臺(tái)灣2000座音樂(lè)廳的1/10聲學(xué)模型測(cè)試

趙瑩 燕翔

(清華大學(xué)建筑學(xué)院建筑物理實(shí)驗(yàn)室 北京 100084)

位于臺(tái)灣高雄地區(qū)的衛(wèi)武營(yíng)綜藝中心是亞洲最大的文化設(shè)施, 它包含2000座的音樂(lè)廳,2230座的歌劇院, 1200座的劇場(chǎng),500座的演奏廳和一個(gè)4400立方米的樂(lè)隊(duì)排演大廳.建筑師是荷蘭mecanoo建筑事務(wù)所和臺(tái)灣的Archasia公司.在這座建筑內(nèi)的音樂(lè)廳中有大型管風(fēng)琴,它主要用于交響樂(lè)演出、重要的獨(dú)奏和管風(fēng)琴保留劇目。 然而,根據(jù)實(shí)際的亞洲文化生活,這個(gè)大廳將用于爵士樂(lè),流行曲演唱會(huì)和其他利用擴(kuò)聲系統(tǒng)的活動(dòng)。在這種使用潮流下,混響時(shí)間(RT)中頻將在1.6s---2.2s范圍內(nèi)可調(diào)。除了混響時(shí)間,這種經(jīng)典場(chǎng)館的設(shè)計(jì)應(yīng)創(chuàng)造一種親切,溫馨空間感強(qiáng)的氛圍。


臺(tái)灣已經(jīng)有幾座“鞋盒”式音樂(lè)廳,盡管這類形式對(duì)室內(nèi)音質(zhì)更有保障,但是在經(jīng)典音樂(lè)廳中,鞋盒型并非唯一的形式。臺(tái)灣南部的這個(gè)新的大廳被設(shè)計(jì)為“葡萄園”環(huán)繞式的大廳,與19世紀(jì)建造的著名鞋盒狀的音樂(lè)廳相比,今天的音樂(lè)廳的設(shè)計(jì)更加考慮觀眾的舒適感(兩排間距更大)。19世紀(jì)的擁有2000座的著名鞋盒音樂(lè)廳則會(huì)造成最遠(yuǎn)觀眾的距離過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題(遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于40米)。相反的,在這個(gè)“葡萄園”式音樂(lè)廳最遠(yuǎn)的觀眾距離為31m(相對(duì)指揮的位置),因此直達(dá)聲是更強(qiáng)的,尤其是在坡度較陡的樓層。


音樂(lè)家被觀眾在一個(gè)短的距離內(nèi)包圍著,音樂(lè)包圍的親密感非常不同于長(zhǎng)“鞋盒”式音樂(lè)廳。挑臺(tái)之下沒有觀眾,大廳給人以音樂(lè)殿堂的感受。葡萄園型音樂(lè)大廳內(nèi)部不具備像鞋盒狀大廳內(nèi)的側(cè)面反射墻,因此,這種漫反射是由包圍每組觀眾的平臺(tái)的反射弧墻面與欄板提供。彎曲形狀的座位后部(離地面的高度是1.2—1.3m)由多層板制成,同樣能夠有較大的空間感。

大廳的容積是24770立方米,每座容積率11.9立方米,當(dāng)舞臺(tái)上有80 名音樂(lè)家的情況下滿場(chǎng)的混響時(shí)間設(shè)計(jì)為2.1s(中頻500HZ時(shí))。雖然由于葡萄園的形式和“帳篷”式的頂棚,音樂(lè)廳觀眾的吸聲量比鞋盒音樂(lè)廳的吸聲量更大,所以內(nèi)部表面是由厚重的反射材料構(gòu)成,例如GRG板(容重1600kg/m3和面密度60—80kg/m2)等。而且,與一些音樂(lè)廳不同,光滑的內(nèi)表面也進(jìn)行了處理,這樣可以避免由梳狀過(guò)濾器引起的聲染色。廳內(nèi)大部分墻面、天花板、頂棚的表面都是采用了不同的擴(kuò)散處理(采用MLS和其他浮雕)。“火山”型的吊頂為觀眾席提供既高效又不過(guò)分強(qiáng)烈的反射聲。


舞臺(tái)上的活動(dòng)反射板可以調(diào)整距離舞臺(tái)面的高度(17m,14m,或9m),根據(jù)不同的音樂(lè)風(fēng)格可以調(diào)節(jié)早期反射聲和后期混響聲的比例(如同相機(jī)鏡頭的變焦)。大量的計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)模擬工作促進(jìn)了設(shè)計(jì)階段的調(diào)整和改進(jìn)工作。


