音乐厅声学指标的客观标准及意义

音乐厅声学指标的客观及意义 音乐厅声学指标的客观标准及意义 音乐厅声学指标的客观标准及意义63 内容提要 音乐厅声学指标的客观标准及意义 关键词: 华天初 音乐厅声学指标的客观标准,对设计,建设,一个音乐厅的声学特性是至关重要的.本文 简要回顾了音乐厅声学指标客观标准的发展,对音乐厅声学的8个客观指标:即混响时间,清 晰度系数,双耳听觉互相关系数,初始时延间隙,强度参数,低音比,表面扩散指数和本底噪声 的定义,测试方法,优化值做了论述.对这些指标的互相联系做了分析. 建筑声学;音乐厅声学;标准;混响时间;清晰度系数;双耳听觉互相关系数;初始时延间 隙;强度参数;低音比;表面扩散指数;本底噪声 中图分类号:J611.1文献标识码:A文章编号:1000—4270(2007)01—0063—08 在设计,建造一个音乐厅的时候,确定它的 客观声学指标是建设方首先遇到的一个问题. 设定一个符合音乐厅使用功能要求的,优化的, 而又可行的客观声学指标,是音乐厅建设基本 需求的体现,也是设计者,建设者应当实现的目 标.也是一个音乐厅建成后,用以考核音乐厅 建设质量的客观标准.它的重要性是不言而 喻的. 1975年美国声学家白瑞纳克发表了一篇 《声学和音乐厅》的论文,提出了音乐厅声学 的6项主要参数:1.混响时间;2.亲切感;3.前 50毫秒声能与50毫秒后声能之比;4.扩散度; 5.限定的观众席面积;6.音质. 1985年日本声学家安藤四一在《音乐厅声 学》一书中,提出4项独立的物理参数,对音 乐厅坐席的主观优选值做出预计.这4项参数 是:1.相对声压级(LL);2.初始时延间隙;3.后 续混响时间(T);4.双耳互相关系数(IACC). 项端祈2000年在《近代音乐厅建筑》一书 中,对音乐厅音质的客观参量提出10项指标: 1.响度(L,Leq(A),dB);2.混响时间(1it,s); 3.低音比或温暖感(BR);4.初始时延间隙 (t);5.声场不均匀度(?P,dB);6.扩散程度 (d);7.早期反射声能比(c(3),dB);8.空间 感(RR,LE);9.双耳互相关系数(IACC);10.噪 声(?,dB).? 2002年白瑞纳克在中文版的《音乐厅和歌 剧院》一书中,对音乐厅声学指标的客观标准 提出了重要的7项指标:1.混响时间(1it);2. 清晰度系数或早期/混响声能比(c);3.空间 感——视在声源宽度(ASW);4.初始时延间隙 (t,).5.强度参数G;6.低音比(BR);7.表面扩 散度指数(SDI).考虑到音乐厅建设实际需 求,音乐厅本底噪声值是一个重要的指标,应该 作为一个标准列入.应当说,白瑞纳克的归纳, 代表了国际声学界对音乐厅声学客观评价标准 的最新研究成果.下面,根据这些指标的含义 及优选值作些分析. 1.混响时间(ReverblerationTime,lit) 自从赛宾在19世纪末提出混响时间公式 收稿日期:2006—09—01 作者简介:华天扔(1953一),男,上海音乐学院教授,副院长(上海200031). 一 64音乐厅声学指标的客观标准及意义2007年第1期 以来,混响时问就一直是音乐厅声学指标中最 重要的一个内容.赛宾公式(T=0.163V/aS) 的意义在于,它揭示了混响时间与室内空间有 关的2个因素——室内空间容积,室内吸声系 数和混响时间的关系.这就是:混响时间与室 内空间容积成正比;与室内吸声总量成反比. 在设计一个音乐厅的混响时间时,必须考虑这 2个因素.如果音乐厅需要比较充分的混响时 间,在室内空间上一般以每座容积作为计算标 准,要有比较充裕的量.优选值为每座8— 10m.