室內(nèi)聲學(xué)-音樂廳的技術(shù)指標

音樂廳的技術(shù)指標音樂廳的技術(shù)指標如何來評價一個音樂廳？我們需要一個指標體系。只有用世界公認的各項指標來衡量，才能客觀、正確地來判斷一個音樂廳的優(yōu)劣。所以了解一個音樂廳的指標體系，理解它的內(nèi)涵，才能明白什么是好的音樂廳，它為什么好。1975年美國聲學(xué)家白瑞納克發(fā)表了一篇《聲學(xué)和音樂廳》的論文，提出了音樂廳聲學(xué)的6項主要參數(shù)：1，混響時間；2，親切感；3，前50毫秒聲能與50毫秒后聲能之比；4，擴散度；5，限定的觀眾席面積；6，音質(zhì)。

LeoL.Beranek:AcousticsandtheconcerthallJ.Acoust.Soc.Am.,Vol.57,No.6,Part1,June1975P1258音樂廳的技術(shù)指標2002年白瑞納克在中文版的《音樂廳和歌劇院》一書中，對音樂廳聲學(xué)指標的客觀標準提出了重要的7項指標：1，混響時間（RT）；2，清晰度系數(shù)或早期/混響聲能比（C80）；3，空間感－視在聲源寬度（ASW）；4，初始時延間隙（tI）；5，強度參數(shù)G；6，低音比（BR）；7，表面擴散度指數(shù)（SDI）

白瑞納克：音樂廳和歌劇院王季卿戴根華等譯上海：同濟大學(xué)出版社，2002.5ISBN7－5608－2400－5P498-5011.混響時間

（ReverberationTime,RT）

自從賽賓在19世紀末提出混響時間公式以來，混響時間就一直是音樂廳聲學(xué)指標中最重要的一個內(nèi)容。賽賓公式（T=0.163V/āS）的意義在于，它揭示了室內(nèi)空間與混響時間有關(guān)的2個因素—室內(nèi)空間容積、室內(nèi)吸聲系數(shù)和混響時間的關(guān)系。這就是：混響時間與室內(nèi)空間容積成正比；與室內(nèi)吸聲總量成反比。

室內(nèi)空間：如果音樂廳需要比較充分的混響時間，在室內(nèi)空間上一般以每座容積作為計算標準，要有比較充裕的量。優(yōu)選值為每座8－10m3。

室內(nèi)吸聲總量：

室內(nèi)吸聲總量則與音樂廳的室內(nèi)裝修材料有關(guān)，如果想要比較理想的混響時間，就要減少室內(nèi)裝修材料的吸聲系數(shù)。在室內(nèi)的6個表面中（4面墻，1個地面，1個天花板）要考慮的主要是墻面和天花板的材料。根據(jù)白瑞納克的意見，音樂廳的表面材料只有3種在聲學(xué)上是沒有問題的：1，3.8cm厚的厚木版；2，抹灰；3，任何厚度的木板實貼在抹灰或混凝土上。天花板最好是金屬網(wǎng)或板條抹灰，要避免在天花板上開孔、大面積通風(fēng)口和類似的孔洞?？傊械谋砻?，除舞臺地板外，必須用重和密實的材料[i]

室內(nèi)吸聲總量則與音樂廳的室內(nèi)裝修材料有關(guān)，如果想要比較理想的混響時間，就要減少室內(nèi)裝修材料的吸聲系數(shù)。在室內(nèi)的6個表面中（4面墻，1個地面，1個天花板）要考慮的主要是墻面和天花板的材料。

根據(jù)白瑞納克的意見，音樂廳的表面材料只有3種在聲學(xué)上是沒有問題的：1，3.8cm厚的厚木版；2，抹灰；3，任何厚度的木板實貼在抹灰或混凝土上?？傊?，所有的表面，除舞臺地板外，必須用重和密實的材料混響時間的最佳值根據(jù)白瑞納克對全世界33個音樂廳按音質(zhì)進行主觀評價、分級的研究，其中10個音質(zhì)評價為“A+，A”的音樂廳，其混響時間(RT)的平均值為2.0秒；17個評價為“B+”的音樂廳，其混響時間（RT）的平均值為1.7秒；5個評價為“B，C+”的音樂廳，其混響時間（RT）的平均值為1.5秒。由此可見，滿場混響時間（RT）的長短，與聽眾對一個音樂廳音質(zhì)的主觀評價，有著非常明顯的對應(yīng)關(guān)系世界10佳音樂廳的技術(shù)指標

