良好音乐厅声环境，带来“声临其境”的震撼体验

2022-01-17郎宇福李顺

中国建筑装饰装修 2021年12期

关键词：混响时间厅堂传声器

文 / 郎宇福李顺

作者寄语：建筑声学系列专刊内容专为建筑装饰设计师设置，解决设计手法同质化、设计范围窄，打造差异化设计方案、实现精细化设计，提高设计收费依据，增强设计师的获客能力，更大程度展现具有核心竞争力的设计方案，赢得客户的认可。

一、声学标准解读

本期标准：GBT 50076-2013 室内混响时间测量规范

本期重点：

1、测量方法

测量频率——测量混响时间的频率应符合下列规定：

不应少于 125 Hz、 250 Hz、 500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000Hz 等倍频程中心频率。

文艺演出类厅堂、电影院音质验收宜加测倍频程中心频率63Hz 和 8 000Hz。

用1/3 倍频程测量混响时间，不宜少于100 Hz、125 Hz、160 Hz、200 Hz、250 Hz、315 Hz、400 Hz、500 Hz、630 Hz、800 Hz、1000 Hz、1 250 Hz、1 600 Hz、2 000 Hz、2 500 Hz，以及不少于3 150 Hz、4 000 Hz、5 000Hz 等1/3 倍频程中心频率。

2、声源位置

（1）用于降噪计算和扩声系统计算的混响时间测量时，声源应选择有代表性的位置，并应在检测报告中说明声源位置。

（2）用于演出型厅堂音质验收的混响时间测量时，在有大幕的镜框式舞台上，声源位置应选择在舞台中轴线大幕线后3 m、距地面1.5 m 处；在非镜框式或无大幕的舞台上，声源位置应选择在舞台中央、距地面1.5 m 处。在舞台区域和演奏者可能出现的区域，宜增加其他声源的位置。不同声源位置间距不宜小于3 m。舞台防火幕不能升起时，可将声源移至观众厅一侧，声源中心位置应选择在舞台中轴线距防火幕大于1.5 m 处，并应在报告中说明声源位置。

（3）用于非表演型且无舞台的房间为音质考察而进行混响时间测量时，声源宜置于房间的某顶角，且距离三个界面均宜大于0. 5m。

（4）用于体育馆混响时间验收测量时，声源宜置于场内中央、距地面1.5m 处；用于测量电声系统时，应采用场内扩声系统扬声器作为替代声源，扬声器工况要求应处于正常使用状态或比赛使用状态。

3、传声器位置

（1）传声器应根据听众的耳朵高度确定，宜置于地面以上1.2 m 处。出现前排座椅遮挡传声器时，可将传声器升高至高于前排椅背0.15 m 的位置，但报告中应说明传声器的高度。

（2）用于降噪计算和扩声系统计算的混响时间测量时，应在房间人员主要活动区域或听众区域均匀布置传声器测点，应至少选择3 个位置。

（3）用于演出型厅堂音质验收的混响时间测量时，传声器位置宜在听众区域均匀布置。房间平面为轴对称型且房间内表面装修及声学构造沿轴向对称时，传声器位置可在观众区域偏离纵向中心线1.5 m 的纵轴上及一侧内的半场中选取。一层池座满场时不应少于3 个，空场时不应少于5 个，并应包括池座前部1/3 区域、眺台下和边侧的座席；每层楼座区域的测存，不宜少于2 个；舞台上测点不宜少于2 个。房间为非轴对称型时，测点宜相应增加一倍。

（4）用于非表演型且无舞台的房间，对其音质作考察而进行混响时间测量时，传声器测点位置宜置于与声源所在房间对角线交叉的另一条对角线上，应至少3个位置，并应均匀布置。

（5）用于体育馆混响指标验收测量，房间为轴对称型时，可选择在对称象限内的观众区布置传声器位置，满场时不宜少于6 个，空场时不宜少于9 个，并应均匀布置；房间为非轴对称型时，测点宜按倍数相应增加。

