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优美的厅堂音质

发布时间:2017/5/17 文章来源:admin 阅览次数:838
经验证明,各种频率上的混响时间最好一样长。对音乐而言,400赫到60赫的混响时间,如果随频率降低而略有增加,到60赫时混响比高频时高1.8倍,会使声音更好听一些。 混响时间很

建筑声学

人们很早就发现在空旷的厅堂中和在山谷中一样有回声现象。两千多年前就有人注意到在乐池里铺放稻草会影响乐队的发声。我国还有在戏台下放瓦缸以增加共鸣的做法。 这些实际上都是混响和回声对直达声的影响问题。所谓混响就是声音在墙壁、天花板、地面和室内物体上多次反射,声强逐步降低传到人们耳朵中的声音。如果回声比较强,混响时间较长,就会使人听不清楚,但如果没有回声,又会使人觉得声音发“干”,不好听。 混响时间是评定厅堂音质的第一个物理指标。如果使用同样多的吸声材料,房间越大则混响时间越长,房间越小则混响时间越短。同样大小的房间,吸声材料越多混响时间越短,吸声材料越少混响时间越长。 对各种不同房间,各种不同用途,最佳混响时间的长短是不同的。实验表明,小房间最佳混响时间为1.06秒,房间体积增加,最佳混响时间也增加,到100000立方米的房间最佳混响时间达到2.4秒。 不同的演出内容,最佳混响时间是不一样的。报告厅对混响时间的要求就是不要太长,使先后发的音节不互相混淆,所以混响时间应该偏短。各种音乐演奏要求的混响时间差别较大,轻音乐、爵士乐等节奏快而鲜明,混响时间要短一些,才有鲜明的节奏感,而教堂音乐、风琴音乐,节奏慢,声音悠长,混响时间要长一些,演奏起来显得庄严肃穆。

各种声音的自相关时间和最佳混响时间的关系

自相关时间(毫秒) 最佳混响时间(秒)
10-30 0.2-0.7
20-60 0.5-1.4
30-80 0.8-2
80-130 2-3
120-160 2.5-3.7


经验证明,各种频率上的混响时间最好一样长。对音乐而言,400赫到60赫的混响时间,如果随频率降低而略有增加,到60赫时混响比高频时高1.8倍,会使声音更好听一些。 混响时间很重要,但是在有同样混响时间的两个厅堂中,人们的感觉可能差别很大。这和直达声、反射声、混响声的相互关系有关。实验表明,原来的声音和第一个强回声之间的时间间隔如果不超过50毫秒,那么就感觉不到回声而感到声音增强,如果时间间隔扩大,就会听到回声。这个结果被称为哈斯效应。在设计厅堂时,要计算直达声和反射声的时间差不要超过50毫秒,也就是直达声经过的路径和反射声经过的路径差不要超过17米。

怎样设计音质良好的厅堂

许多活动中心的厅堂都设计成多功能的,既能演奏音乐、歌剧,也能做报告,中间的椅子也可以移开,举办舞会或宴会。这种多功能厅的设计一般都偏向于考虑使用最多的功能,既适合音乐,也适合讲话。设置有活动的吸声材料,如帷幕等,以改变混响时间,从而适应不同的用途。

体育馆一般面积比较大,座位少,所以混响时间长。人们往往把体育馆做多种用途,如报告、演唱、大型活动等,但音质很难保证。加上电声系统后,如果设计不当,各处的扬声器发出的声音互相重叠,会使人听不清楚。电声系统最好使用集中系统,使用一两个合适的扬声器组,尽可能的靠近演出的声源。扬声器位置要选好,是听众都能听到。要注意检查不要有平行的墙壁和房顶地面,以避免多次反射。

可以利用电声系统使混响小的厅堂变成音乐厅,对于象体育馆那样空间大或者形状不合适的厅堂,通过附加所需的反射声等,可以造成所希望的声场。这种方法称为有源控制,优点就是使用方便,简单,可以按要求瞬时变化,以满足不同演出的要求。