室内吸声总量则与音乐厅的室内装修 材料有关,如果想要比较理想的混响时间,就要 减少室内装修材料的吸声系数.在室内的6个 表面中(4面墙,1个地面,1个天花板)要考虑 的主要是墙面和天花板的材料.根据白瑞纳克 的意见,音乐厅的表面材料只有3种在声学上 是没有问题的:1.厚度为3.8厘米的厚木版;2. 抹灰;3.任何厚度的木板实贴在抹灰或混凝土 上.天花板最好是金属网或板条抹灰,要避免 在天花板上开孔,大面积通风口和类似的孔洞. 总之,所有的表面,除舞台地板外,必须用重和 密实的材料. 混响时间的测量一般采用2种方式:一种 为混响时间(RT),即在关闭声源后从声音下降 5dB起至35dB止,声音衰变的时间长度乘以2; 另一种称为早期衰变时间(Early—Decay— Time,EDT),即在关闭声源那一瞬间后,声音 衰变10dB的时间长度乘以6.在白瑞纳克书 中所列举的69个音乐厅的数据中,满场的混响 时间,以RT为标准,是在音乐会中记录下管弦 乐队停止合奏后很短的几秒内的安静期间测量 的.而早期衰变时间EDT,则是在空场的情况 下测量的. 对音乐厅的音质评价中,混响时间占有非 常重要的地位.根据白瑞纳克对全世界33个 音乐厅按音质进行主观评价,分级的研究,其中 10个音质评价为"A+,A"的音乐厅,其混响时 间(1iT)的平均值为2.0秒;17个评价为"B"' 的音乐厅,其混响时间(RT)的平均值为1.7 秒;5个评价为"B,c"的音乐厅,其混响时间 (RT)的平均值为1.5秒.由此可见,满场混响 时间(RT)的长短,与听众对一个音乐厅音质的 主观评价,有着非常明显的对应关系. 作为音乐厅混响时间的优选值,白瑞纳克 的结论是:用作交响乐音乐会的音乐厅,满场中 频混响时间(RT)为1.9,2.0秒,会得到最高 程度的赞扬.大厅最佳混响时间(RT)应该在 1.8,2.0秒之间.若大厅中频混响时间为 1.4,1.6秒,对大厅音质的评价将会下降.如 果混响时间在1.1,1.4秒之间,大厅的评价就 会很低.?这个结论值得引起我们注意. 在音乐厅混响时间的问题上,有一个问题 需要设计者和建设者注意.即一个音乐厅建成 后,如果混响时间偏长,要将其缩短相对来说较 容易,代价也很小,一般只需在室内悬挂一些吸 音体或幕布,挂毯即可.而如果混响时间太短, 要将其加长,几乎没有可能,或者代价极大.根 据赛宾公式,混响时间太短只有2个原因:一是 室内空间太小;二是室内表面吸声系数太大. 对应的解决办法,一是增加室内容积;二是更换 室内表面(装修)材料.稍有建筑常识的人应 该知道,这2种办法实施的难度和代价都是极 大的. 万不得已,也可以采用电子辅助混响的办 法.本文不打算讨论自然声和电子声的差别. 但从一个音乐家或音乐爱好者的角度来说,如 果买票去欣赏一场高水平的音乐会,结果发现 音乐会是用电子扩声的,这种感觉与买了假冒 伪劣产品是一样的. 这里所说的混响时间,都是指满场中频混 响时间(RT).混响时间中与频率相关的问题, 将在关于低音比(BR)的指标中加以讨论.混 响时间中能量分布的问题,将在关于清晰度系 数(C)的指标中加以讨论. 2.清晰度系数CR0(ClarityFactor) 一 般说来,一个音乐厅的混响时间较长,会 音乐厅声学指标的客观标准及意义 给人以声音较为活跃的印象,但混响时间过长 也会使发音含混不清.如果要使一个音乐厅的 音色较为清晰,干净,就要选择较短的混响时 间,但也会使音色过于干涩.在2O世纪5O年 代,一度流行建造音色清晰的音乐厅,选择的混 响时间普遍较短.加之错误地低估了观众的吸 声系数,使这些音乐厅成为着名的"干厅".因 此,清晰度系数就成为评价一个音乐厅声学特 性的重要参数.它可以反映一个音乐厅在最佳 的混响时间和令人满意的清晰度之间的一种良 好关系. 