我國1985年后所建的6個音樂廳概況一覽表

一個音樂廳建成后，如果混響時間偏長，要將其縮短相對來說較容易，代價也很小，一般只需在室內(nèi)懸掛一些吸音體或幕布、掛毯即可。

而如果混響時間太短，要將其加長，幾乎沒有可能，或者代價極大。根據(jù)賽賓公式，混響時間太短只有2個原因：一是室內(nèi)空間太??；二是室內(nèi)表面吸聲系數(shù)太大。對應(yīng)的解決辦法，一是增加室內(nèi)容積；二是更換室內(nèi)表面（裝修）材料。稍有建筑常識的人應(yīng)該知道，這2種辦法實施的難度和代價都是極大的?；祉憰r間的調(diào)整2.清晰度系數(shù)C80

（ClarityFactor）

一般說來，一個音樂廳的混響時間較長，會給人以聲音較為活躍的印象，但混響時間過長也會使發(fā)音含混不清。如果要使一個音樂廳的音色較為清晰、干凈，就要選擇較短的混響時間，但也會使音色過于干澀。因此，清晰度系數(shù)就成為評價一個音樂廳聲學(xué)特性的重要參數(shù)。它可以反映一個音樂廳在最佳的混響時間和令人滿意的清晰度之間的一種良好關(guān)系。2.清晰度系數(shù)C80

（ClarityFactor）清晰度系數(shù)通常是用物理測量直達聲到達后最初80毫秒內(nèi)聽到的聲音能量與80毫秒以后聽到的聲音能量之比，用C80

表示

，單位是分貝（dB）。如果混響時間很短，80毫秒之內(nèi)聽到的聲音能量很大，聲音將會很清晰，80毫秒以前與80毫秒以后聲音能量之比C80（dB）將會是一個正值。如果80毫秒以前和80毫秒以后的聲音能量相等，C80（dB）為0。如果混響時間較長，80毫秒以前的聲音能量較小，而80毫秒以后的聲音能量較大，C80（dB）將會是一個負值。分屬三個等級的35個音樂廳的清晰度系數(shù)C802.清晰度系數(shù)C80

（ClarityFactor）根據(jù)白瑞納克對世界上35個有主觀音色評價的音樂廳所作的統(tǒng)計，評價為“A+，A”的音樂廳，其C80(3)的平均值為－2.5(dB)；評價為“B+”的音樂廳，其C80(3)的平均值為－0.3(dB)；評價為“B，C+”的音樂廳，其C80(3)的平均值也為－0.3(dB)，但其中有三個音樂廳的C80(3)為0.5-4(dB)(正值)。2.清晰度系數(shù)C80

（ClarityFactor）

值得關(guān)注的是，3個世界公認最佳的音樂廳，阿姆斯特丹音樂廳：C80(3)為－3.3(dB),波士頓音樂廳：C80(3)為－2.7(dB)，維也納金色大廳：C80(3)為－3.7(dB)（均為空場）。3.空間感——視在聲源寬度

(ApparentSourceWidth,ASW)

關(guān)于聽覺的空間感的重大發(fā)現(xiàn)是由新西蘭聲學(xué)家馬歇爾在1978年發(fā)現(xiàn)并認可的。他認為音樂廳中聽眾的空間感主要是由側(cè)向反射引起的，從側(cè)向來的反射使聽眾聽到的樂隊聲音有來自寬廣空間的效果和有被聲音包圍的感覺，這種反射擴展了聲源寬度，使音樂有整體感和豐滿度。這種特性稱為空間感。一個狹窄的大廳不僅有助于獲得較短的初始時延間隙，也對音樂的寬度效果產(chǎn)生影響。這解釋了人們?yōu)槭裁聪矏壅?，而不是寬的矩形廳堂，原因是窄的廳堂有更多、更強的側(cè)向反射。這也是為什么世界上音色最佳的音樂廳始終是那些矩形的古典音樂廳的原因。空間感——視在聲源寬度的測量1995年，日高、白瑞納克和岡野證明，雙耳聽覺互相關(guān)系數(shù)IACC(InterauralCross-correlationCoeffient)是描寫空間感更為準確的量。白瑞納克認為，到目前為止，中頻ASW的最好量度是雙耳聽覺互相關(guān)系數(shù)IACCE。

雙耳聽覺互相關(guān)系數(shù)IACC是某一瞬間到達兩耳聲音差異性的量度。測量時使用安裝在人頭或模擬人頭外耳道的兩個小型傳聲器，傳聲器的電輸出（一般經(jīng)過中間錄聲）連接到計算機，計算機算得雙耳聽覺互相關(guān)系數(shù)IACC。

