声学-音乐厅简介

华天礽音乐厅声学简介室内声学：音乐厅声学

任何音乐演奏，它们的最终效果都是和它演奏的室内（外）空间联系在一起的。这个空间的声学性能，会对音乐演奏的声音效果产生极大的影响，使听众感到满意或者不满意。所以，音乐演出的艺术质量，非常明显地受到室内声学的影响。室内声学，严格说来应该称“空间声学”，是“建筑声学”的一部分。由于“音乐厅声学”的重要性与复杂性，我们主要加以研究。平面反射如果声波碰到一个面积足够大的平面，它就会被这个面反射。这里在光学中很著名的定律在这里也适用，即：反射角等于入射角。入射角，反射角以及它们的中心线都是处于一个平面上的。

弧面反射如果反射面是一个弧形，那么根据弧形是凹面或凸面，声波就会发生会聚或者发散。这里声波与光照射在镜面上的反射特性是一样的。波长的影响

反射面要能够反射声波，其前提条件，是这个反射面必须大于这个声波的波长。如果反射面小于波长，则声波就不会产生反射，而会绕射。通常反射面要至少三倍于波长，才能确保声波的反射。

因为波长是与音的频率有关的，一个反射面会由于被反射的音的频率而呈现不同的反射情况。一般我们要研究的是一个反射面的最低反射频率，因为高于最低频率的音，其波长都比它短，反射是没有问题的。

几何声学的应用一个剧院运用几何声学设计的实例：上图为原顶棚的设计，下图为改善后的顶棚设计。很明显改进后的顶棚设计，使声音的分布更均匀了。统计声学

(statisticalacoustics)统计声学的前提是，声波在一个室内空间里的分布是可以统计的。这就是说，声波在室内的分布在一定的时间内处于它的中间值，是不变的。混响时间

(reverberationtime)统计声学中的一个重要问题是混响时间。要是一个室内空间均匀地被声波布满，达到了我们所说的统计声学所要求的分布状态。然后关闭声源。当声源停止发声后，在短时间内，声波还会在室内反射，我们还能够听到声音。这种现象叫交混回响。从声源停止发声，到声强减小到原声强的百万分之一（60分贝）所需的时间，叫做交混回响时间，简称混响时间。混响时间是一个室内空间声学特性的重要指标。混响时间公式赛宾(Sabine)根据经验，给出了混响时间与室内空间及吸声系数的关系。提出了著名的混响时间公式—赛宾公式。从赛宾以后，发展了许多不简单的统计模式，但所有模式得出的结果都类似。赛宾公式：T=0.16

T=混响时间，单位为秒V=室内容积，单位为立方米A

=室内的吸声总量，单位为赛宾吸声和吸声系数一个室内的混响时间在很大程度上取决于声波在反射过程中被吸收的程度。声波触及一个表面，硬而光滑的表面能反射大部分声音能量，而软而多孔的表面就会吸收大部分声音能量。

反射面所吸收的能量称为吸声系数，用希腊字母α表示。吸声系数的数值从0（完全反射）到1（完全吸声）。硬而光滑的表面如大理石，它的吸声系数接近0；打开的窗户，则吸声系数为1.

一个室内全部反射面的吸声总量（A）是由吸声系数和吸声面积相乘而得：A=αSA=吸声总量，单位为赛宾S=吸声面积，单位为平方米吸声系数和频率的关系一种物体的吸声系数是随频率而变化的。例如坚固的墙或地板，表面多孔，会反射低频而吸收高频。它们被称为高频吸声板；后面架空的薄木板，则会吸收低频，称为低频吸声板；薄的穿孔板通常用作中频吸声板。

不同材料的吸声系数最佳混响时间摘自马大猷沈嚎《声学手册》全世界最佳的3个音乐厅及其主要声学指标音乐厅建筑的特点音乐厅的音质效果是建筑功能的主要评价标准。自然声是音乐厅音乐表演的主要方式。表演与欣赏—演员与听众在同一空间。室内形状多样，传统与现代并存。音乐厅的类别交响乐厅

其观众座位一般在1200-3000个。但实践表明，听众在2000个左右时效果较好。由于交响乐大厅要有较长的混响时间，因此要有较大的每座容积，目前多为8-10m³。还要考虑乐队的规模，否则当乐队人数较少时，会感到音量不足。室内乐厅