清晰度系数通常是用物理测量直达声到达 后最初8O毫秒内听到的声音能量与8O毫秒以 后听到的声音能量之比,用c舳表示,单位是分 贝(dB).如果混响时间很短,8O毫秒之内听到 的声音能量很大,声音将会很清晰,8O毫秒以 前与8O毫秒以后声音能量之比c舳(dB)将会 是一个正值.如果8O毫秒以前和8O毫秒以后 的声音能量相等,C?(dB)为0.如果混响时间 较长,8O毫秒以前的声音能量较小,而8O毫秒 以后的声音能量较大,C?(dB)将会是一个 负值. 为了准确地反映清晰度系数C?对各个频 率音质的评价,通常将500,1000,2000Hz3个频 带的测量值予以平均,用c?(3)(dB)来表示. 根据白瑞纳克对世界上35个有主观音色 评价的音乐厅所作的统计,评价为"A+,A"的 音乐厅,其c?(3)的平均值为一2.5(dB);评价 为"B+"的音乐厅,其c?(3)的平均值为一0.3 (dB);评价为"B,C+"的音乐厅,其c?(3)的平 均值也为一0.3(dB),但其中有3个音乐厅的 c(3)为0.5—4(dB)(正值). 值得关注的是,3个世界公认最佳的音乐 厅,阿姆斯特丹音乐厅:C,o(3)为一3.3(dB), 波士顿音乐厅:C,o(3)为一2.7(dB),维也纳金 色大厅:C?(3)为一3.7(dB)(均为空场). 关于清晰度系数c舳(3)的优选值,3个世 界最佳音乐厅,35个有主观音色评价的音乐厅 所作的统计,有重要的参考价值.对一个交响 乐音乐厅,其设计目标应取得0至一4.0(dB) 的值,应尽量避免+1.0(dB)或更高的值.? 3.空间感——视在声源宽度(Apparent SourceWidth,ASW) 关于听觉的空间感的重大发现是由新西兰 声学家马歇尔在1978年发现并认可的.他认 为音乐厅中听众的空间感主要是由侧向反射引 起的.从侧向来的反射使听众听到的乐队声音 有来自宽广空间的效果和有被声音包围的感 觉,这种反射扩展了声源宽度,使音乐有整体感 和丰满度.这种特性称为空间感.一个狭窄的 大厅不仅有助于获得较短的初始时延间隙,也 对音乐的宽度效果产生影响.这解释了人们为 什么喜爱窄的,而不是宽的矩形厅堂,原因是窄 的厅堂有更多,更强的侧向反射.这也是为什 么世界上音色最佳的音乐厅始终是那些矩形的 古典音乐厅的原因.他提出需要增加在直达声 以后5O,8O毫秒内从侧墙反射到听众的横向 声能,指出横向反射声能量与总能量之比,可作 ,日高,白瑞纳克和 为空间感的度量.1995年 冈野证明,双耳听觉互相关系数IACC(Interau- ralCross—correlationCoeffient)是描写空间感更 为准确的量.凹白瑞纳克认为,到目前为止,中 频ASW的最好量度是双耳听觉互相关系数 IACCE.@ 双耳听觉互相关系数IACC是某一瞬间到 达两耳声音差异性的量度.测量时使用安装在 人头或模拟人头外耳道的两个小型传声器,传 声器的电输出(一般经过中间录声)连接到计 算机,计算机算得双耳听觉互相关系数IACC. 如果两耳上的声音完全不同,那么(1一IACC) 的值将是1.0,这意味着两耳上的声音互不相 关.另一个极端是,从正前方到达的声波能保 证两耳上的声音完全相同,(1一IACC)为0.0, 这表示没有空间感.音乐厅中的IACC值应在 0.0,1.0之间. 为了强调早期侧向反射,IACC的测量分为 两部分:第一部分是仅考虑直达声以后8O毫秒 内到达听众位置时所得的值,称为早期双耳听 , 66一音乐厅声学指标的客观标准及意义2007年第1期 觉互相关系数IACC,E是"早期"的意思.第 二部分是考虑80毫秒以后到1秒或2秒时间 内声音的值,称为后期双耳听觉互相关系数 IACC"L,,是后期的意思.