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建筑声环境 07 室内音质设计_图文

第七讲 室内音质设计

7.1 西方剧场声学的发展
? 非洲土著音乐之所以大都节奏感强,其重要原因之一是他们在 广阔的室外演奏迫使他们必须这样做。 ? 同样欧洲古典音乐悠扬而舒缓与在剧场内演出有密切的关系。 ? 中国古代演出场地多为有顶而无墙的“亭子”,戏曲似乎介于 非洲与欧洲之间,也必定受到古戏台的影响。 ? 聪明的古人通过实践适应了音效与环境的平衡。

巴黎圣母院 国外早期剧场几乎没有声学设计考虑,即使有也是非常模糊和零散 的。这就迫使作曲家们的作品必须去结合听音环境。音乐研究家达 特在《音乐表演》(The Interpretation of Music)中说“早期作曲 家很在意演出的环境对它们音乐的影响,他们会审慎地创作其作品 并把音乐分为合唱型、室内、室外等”。

土耳其圣索菲亚大教堂 索菲亚大教堂内为石材彩绘,混响时间估计达到8秒,混响极长,加之伊斯 兰教没有具体的神像雕塑,使人有入空寂天境之感。四个尖塔又称“邦克 楼”,拔地而起,目的是,礼拜之日,阿訇登上邦克楼平台,可以使远方信 众听到呼唤。

古典音乐,包括教堂音乐、合唱曲、歌剧、交响 乐等,都努力去适应当时普遍的厅堂声学效果。

莱比锡托马斯教堂(Thomas)

法国里昂城市大厅

巴赫的管风琴音乐(18世纪上半叶)是专门为莱比锡托马斯教堂所写的。巴洛克和 古典音乐(莫扎特,贝多芬为代表)专门为法国里昂城市大厅等贵族的舞厅而写。

意大利维琴察奥林匹克剧院

意大利帕尔马市的法内斯剧院

令人惊奇的是,设计者没有遵循室内声学设计理论,而这些建筑良好的音质环 境,为前人和后人所公认。其混响时间估计在1.5-2.5s左右。现知其良好声学 效果的原因在于:侧墙提供了良好的近次反射声,墙面的大量浮雕装饰起到声 扩散作用,大量的窗洞相当于吸声材料,而外廊的高墙又阻隔了室外噪声的传 入。真是“无心插柳”之作吗?无论怎样,如果剧院的音质不能满足莎士比亚 的《罗密欧与朱丽叶》、《哈姆雷特》、《仲夏夜之梦》等经典的多对白戏剧 的话,估计这些剧院也不会保留至今了。

维也纳皇家歌剧院

米兰阿拉斯卡拉歌剧院

奥地利维也纳皇家歌剧院(Vienna,Sstaatoper,1709座,建于1869年)和意 大利米兰阿拉斯卡拉歌剧院(Milan,Teatro alla Scala,2289座,建于1778年) 同为古典时期最优秀剧院的代表,著名的歌剧《图兰朵》、《卡门》等都在 这类剧院中上演过,同时也是现代剧院的历史模板。这些剧院具有优良的声 学效果,一方面得益于室内墙面复杂雕刻的声扩散和大量包厢的声吸收,另 一方面也因那些音乐巨作和芭蕾演出正为其所作。

法国巴黎歌剧院

巴黎歌剧院的设计者反映了古代建筑师对声学的认识,他说:“我必须声明 我没有采用任何原则,没有任何声学理论,其成功或失败,我听天由命。”

建筑声学创始人:赛宾

美国哈佛大学的弗格艺术博物馆

近代建筑声学的 创立源于社会发 展的需要和划时 代人物的出现。
美国波士顿音乐厅

肯尼迪中心剧场

建筑声学理论体系建立以后,房间声学研究更加深入,在欧美也带动了大量 的音质工程实践。继赛宾之后,在美国MIT大学又涌现出三位声学泰斗,分别 是波特、白瑞纳克和纽曼,他们3人于1948年在美国麻省的剑桥成立了以三人 名字命名的BBN声学咨询公司。BBN公司承接了肯尼迪中心剧场(相当于国 家大剧院)等众多项目,并为MIT开设相关声学课程培养研究生,撰写了至今 依然影响力很大的书籍或论文。

