文 / 郎宇福 李順
作者寄語:建筑聲學(xué)系列??瘍?nèi)容專為建筑裝飾設(shè)計師設(shè)置,解決設(shè)計手法同質(zhì)化、設(shè)計范圍窄,打造差異化設(shè)計方案、實現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計,提高設(shè)計收費(fèi)依據(jù),增強(qiáng)設(shè)計師的獲客能力,更大程度展現(xiàn)具有核心競爭力的設(shè)計方案,贏得客戶的認(rèn)可。
本期標(biāo)準(zhǔn):GBT 50076-2013 室內(nèi)混響時間測量規(guī)范
本期重點:
測量頻率——測量混響時間的頻率應(yīng)符合下列規(guī)定:
不應(yīng)少于 125 Hz、 250 Hz、 500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000Hz 等倍頻程中心頻率。
文藝演出類廳堂、電影院音質(zhì)驗收宜加測倍頻程中心頻率63Hz 和 8 000Hz。
用1/3 倍頻程測量混響時間,不宜少于100 Hz、125 Hz、160 Hz、200 Hz、250 Hz、315 Hz、400 Hz、500 Hz、630 Hz、800 Hz、1000 Hz、1 250 Hz、1 600 Hz、2 000 Hz、2 500 Hz,以及不少于3 150 Hz、4 000 Hz、5 000Hz 等1/3 倍頻程中心頻率。
(1)用于降噪計算和擴(kuò)聲系統(tǒng)計算的混響時間測量時,聲源應(yīng)選擇有代表性的位置,并應(yīng)在檢測報告中說明聲源位置。
(2)用于演出型廳堂音質(zhì)驗收的混響時間測量時,在有大幕的鏡框式舞臺上,聲源位置應(yīng)選擇在舞臺中軸線大幕線后3 m、距地面1.5 m 處;在非鏡框式或無大幕的舞臺上,聲源位置應(yīng)選擇在舞臺中央、距地面1.5 m 處。在舞臺區(qū)域和演奏者可能出現(xiàn)的區(qū)域,宜增加其他聲源的位置。不同聲源位置間距不宜小于3 m。舞臺防火幕不能升起時,可將聲源移至觀眾廳一側(cè),聲源中心位置應(yīng)選擇在舞臺中軸線距防火幕大于1.5 m 處,并應(yīng)在報告中說明聲源位置。
(3)用于非表演型且無舞臺的房間為音質(zhì)考察而進(jìn)行混響時間測量時,聲源宜置于房間的某頂角,且距離三個界面均宜大于0. 5m。
(4)用于體育館混響時間驗收測量時,聲源宜置于場內(nèi)中央、距地面1.5m 處;用于測量電聲系統(tǒng)時,應(yīng)采用場內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器作為替代聲源,揚(yáng)聲器工況要求應(yīng)處于正常使用狀態(tài)或比賽使用狀態(tài)。
(1)傳聲器應(yīng)根據(jù)聽眾的耳朵高度確定,宜置于地面以上1.2 m 處。出現(xiàn)前排座椅遮擋傳聲器時,可將傳聲器升高至高于前排椅背0.15 m 的位置,但報告中應(yīng)說明傳聲器的高度。
(2)用于降噪計算和擴(kuò)聲系統(tǒng)計算的混響時間測量時,應(yīng)在房間人員主要活動區(qū)域或聽眾區(qū)域均勻布置傳聲器測點,應(yīng)至少選擇3 個位置。
(3)用于演出型廳堂音質(zhì)驗收的混響時間測量時,傳聲器位置宜在聽眾區(qū)域均勻布置。房間平面為軸對稱型且房間內(nèi)表面裝修及聲學(xué)構(gòu)造沿軸向?qū)ΨQ時,傳聲器位置可在觀眾區(qū)域偏離縱向 中心線1.5 m 的縱軸上及一側(cè)內(nèi)的半場中選取。一層池座滿場時不應(yīng)少于3 個,空 場時不應(yīng)少于5 個,并應(yīng)包括池座前部1/3 區(qū)域、眺臺下和邊側(cè)的座席;每層樓座區(qū)域的測存,不宜少于2 個;舞臺上測點不宜少于2 個。房間為非軸對稱型時,測點宜相應(yīng)增加一倍。