把从0秒起到1秒 或2秒全部时间内测得的IACC计为IACC, "A"表示全部时间. 双耳听觉互相关系数的测量,通常是按舞 台上3个声源位置,厅中8个或以上的测点,在 500,1000和2000Hz3个频带进行,然后将测 量值对全部测点和声源位置作平均.这样就有 了IACCB和IACC这后面的"3"表示是以上 3个频率的平均值. 白瑞纳克对34个能提供IACC数据并有主 观评价的音乐厅进行了分析,结果发现:评价为 "A+,A"的音乐厅,其(1一IACCB)的平均值为 0.66;评价为"B+"的音乐厅,其(1一IACCB)的 平均值为0.55;评价为"B,c"级的音乐厅,其 平均值为0.42.有较大的离散性和对应性. 而从同样的(1一IACC)(后期)的数据来看, 评价为"A+,A"的音乐厅,其(1一IACC)的中 值为0.88;评价为"B+"的音乐厅,其(1一 IACC)的中值为0.87;评价为"B,c"级的音乐 厅,其中值为0.85.离散性较差.凹 因此,IACCB可以比较客观地反映人们对 音乐厅视在声源宽度的反应.其优选值,从上 面的统计数据,以及那些公认为优秀的音乐厅 的数据,可以作为参照值. 4.初始时延间隙(Initial—Time—Delay Gap,ITDG) 白瑞纳克在2002年出版的书中说:"过去 30年中,声学界有两个重大发现:一个是短的 初始时延间隙的重要性,另一个是音乐存在空 间感."?关于空间感上一节已有论述.初始时 延间隙(Initial—Time—DelayGap,ITI)G)是指 在音乐厅内正厅池座中心位置直达声到达时间 与第一个反射声到达时间之差.它使听众能感 受到演奏音乐的空间的大小.如果初始时延间 隙较短,就会使听众有身处小房间的主观感觉, 有所谓的"亲切感".亲切感表示听众与演出 者之间认同的程度,感觉受声音包围.反之则 感觉与音乐分离.1992年白瑞纳克将初始时 延间隙ITDG(用t,表示)用作亲切感的度量. 现在几乎所有的声学家都把初始时延间隙t, 作为音乐厅声学特性的一个重要参数. 初始时延间隙的测量点一般在正厅池座中 心位置.之所以取这个位置,是因为盲人在这 里判断厅堂大小或亲切感的能力最强.测量这 一 点从舞台声源来的直达声与第一次反射声的 间隔时间,就是初始时延间隙.由于声速是固 定的,所以只要简单地计算直达声的距离和第 一 次反射声的距离差,即可很快地算出初始时 延间隙. 白瑞纳克根据对44个音乐厅相应的主观 评价和t,值的分析,评价为"A+,A"的音乐厅, 其t,的平均值为16毫秒;评价为"B+"的音乐 厅,其t,的平均值为28毫秒;评价为"B,c"'级 的音乐厅,其t,平均值为32毫秒.因此,白瑞 纳克的建议是,厅堂中央位置的初始时延间隙 优选值为20毫秒或稍短.这么短的初始时延 间隙在宽度较小的古典鞋盒式厅堂中是可能 的.在坐位数量很大的厅堂中,必须安装特殊 的反射面以缩短初始时延间隙.通常t,超过 35毫秒就表示大厅的音质显着变坏了. 在多数情况下,厅堂中心位置的第一次反射 声来自侧墙.较短的t,,意味着音乐厅不能过 宽,对中心位置的听众来说,离侧墙的距离不能 太远.设想t,为20毫秒,听众坐在离演奏者15 米的中心位置(音乐厅长30米),经计算这个坐 在中心位置的听众要满足t,为20毫秒,离侧墙 的最大距离为7.9米.这意味着,两面侧墙的间 距最大为15.8米,这样才可能做到t,值?20毫 秒.这就可以解释,为什么那些较窄的矩形大厅 有良好的亲切感.听众感到自己被音乐包围,与 音乐浑然一体,有很好的空间感.而那些体形很 宽,而又没有间距适当的侧向反射面的音乐厅评 价会急剧下降.