有源声场控制可以分为声场合成、声场支援和声场效果三大类。声场合成就是在消声室内或强吸声处理的房间内,创造任意的声场。声场支援是根据既成的室内音质条件进行音质方面的力度感、混响感和空间感等的控制。声场效果是利用电声方法控制声场和空间效果的系统。

吸声材料

多孔性吸声材料是靠其中的孔隙,或狭窄的空气通道,使声波在孔隙或通道中受到摩擦和粘滞性损失,以及材料中细小纤维的振动,把声能转化为热能的。平常人穿的衣服、窗上或舞台上挂的帷幕、坐垫、地毯都是多孔性吸声材料。在建筑设计中使用的玻璃纤维、矿渣棉、甘蔗板、木丝板、泡沫塑料等都是多孔性吸声材料。多孔性吸声材料在高频吸声好,低频差。

在硬墙的前面加一块软的膜或板,共振频率往往在几百赫,在这个频率上吸声性能好。膜的材料越重,膜与墙间的距离越大,共振频率就越低。

一个大的空间,有一个狭窄的口,就构成一个谐振器,在谐振频率上有很好的吸声能力。这种吸声材料称为谐振腔式吸声材料。穿孔板吸声材料就属于这一类,孔越细吸声性能越好。
微穿孔板

在德国波恩设计的国会议事大厅设计成圆筒形,屋顶做成拱形,为了使观众可以看到议员议事的情况,周围的墙是用厚玻璃板做的,正好是极好的反射体。所以这个大厅在第一天启用时,主持人的讲话在周围墙壁引起及强的回声,使电声系统闭塞,不能工作。后来知道墙壁要加上吸声处理,但如果吸声材料是不透明的,外面的人就见不到议员议事的情况了。许多方案都被否定,最后采用中国科学院声学研究所马大猷院士提出的,曾被成功的用于我国火箭发射井噪声控制的微穿孔板技术,设计制成透明的穿孔板吸声器,才解决了这一难题。马大猷院士获德国弗朗和费学会奖章(FHG)和弗朗和费无纤维吸声材料(ALFA)奖。

微穿孔板技术多年来广泛被应用于制作微穿孔板消声器、透明消声通风百叶窗、声屏障等。

 

中国科学院声学研究所于1956年成功地完成了万人大礼堂的声学设计工作,并在2000年又一次光荣地承担了大礼堂的改造任务。

从万人礼堂的容积与容量来看,几乎是居世界首位。万人大礼堂不仅容积太大,而且体形接近椭圆,又是穹顶,这些因素均使原大礼堂混响时间偏长,回声现象严重,语言清晰度偏低。

中央领导同志对大礼堂的维修改造有明确的指示:“大礼堂改造必须保持其原有建筑风貌。”,即大礼堂容积不变,体型不变,内墙与顶水天一色风格不变。又因消防要求,对改造中使用材料作了明确的规定:1、表面层材料必须是金属;2、为保水天一色,作为吸声结构表层金属穿孔板的穿孔率必须一致;3、内层材料必须I级防火。

礼堂的功能主要以会议为主,兼顾演出,属于多功能厅性质。根据改造前大礼堂声学特性测量结果,同时考虑到大礼堂在3000人开会时,也要确保语言清晰,混响时间宜偏短不宜偏长,确定改造后大礼堂满场中频混响时间为1.6±0.2s,混响时间频率特性低频可提升1.0~1.2倍、高频0.9~1.0倍的音质设计指标。

从大礼堂改造前后声学性能测量结果比较可见,大礼堂的音质效果不仅达到而且优于业主的要求。空场混响时间合适(估算满场混响时间约1.4秒)、回声现象有较大降低、语言清晰度有明显提高。为此改造后大礼堂的音质得到中央领导的好评。认为“大礼堂声音很好”。


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