(4)用于非表演型且無舞臺的房間,對其音質(zhì)作考察而進(jìn)行混響時間測量時,傳聲器測點位置宜置于與聲源所在房間對角線 交叉的另一條對角線上,應(yīng)至少3個位置,并應(yīng)均勻布置。
(5)用于體育館混響指標(biāo)驗收測量,房間為軸對稱型時,可選擇在對稱象限內(nèi)的觀眾區(qū)布置傳聲器位置,滿場時不宜少于6 個,空場時不宜少于9 個,并應(yīng)均勻布置;房間為非軸對稱型時,測點宜按倍數(shù)相應(yīng)增加。
(1)測量聲源可使用脈沖聲源發(fā)聲、使用傳聲器接收,直接獲得脈沖響應(yīng);也可使用揚(yáng)聲器發(fā)出最大長度序列信號、線性調(diào)頻信號等,使用傳聲器接收,通過相關(guān)運(yùn)算獲得脈沖響應(yīng)。
(2)每個測點位置測量一次,結(jié)果對多個測點的混響時間取算術(shù)平均值。
(1)中斷聲源法應(yīng)使用揚(yáng)聲器發(fā)出窄帶噪聲信號或粉紅噪聲信號激勵房間待聲場穩(wěn)定后突然中斷,應(yīng)使用具有記錄功能的聲級計或聲記錄設(shè)備直接獲得聲壓級衰變曲線。
(2)容積為15 000 m3以下的房間,聲源持續(xù)時間應(yīng)大于4 s。15 000 m3以上的房間,聲源持續(xù)時間應(yīng)大于6 s。
(3)每個測量位置應(yīng)測量三次,宜測量六次,應(yīng)取混響時間的算術(shù)平均值。
圖1 GB/T 50076-2013 《室內(nèi)混響時間測量規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)封面
本規(guī)范詳細(xì)介紹了測量廳堂及各類房間的室內(nèi)混響時間的要求和方法,適用于語言、演出或音樂用房間,需要吸聲降噪的房間,以及有特殊音質(zhì)要求的居住類建筑的房間的混響時間的測量。不適用于聲學(xué)實驗室等特殊房間的混響時間的測量;不適用于房間三維尺度中最大尺寸與最小尺寸之比大于5 的特殊室內(nèi)空間和任一維度尺寸小于測量頻率半波長的房間的混響時間的測量。中斷聲源法的聲源常選擇十二面球形聲源,脈沖響應(yīng)積分法的聲源常選擇發(fā)令槍聲源。
(1)衰變曲線:聲源發(fā)聲待室內(nèi)聲場達(dá)到穩(wěn)態(tài)后,聲源中斷發(fā)聲,室內(nèi)某點聲壓級隨時間衰變的曲線,可使用中斷聲源法或脈沖響應(yīng)積分法測得。
(2)混響時間:室內(nèi)聲音已達(dá)到穩(wěn)態(tài)后停止聲源,平均聲能密度自原始值衰變到其百萬分之一(60 dB)所需要的時間,單位: s。可通過衰變過程的(-5~-25)dB 或(-5 ~ -35) dB 取值范圍作線性外推來獲得聲壓級衰變60 dB 的混響時間,分別記作T20 和T30。
(3)中斷聲源法:激勵房間的窄帶噪聲或粉紅噪聲聲源中斷發(fā)聲后,直接記錄聲壓級的衰變來獲取衰變曲線的方法。
(4)脈沖響應(yīng):房間內(nèi)某一點發(fā)出的狄拉克(Dirac)函數(shù)脈沖聲在另一點形成的聲壓瞬時狀況。
(5)脈沖響應(yīng)積分法:通過把脈沖響應(yīng)的平方對時間反向積分來獲取衰變曲線的方法。
(6)空場:講演者、演員和觀眾均不在場的房間情況。
(7)排演:語言或音樂用房內(nèi)無觀眾,只有演員、講演者和少量觀摩人員在場的情況,為正式演出而進(jìn)行的練習(xí)表演。
(8)滿場:觀眾上座率達(dá)80%~100%時,處于正常表演或正常使用的情況。