因为在这样的条件下,听众在正 音乐厅声学指标的客观标准及意义一67 厅的中心位置时,不可能在20毫秒以内接受到 第一次反射声.t,的值偏大,亲切感变差,前面 所述的视在声源宽度也下降,音质就显着地变坏 了.听众感觉与音乐家距离遥远(真实距离不一 定远),与他们演奏的音乐的距离也变远了,音乐 的感染力随之下降.在音乐会现场最宝贵的那 种与音乐家情感交融,被音乐围绕,感染,浸染其 中,绕梁三日不绝于耳的那种感觉都会随之消 失.这就是现代声学家为什么重视初始时延间 隙t,这个参数的原因. 5.强度参数G(StrengthFactor) 在音乐厅听音乐,听众希望能有音乐的享 受.在轻若鹅毛的极轻乐段时,能不费力地听 闻;而在乐队强奏的宏大乐声中,可以感受到音 乐的震撼.这就要求音乐厅内的声音有一定的 强度.如果在一个音乐厅内,听众听音乐感到 很费力,是很难有令人满意的感觉的. 强度参数G的测定是在舞台上1,3个不 同的位置放置一个无指向性的声源,然后测量 在厅堂中8,20个点的声能.测量的平均声能 与同一声源在消声室中相距10米测得的声能 之比即为G(dB).强度参数G一般分6个频 带测定:如果是500,1000Hz两个频带的平均 值,称为中频强度参数G.如果是125,250Hz 两个频带的平均值,称为低频强度参数G.. 世界上10个最佳的音乐厅,其G..(或称 G)值的平均值为5.8(dB).凹所以白瑞纳克 建议,强度参数G的优选值为5(dB)(据测 算,G比G..平均一0.9dB),范围从 4—5.5dB.@ 要研究的是,在音乐厅的构造中,什么因素 与强度参数是相关的.深入思考,强度参数G 实际上是听众接受到的声音能量的一种客观表 示.音乐家在演奏音乐时释放的声音能量是一 定的,如果在传播过程中消耗的声能少,那么听 众接受的声能会相对较大,反之则会较小.在 听众接受的声能中,直达声的声能几乎不会受 外界因素太多的影响(空气对声音的吸收在空 间容积不变的情况下是个定值).影响强度参 数G的,主要是反射声的能量消耗. 能综合反映一个音乐厅内声音在传播中能 量消耗情况的指标是混响时间.因此,混响时 间充分是能有一个令人满意的强度参数G的 前提条件.对比33个有主观评价的音乐厅的 相关数据,可以看到:评价为"A+,A"的10个 音乐厅,其G(或称GL)值的平均值为5.8 (dB);评价为"B+"的17个音乐厅,其G.(或 称GL)值的平均值为2.6(dB);评价为"B, C+"级的音乐厅,其G.(或称G)值的平均值 为0.4(dB).而一个评价为"C"级的音乐厅, 其G(或称GL)值的值为,1.8(dB).如果 把这些音乐厅的评价与前述相应的混响时间值 作比较,可以很容易地看到这种对应关系. 如果在音乐厅的设计中,四周墙和天花板 的设计及表面材料是正确的,那么对混响时间 来说观众席(含乐队)的面积就是主要的吸声 面,大厅容积对观众席面积之比,就决定了混响 时间.声音的能量覆盖较大的听众面积时,每 位听众将接受较少的声能.从这个意义上来 说,听众覆盖面积少,会有较好的强度系数值. 出于经济运营的原因,这种情况又是所有的音 乐厅业主所不愿意看到的.一个合理的结论就 是,应当在尽可能小的面积里,容纳尽可能多的 听众:即要非常严格地控制每个观众席的面积. 所以白瑞纳克在1975年就把"限定的观众席面 积"作为音乐厅取得良好音质的一个条件,指 出世界上最佳的音乐厅,观众席的占地面积 (含通道)每座为0.5,0.6平方米.在考虑到 观众舒适度的情况下,应非常谨慎地设计排距 和座位的宽度. 由于混响时间和强度系数G之间的关系, 考虑到混响时间的三个要素:混响时间,室内空 间,吸声系数的关系,所以在设计音乐厅时,一 旦混响时间RT和强度系数G两个指标已经确 定,那么音乐厅的容积和听众规模也随之可以 确定.