盡管電腦模擬對(duì)制定決策相當(dāng)有幫助,但是它仍然基于聲線跟蹤技術(shù),忽略了三維空間對(duì)聲音擴(kuò)散的影響。在模擬用的三維模型中,很多幾何形狀上的變化被簡(jiǎn)化或忽略。聲音在座位區(qū)的掠射衰減過(guò)程很難用計(jì)算機(jī)模擬完成。因此,在經(jīng)過(guò)大氣吸聲矯正的條件下進(jìn)行了1:10縮尺模型測(cè)試。(見下圖)符合國(guó)際ISO3382標(biāo)準(zhǔn)。

由于在1/10的縮尺模型中高頻部分的空氣吸聲是非常嚴(yán)重的(例如:2kHz變?yōu)?0kHz),所以為了減少額外的空氣吸聲,模型中的大氣應(yīng)該通過(guò)以下方法進(jìn)行處理(a)模型中填充氮?dú)?(b)內(nèi)部的相對(duì)濕度降低2%~3% (c)通過(guò)計(jì)算修正空氣吸聲。

一些新的音樂(lè)廳使用了第一種方法,但是這種方法并不是唯一的。鑒于人們的工作條件(健康與舒適程度)和運(yùn)行效率(進(jìn)入模型多次改變麥克風(fēng)的位置等)這兩點(diǎn),此模型的測(cè)試是在長(zhǎng)期監(jiān)控的空氣相對(duì)濕度為2%的條件下進(jìn)行的,模型中空氣吸聲與真正音樂(lè)大廳(內(nèi)部空氣濕度為50%,溫度為20度)的效果一樣。


模型長(zhǎng)5m,寬4m高3.5m,外部是一個(gè)較大的不透氣的空間,以保證測(cè)試環(huán)境,同時(shí)配備了先進(jìn)的干燥系統(tǒng)全天24小時(shí)工作。測(cè)量的聲衰變曲線(“脈沖響應(yīng)”)有大于40dB的動(dòng)態(tài)范圍,所有這些是實(shí)際的計(jì)算機(jī)軟件不可能實(shí)現(xiàn)的(如“DIRAC”)。



除了聲學(xué)測(cè)試,此模型也運(yùn)用了光學(xué)檢測(cè)的方法。使用激光發(fā)射器,檢查墻和天花板每一個(gè)傾斜角角度的“聲反射”。例如,后墻傾斜可能產(chǎn)生長(zhǎng)延時(shí)回聲,即使它具有MLS的擴(kuò)散表面,但是它的擴(kuò)散效果在低頻部分是有限的。鑒于安全的原因,角度由原來(lái)的15度降到10度。

為獲得2000個(gè)觀眾和樂(lè)師“模型”的最終裝修材料與實(shí)際情況最真實(shí)的吸聲系數(shù),材料的樣品在1:10的縮尺混響室中測(cè)試。盡管在較低頻率部分吸聲的效果有所不同,但是精挑細(xì)選的測(cè)試材料與在實(shí)際1/1的規(guī)模中實(shí)際材料的吸聲系數(shù)是相接近的。所以測(cè)試的混響時(shí)間和音樂(lè)廳模型內(nèi)的其他參數(shù)指標(biāo)更加可信和對(duì)決策有利。


這個(gè)大廳不同用途時(shí)混響時(shí)間變化范圍在中頻是0.6s,從2.2s(演唱會(huì)),降至1.6s(爵士,激烈音樂(lè))。后一種情況,在天花板上7個(gè)采光洞口會(huì)被打開,500平米的絲絨簾幕會(huì)在二層挑臺(tái)懸掛在管風(fēng)琴前面。


很多時(shí)候,大鋼琴家在巨型舞臺(tái)上演奏他的保留劇目,延遲的反射聲和空曠的舞臺(tái)會(huì)影響鋼琴家的聽力以及突然的段音,因此,除了懸吊式反射板,模型測(cè)試提供了另一種解決方法:通過(guò)升降舞臺(tái)來(lái)幫助鋼琴家改善聽音反饋,同時(shí)使觀眾聽到自然穩(wěn)定的聲音。

經(jīng)過(guò)一系列理論研究,仍然很難根據(jù)電腦模擬和1:10縮尺模型測(cè)試結(jié)果評(píng)判音樂(lè)廳將來(lái)建成后的音質(zhì)。在施工階段,我們還需要做許多深入性的工作,包括在實(shí)際音樂(lè)廳中舉行的2—3場(chǎng)音樂(lè)會(huì)后進(jìn)行必然的調(diào)整。盡管音樂(lè)廳聲音效果問(wèn)題十分復(fù)雜而神秘,但它仍然是一個(gè)科學(xué)命題。



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