剧场建筑的声学特性

摘 要：建筑声学是一门专业性很强的学科,她涉及的领域非常广.在此简明扼要地介绍一下剧场建筑的声学基本概念及一些解决措施.

关键字：剧场建筑建筑声学特性解决方法

剧场建筑观众厅平面形式的不同,建筑门窗、吊顶、玻璃、座椅、家具、装饰物等摆放位置的不同,都能够造成建筑声学特性的不同.不同剧场声学特性的差异会直接影响到舞台演出效果,但建筑声学专业性较强,涉及很多相关的学科和较深的数学理论.这里,仅扼要地介绍一下影响剧场建筑听音的声学特性.

1.混响时间及频率特性

混响是剧场建筑声学的最主要指标.它直接影响了剧场的音质情况.

混响是指室内的声波遇到四周墙面以及地面和顶棚、室内装修物件等会产生反复多次的反射,直到因吸收使声音减弱到听不见,即混响停止.

混响时间：在声源停止发声后,室内的声能立即开始衰减,声能密度衰减到60dB所需要的时间.适度的混响时间,才会使观众处于一种艺术享受之中,使观众有强烈的空间感和丰富的色彩感；混响时间过长时,声音容易含糊不清,语音清晰度下降；混响时间太短,声音缺少生气,有呆板感,好像在室外一样.事实上很难确认一个统一的最佳混响时间标准,没有一个确定的数据,通常是一个范围值（表一）.不同类型,不同风格,不同功能的剧场都有不同的要求.为了满足不同的功能要求,需要人工调节混响时间．其中一种办法是改变厅堂的吸声情况．在厅堂内安装一组可以转动的圆柱体,柱面的一半是反射面,反射强、吸收少；另一半是吸声面,反射弱、吸收多．把反射面转到厅堂的内表面,混响时间就变长；反之,把吸收面转到厅堂的内表面,混响时间就变短．又如,在硬质装饰材料的环境中,高频（1000Hz以上）混响时间长,音色冷艳,音色效果能模仿出山洞,大理石宫殿等；在软质装饰材料中低频（1000Hz以下）混响突出,音色偏暖,有着古典音乐厅与歌剧院的特色.

最佳混响时间及其频率特性的选择和确定,能够防止回声和声能集中,能够使声能在建筑空间内均匀分布和扩散,如在厅堂音质设计中应保证各处观众席都有适当的响度.下附混响时间频率特性比值的表格.

上列混响时间及其频率特性,适用于600~1600座的观众厅.

2.房间的扩散特性

室内的声波在传播过程中遇到介质密度变化（如：平面、斜面、曲面及凸弧面等）时,就会有声反射、声折射、声衍射、声扩散、声吸收、声透射等现象,进而破坏了房间的声音均匀性.当房间内需要扩散声波频率,可在剧场的顶棚、侧墙及后墙的表面设立圆柱形、三角形、半球形、多面体、棱锥形等不同几何形状的声扩散体；也有装修成立体浮雕图案形式.在进行声扩散设计时,应注意采用大尺寸的扩散体,以便增加对低音的扩散能力.

3.驻波

驻波是驻定的声压起伏.驻波会引起低频声的共振,造成声染色（声音中的某频率加强或减弱,破坏房间内声音均匀性）.在设计中,应避免房间任何两面的尺寸相等（正方形）：避免房间的一面是另一面的两倍（长宽比为2的房间）；应避免装修过程中采用大理石和花岗岩的地坪和落地大玻璃；应避免摆放室内物品的对称布置及吸声材料的适当分布等.

4.早期反射声

在直达声以后到达的对房间的音质起到有利作用的所有反射声,称为早期反射声（时间范围取直达声以后的50ms）.早期反射声能与混响声能之比称为明晰度,明晰度>50%,音节清晰度就可达90%以上.但侧向早期反射声过强,又会形成虚声源,造成移位错觉的不良后果.

如：矩形观众厅,当宽度≥30米时,观众厅前、中区缺少侧向早期反射声及早期反射声易被观众面吸收,音质效果变差.解决的方法之一：反射及扩散式天棚；空间声反射体形式的天棚

5.声能比和等效混响

混响声能密度与直达声能密度之比,称为该点的声能比.声能比越小,引起的混响时间越短,这种情况被成为等效混响.它发生在声能比很小的区域,离声源越近,这种效应就越明显.因此,对与大型歌剧的舞台扩音或录音应采用整体式远场拾音,不宜采用多点式近场拾音,传声器的指向性不可太锐,以充分拾取到剧场空间自然混响声,使音乐更趋于完美.

6.环境的噪声声级

环境的噪声声级是指室内没有声源时的噪声声压级.噪声由空气传播的,称为空气声,解决的方法：采取隔声、隔振等方法或室内铺设一定的吸声材料（海绵吸声材料,木质穿孔吸声板,硫酸钡填料纸面石膏板等）.噪声是由建筑结构传播的机械振动称为固体声,固体声传播的较远.解决的方法是：在楼板面层上或地面板与承重楼板之间设置弹性层；在机械设备下面设置隔振器,用来减弱振动.

综上述,改善剧场建筑的听音环境,应着重改善室内声波的传播途径和接受条件.建筑声学设计是一门专业性非常强,涉及领域广的学科,她涉及声波传播、声学测量等物理问题；还涉及到建筑、结构、材料、暖通等工程问题和心理学、行为学等社会问题.因此,在设计时,应同相关的专业密切配合,以便获得完美的听音环境.