根据白瑞纳克的计算,如果一个音乐厅 音乐厅声学指标的客观标准及意义2007年第1期 设定的RT值为1.9秒,G值为5dB,可以计算 出室内容积将是16080m,观众席为1718座.@ 6.低音比BR(BassRatio) 与混响时间相关的一个重要因素是室内表 面的吸声系数.由于各种材料的吸声系数是随 频率的变化而不同的,所以音乐厅混响时间在 不同频率也是不同的.测量混响时间一般取6 个频率,分别为125,250,500,1000,2000, 4000Hz.各用RTl25,RT0,RT500,RTl【瑚,RT2【瑚, R来表示.如果不标明频率,一般RT即指 RT.从20世纪60年代以来的研究发现,在 音乐厅的音色感觉中,加强的低音是给人以音 色温暖感觉的主要因素,是音乐厅声学特性中 一 个不可缺少的指标.在实际测量中,把125 和250Hz的平均值和500和1000Hz的平均值 之比,作为低音比BR,由此来测定混响时间中, 低频混响时间的情况,即音色温暖感的情况. 世界最佳的10个音乐厅,低音比BR的平 均值为1.11,主观评价为"B+"的音乐厅,低 音比BR的平均值为1.16,评价为"B,C"级的 音乐厅,低音比BR的平均值为1.11.圆所以低 音比BR的优选值为1.1,1.25之间.@ 低音比BR为1.1,意味着在混响时间中, 低频的混响时间要长于中频的混响时间.一个 简单的计算是,如果一个音乐厅的混响时间 (中频)是2.0秒,那么它的低频混响时间应为 2.2秒. 音乐厅低频不足的一个重要原因是使用背 后有空腔的薄木板.很多人都愿意看到音乐厅 中有木装修,认为木装修能使音乐厅的声音变 得温暖,亲切.实际上真正能做得这一点的是 采用厚3.8厘米的厚木板,而背后有空腔的薄 木板实际上是一种低频吸声器,当声音传播到 这样的表面时,它会共振,吸收声音能量,因而 使低频进而使整个混响时间缺乏.许多20世 纪60年代前建设的音乐厅,由于大量使用薄木 板装修和错误地计算了观众的吸声量,而使混 响时间过短,成为负面的教训.在我国,这样的 情况也很普遍.许多人都喜爱在音乐厅内用木 装修,但大部分是薄木板装修(如前所述,从声 学的角度来说木板的厚度应在3.8厘米以上). 在音乐厅装修完成后,看到声音的效果不好,经 专家分析后才恍然大悟.但在多数情况下已无 可挽回,造成长久的遗憾. 7.表面扩散指数(SurfaceDiffusivityIn— dex,SDI) 如果一个音乐厅的表面形状都是光滑而平 坦的,那么很容易产生驻波回声,产生频率染色 效应,这时听到的声音是脆而硬,或刺耳的.许 多历史悠久的优秀音乐厅,由于其表面有许多 ,雕像,不规则的物体,而使声音在这 装饰,镶板 些表面发生散射,使音色圆润. 1993年,汉恩和弗里克发展了一种方法, 对音乐厅侧墙和顶棚表面不规则的情况,用权 重的方法予以计算.他们把扩散性分为三种: 1.高扩散性(权重为1分): 配置了深的凹进或原木桁条的藻井,或棋 盘格顶棚(深度大于10厘米); 或无规扩散构件布满整个顶棚面(深度大 于5厘米); 所有的面积必须不包含任何吸声材料. 2.中扩散性(权重为0.5分): 一 系列折叠形表面; 或用浅的凹进的装饰处理(深度小于5厘 米); 或用高反射材料制作的半透声屏后有平坦 的混凝土层. 3.低扩散性(权重为0分): 大面积的镶板; 或光滑的曲面; 或大的平坦而光滑的表面; 或半透声金属网屏; 或厚实的吸声处理. 然后对音乐厅内每个表面的扩散性根据以 上权重作计算.