音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其背后的科學(xué)和規(guī)律直到20世紀(jì)后期才被完整地理解和利用起來。
在聲學(xué)設(shè)計(jì)這個(gè)學(xué)科中，主觀的對(duì)聲音的審美被分解成了一些聲學(xué)設(shè)計(jì)要素和準(zhǔn)則。在幾百年的經(jīng)驗(yàn)史和現(xiàn)代科技的幫助下，一個(gè)好的音樂廳所需要的聲學(xué)條件已經(jīng)被完整地歸納出來，此處聲學(xué)環(huán)境整體解決方案服務(wù)商天戈聲學(xué)來跟大家分享一下。
音樂廳設(shè)計(jì)的聲學(xué)要素
當(dāng)我們?cè)谝粋€(gè)大廳里聽歌手唱歌，進(jìn)入你耳朵的歌聲主要由兩部分構(gòu)成，直接從音源(歌手)抵達(dá)你的耳朵的聲音，稱為直達(dá)聲;經(jīng)由大廳的墻壁單次或多次反射進(jìn)入你的耳朵的聲音，稱為反射聲。由于直線路徑最短，直達(dá)聲將最先到達(dá)你的耳朵，隨后是反射聲。在反射聲中，我們進(jìn)一步將聽見直達(dá)聲后大約0.1秒以內(nèi)到達(dá)的反射聲稱為早期反射聲;這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)之后抵達(dá)的反射聲一律歸為混響聲或后期反射聲。
介紹以上關(guān)于反射聲的概念是因?yàn)槿藢?duì)于聲音的審美，除了對(duì)聲音本身的審美，都源自于對(duì)反射聲的審美習(xí)慣。為了說明這一點(diǎn)，我們不妨思考一個(gè)問題：當(dāng)我們?cè)诼犚魳窌r(shí)我們?cè)诼犑裁?直覺上我們可能會(huì)認(rèn)為我們只是想聽歌手或者樂器發(fā)出的聲音，即直達(dá)聲。但真的是這樣嗎?想象一下一個(gè)沒有反射聲的環(huán)境曠野，曠野里的歌聲因?yàn)椴淮嬖诜瓷渎曇舻膲Ρ?，所有到你的耳朵里的聲音都是直達(dá)聲。但哪怕是再好的歌手，你都會(huì)覺得他的聲音干澀、飄忽、虛弱、壓抑。
而相反，諸位在自家浴室忘情地歌唱的時(shí)候是不是都覺得自己的聲音非常美妙呢?這個(gè)例子告訴我們，當(dāng)我們聽音樂的時(shí)候，我們不但在聽音源發(fā)出的聲音(直達(dá)聲)，也在依靠反射聲感受著整個(gè)空間。如果沒有反射聲的存在，我們會(huì)覺得歌聲很別扭。用稍微嚴(yán)肅點(diǎn)的聲學(xué)語言來說，在聽音樂時(shí)，除了音源本身的質(zhì)量，決定聲音品質(zhì)的重要因素就是反射聲場(chǎng)的特性。我們喜歡有包圍感的聲音，我們喜歡把自己沉浸在聲場(chǎng)里的感覺，我們對(duì)聲音的空間感有著獨(dú)特的審美標(biāo)準(zhǔn)。
由此我們知道了反射聲的重要性。那么，一座理想音樂廳的聲學(xué)要素又包括哪些方面呢?下面我們將簡(jiǎn)單介紹一個(gè)高質(zhì)量音樂廳的反射聲場(chǎng)所需要具備的聲學(xué)要素。
1、合適的混響時(shí)間
混響時(shí)間是在音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)中非常重要的聲學(xué)參數(shù)，于二十世紀(jì)初被發(fā)現(xiàn)，是最早被研究的聲學(xué)參數(shù)。它指音源停止發(fā)聲后，從聽見直達(dá)聲開始直到余音消逝所經(jīng)歷的時(shí)間。由于沒有反射，曠野里的混響時(shí)間接近0秒，聲音干癟虛弱但清晰;而大教堂由于高挑的大堂空間和復(fù)雜的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，混響時(shí)間就可能有幾秒，聲音雄渾立體包絡(luò)了整個(gè)空間但缺乏力量朦朧柔軟。太短的混響時(shí)間將造成聲音干澀平面，太長(zhǎng)的混響時(shí)間會(huì)讓聲音重疊在一起變得模糊不堪。合適的混響時(shí)間(1.5-2.5秒)可以在聲音的清晰度與包圍感中獲得一個(gè)較好的平衡，世界上最著名的音樂廳，諸如維也納金色大廳和柏林愛樂廳的混響時(shí)間都在2秒左右。