澳大利亚悉尼歌剧院 美国达拉斯音乐厅 近百年来,在全世界各地兴建了剧场、剧院、音乐厅以及讲堂、会堂等数以 千计的声学建筑,不乏有美国达拉斯音乐厅、悉尼歌剧院等近现代建筑史上 辉煌的作品,其中,建筑声学理论起到了不可磨灭的历史作用。

加拿大多伦多路易汤姆281 2812座,建于1977年,RT=1.8s

东京国立剧场城音乐厅 1636座,1997年,RT=1.9s

进入赛宾时代以后,建筑声学设计在厅堂建筑中发挥了举足轻重的作用。虽不能说 建筑声学知识宝库已被人们所拥有,但至少可以说,人们已经打开了其中的一扇大 门。文艺复兴之后,人们对科学的尊重毫不逊色于艺术,有了声学理论支持,声学 顾问们在剧场建筑中更加如鱼得水,各种大胆的创新也被工程实践所认可。

问题关键——什么是良好的音质?

? 美妙的感受往往都会稍纵即逝。 ? 如果厅堂的声学参量超出客观预测和测量的允许值的范围,往 往不会有优良的音质。但是,即使设计实现了良好的声学指标, “好音质”也不一定就此产生。 ? 美,需要量化和原则,需要悟性和理解,还需要机遇和缘分。

北京音乐厅 纽约林肯爱乐音乐厅 近百年来的发展中,世界范围的大量实践,也使有识之士认识到,建筑声学 “与其说是技术,不如说是艺术”。虽然已有上万篇技术文献发表,其中不 乏大量有深入的、划时代的精品,但是在解决实际建筑声学问题中,这些严 谨的声学原理总有无法完全覆盖的现实细节。

7.2.2 中国剧场声学的发展

远古时代

江西婺源傩舞表演 (傩,读nuo,二声)

山东微山县出土的汉画像

远古平等时期,演出活动与宗教、集会和娱乐相关联。氏族部落在天然场 地进行图腾歌舞,拜神驱鬼,是最重要的公共活动。奴隶制时期,有了等 级制度。到春秋时孔孟儒家思想开始兴起,等级制度愈加严格。歌舞只有 拜神或贵族方可享用,并各有各的级别。

古代

孔子杏坛讲学

山东曲阜复建的杏坛讲堂

孔子讲学时是不会考虑建筑声学的,孔子倡导“君子远庖厨”,他认为技术是 “奇技淫巧”,所以孔子和他的弟子们不可能与负责建造杏坛的下等工匠们探 讨声音问题,最多监理一下是否符合礼数祖制而已。传说孔子“弟子三千”, 就杏坛的建筑声学效果来讲,同时听讲的弟子最多不超过30-50人,也许其余 的人可能都是“论文弟子”。

明崇祯本 《金瓶梅 词话》中 插图

唐五代 “韩熙载夜宴图”,顾闳中 绘

这些表演都是为王公贵族服务的,观 众数量很少,距离演出者很近,建筑 声学的问题表现得不突出。

敦煌莫高 窟172窟 描绘的 “西方净 土变”

山西翼城乔泽庙元代戏台

湖南庙台的演出场面

魏晋南北朝期间佛教传入中国,先为民众追随,后被帝王认可。庙宇在中原 大地广泛兴建,大量民众定时参加佛事活动,为了丰富佛事活动前后空余时 光作消遣,庙会应运而生,“搭台唱戏”成为其中最具其吸引力娱乐之一。 戏台多为庙产,建造维护和请角邀戏的费用主要来源捐馈,观戏也不用购票 入场,故戏台的环境需求和观众视听感受不能决定戏台的形式,而礼制考虑 是第一位的。另外,演出者对曲目内涵的深入挖掘,以及市井观众低下的欣 赏层次,冲淡了建筑声学等诸多技术问题。

北京故宫畅音阁大戏楼

北京颐和园德和园大戏楼

清代皇家戏楼,豪华气派已经极致了。 中国古代的富裕阶层,因循守旧,追慕 虚名,酷爱面子工程,不知抹杀了多少本该创造于华夏儿女的近现代科技文明 的机会。旧中国古戏台和同时期西方剧场发展而言,缺乏对观众需求的关心, 缺乏冲破旧制去追求听觉上精神享受的勇气,羁绊于对技术“淫窍”的轻蔑, 建筑声学的科学体系完全丧失了在古代中国诞生的可能。