音樂廳是提供交響樂(包括民族音樂)、室內(nèi)樂及聲樂演出的專用廳堂。它是音質(zhì)要求最高的觀演建筑。音樂廳與一般劇場的主要區(qū)別在于它不設(shè)高大的舞臺空間,也不設(shè)側(cè)臺和樂池,只設(shè)樂臺(樂臺后部常有管風(fēng)琴)。樂臺與觀眾廳處在同一空間中。音樂廳演出時大多數(shù)靠自然聲,電聲至多起輔助作用,但為了現(xiàn)場實況轉(zhuǎn)播或錄音的需要,也需要提供電聲設(shè)備并設(shè)聲控室。
(1)音樂廳體型設(shè)計
當(dāng)擬建的音樂廳規(guī)模確定以后,建筑師首先遇到的問題是選擇什么樣的體形(平、剖面形式)才能既滿足聲學(xué)上的要求,又能適應(yīng)現(xiàn)代音樂廳的尺寸、視線、舒適和安全方面的需要。同時又要給人以美的表現(xiàn)新科技的造形。矩形的所謂“鞋盒式”音樂廳是著名古老音樂廳的傳統(tǒng)形式。它在聲學(xué)上的特殊優(yōu)勢在于聲反射的方向。每個聽眾都能接收到占主導(dǎo)地位的早期側(cè)向反射聲,而不是來自頭頂?shù)姆瓷渎暋B曇羰窃趬εc天花的交界處、側(cè)墻和樓座底層被反射的。通過雙耳聽聞,比較側(cè)向聲音信號到達(dá)的時間、響度和音調(diào),對每個到達(dá)的聲音“單元”,雙耳聽覺相干性為聽眾提供了它的方向,對于多方向聲音,它使聽眾產(chǎn)生一種三維空間感。古老“鞋盒式”音樂廳在音質(zhì)上的另一種優(yōu)勢在于它們比典型的20 世紀(jì)音樂廳規(guī)模小。在小型音樂廳內(nèi)聲音的作用極強(qiáng),短程的聲反射加強(qiáng)了直達(dá)聲。又由于人是主要的吸聲因素,在大型音樂廳中,當(dāng)聲能被吸收而使強(qiáng)度減弱。在大容量的現(xiàn)代音樂廳中,為加強(qiáng)大廳中部的早期側(cè)向反射聲,可以通過采用倒扇形的平面形式和追加側(cè)向反射板的方式得以解決。
山地葡萄園座席及環(huán)繞式廳:采用不規(guī)則平面及式座位區(qū)的新穎形式,并在座位布置中采用環(huán)繞樂臺的新格局。所謂環(huán)繞式布局,即在樂隊的后部設(shè)合唱區(qū)。當(dāng)不需要合唱隊時,合唱區(qū)就成為觀眾席。環(huán)繞式布局的優(yōu)點是可爭取較多的觀眾席靠近樂臺布置,同時加強(qiáng)了樂師與觀眾的取系,活躍了音樂廳的氣氛。缺點是由于樂器聲的指向性主要是朝向前方,故位于樂臺側(cè)面和后面的座席音質(zhì)較差。
帶有可變耦合混響空間的音樂廳:這種耦合房間有的設(shè)置在樂臺后側(cè),有的設(shè)置在觀眾廳上部,有的則設(shè)置在觀眾廳旁,還有的廳堂考慮利用地下空間聲場的作用。總之,可通過寬度和高度的變化來創(chuàng)造可調(diào)耦合空間。
對于各種平面形式,如圓形、多邊形音樂廳也可以通過懸吊各種形式的反射板達(dá)到同樣的目的。
(2)音樂廳音質(zhì)設(shè)計要點
音樂廳混響時間允許值為1.5~2.8 s,低于1.5 s,將被認(rèn)為音質(zhì)偏于干澀?;祉憰r間最佳值為1.8~2.1 s。最佳混響時間與音樂作品的體裁與風(fēng)格有關(guān)。對于古典音樂,例如莫扎特的作品,最佳混響時間約為1.6~1.8 s;對于浪漫音樂,例如勃拉姆斯的作品,最佳混響時間為2.1 s;對于現(xiàn)代音樂,可控制在1.8~2.2 s 之間?;祉憰r間的頻率特性曲線可保持平直,或者使低音比,即125 Hz 與250 Hz 的混響時間與500 Hz 與1 kHz 的混響時間之比為1.1~1.25, 最大可達(dá)1.45。
音樂廳的座席最好控制在2 000 座以內(nèi)。通常情況下小于2 000 座的廳堂比大于2 500 座的廳堂容易達(dá)到優(yōu)良的音質(zhì)。在較小的廳堂中,親切度和響度都容易滿足要求,并且容易爭取較多的側(cè)向反射聲能和達(dá)到良好的空間感。