另外有一點(diǎn)需要指出的是，不同的音樂作品的最佳混響時(shí)間并不一致，這是由于作品風(fēng)格和年代、樂隊(duì)規(guī)模以及演奏場(chǎng)景所決定的。古典時(shí)期的作品，諸如巴赫、莫扎特、海頓等更適合在短混響時(shí)間的音樂廳演奏，因?yàn)樗鼈冏畛蹙褪窃谙鄬?duì)小的房間內(nèi)演出的。而稍長(zhǎng)的混響時(shí)間會(huì)更適合浪漫主義時(shí)期的作品(舒伯特、孟德爾頌、勃拉姆斯等)。早期音樂、彌撒、安魂曲等教堂音樂則需要更加長(zhǎng)的混響時(shí)間來彰顯教堂的神圣感。
2、充分的早期反射聲，尤其是早期側(cè)向反射聲
自從混響時(shí)間的規(guī)律被發(fā)現(xiàn)以來，音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)得到了相當(dāng)大的發(fā)展。但僅僅依靠這一參數(shù)來評(píng)價(jià)音質(zhì)并不充分。具有相似混響時(shí)間的音樂廳可能聽起來效果很不一樣。
二十世紀(jì)五十年代以來的聲學(xué)研究才逐漸揭示了早期反射聲對(duì)于音質(zhì)的重要意義。和視覺暫留效應(yīng)一樣，人耳也有類似的效應(yīng)，即哈斯效應(yīng)：人耳會(huì)認(rèn)為間隔0.05秒以內(nèi)的兩個(gè)聲音是連續(xù)的。因此，充分的早期反射聲具有加強(qiáng)并豐富直達(dá)聲的效果。所以在混響時(shí)間相同的情況下，早期反射聲越強(qiáng)，聲音也就越清晰豐滿。在這樣的指導(dǎo)原則下，在音樂廳內(nèi)部安裝反射板、擴(kuò)散體等設(shè)計(jì)的確可以在大多數(shù)情況下加強(qiáng)早期反射聲從而獲得良好的音質(zhì)。但于1962年落成的紐約菲哈莫尼音樂廳卻遭遇了前所未有的失敗，盡管設(shè)計(jì)上充分考慮了早期反射聲，但聽覺上的效果卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如那些早期僅憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的音樂廳。
聲學(xué)領(lǐng)域?yàn)榇苏归_了大量研究，終于在六十年代末，新西蘭聲學(xué)家Haroid Marshall(他也正是巴黎愛樂大廳的聲學(xué)顧問)發(fā)現(xiàn)了早期側(cè)向反射聲在音樂廳聲學(xué)中的重要地位。早期側(cè)向反射聲是指從側(cè)方反射入耳的早期反射聲。實(shí)驗(yàn)表明，相較于從頭頂?shù)确较騻鱽淼恼虻脑缙诜瓷渎?，人耳?duì)來自側(cè)向的早期反射聲要敏感得多，聽者的空間感和環(huán)繞感主要就是由這部分聲音所貢獻(xiàn)的。所以，早期反射聲，尤其是早期側(cè)向反射聲的質(zhì)量將對(duì)音樂廳的聲學(xué)造成重大的影響。
3、均勻平衡的聲場(chǎng)
一個(gè)好的音樂廳需要把反射聲均勻散布，以使得在各個(gè)位置的聽眾都能獲得高質(zhì)量的音樂體驗(yàn)，而有意思的是，角落里的廉價(jià)位置可能比座池中央的高價(jià)座位更容易獲得好的聲學(xué)效果，因?yàn)榻锹淅锏脑缙诜瓷渎暦浅ＸS富，而池座中央就未必了。所以，對(duì)音樂廳的幾何形狀的設(shè)計(jì)要避免聲音傳播出現(xiàn)明顯的不均勻現(xiàn)象。
主要避免以下幾種現(xiàn)象：
(1) 回聲(echoes)：當(dāng)房間太大，直達(dá)聲和最先到達(dá)的反射聲之間的時(shí)間間隔大于0.1秒時(shí)，人耳就可以清晰地分辨出直達(dá)聲和反射聲，這就是回聲效果。大家最熟悉的例子就是山谷的回聲。音樂廳的設(shè)計(jì)往往需要考慮，比如天花板不宜太高等等。