19世纪末期

北京湖广会馆

天津广东会馆

辛亥革命推翻了满清,五四运动请进了“德”先生和“赛”先生(民主和科 学),思想意识领域的革新很有可能使具备一定剧场经验的工匠参与到两个剧 场的翻新或修缮工程中。另外,如果两个剧场没有良好的音质效果作基础, “革命党”也不会在这里进行大集会,由伶人翻身而成为“新时代”演艺明星 的大师们,也无法在“民主”的感召下更好地为民众服务了。两个剧场的音质 效果,应该见证了从封建末期过渡到民主时代的中国革命历史 。

19世纪末期

澳门岗顶剧院

上海兰新剧院

19世纪,中国出现的最早的西式剧场是澳门的岗顶剧院,建于1860年,主要用于音 乐、戏剧等演出和集会。她完全是一个没有中国人参与设计的西洋剧院,属于西班牙 人的移植品。岗顶剧院2005年7月被列为世界文化遗产,列我国的第31位。上海兰新 剧院也是同时期“移植品”代表之一,1867年为英国人所建。那一时期,剧场这类 “洋玩意”从设计到施工,再到运营,中国人一点插不上手。

20世纪初期

清华大学标志之一:大礼堂

清华百年校庆的改造方案设想

最早将建筑声学引入中国的是清华大学物理系创始人叶企孙先生。1920年3 月,由美国建筑师亨利?墨菲(Henry Killam Murphy,1877—1954年)设计 的清华大礼堂落成,建筑形式融合了古希腊和古罗马的建筑风格,座席1400 个,是当时中国大学中最大的礼堂兼讲堂。 圆形的天穹和光滑的石材墙,使 室内听音非常困难。时任校长梅贻琦委托叶企孙先生带领物理系教员解决此 事,叶企孙先生也希望籍此事把物理学的实用价值展现一番,这样,中国第 一个建筑声学工程研究开始了。

延安时期

中央大礼堂室内

陕甘宁边区参议会礼堂

延安时期礼堂完全不是为了专业观演,也没有任何商业行为,主要作用是:军事会议、政治报 告、群众演出、团体进餐、展览阅览、交谊舞会等,是革命集体生活最重要的公共建筑。因为 政治和军事是首位的,延安时期礼堂内的语言清晰度最为重要。杨家岭中央大礼堂,位于中共 中央的所在地的延安城西北, 可容纳1000人,建于1942年,为砖拱结构。建成后,室内回声很 大,采用了当地常用的炕毡(铺在炕上的棉毡或毛毡)作为吸声材料贴上去,问题才得以解决。 陕甘宁边区参议会礼堂位于延安南关,1941年10月建成,砖木结构,可容纳1200人。

延安大戏台

秧歌剧《兄妹开荒》

在技术和艺术方面,延安时期礼堂既没有完全顺延历史的发展,对建国后 期也不具备太大的参考价值。但是,延安时期对后来的影响是多方面且潜 在无形的,主要体现在:一、礼堂建筑设计的模仿性和随意性是理所应当 的;二、以机关大院为主体的布局模式,为政治服务的主题思想,摈弃商 业利用的价值考虑,成为礼堂建设主管领导的核心思想;三、多功能使用 成为一种无可非议的习惯。

解放初期

重庆人民大礼堂外景(很象天坛祈年殿)

重庆人民大礼堂内景(具有西方剧场特征)

1950年代,社会主义新中国的成立彻底改变了20、30年代商业化剧场的萌芽发展方向,剧 场成为党和人民政府向群众进行宣传教育的阵地。1950年,邓小平等人决定在重庆建造一 座会议和演出用礼堂,西南设计院张家德的仿沈阳北京故宫式样的方案中标,符合当时苏 联倡导的“民族的形式,社会主义的内容”,建成后即现今的重庆人民大礼堂。1954年建 成。礼堂平面为圆形,穹顶,5层,4300座,因当时设计中几乎没有建筑声学的考虑, 音质效果极为不良。由于耗资巨大,大屋顶的形式主义,以及极差的声学效果,在50年代 后期受建工部的点名批评,后来很长一段时间作为标志性建筑供游人参观。