4、脉冲响应积分法获得衰变曲线

（1）测量声源可使用脉冲声源发声、使用传声器接收，直接获得脉冲响应；也可使用扬声器发出最大长度序列信号、线性调频信号等，使用传声器接收，通过相关运算获得脉冲响应。

（2）每个测点位置测量一次，结果对多个测点的混响时间取算术平均值。

5、中断声源法获得衰变曲线

（1）中断声源法应使用扬声器发出窄带噪声信号或粉红噪声信号激励房间待声场稳定后突然中断，应使用具有记录功能的声级计或声记录设备直接获得声压级衰变曲线。

（2）容积为15 000 m³以下的房间，声源持续时间应大于4 s。15 000 m³以上的房间，声源持续时间应大于6 s。

（3）每个测量位置应测量三次，宜测量六次，应取混响时间的算术平均值。

标准（图1）解读

图1 GB/T 50076-2013 《室内混响时间测量规范》国家标准封面

本规范详细介绍了测量厅堂及各类房间的室内混响时间的要求和方法，适用于语言、演出或音乐用房间，需要吸声降噪的房间，以及有特殊音质要求的居住类建筑的房间的混响时间的测量。不适用于声学实验室等特殊房间的混响时间的测量；不适用于房间三维尺度中最大尺寸与最小尺寸之比大于5 的特殊室内空间和任一维度尺寸小于测量频率半波长的房间的混响时间的测量。中断声源法的声源常选择十二面球形声源，脉冲响应积分法的声源常选择发令枪声源。

二、声学基础知识分享

（1）衰变曲线：声源发声待室内声场达到稳态后，声源中断发声，室内某点声压级随时间衰变的曲线，可使用中断声源法或脉冲响应积分法测得。

（2）混响时间：室内声音已达到稳态后停止声源，平均声能密度自原始值衰变到其百万分之一（60 dB）所需要的时间，单位： s。可通过衰变过程的（-5～-25)dB 或(-5 ～ -35) dB 取值范围作线性外推来获得声压级衰变60 dB 的混响时间，分别记作T20 和T30。

（3）中断声源法：激励房间的窄带噪声或粉红噪声声源中断发声后，直接记录声压级的衰变来获取衰变曲线的方法。

（4）脉冲响应：房间内某一点发出的狄拉克（Dirac）函数脉冲声在另一点形成的声压瞬时状况。

（5）脉冲响应积分法：通过把脉冲响应的平方对时间反向积分来获取衰变曲线的方法。

（6）空场：讲演者、演员和观众均不在场的房间情况。

（7）排演：语言或音乐用房内无观众，只有演员、讲演者和少量观摩人员在场的情况，为正式演出而进行的练习表演。

（8）满场：观众上座率达80%～100%时，处于正常表演或正常使用的情况。

三、空间声环境设计

音乐厅声学设计

音乐厅是提供交响乐（包括民族音乐）、室内乐及声乐演出的专用厅堂。它是音质要求最高的观演建筑。音乐厅与一般剧场的主要区别在于它不设高大的舞台空间，也不设侧台和乐池，只设乐台（乐台后部常有管风琴）。乐台与观众厅处在同一空间中。音乐厅演出时大多数靠自然声，电声至多起辅助作用，但为了现场实况转播或录音的需要，也需要提供电声设备并设声控室。

