小型厅堂音质设计浅析
小型厅堂音质设计浅析
以波动理论为依据，对厅堂内部声场加以分析，并通过工程实例，阐明小型厅堂音质设计的原则和要点．
在有声学要求的厅堂的建筑设计中，建筑声学的设计贯穿始终．建筑声学设计的内容通常包括噪声控制与厅堂音质两方面的内容．前者保证厅堂有一安静的背景环境，后者则是保证厅堂具备按其功能应有的音质条件．因此，对厅堂建筑声学状况的评价就包括诸如背景噪声较低、响度合适、清晰度较高、丰满度较好、声场较均匀以及不出现声缺陷（回声、声聚焦等）．新建的、较大型的厅堂的建筑声学设计一般是比较全面而严密的，声学专家对其音质给予周密地考虑．但对于面积小于100m2，容积小于200～300m3的小型厅堂，特别是改建的项目，由于其投资小，而且经常将其并入室内装修、装饰工程中．设计者及施工者偏重艺术表现、视觉效果，而忽略声学效果的实现措施，从而造成音质不良，影响使用，甚至出现返工．小型厅堂恰恰是因其体积小，几何线度小，容易出现一些难以克服的弊病，更应引起设计者的注意．近年来，随着经济的发展，随着人们对音乐艺术要求的提高，小型的录音棚、演播室、播音室、歌舞厅、影视厅、会议室大量出现．对于这些投资小、使用方便灵活、易于建造的小型厅堂，其音质设计标准如何确定？按照什么原则、采取什么措施才能得到好的音质？这些问题的研究具有一定的应用价值．
1.室内声场的特点
根据波动声学的理论，当声波在厅堂内部传播时．如果内表面反射较强，就可能使厅堂的某些固有频率（简正频率）受到激发而引起房间的共振．这种共振现象表现为两个方面：一是某一频率的声音在房间中某些位置特别加强，而在另一些位置特别减弱．形成了驻波，使室内声场不均匀；二是声音中某些频率成分特别加强而形成“声染色”现象．即在原声波中出现某一频率声音异常地加强，房间的共振现象在小型厅堂中格外严重．由波动声学理论计算的结果可知。如果房间内壁是刚性的，并假设房间边长分别是lx,ly,lz的矩形体型，，则根据直角坐标系的波动方程及刚性壁面的边界条件
（1）
由（4）式可发现房间容积V越大，计算频率fc越高，则房间可能激发的共振频率总数N越大．大量驻波方式的迭加，恰好可以把驻波产生的效应消去，从而使声场趋于均匀．小容积的厅堂共振仅发生在少数频率上，而造成“声染色”现象．
正是由于厅堂容积大，声波频率高，容易产生均匀的声场，所以除了小型单人练琴房、小型语言播音室及小型演播、录音室外，一般的演播室、录音棚、会议室，其容积宜大于300m3．
2.小型厅堂声学设计要点
小型厅堂进行音质设计及噪声控制设计时应注意：
（1）小型录音、演播室如为矩形，则其长、宽、高尺寸不应相等或成比例，而应按无理数列．如长：宽：高=1.60：1.25：1。
（2）小厅室宜采用不规则体型，避免出现平行平面．以消除声学缺陷．
（3）增强壁面的声吸收，可展宽共振频率的宽度，以消除声染色现象．建议吸声系数平均值大于0．3．吸声材料的量可由伊林公式确定．
笔者1989年所作的抚顺乙烯化工厂电视台演播室采用矩形体型，其长：宽：高=2.4：1.5：1．顶棚采用折板扩散构造并与灯箱组合，壁面采用穿孔板共振吸声结构，地面铺羊毛地毯，室腔中填充矿渣棉（50mm），以增强壁面吸声（见图）．而1991年所作辽宁半岛音像社录音棚声学设计，属改建项目．采用梯形平面，并以柱面扩散体布置于一面墙．顶棚设置尺寸不一的圆柱形扩散体可避免声缺陷（见图2）．
（4）必要时可考虑低频吸收器：小型厅室内的“嗡’”声（hollow tone）是由于音频范围的低频声段几乎未受阻尼吸收产生的共振所引起，应用具有较窄吸收带的亥姆霍兹共振腔对此频率的声波强吸收，可使这种振动衰减．
（5）音质评价，主要应强调清晰度．在音质设计时，可使混响时间曲线在低频时更低一些，而且把传声器设于“混响半径”之内，使直达声声场更居优势，以保证清晰度，获得较好音质（或录音音质）．对于容积小于100m3的录音演播室、播音室，建议的最佳混响时间（RT）为0.3S至0.4S。这样不会造成令播音者、表演者感到沉闷不适的“死寂”．
（6）噪声的隔绝．位干楼厦之中的小型厅室，尤其是改建的工程，应做好空气声的隔绝，必要时也应考虑固体声的隔绝．
声波正入射时，空气声隔声量的表达式
（5）
其中，R0为隔产量ρ为容重,C为声速，m为板的面密度．
由（5）式可知，如不考虑吻合效应，则面密度越大，板的隔声量越大，此即质量定律．所以如果小型厅室以砖筑墙，其空气隔声效果会很好．但考虑到结构承载能力，在实际工程中经常采用轻质复合结构作为墙、棚等围护结构．采用两层或三层轻板以龙骨形成中空的轻墙，有很好的空气声隔声性能，如在空腔中嵌以吸声棉效果更好．龙骨可采用轻钢龙骨、石膏龙骨、木龙骨等；板则有石膏板、密度板、水泥刨花板、金属板等；吸声棉可采用岩棉、矿棉或价格较高、性能较好的细玻璃棉．这些轻质复合板约能提供40～50dB的平均隔声量．
(a)双层板中空结构 (b)单层板封闭盒结构 (c)三层板双间层结构
图4 轻质复合墙构造
为了保证隔声效果，对隔声门、隔声窗的隔声性能应以墙体隔声性能为依据，由等传声量原则得出，即
其中 ΔL——固体声改善值；
f0——包括浮筑建筑构成的弹性系统的共振频率；
f——外来噪声频率．
可知，共振频率f0越低，固体声改善值越大．较大的质量、较高的弹性是有利的．