如果兩耳上的聲音完全不同，那么（1－IACC）的值將是1.0，這意味著兩耳上的聲音互不相關(guān)。

另一個極端是，從正前方到達的聲波能保證兩耳上的聲音完全相同，（1－IACC）為0.0，這表示沒有空間感。

音樂廳中的IACC值應(yīng)在0.0－1.0之間?？臻g感——視在聲源寬度的測量

雙耳聽覺互相關(guān)系數(shù)的測量，通常是按舞臺上3個聲源位置，廳中8個或以上的測點，在500，1000，和2000Hz三個頻帶進行，然后將測量值對全部測點和聲源位置作平均。這樣就有了IACCE3。

這后面的“3”表示是以上3個頻率的平均值。E是“早期”的意思，是指考慮直達聲以后80毫秒內(nèi)到達聽眾位置時所得的值，稱為早期雙耳聽覺互相關(guān)系數(shù)IACCE3

。空間感——視在聲源寬度的測量空間感----視在聲源寬度的優(yōu)選值

白瑞納克對34個能提供IACC數(shù)據(jù)并有主觀評價的音樂廳進行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：評價為“A+，A”的音樂廳，其（1－IACCE3）的平均值為0.66；評價為“B+”的音樂廳，其（1－IACCE3）的平均值為0.55；評價為“B,C”級的音樂廳，其平均值為0.42。

有較大的離散性和對應(yīng)性4.初始時延間隙

（Initial-Time-DelayGap,ITDG）

白瑞納克在2002年出版的書中說：“過去30年中，聲學(xué)界有兩個重大發(fā)現(xiàn)：一個是短的初始時延間隙的重要性，另一個是音樂存在空間感。”初始時延間隙（Initial-Time-DelayGap,ITDG）是指在音樂廳內(nèi)正廳池座中心位置直達聲到達時間與第一個反射聲到達時間之差。1992年白瑞納克將初始時延間隙ITDG（用tI表示）用作親切感的度量?，F(xiàn)在幾乎所有的聲學(xué)家都把初始時延間隙tI作為音樂廳聲學(xué)特性的一個重要參數(shù)。它使聽眾能感受到演奏音樂的空間的大小。初始時延間隙圖示

初始時延間隙的測量初始時延間隙的測量點一般在正廳池座中心位置。之所以取這個位置，是因為盲人在這里判斷廳堂大小或親切感的能力最強。測量這一點從舞臺聲源來的直達聲與第一次反射聲的間隔時間，就是初始時延間隙。由于聲速是固定的，所以只要簡單地計算直達聲的距離和第一次反射聲的距離差，即可很快地算出初始時延間隙。分屬3個等級的44個音樂廳的初始時延間隙對照表初始時延間隙的優(yōu)選值

白瑞納克根據(jù)對44個音樂廳相應(yīng)的主觀評價和tI值的分析，評價為“A+，A”的音樂廳，其tI的平均值為16毫秒；評價為“B+”的音樂廳，其tI的平均值為28毫秒；評價為“B,C+”級的音樂廳，其tI平均值為32毫秒。因此，白瑞納克的建議是，廳堂中央位置的初始時延間隙優(yōu)選值為20毫秒或稍短。這么短的初始時延間隙在寬度小于30米的古典鞋盒式廳堂中是可能的。在坐位數(shù)量很大的廳堂中，必須安裝特殊的反射面以縮短初始時延間隙。通常tI超過35毫秒就表示大廳的音質(zhì)顯著變壞了。5.強度參數(shù)G(StrengthFactor)在音樂廳聽音樂，聽眾希望能有音樂的享受。在輕若鵝毛的極輕樂段時，能不費力地聽聞；而在樂隊強奏的宏大樂聲中，可以感受到音樂的震撼。這就要求音樂廳內(nèi)的聲音有一定的強度。如果在一個音樂廳內(nèi)，聽眾聽音樂感到很費力，是很難有令人滿意的感覺的。強度參數(shù)G的測量強度參數(shù)G的測定是在舞臺上1－3個不同的位置放置一個無指向性的聲源，然后測量在廳堂中8－20個點的聲能。測量的平均聲能與同一聲源在消聲室中相距10米測得的聲能之比即為G(dB)。強度參數(shù)G一般分6個頻帶測定：如果是500，1000Hz兩個頻帶的平均值，稱為中頻強度參數(shù)Gmid。如果是125，250Hz兩個頻帶的平均值，稱為低頻強度參數(shù)Glow。世界10佳音樂廳的技術(shù)指標強度參數(shù)G的最佳值世界上10個最佳的音樂廳，其Glow（或稱GL2）值的平均值為5.8(dB)。所以白瑞納克建議，強度參數(shù)Gmid的優(yōu)選值為5(dB)（據(jù)測算，Gmid比Glow平均－0.9dB），范圍從4－5.5dB

