng)建筑措施,且又互相關(guān)聯(lián)。其中頂棚部位的聲學(xué)設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說自由度較大,其造型最為多變,建筑師亦能更大發(fā)揮,對(duì)音樂廳音質(zhì)影響亦較為關(guān)鍵。例如其頂棚高度涉及混響時(shí)間控制,頂棚構(gòu)造對(duì)廳內(nèi)低頻吸收頗有影響,其造型涉及聽眾席接收到的早期反射聲、廳內(nèi)聲場(chǎng)分布均勻度、擴(kuò)散度等。音樂廳的頂棚受制于照明及舞臺(tái)設(shè)施較歌劇院為小,而各類觀演大廳對(duì)音樂廳音質(zhì)要求最為嚴(yán)謹(jǐn)與挑剔,且遠(yuǎn)非單一音質(zhì)參量所能決定。再則大廳規(guī)模往往在千席左右,乃至超過二千席,使用面積亦達(dá)數(shù)百或近千平方米,各區(qū)位音質(zhì)條件呈現(xiàn)差異所在皆是。目前的音質(zhì)設(shè)計(jì)通常只表達(dá)總體音質(zhì)效果,而音樂廳的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是如何評(píng)價(jià)眾多音質(zhì)參量的綜合結(jié)果(國(guó)際新標(biāo)準(zhǔn)中推薦的音質(zhì)指標(biāo)多達(dá)七項(xiàng))。在此提出一種多維玫瑰圖譜的面積系數(shù)方法,每項(xiàng)客觀音質(zhì)指標(biāo)成為玫瑰圖中的一維坐標(biāo),作為音質(zhì)綜合檢驗(yàn)的技術(shù)規(guī)則。音樂廳的使用性質(zhì)應(yīng)有不同音質(zhì)參數(shù)基準(zhǔn),不同音質(zhì)參數(shù)的玫瑰圖譜面積標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算加以量化,強(qiáng)調(diào)總面積盡量擴(kuò)大飽滿程度。這里所考慮的各維音質(zhì)參量是作為獨(dú)立等價(jià)的綜合評(píng)估。完工后的大廳音質(zhì)測(cè)量通常以國(guó)際新標(biāo)準(zhǔn)(ISO3382-1997)推薦按不同大廳規(guī)模的最低限度檢測(cè)點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行。對(duì)音樂廳各坐席的聽覺效果宥于測(cè)試工作繁復(fù),因此僅按上述部分抽樣性測(cè)試位置的音質(zhì)參數(shù)評(píng)估音質(zhì)優(yōu)劣,并取全廳平均值為代表,似有以偏概全之嫌。但在設(shè)計(jì)階段,如借助計(jì)算機(jī)模擬為重要輔助手段,對(duì)全體觀眾席進(jìn)行聲學(xué)特性檢驗(yàn),并對(duì)聽眾區(qū)細(xì)化(如細(xì)化到按1m×1m為取樣單位)統(tǒng)計(jì)分析音質(zhì)參量資料并深入比較,亦對(duì)建筑設(shè)計(jì)者顯示各措施后果(如對(duì)不同坐席區(qū)的影響,增加音樂廳平均值指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)性含義),可為改進(jìn)及優(yōu)化聲學(xué)設(shè)計(jì)參考。本論文設(shè)定以一座中型音樂廳布置固定為例(平面和墻面均為已定條件),采用上述方法進(jìn)行五種頂棚造型設(shè)計(jì)作比較。由計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)算結(jié)果的玫瑰圖檢驗(yàn),得知其中曲面形頂棚設(shè)計(jì)在中頻的音質(zhì)效果表現(xiàn)較佳,聲能傳播與聲源經(jīng)頂棚反射的側(cè)向聲能因子LF與早期衰減時(shí)間EDT傳達(dá)給全場(chǎng)聽眾最為均勻,強(qiáng)度因子G甚而達(dá)到優(yōu)質(zhì)率的比例54%。如要進(jìn)一步提升達(dá)到理想坐席的優(yōu)質(zhì)率的比例,或是改善某些坐席上的音質(zhì)指標(biāo),均可在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行事前評(píng)估,對(duì)所發(fā)現(xiàn)廳內(nèi)某些部位的音質(zhì)缺陷,在設(shè)計(jì)中采取補(bǔ)救措施再次進(jìn)行檢驗(yàn)其后果,如此反復(fù)調(diào)整直至滿意。本論文提出的評(píng)估方法亦可適用于頂棚之外的其它聲學(xué)設(shè)計(jì)措施的方案優(yōu)化工作。如果對(duì)各音質(zhì)參量之間關(guān)系考慮是不等價(jià)的,則還需在大量聽音實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得到其綜合取值比例。目前雖已結(jié)合一項(xiàng)