音樂廳設(shè)計時應(yīng)盡量少用吸聲材料,同時座位區(qū)布置不應(yīng)過寬,因為座席區(qū)的面積決定了觀眾廳的主要吸聲量,過寬的座席將導(dǎo)致過量的吸聲。此外,座席的包裝也不可過分。包裝過度的軟席座椅容易在250 Hz 附近導(dǎo)致過度吸聲,可能由此造成低音的損失。音樂廳內(nèi)部應(yīng)布置能擴(kuò)散聲音的構(gòu)件,使聲能均勻分布。良好的擴(kuò)散還可改善音質(zhì)的環(huán)繞感。
音樂廳每座容積大約為6~12 m3/座之間。國外新建音樂廳的每座容積,多在7~11 m2/座之間。音樂廳的體積不可過小,以免混響時間過短。
音樂廳樓座設(shè)計時,應(yīng)使其下部的深度D 不大于其開口高度H,同時其張角θ應(yīng)不小于45°以避免造成聲影區(qū)。
音樂廳的背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)采用NC15(見表1)。鑒于空調(diào)系統(tǒng)的噪聲已成為觀眾廳主要的噪聲源,故對空調(diào)噪聲控制應(yīng)采取更為嚴(yán)格的措施,包括采用玻璃棉作為內(nèi)襯的通風(fēng)管道等。同時,應(yīng)注意提高廳堂圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量,尤其當(dāng)觀眾廳與排練廳和練功房相毗鄰時,要求隔墻的隔聲量達(dá)到80 dB 以上。
表1 NC-15曲線各倍頻帶聲壓級
材料詳情:擴(kuò)散體是為了改進(jìn)聲場擴(kuò)散性能所采用的吸音材料。設(shè)計混響室的主要目的是要得到擴(kuò)散聲場,但即使按要求設(shè)計,在某些情況下還是明顯地達(dá)不到預(yù)期的擴(kuò)散。
擴(kuò)散體是吸音擴(kuò)散材料中的一種,生活中經(jīng)常遇到,尤其是在家庭影院中,基本上一個聲場好的家庭影院,都離不開擴(kuò)散體的支持。
擴(kuò)散體是按照二次余數(shù)序列值,根據(jù)聲波的頻率設(shè)置不同溝槽深度和寬度的凹凸表面。因為溝槽的深度不同,本來同一時間達(dá)到的頻率分成了無數(shù)個小的反射波,形成波陣免,造成了時間離散。離散的好處在于既改變了聲波相遇的相位,又能使時間更均勻分布空間。擴(kuò)散體能使任何一個入射角的聲波擴(kuò)散,同時實現(xiàn)空間離散與時間離散。
擴(kuò)散體的設(shè)計依據(jù)是:利用不規(guī)則界面改變發(fā)射聲的波長,或者改變聲阻抗。
聲學(xué)擴(kuò)散體可以分為兩大類:數(shù)論擴(kuò)散體和幾何形狀擴(kuò)散體。其中,數(shù)論擴(kuò)散體包括MLS 擴(kuò)散體(圖2、表2)、QRD擴(kuò)散體(圖3、表3)等。
圖2 MLS 擴(kuò)散體
圖3 QRD 擴(kuò)散體
表2 MLS擴(kuò)散板擴(kuò)散系數(shù)和頻率特性曲線
表3 QRD擴(kuò)散板擴(kuò)散系數(shù)和頻率特性曲線
MLS 擴(kuò)散體是通過多維度、多方位、多角度對聲能進(jìn)行擴(kuò)散。該擴(kuò)散體擴(kuò)散性能佳,對改善聲音的明亮度具有一定的作用。擴(kuò)散頻率范圍:500 Hz~2150 Hz。
QRD 擴(kuò)散體可以將入射聲能分散開從而避免回聲和產(chǎn)生駐波,使聲場更加均勻,改善聲環(huán)境,提高聲音的明亮度。擴(kuò)散頻率范圍:500 Hz~2000 Hz,最高環(huán)保性能達(dá)E1 級。
圖4 施工節(jié)點一
圖5 施工節(jié)點二