。

馬大猷，沈蠔：聲學(xué)手冊（修訂版）北京：科學(xué)出版社，2004.7ISBN7－03－012545－2P637影響強度參數(shù)的因素強度參數(shù)G實際上是聽眾接受到的聲音能量的一種客觀表示。音樂家在演奏音樂時釋放的聲音能量是一定的，如果在傳播過程中消耗的聲能少，那么聽眾接受的聲能會相對較大，反之則會較小。如果在音樂廳的設(shè)計中，四周墻和天花板的設(shè)計及表面材料是正確的，那么對混響時間來說觀眾席（含樂隊）的面積就是主要的吸聲面，大廳容積對觀眾席面積之比，就決定了混響時間。聲音的能量覆蓋較大的聽眾面積時，每位聽眾將接受較少的聲音的能量。從這個意義上來說，聽眾覆蓋面積少，會有較好的強度系數(shù)值。

一個合理的結(jié)論就是，應(yīng)當在盡可能小的面積里，容納盡可能多的聽眾：即要非常嚴格地控制每個觀眾席的面積。

所以白瑞納克在1975年就把“限定的觀眾席面積”作為音樂廳取得良好音質(zhì)的一個條件，指出世界上最佳的音樂廳，觀眾席的占地面積（含通道）每座為0.5-0.6平方米。

在考慮到觀眾舒適度的情況下，應(yīng)非常謹慎地設(shè)計排距和座位的寬度。如果每座的寬度為0.55米，排距為0.95米，那么，每座占地面積為0.55×0.95=0.5225㎡影響強度參數(shù)的因素：每座占地面積混響時間和強度系數(shù)G之間的關(guān)系由于混響時間和強度系數(shù)G之間的關(guān)系，考慮到混響時間的三個要素：混響時間、室內(nèi)空間、吸聲系數(shù)的關(guān)系，所以在設(shè)計音樂廳時，一旦混響時間RT和強度系數(shù)G兩個指標已經(jīng)確定，那么音樂廳的容積和聽眾規(guī)模也隨之可以確定。根據(jù)白瑞納克的計算，如果一個音樂廳設(shè)定的RT值為1.9秒，Gmid值為5dB，可以計算出室內(nèi)容積將是16080m3,觀眾席為1718座。6.低音比BR(BassRatio)從二十世紀60年代以來的研究發(fā)現(xiàn)，在音樂廳的音色感覺中，加強的低音是給人以音色溫暖感覺的主要因素，是音樂廳聲學(xué)特性中一個不可缺少的指標。在實際測量中，把混響時間125和250Hz的平均值和500和1000Hz的平均值之比，作為低音比BR，由此來測定混響時間中，低頻混響時間的情況，即音色溫暖感的情況。世界10佳音樂廳的技術(shù)指標低音比BR(BassRatio)最佳值世界最佳的10個音樂廳，低音比BR的平均值為1.11；主觀評價為“B+”的音樂廳，低音比BR的平均值為1.16；評價為“B,C+”級的音樂廳，低音比BR的平均值為1.11。所以低音比BR的優(yōu)選值為1.1-1.25之間。音樂廳低頻缺乏的原因音樂廳中低頻不足的一個重要原因是使用背后有空腔的薄木板。很多人都愿意看到音樂廳中有木裝修，認為木裝修能使音樂廳的聲音變得溫暖、親切。實際上真正能做得這一點的是厚3.8厘米的厚木板，而背后有空腔的薄木板實際上是一種低頻吸聲器，當聲音傳播到這樣的表面時，它會共振，吸收聲音能量，因而使低頻，進而使整個混響時間缺乏。許多二十世紀60年代前建設(shè)的音樂廳，由于大量使用薄木板裝修和錯誤地計算了觀眾的吸聲量，而使混響時間過短，成為負面的教訓(xùn)。7.表面擴散指數(shù)