（1）音乐厅体型设计

当拟建的音乐厅规模确定以后，建筑师首先遇到的问题是选择什么样的体形（平、剖面形式）才能既满足声学上的要求，又能适应现代音乐厅的尺寸、视线、舒适和安全方面的需要。同时又要给人以美的表现新科技的造形。矩形的所谓“鞋盒式”音乐厅是著名古老音乐厅的传统形式。它在声学上的特殊优势在于声反射的方向。每个听众都能接收到占主导地位的早期侧向反射声，而不是来自头顶的反射声。声音是在墙与天花的交界处、侧墙和楼座底层被反射的。通过双耳听闻，比较侧向声音信号到达的时间、响度和音调，对每个到达的声音“单元”，双耳听觉相干性为听众提供了它的方向，对于多方向声音，它使听众产生一种三维空间感。古老“鞋盒式”音乐厅在音质上的另一种优势在于它们比典型的20 世纪音乐厅规模小。在小型音乐厅内声音的作用极强，短程的声反射加强了直达声。又由于人是主要的吸声因素，在大型音乐厅中，当声能被吸收而使强度减弱。在大容量的现代音乐厅中，为加强大厅中部的早期侧向反射声，可以通过采用倒扇形的平面形式和追加侧向反射板的方式得以解决。

山地葡萄园座席及环绕式厅：采用不规则平面及式座位区的新颖形式，并在座位布置中采用环绕乐台的新格局。所谓环绕式布局，即在乐队的后部设合唱区。当不需要合唱队时，合唱区就成为观众席。环绕式布局的优点是可争取较多的观众席靠近乐台布置，同时加强了乐师与观众的取系，活跃了音乐厅的气氛。缺点是由于乐器声的指向性主要是朝向前方，故位于乐台侧面和后面的座席音质较差。

带有可变耦合混响空间的音乐厅：这种耦合房间有的设置在乐台后侧，有的设置在观众厅上部，有的则设置在观众厅旁，还有的厅堂考虑利用地下空间声场的作用。总之，可通过宽度和高度的变化来创造可调耦合空间。

对于各种平面形式，如圆形、多边形音乐厅也可以通过悬吊各种形式的反射板达到同样的目的。

（2）音乐厅音质设计要点

音乐厅混响时间允许值为1.5～2.8 s，低于1.5 s，将被认为音质偏于干涩。混响时间最佳值为1.8～2.1 s。最佳混响时间与音乐作品的体裁与风格有关。对于古典音乐，例如莫扎特的作品，最佳混响时间约为1.6～1.8 s;对于浪漫音乐，例如勃拉姆斯的作品，最佳混响时间为2.1 s;对于现代音乐，可控制在1.8～2.2 s 之间。混响时间的频率特性曲线可保持平直，或者使低音比，即125 Hz 与250 Hz 的混响时间与500 Hz 与1 kHz 的混响时间之比为1.1～1.25, 最大可达1.45。

音乐厅的座席最好控制在2 000 座以内。通常情况下小于2 000 座的厅堂比大于2 500 座的厅堂容易达到优良的音质。在较小的厅堂中，亲切度和响度都容易满足要求，并且容易争取较多的侧向反射声能和达到良好的空间感。

音乐厅设计时应尽量少用吸声材料，同时座位区布置不应过宽，因为座席区的面积决定了观众厅的主要吸声量，过宽的座席将导致过量的吸声。此外，座席的包装也不可过分。包装过度的软席座椅容易在250 Hz 附近导致过度吸声，可能由此造成低音的损失。音乐厅内部应布置能扩散声音的构件，使声能均匀分布。良好的扩散还可改善音质的环绕感。

音乐厅每座容积大约为6～12 m³/座之间。国外新建音乐厅的每座容积，多在7～11 m2/座之间。音乐厅的体积不可过小，以免混响时间过短。

音乐厅楼座设计时，应使其下部的深度D 不大于其开口高度H，同时其张角θ应不小于45°以避免造成声影区。

音乐厅的背景噪声标准采用NC15（见表1）。鉴于空调系统的噪声已成为观众厅主要的噪声源，故对空调噪声控制应采取更为严格的措施，包括采用玻璃棉作为内衬的通风管道等。同时，应注意提高厅堂围护结构的隔声量，尤其当观众厅与排练厅和练功房相毗邻时，要求隔墙的隔声量达到80 dB 以上。