例如一个顶棚的总面积为 3200m,其中1000m是光滑表面,剩余部分是 深的藻井,这样该顶棚被计算为"0x1000+1x 音乐厅声学指标的客观标准及意义69——2200:2200(分)".用同样的方法计算侧墙 (忽略端墙)的分值,然后用总分值除以用以计 算的总面积,得到表面扩散指数SDI. 用这样的方法计算,3个最佳的A+音乐 厅,SDI值均为1;7个A级音乐厅,SDI的平均 值均为0.83;另一个极端的例子是评价为C+ 的布法罗小汉斯音乐厅和伦敦巴比肯音乐厅 SDI值分别为0.3和0.23. 所以表面扩散指数SDI的最佳值为1.0, 优选范围为0.8,1.0.曰 8.本底噪声 音乐厅中的本底噪声对音乐的欣赏是非常 有害的.外来的噪声及空调系统的噪声都会严 重干扰音乐厅的正常演出.因此规定音乐厅的 室内允许噪声级是每个音乐厅设计,建造时不 可或缺的一个指标. 在马大猷先生主编的《声学手册》中,把音 乐厅内允许噪声级定为30,35dB(A). 在白瑞纳克的书中则给出了噪声标准曲 线.根据这条曲线,在125Hz时应低于3OdB; 在150oHz时应低于10dB.曰 项端祈先生提出的音乐厅声学设计指标优 选值中.将允许噪声定为小于28(N,dBA).田 在降低音乐厅噪声方面,主要是隔断音乐 厅本身与外界噪声的联系及空调系统的消声和 减振.前者要特别关注有可能传递外界噪声的 连接与通道.后者则要采取特别的空调系统设 计,消除空调系统的振动和降低气流噪声,以符 合音乐厅的要求.在这方面国内外均已有成功 的经验,在设计和建造时应予以充分的关注. 对8个指标,我们可以进行一些分类,并作 一 些分析. 一 类是与混响时间有关,包括低音比BR, 清晰度系数C(dB),强度参数G.另一类与 视在声源宽度, 侧向反射有关,包括空间感—— 初始时延间隙.表面扩散指数与装修设计有 关,而本底噪声则是一般建筑都必须有的要求. 对一个音乐厅来说,混响时间这个指标还 是最重要的.因为它综合反映了一个室内空间 对声音能量吸收或反射的程度.赛宾公式 (T=0.163V/~tS)反映了混响时间与室内空间 容积和室内吸声系数之间的关系,这个关系并 不复杂,却非常重要.对音乐厅的建设来说,如 果你想要有理想的混响时间,必须关注室内空 间容积和墙面及天花板的吸声系数这两个问 题.如果忽视这两个问题,音乐厅想取得理想 的混响时间,很难说有什么把握. 低音比BR实际上反映了混响时间中一个 频率分布的问题.因为不同的室内表面材料对 不同频率的吸声系数是不同的,为了使音乐厅 的声音具有温暖感,必须使用低频吸收率较低 的材料,使低频混响时间长于中频混响时间,从 而有优选的低音比BR值,使音乐厅的声音有 温暖感. 清晰度系数C则反映了混响时间中能量 分布的情况,它表示了混响中早期(8O毫秒内) 与后期(8O毫秒后)声音能量的比例关系.由 于清晰度系数c的优选值为一3.7至 一 2.7dB,是一个负值,这就意味着8O毫秒以后 的声音能量应大于8O毫秒以前的能量,即混响 时间要适当地长,8O毫秒后的声音能量要适当 地强,否则就达不到这个值. 强度参数G从本身来说,反映了听众接受 到的声音强度.前述的几项指标,都是表示声 音总能量的分布,而这个指标实际上表示观众 单位面积的能量分布.进一步分析可以看到, 这个指标表示了在一定的室内空间和混响时间 的条件下,观众席单位吸声面积与声音能量的 一 种关系.要保持适当的强度参数G,观众席 面积就必须限制在一定的规模内.合理的结论 必然是:在保持必须的舒适度的前提下,控制每 个观众席的面积.这个指标的意义还在于,在 确定了混响时间RT和强度参数G后,音乐厅 合理的室内容积和可以容纳的观众席也就随之 可以计算出.这在设计音乐厅时,是非常有 用的. 