60年前后

气势宏伟的人民大会堂

众星捧月般的人民大会堂室内效果

真正掀开中国建筑声学历史新篇章的是1959年建成的人民大会堂,由此,中国的建 筑声学进入了崭新的科学时代。延安时期礼堂的和50年代剧场的音质效果,使周恩 来等工程负责人深刻地认识到“上万人听”是必须用科学态度解决的问题,如果不 能保证所有人听清毛主席的讲话,技术问题也许就上升为政治问题了。人民大会堂 建成后观众席9770座,舞台300座,合计10070座,完全不愧“万人大会堂”的称号, 是当时世界上人数最多的室内会堂,也是至今为止世界上人数最多的室内会堂。

清华版国家大剧院方案(设计3000座)

清华版国家大剧院室内方案(1959)

人民大会堂的声学尝试和实践成功,为后来两个国字号工程“国家大剧院” 和“解放军大剧院”的设计提供了技术保证。清华大学建工系的师生们, 以全身心的革命热情,完成了设计方案,包括施工图设计,然而,这两个 剧院因当时的国力所限,均没有实施,清华大学的设计也就成了历史。

国家大剧院歌剧院 (用于歌剧舞剧) 国家大剧院戏剧院(用于话剧京剧) 国家大剧院音乐厅 (交响乐、音乐会)
国家大剧院设计引发的广泛的争论,以及对于全国各地 剧场的影响,都是史无前例的。

浙江省人民大会堂

浙江省人民大会堂室内

宁波大剧院
杭州大剧院鸟瞰渲染图 杭州大剧院2004年8月14日首演《玉鸟)

上海大剧院和国家大剧院拉开了中国90年来以来的大剧院建设高潮

绍兴大剧院外景

绍兴大剧院观众厅
桐乡大剧院外景

桐乡大剧院观众厅

嘉兴大剧院模型照片

嘉兴大剧院观众厅

上海东方艺术中心鸟瞰

上海东方艺术中心东方音乐厅 顺德演艺中心

顺德演艺中心大剧院观众厅

东莞玉兰大剧院鸟瞰渲染图

东莞玉兰大剧院观众厅

大 庆 大 剧 院

西 昌 大 剧 院

洛 阳 大 剧 院 (人 民 会 堂)

大庆大剧院:有一种北方石油城的稳重,观众厅顶部的巨大灯环非常华丽。 洛阳大剧院(人民会堂):建筑外表朴素大方,观众厅显得传统端庄。 西昌大剧院:建筑造型现代,观众厅设计前卫。

重庆国泰大戏剧院,建 筑外观取材于汉代黄肠 题凑 ,室内外风格具有 良好的呼应

河南艺术中心

贵阳大剧院

宁夏人民会堂

青岛大剧院

河南艺术中心:建筑设计有胆 量,室内装饰更平常。贵阳大 剧院:建筑外观看起来像某种 爬行动物,室内装饰效果非常 一般。宁夏人民会堂:建筑设 计水平很有限,室内装饰较传 统。青岛大剧院:投资很大, 室内装饰效果还可以。

青岛大剧院

剧院项目 中央电视台大剧院、天津市中华剧院、福建大剧院、海拉尔大剧院、额尔多 斯大剧院、克拉玛依大剧院、成都歌剧院、重庆国泰大剧院、重庆江南大剧 院、山西大剧院、江西大剧院、江西萍乡艺术中心、江西赣州大剧院、武汉 琴台大剧院、青藏高原艺术中心、上海世博演艺中心、广州歌剧院、国家话 剧院、福建厦门艺术中心、安徽合肥大剧院、西安大唐城、河北廊坊大剧院、 河北邯郸文化艺术中心、江苏无锡太湖艺术中心、江苏张家港大剧院、潍坊 大剧院、济宁大剧院、山东烟台文化中心、山东东营文化中心、山东淄博大 剧院、山东菏泽大剧院、青岛大剧院、安徽芜湖大剧院、海南海口湾大剧院、 吉林长春大剧院、辽宁沈阳文化艺术中心、北京二七剧场(改建)、首都剧 场、内蒙古呼伦贝尔艺术中心、福建莆田莆仙大剧院、福建南平大剧院、浙 江舟山临城文化艺术中心、浙江宁波北仑大剧院、浙江衢州文化艺术中心、 浙江义乌大剧院、浙江金华大剧院、浙江椒江剧院、浙江萧山大剧院、江苏 扬州文化艺术中心、江苏徐州音乐厅、江苏徐州大剧院、江苏南京音乐厅、 江苏大剧院(南京大剧院)、江苏常州大剧院、苏州演艺中心剧场、宁波鄞州 文化中心、湖州大剧院、宁夏大剧院、广东梅州客家艺术中心(广东汉剧 院)、广东粤剧艺术中心、广东惠州文化艺术中心、厦门五缘学村音乐厅、 清华大学百年大讲堂。