听众人数一般在500个左右。除室内乐外，也可用于独唱独奏。容量和容积过大会使听众感到音量不足。室内乐厅内乐队的人数一般在30-60人。音乐厅的类别管风琴演奏厅目前交响乐大厅大都配备不同规模的管风琴，但管风琴演奏要求有较长的混响时间，最佳值在3.5-4.5秒。由此，在交响乐大厅内演奏管风琴均达不到应有的效果。因此有些国家设置专门的管风琴演奏厅。这种厅最主要的特点是混响时间较长。音乐厅的建筑形式由于音乐厅要求声音在室内能均匀充分地反射，而声音的反射又与音乐厅的物理型状有密切关系，所以音乐厅基础形状的选择，对音乐厅的最终声音效果有重要影响。音乐厅的平面形状应不产生音质缺陷，即没有回声，颤动回声，声聚焦，房间共振等问题。尽可能缩短最后排观众与舞台的距离。大音乐厅不应超过30米，中、小音乐厅应控制在20-25米。大多数观众应配置在演奏台中心线120度-140度的展开角范围内。侧墙应为听众席提供足够强和覆盖面尽可能大的早期侧向反射。长方形音乐厅（鞋盒子形）18-19世纪的传统音乐厅大都采用这种平面形式，如维也纳，莱比锡和波士顿音乐厅。这些厅直到今天，还是世界上公认最优秀的音乐厅。这些厅普遍较窄，室内空间较高，演奏台在尽端，座位在2000个左右，室内有硬质墙面和天花板，有各种装饰形成声音的扩散，符合最佳音乐厅的一切要求。观众席有较强的早期侧向反射，且覆盖范围较大。全部听众席均在台中展开角120度的范围内，具有乐器声较好的方向特性。这种形状是最佳音乐厅的典型形状。在20世纪90年代后重新得到专家的认识，成为目前音乐厅的首选形状。长方形平面（鞋盒子形音乐厅）金色大厅，从观众席看金色大厅，从舞台上看扇形平面扇形平面的优点是可以容纳较多的观众。同时观众也有较好的视野，离舞台较近。这种形式的最大缺点是大部分声音将会向音乐厅的后墙反射。如果后墙是弧形的，则又会形成会聚，造成声音的缺陷。这种形状的音乐厅，观众无法获得侧向反射，声音缺乏立体感和方位感。这种形状的音乐厅很少有成功的先例。由此，近年所建的音乐厅，很少采用这种大倾角的扇形平面。扇形音乐厅六角形平面六角形平面是长方形平面的一种变形。它能在大厅内增加观众的容量，同时又基本保持长方形音乐厅的优点，因而被广泛采用。六角形平面音乐厅要注意二面侧墙的角度，以及它对声音的反射。如果处理不当，会造成声音缺陷。所以，在设计时要作充分的计算。六角形平面中国音乐学院音乐厅内部照片圆形平面由于室内外造型上的需要而采用圆形平面，而圆形平面会造成声音上的聚集，造成声场上的不均匀。由此当建筑师执意要采用圆形平面时，必须用足够尺度的内装修来破坏凹弧形表面，使其内部不成为圆形。这样做的成本和风险是很大的。加拿大多伦多音乐厅建于1982年，有2812座，满座时混响时间为1.5-2.0秒可调。为获得扩散声场，防止凹形弧面形成声聚焦，设计把整个圆弧用26片钢筋混凝土凸形墙体像花瓣状地分割开，双层包厢即在该墙面上悬挑。圆形平面音乐厅Toronto,RoyThompsonHallToronto,RoyThompsonHall椭圆形平面音乐厅与圆形类似，界面的反射会引起声聚焦，在纵向轴上会形成二个聚焦点，由此在声学设计上应避免采用这种形式。但如果用足够尺度的折线内切于弧形周线，有可能成为对声学有利的一种形式：1.可以使早期反射声覆盖听众席。2.音量随演奏台的距离逐渐降低，同时观众席也逐渐减少。这种音乐厅首建于新西兰，后新西兰的惠灵顿音乐厅和香港的文化中心音乐厅也采用这种平面。新西兰克雷斯特彻奇音乐厅建于1972年，有2338座，大厅是根据早期侧向反射理论而发现而设计的。混响时间为2.3秒。newzealandchristchurchconcerthall香港文化中心音乐厅香港文化中心音乐厅梯田山谷形（葡萄园形）这种形状首先出现在柏林爱乐音乐厅。它的设计理念是“音乐在听众中间”。它使演奏台位于听众中间，使听众能更多地听到直达声。同时音乐厅的容量也可较大，观众的舒适度提高。因而出现后，受到欢迎。但是，这种音乐厅缺少侧向反射，因而声音不及传统的音乐厅。同时，演奏台上的音乐家互相听不见，造成乐队的整体感较差，只能依靠顶部的反射板得到支持。所以，后又出现不少改进形式。柏林爱乐音乐厅平面图梯田山谷形（柏林爱乐音乐厅）梯田山谷形（柏林爱乐室内音乐厅）美国加州橙县SegerstromHall矩形与圆形的组合

这种形式是把观众厅分为二部分，前区为矩形平面，后区为半圆形平面两者组合，追加多层包厢，试图在前区获得传统音乐厅侧向早期反射的条件下，解决大容量的问题。这种形式有英国的伯明翰音乐厅，美国的达拉斯音乐厅，瑞士的卢塞恩音乐厅。矩形与圆形的组合达拉斯梅耶森音乐厅达拉斯梅耶森音乐厅瑞士卢塞恩文化和会议中心外观瑞士卢塞恩文化中心音乐厅瑞士卢塞恩文化中心音乐厅瑞士卢塞恩文化中心音乐厅基础体形的重要性设计音乐厅首当其冲的问题是选用何种体形。基础体形的选择对音乐厅的声学效果影响极大。基础体形选择正确，可以确保音乐厅的声学效果基本不出问题。基础体形选择不当，遗患无穷。后期耗费大量的精力，财力，还未必有好结果。所以应高度重视在音乐厅设计初期，请声学专家参与意见，避免从一开始，就出现重大失误。音乐厅体形设计要考虑的问题要充分利用有限的自然声能，有足够强的直达声和