视在声源宽度ASW(用双耳听觉互相关系 , 70一音乐厅声学指标的客观标准及意义2007年第1期 数IACC表示)和初始时延间隙t,是和侧向反 射联系在一起的.20世纪新建了许多音乐厅, 尽管有些音乐厅的混响时间基本达到了要求, 但大多数声音效果都没有经典的传统音乐厅 好.经过研究,最后发现侧向反射的重要,用视 在声源宽度ASW和初始时延间隙t,表示.白 瑞纳克把这两个发现称之为过去30年声学界 的两个重大发现.要使一个音乐厅的空问感 (视在声源宽度)和亲切感(初始时延间隙)都 达到理想的指标,最重要的前提条件是厅的两 边要有不要分离得太远的侧墙.这种侧墙最好 是平行的,因为只有平行的侧墙才能保持整个 大厅内这两个指标的一致性.这就解释了传统 的长方形音乐厅声音效果优异的原因.所以, 从20世纪90年代以来,世界上新建的许多音 乐厅大都重新采用了传统的长方形,取得了理 想的声音效果.其中最突出的例子是东京国家 剧院音乐厅,它建成于1997年,建成后即被列 入全世界10佳音乐厅之一.从上世纪90年代 以来的趋势,纵观21世纪的音乐厅建设,可以 看到长方形音乐厅的复兴.这种趋势值得引起 我们注意.我们不要重犯专家们已有结论的错 误,不要建设行将被淘汰的音乐厅. 表面扩散指数SDI在某种程度上是为了现 代音乐厅的建设而考虑的.传统的音乐厅内部 都有大量的装饰,雕塑等,使声音有较好的扩散 度.现代建筑在室内装饰上,很少采用这种形 式.线条简洁是现代建筑的一个重要特点,而 用在音乐厅的内部装饰上,就会产生声学上的 问题.有了这个指数,就要求在选用音乐厅内 部装饰材料形状时,必须考虑扩散性好的形状, 避免驻波回声等频率染色效应,使音乐厅的音 色圆润悦耳. 这8个音乐厅声学客观指标,反映了100 多年来全世界音乐厅建设在声学上取得的成 果.给我们设计,建设,评价音乐厅的声学性能 提供了一个客观标准.它的意义是不言而喻 的.当然,还有一些专家也提出了一些其他指 标,如舞台支持度系数(STI),声场不均匀度, 频率相应等,都丰富了对音乐厅声学性能的客 观评价.对这些指标的研究,必将使我们对音 乐厅声学的认识不断深化. 注释: (LeoL.Beranek:AcousticsandtheconcerthallJ. Acoust.Soc.Am.,Vo1.57,No.6,Partl,June 1975P1258 ?安藤四一:《建筑声学,声源,声场与听众之融 合》,吴硕贤,赵越菇译,天津:天津大学出版社, 2006,P1 ?项端祈:近代音乐厅建筑北京:科学出版社,2000 ISBN7—.03—.007821—.7P47—.49 ?白瑞纳克:《音乐厅和歌剧院》,王季卿,戴根华等 译,上海:同济大学出版社,2002,P498,501 ?同注?,P410,P423 ?同注?,P414 ?同注?,P418 ?同注?,P470 ?同注?,P537 ?同注?,P35 ?同注?,P29 P461 ?同注?,分别见P457和 ?同注?,P453 ?同注?,P472 ?马大猷,沈嵘:《声学手册》(修订版),北京:科学 出版社,2004,P637 ?同注?,P501 ?同注?,P47—48 ?LeoL,Beranek:AcousticsandtheconcerthallJ, Acoust.Soc.Am.,Vo1.57,No,6,Partl,June 1975P1259 ?同注?,P439—440 ?同注?,P47—48 ?同注?,P421 ?同注?,P447—448 ?同注?,分别见P15o4,P501 ?马大猷,沈嵘:《声学手册》(修订版),北京:科学 出版社,2004,P612 ?同注?,P485 ?项端祈:《近代音乐厅建筑》北京:科学出版社, 2000,PSO