音质的主观评价
响度:指人们听到的声音的大小。足够的响度是室内具有良好音质的基本 条件。与响度相对应的物理指标是声压级。

丰满度:指人们对声音发出后“余音”的感觉。在室外,声音感觉“干 瘪”,不丰满。与丰满度相对应的物理指标是混响时间。
色度感:是指对声源音色的保持和美化。良好的室内声学设计要保持音色 不产生失真。还应对声源具有一定美化作用,如“温暖”、“华丽”、 “明亮”。色度感:相对应的物理指标主要是混响时间的频率特性以及早 期衰减的频率特性 。 空间感:指室内环境给人的空间感觉,包括方向感、距离感(亲切感)、 围绕感等。空间感与反射声的强度、时间分布、空间分布有密切关系。 清晰度:指语言用房间中,声音是否听得清楚。清晰度与混响时间有直接 关系,还与声音的空间的反射情况及衰减的频率特性等综合因素有关。 声学缺陷:如回声、颤动回声、声聚焦、声遮挡、声染色等影响听音效果 的音质的缺陷。

音质的客观指标

声压级:在声源功率一定的情况下,增大声压级需要获得更多的反射声。 混响时间RT:RT与室内的混响感、丰满度、清晰度有很大关系。RT越 长,越感丰满,但清晰度越差;RT越短,越感“干 ”,但清晰度提高。 RT的频率特性与音色有一定关系。RT低频适当增长,声音有温暖感、 震撼感;RT高频适当增长,声音有明亮感、清脆感。 反射声空间分布:来自前方的近次反射声能够增加亲切感,来自侧向的 反射声能够增加环绕感。一般讲,听者左右两耳接收的侧向反射声有较 大差别,形成了人们对声源的空间印象,有时使用两耳互相关函数 IACC来表示空间围绕感。IACC越小,表明房间反射造成的双耳到达信 号相关性越小,空间围绕感越强。

音质的客观指标
反射声时间序列分布:人们最先听到的是直达声,之后是来自各个界 面的反射声。一般的,直达声后50ms到达的声音被称为近次反射声, 这部分声音对加强直达声响度、提高清晰度、维护声源方向起到很大 作用。对于语言,人们提出清晰度D(difinition)的概念,对于音乐人们 提出明晰度C(Clarity)的概念。50ms以外的反射声一般被认为是混响声, 混响声对丰满度、环绕度、清晰度、方向感有一定影响。混响声越多、 越强,丰满度、环绕度高,但清晰度变差;强的50ms以外的反射声会 产生回声,并影响方向判断。近次反射声和混响声中间不能脱节,否 则,虽然混响时间较长但丰满度不够。 ?明晰度C80是直达声到达后前80毫秒早期声能与后80毫秒后混响声 能的比。 ?音乐厅中需要合适的混响感和丰满度,C80取-4~1dB之间为好。 数值越负混响感越强,数值越正,干涩感将增加。 ?不同人的感受对应该指标的最佳值不同,一般认为,小型音乐厅以 倾听细节为主,取-1.8左右合适。

音质设计的步骤

音质设计应遵循以下几个步骤:
1)防止外部噪声及振动传入室内,使室内的背景噪声足够低。 2)使室内各处都有足够的响度,并保证声场分布尽可能均匀。对于 以自然声为主的厅堂,要注意选择适当的规模。 3)听众各点应安排足够的近次反射声。 4)使房间具有与使用目的相适应的混响时间。 5)防止出现回声、多重回声、声聚焦、声遮挡、声染色等声学缺陷。