(2)聲聚焦(focusing)：就好像光線在一個(gè)凹面鏡上反射會(huì)匯聚一樣，凹形的墻壁會(huì)對(duì)聲音有匯聚作用，引起局部的聲音增強(qiáng)，而其他地方聲音被削弱的結(jié)果。因此，圓形廳堂的設(shè)計(jì)或者穹頂?shù)脑O(shè)計(jì)在聲學(xué)上都是極差的。一個(gè)反面例子就是美國(guó)俄克拉荷馬州的大教堂，其高挑的穹頂式的設(shè)計(jì)被稱為聲學(xué)的噩夢(mèng)。當(dāng)主教講話時(shí)，強(qiáng)烈的回聲效果伴隨著匯聚效果使得從穹頂產(chǎn)生的回聲比真正的說話聲更強(qiáng)更清晰。而與凹形結(jié)構(gòu)相反的是，凸形的墻壁對(duì)聲音有擴(kuò)散作用，可以使聲場(chǎng)變得均勻，因此也是音樂廳中常見的建筑結(jié)構(gòu)。
(3)顫動(dòng)回聲(flutter echoes)：往往出現(xiàn)在平行的光滑墻面之間，聲音會(huì)在墻面之間來回反彈疊加，最后聽起來會(huì)好像樂器的顫音一樣，嚴(yán)重失真。
(4)駐波效應(yīng)(standing wave)：當(dāng)聲波的半波長(zhǎng)和平行墻面之間的距離恰好是整數(shù)倍的關(guān)系時(shí)，會(huì)引起駐波效應(yīng)，使得聲音的強(qiáng)度在空間上產(chǎn)生強(qiáng)弱的起伏，并且改變聲音的頻譜特性(即聲染色，coloration)。為了消除顫動(dòng)回聲和駐波，除了減少平行面，對(duì)墻面進(jìn)行漫反射處理或者使用吸收材料也非常重要。
以上我們用比較淺顯易懂的方式介紹了音樂廳設(shè)計(jì)中三個(gè)最重要的聲學(xué)要素。實(shí)際上，音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)還需要考慮許多更加具體的專門化指標(biāo)，比如不僅僅需要考慮總的混響時(shí)間，還需要考慮不同音高的聲音的混響時(shí)間，即混響時(shí)間的頻譜(低音的混響時(shí)間應(yīng)比高音長(zhǎng)，從而克服低音更容易損耗的聲音傳播規(guī)律)。
聲學(xué)是一門嚴(yán)格的科學(xué)，聲學(xué)專家在設(shè)計(jì)和評(píng)估音樂廳的聲學(xué)特性時(shí)，需要用到非常多的聲學(xué)領(lǐng)域的專門知識(shí)、需要精確的計(jì)算以及計(jì)算機(jī)模擬，才能給出最后的最優(yōu)設(shè)計(jì)。
相關(guān)問答：
問：音樂廳設(shè)計(jì)中如何選擇吸聲和反射材料
答：根據(jù)音樂廳的設(shè)計(jì)用途,設(shè)計(jì)要求的混響時(shí)間等選擇優(yōu)質(zhì)合理的聲學(xué)材料.Spray k-18是一種噴涂類型的吸音材料,具有吸音/防火/保溫等性能。
問：音樂廳聲學(xué)裝修的注意事項(xiàng)有哪些
答：音樂廳的聲學(xué)裝修除了改變體形和界面形式以外，細(xì)部處理和廳、室內(nèi)的陳設(shè)對(duì)音質(zhì)效果也起著相當(dāng)重要的作用，因而不可忽視。 細(xì)部處理包括劇院觀演廳的臺(tái)口、樓座和包廂的欄板、樓座下的天花和后墻聲學(xué)處理等;音樂廳則有演奏臺(tái)的裝修設(shè)計(jì)，其中包括樂隊(duì)階梯、管風(fēng)琴和懸吊反射體的相關(guān)裝修處理等內(nèi)容。1、合適的響度。 對(duì)于以語聲為主的廳堂，響度一般不低于60~65phon;對(duì)于有比較大的動(dòng)態(tài)范圍的廳堂，如音樂廳，響度一般不低于40~80 ??phon。為了保證正常和聽音，干擾噪聲的聲壓級(jí)應(yīng)低于聽要聽的聲音10dB以上。 2、聲能分布均勻。 整個(gè)廳堂內(nèi)各點(diǎn)聲能分布均勻，即聲場(chǎng)分布均勻，可保證各區(qū)域內(nèi)聽眾聽到的響度基本一致。
