噪音控制
通常情況下,音樂廳,劇院和其他大廳要求室內背景噪音非常低。因此,這些大廳的位置非常重要,應盡可能遠離室外噪聲和振動源。此外,還需要對場地環境的噪聲和振動進行調查、測量和模擬,以便為廳堂建築圍護結構的隔聲設計提供依據。確保建成後廳堂能達到預定的室內噪音標準。此外,建築聲學設計的另壹個重要任務是室內音質設計。
(2)音質設計
音質設計通常包括以下工作:
1.確定大廳的形狀和體積。
2.確定音質設計指標及其最佳值。根據廳堂的使用功能選擇混響時間、清晰度、強度指數、側向能量因子、雙耳互相關系數等音質評價指標,並確定各項指標的最佳值,是音質設計的重要任務。
3.聲學設計樂池、樂臺、包廂、陽臺、大廳的接口。
4.計算廳堂音質參數。當廳堂平面圖、剖面圖以及包廂、包廂、樂池、樂臺的設計方案擬定後,就可以計算出廳堂的音質參數。
5.設計聲學結構。除了上述建築因素外,廳堂的音質還與室內裝修材料和結構密切相關。聲學裝飾的結構設計通常包括界面材料的選擇和結構設計圖的繪制,需要詳細規定材料的面密度、表觀密度、厚度、穿孔率、孔徑、孔間距、背後空氣層厚度、龍骨間距等技術參數。
6.聲場的計算機模擬。廳堂建築細致的聲場分析和音質參數計算有賴於聲場的三維計算機模擬。
7.比例模型試驗。對於重要的廳堂,除了計算機模擬外,通常還需要建立壹定比例的廳堂模型,進行比例模型的聲學測試。
8.聽覺主觀評價。可聽度技術是通過模擬計算。或者通過模型試驗測量得到雙耳沖激響應,與消聲室中錄制的音樂或語言的“幹信號”進行卷積,輸出帶有廳堂影響的聲音信號,供受試者提前聆聽廳堂的音質效果。這是近年來發展起來的建築聲學領域的高新技術。
9.建築聲學測量。建築聲學測量包括噪聲和振動測量、圍護結構隔聲測量、重要材料和結構吸聲測量、廳堂音質參數測量。
10.為電聲系統設計提供建議。對於需要安裝電聲系統的廳堂,仍然需要建築聲學專家配合音響工程師提供電聲系統的設備選型、設計和安裝建議。
11.組織主觀評價。對於重要的廳堂,在工程竣工後組織專場演出和主觀評價,檢驗竣工廳堂的音質效果,是建築聲學設計的最後壹個重要環節。準確預測房間的聲品質壹直是建築聲學研究者追求的理想。廳堂音質模型的測量是建築聲學設計的重要手段。隨著軟件技術的發展,用計算機模擬聲場已經成為現實。近年來,基於有限元理論的方法被用於模擬聲音的高階波動特性,在低頻模擬方面也取得了壹定的進展。
廳堂內短延遲反射聲的分布是決定音質的重要因素。在縮尺模型中,用電火花作為脈沖聲源測得的短延時反射聲分布與實際廳堂中的短延時反射聲分布有很好的對應關系,這對設計階段確定廳堂的大小和形狀有重要的參考意義。混響時間是公認的定量音質參數,通過模型試驗可以預測待建廳堂的混響時間。聲場不均勻性也是壹個重要的質量參數。
模型試驗的測量系統、方法和結果與實際霍爾相同,但測量頻率應根據霍爾模型的縮尺比S而改變。不同頻率的聲波,尤其是高頻聲波在空氣介質中傳播,在不同的溫濕度條件下,其因空氣吸收而引起的衰減差異很大。因此,混響時間的測量結果需要針對對空氣吸收的影響進行相應的修正,並具有足夠的精度。
對於短延遲反射聲分布的測量,廳堂音質模型的標度比S壹般是1/5或1/10,有的是1/20。但由於測試設備和高頻的限制,壹定程度上影響了精度。測量混響時間時,標度比S為1/20,實際廳堂中只能對應1000Hz或2 000Hz以下的頻率。推薦標度比S不小於1/10,混響時間和聲場不均勻度的測量在實際廳堂中可擴展到4000Hz。短延遲反射聲分布的測量精度也很高。
模型內表面的形狀,有些起伏比較小,對聲波的反射和擴散影響不大,制作模型時可以適當簡化。但實際大廳中等於或大於2000Hz波長的波動必須保留,不能省略。因為這些部分會對聲場的不均勻性產生很大的影響。實際上,要使包括觀眾在內的廳堂音質模型內表面各部分的吸聲系數與實測頻率範圍內廳堂內表面各部分和觀眾對應的吸聲系數完全匹配是非常困難的,所以允許有10%的誤差。
為了避免模型中背景噪聲過高導致動態範圍達不到要求而影響精度,廳堂音質模型的外殼必須有足夠的隔音。舞臺空間的大小、形狀和吸聲對觀眾廳內短延遲反射聲的分布、混響時間和聲壓級有很大影響。這部分應該包括在模型試驗中。舞臺空間的吸聲也要進行相應的模擬。
用於測量短延遲反射聲分布的聲源信號是電容器放電時產生的脈沖聲,適合在模型試驗中作為脈沖聲源信號使用。聲源的中心位置定義為壹般表演區的中心,高度相當於人群的身高。測量聲場不均勻度的聲源位置和高度與測量混響時間的位置和高度相同。測量短延遲反射聲分布常用的方法是將接收到的直達聲和反射聲信號放大,以時間為橫軸顯示在示波器上,即脈沖響應聲譜圖(回波圖)。
接收器麥克風可以是電容式麥克風或具有高靈敏度的球形壓電晶體麥克風。麥克風的直徑不能太大,以防止麥克風的圓柱形狀影響接收位置的聲場。測量時,需要記錄模型內空氣的溫度和相對濕度,以修正由於模型內高頻聲音空氣吸收過多而導致的低於實際廳堂混響時間的偏差。