大厅容积的确定

保证厅内有足够的响度。
对于以自然声为主的厅堂,大厅的体积有一定限度。以电声为主的可 以不受限制。 (推荐值见下表)

用途

讲演

话剧

独唱

大型交响乐

最大体积(m3)

2000-3000 6000

10000

20000

大厅容积的确定 合适每座容积率。
人的吸声量占房间吸声量很大的一部分。不同用途的厅堂的混响时间 与每座容积率关系较大。 用途 音乐厅 歌剧院 推荐每座容积(m3) 8-10 6-8

多功能厅、礼堂
演讲厅、教室 电影院

5-6
3-5 4

大厅体型的确定 1、体形的确定原则
(1)保证直达声到达每个观众。 (2)保证近次反射声的分布。 声程差在50ms以内的反射 声有加强直达声的作用, 一般只经过几次反射,被 称为近次反射声。

后排观众视线掠过前排观众头 顶的升高值被称为 C 值。剧场 中,为保证视线和直达声, C 应大于12cm,错列布置时可降 低到6cm。 音乐厅:挑台的深度不能超过 开口高度的1倍。 剧场:不能超过2倍。

大厅体型的确定
利用吊顶天花合理反射声音

平面形状 剖面形状

(1)防止回声等声学缺陷。 (2)采用适当的扩散处理。 (3)舞台反射罩。

大厅的混响设计

1)最佳混响时间及频率特性的确定 2)混响时间的计算 3)室内装修材料的选择与布置

常用最佳混响时间(秒)
音乐厅 剧院 多功能 电影院 高保真影院 录音室 1.8-2.2 1.4-1.7 0.9-1.5 0.8-1.0 0.4-0.6 0.3-0.4

扩声系统

1)集中式

2)分散式
3)集中分散式

室内音质设计手段
公式计算法——最基本、最原始的方法 A是房间吸声量,V是房间体积。 存在问题:计算精确度不足,误差较大。

缩尺比例模型法——能够模拟声音波动现象的精确方法 存在问题:费时、费力、成本高。

计算机仿真模拟——灵活实用、不断进步的方法
?侧向反射声能LE数值越大,代表侧向反射声越多,空间印象越 好,音乐环绕感越强。

?研究表明,音乐厅要求LE在20-40%为宜。

室内音质设计与建筑美学的关系 某音乐厅(RT=2.0s)
利用顶棚 反射声音

装修: 高贵大方 精致华美 声学: 震撼力 感染力 表现力

利用廊柱 扩散声音

利用座椅 吸收声音

室内音质设计与建筑美学的关系 国家大剧院——音乐厅(RT=2.2s)
利用顶棚 扩散声音 利用浮云 反射声音

利 用 座 椅 吸 收 声 音

室内音质设计与建筑美学的关系 影院 (RT控制在0.6-0.8s)
墙和顶的吸声 处理,往往不 引起人们注意

声聚焦必须处理

影厅设计中,总是“声学第一,美学第二”, 没有好的建筑声学条件,包括隔声、消声、 减振和音质等,不会成为好的影院。

室内音质设计与建筑美学的关系
人大会堂小礼堂-多功能礼堂 (RT=1.1S)
会议: 听清听好 音乐: 浑厚优美 歌舞: 表现力 感染力 电影: 对白清晰 音效感强

侧墙采用间隔铝穿孔吸声板,明暗有致,是建筑艺术与 声学相结合的典范。

还原好

室内音质设计与建筑美学的关系

体育场馆(RT=1.5-2.5s)

体育场馆空间大,混响长,容易产生建筑声学问题,造成扩声系 统效果降低,影响比赛扩声,对于兼做会议、演出使用时,效果 更差。

室内音质设计与建筑美学的关系
录音室、演播室(RT=0.3-0.6s)
三层隔声窗
扩散体 风道消声 扩散体 吸声 低频吸声 减振地面 隔声门(声闸) 扩散体

琴房、排练厅(RT=0.3-0.6s)
声学考虑包括——体形、吸声、隔声、消声、减振、扩散等等。


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