小型廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)淺析

    在有聲學(xué)要求的廳堂的建筑設(shè)計(jì)中，建筑聲學(xué)的設(shè)計(jì)貫穿始終．建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)容通常包括噪聲控制與廳堂音質(zhì)兩方面的內(nèi)容．前者保證廳堂有一安靜的背景環(huán)境，后者則是保證廳堂具備按其功能應(yīng)有的音質(zhì)條件．因此，對(duì)廳堂建筑聲學(xué)狀況的評(píng)價(jià)就包括諸如背景噪聲較低、響度合適、清晰度較高、豐滿度較好、聲場(chǎng)較均勻以及不出現(xiàn)聲缺陷（回聲、聲聚焦等）．新建的、較大型的廳堂的建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)一般是比較全面而嚴(yán)密的，聲學(xué)專家對(duì)其音質(zhì)給予周密地考慮．但對(duì)于面積小于100m2，容積小于200～300m3的小型廳堂，特別是改建的項(xiàng)目，由于其投資小，而且經(jīng)常將其并入室內(nèi)裝修、裝飾工程中．設(shè)計(jì)者及施工者偏重藝術(shù)表現(xiàn)、視覺效果，而忽略聲學(xué)效果的實(shí)現(xiàn)措施，從而造成音質(zhì)不良，影響使用，甚至出現(xiàn)返工．小型廳堂恰恰是因其體積小，幾何線度小，容易出現(xiàn)一些難以克服的弊病，更應(yīng)引起設(shè)計(jì)者的注意．近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隨著人們對(duì)音樂藝術(shù)要求的提高，小型的錄音棚、演播室、播音室、歌舞廳、影視廳、會(huì)議室大量出現(xiàn)．對(duì)于這些投資小、使用方便靈活、易于建造的小型廳堂，其音質(zhì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如何確定？按照什么原則、采取什么措施才能得到好的音質(zhì)？這些問題的研究具有一定的應(yīng)用價(jià)值．

1.室內(nèi)聲場(chǎng)的特點(diǎn)

    根據(jù)波動(dòng)聲學(xué)的理論，當(dāng)聲波在廳堂內(nèi)部傳播時(shí)．如果內(nèi)表面反射較強(qiáng)，就可能使廳堂的某些固有頻率（簡(jiǎn)正頻率）受到激發(fā)而引起房間的共振．這種共振現(xiàn)象表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是某一頻率的聲音在房間中某些位置特別加強(qiáng)，而在另一些位置特別減弱．形成了駐波，使室內(nèi)聲場(chǎng)不均勻；二是聲音中某些頻率成分特別加強(qiáng)而形成“聲染色”現(xiàn)象．即在原聲波中出現(xiàn)某一頻率聲音異常地加強(qiáng)，房間的共振現(xiàn)象在小型廳堂中格外嚴(yán)重．由波動(dòng)聲學(xué)理論計(jì)算的結(jié)果可知。如果房間內(nèi)壁是剛性的，并假設(shè)房間邊長(zhǎng)分別是lx,ly,lz的矩形體型，，則根據(jù)直角坐標(biāo)系的波動(dòng)方程及剛性壁面的邊界條件

得到矩形房間中包括軸向、切向、斜向三種共振形式的房間共振頻率的計(jì)算公式

其中nx,ny,nz為自然數(shù)，每一組nx,ny,nz表示一種振動(dòng)方式，但至少有一個(gè)值不為零．分析（3）式可發(fā)現(xiàn)，不同的振動(dòng)方式，即不同的nx,ny,nz組合可能對(duì)應(yīng)同一個(gè)共振頻率而出現(xiàn)所謂的“簡(jiǎn)并”，當(dāng)房間尺寸出現(xiàn)相同或成一定比例時(shí)這種“簡(jiǎn)并’尤為嚴(yán)重．

    通過（1）和（2）式還可得到房間共振頻率總數(shù)

    由（4）式可發(fā)現(xiàn)房間容積V越大，計(jì)算頻率fc越高，則房間可能激發(fā)的共振頻率總數(shù)N越大．大量駐波方式的迭加，恰好可以把駐波產(chǎn)生的效應(yīng)消去，從而使聲場(chǎng)趨于均勻．小容積的廳堂共振僅發(fā)生在少數(shù)頻率上，而造成“聲染色”現(xiàn)象．

    正是由于廳堂容積大，聲波頻率高，容易產(chǎn)生均勻的聲場(chǎng)，所以除了小型單人練琴房、小型語(yǔ)言播音室及小型演播、錄音室外，一般的演播室、錄音棚、會(huì)議室，其容積宜大于300m3．

2.小型廳堂聲學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

    小型廳堂進(jìn)行音質(zhì)設(shè)計(jì)及噪聲控制設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：

    （1）小型錄音、演播室如為矩形，則其長(zhǎng)、寬、高尺寸不應(yīng)相等或成比例，而應(yīng)按無理數(shù)列．如長(zhǎng)：寬：高=1.60：1.25：1。

    （2）小廳室宜采用不規(guī)則體型，避免出現(xiàn)平行平面．以消除聲學(xué)缺陷．

    （3）增強(qiáng)壁面的聲吸收，可展寬共振頻率的寬度，以消除聲染色現(xiàn)象．建議吸聲系數(shù)平均值大于0．3．吸聲材料的量可由伊林公式確定．

    筆者1989年所作的撫順乙烯化工廠電視臺(tái)演播室采用矩形體型，其長(zhǎng)：寬：高=2.4：1.5：1．頂棚采用折板擴(kuò)散構(gòu)造并與燈箱組合，壁面采用穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)，地面鋪羊毛地毯，室腔中填充礦渣棉（50mm），以增強(qiáng)壁面吸聲（見圖）．而1991年所作遼寧半島音像社錄音棚聲學(xué)設(shè)計(jì)，屬改建項(xiàng)目．采用梯形平面，并以柱面擴(kuò)散體布置于一面墻．頂棚設(shè)置尺寸不一的圓柱形擴(kuò)散體可避免聲缺陷（見圖2）．

    （4）必要時(shí)可考慮低頻吸收器：小型廳室內(nèi)的“嗡’”聲（hollow tone）是由于音頻范圍的低頻聲段幾乎未受阻尼吸收產(chǎn)生的共振所引起，應(yīng)用具有較窄吸收帶的亥姆霍茲共振腔對(duì)此頻率的聲波強(qiáng)吸收，可使這種振動(dòng)衰減．

    （5）音質(zhì)評(píng)價(jià)，主要應(yīng)強(qiáng)調(diào)清晰度．在音質(zhì)設(shè)計(jì)時(shí)，可使混響時(shí)間曲線在低頻時(shí)更低一些，而且把傳聲器設(shè)于“混響半徑”之內(nèi)，使直達(dá)聲聲場(chǎng)更居優(yōu)勢(shì)，以保證清晰度，獲得較好音質(zhì)（或錄音音質(zhì)）．對(duì)于容積小于100m3的錄音演播室、播音室，建議的最佳混響時(shí)間（RT）為0.3S至0.4S。這樣不會(huì)造成令播音者、表演者感到沉悶不適的“死寂”．

    （6）噪聲的隔絕．位干樓廈之中的小型廳室，尤其是改建的工程，應(yīng)做好空氣聲的隔絕，必要時(shí)也應(yīng)考慮固體聲的隔絕．

    聲波正入射時(shí)，空氣聲隔聲量的表達(dá)式

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