（SurfaceDiffusivityIndex,SDI）

如果一個音樂廳的表面形狀都是光滑而平坦的，那么很容易產(chǎn)生駐波回聲，產(chǎn)生頻率染色效應(yīng)，這時聽到的聲音是脆而硬，或刺耳的。許多歷史悠久的優(yōu)秀音樂廳，由于其表面有許多裝飾、鑲板、雕像、不規(guī)則的物體，而使聲音在這些表面發(fā)生散射，使音色圓潤。1993年，漢恩和弗里克發(fā)展了一種方法，對音樂廳側(cè)墻和頂棚表面不規(guī)則的情況，用權(quán)重的方法予以計算。他們把擴散性分為三種：高擴散性（權(quán)重為1分）配置了深的凹進或原木桁條的藻井，或棋盤格頂棚（深度大于10cm）；或無規(guī)擴散構(gòu)件布滿整個頂棚面（深度大于5cm）；所有的面積必須不包含任何吸聲材料。

中擴散性（權(quán)重為0.5分）一系列折疊形表面；或用淺的凹進的裝飾處理（深度小于5cm）；或用高反射材料制作的半透聲屏后有平坦的混凝土層。低擴散性（權(quán)重為0分）大面積的鑲板；或光滑的曲面；或大的平坦而光滑的表面；或半透聲金屬網(wǎng)屏；或厚實的吸聲處理。表面擴散指數(shù)的計算然后對音樂廳內(nèi)每個表面的擴散性根據(jù)以上權(quán)重作計算。例如一個頂棚的總面積為3200m2，其中1000m2是光滑表面，剩余部分是深的藻井，這樣該頂棚被計算為“0×1000＋1×2200＝2200（分）”。用同樣的方法計算側(cè)墻（忽略端墻）的分值，然后用總分值除以用以計算的總面積，得到表面擴散指數(shù)SDI。表面擴散指數(shù)的最佳值用這樣的方法計算，3個最佳的A+音樂廳,SDI值均為1。7個A級音樂廳，SDI的平均值均為0.83。另一個極端的例子是評價為C+的布法羅小漢斯音樂廳和倫敦巴比肯音樂廳SDI值分別為0.3和0.23。8、對音樂廳技術(shù)指標的分析仔細研究，這7個指標其實與三個因素有關(guān)：一類是與混響時間有關(guān)，包括低音比BR,清晰度系數(shù)C80（dB），強度參數(shù)G。另一類與側(cè)向反射有關(guān)，包括空間感——視在聲源寬度，初始時延間隙。表面擴散指數(shù)與裝修設(shè)計有關(guān)。

對一個音樂廳來說，混響時間這個指標還是最重要的。因為它綜合反映了一個室內(nèi)空間對聲音能量吸收或反射的程度。賽賓公式（T=0.163V/āS）反映了混響時間與室內(nèi)空間容積和室內(nèi)吸聲系數(shù)之間的關(guān)系，這個關(guān)系并不復(fù)雜，卻非常重要。對音樂廳的建設(shè)來說，如果你想要有理想的混響時間，必須關(guān)注室內(nèi)空間容積和墻面及室內(nèi)的吸聲系數(shù)這兩個問題。如果忽視這兩個問題，音樂廳想取得理想的混響時間，很難說有什么把握。影響混響時間的因素混響時間中的頻率分布低音比BR實際上反映了混響時間中一個頻率分布的問題。因為不同的室內(nèi)表面材料對不同頻率的吸聲系數(shù)是不同的，為了使音樂廳的聲音具有溫暖感，必須使用低頻吸收率較低的材料，使低頻混響時間長于中頻混響時間，從而有優(yōu)選的低音比BR值，使音樂廳的聲音有溫暖感?；祉憰r間中的能量分布清晰度系數(shù)C80則反映了混響時間中能量分布的情況，它表示了混響中早期（80毫秒內(nèi)）與后期（80毫秒后）聲音能量的比例關(guān)系。由于清晰度系數(shù)C80的優(yōu)選值為－3.7至－2.7dB，是一個負值，這就意味著80毫秒以后的聲音能量應(yīng)大于80毫秒以前的能量，即混響時間要適當?shù)亻L，80毫秒后的聲音能量要適當?shù)貜?，否則就達不到這個值?；祉憰r間：單位面積的能量分布強度參數(shù)G從本身來說，反映了聽眾接受到的聲音強度。前述的幾項指標，都是表示聲音總能量的分布，而這個指標實際上表示觀眾單位面積的能量分布。進一步分析可以看到，這個指標表示了在一定的室內(nèi)空間和混響時間的條件下，觀眾席單位吸聲面積與聲音能量的一種關(guān)系。要保持適當?shù)膹姸葏?shù)G，觀眾席面積就必須限制在一定的規(guī)模內(nèi)。合