文立森

(華東建筑設(shè)計研究院有限公司聲學(xué)及劇院專項設(shè)計研究所，上海200070)

0 引 言

隨著中國近年來經(jīng)濟(jì)及文化的發(fā)展，國內(nèi)新建了大量的大劇院，其建筑聲學(xué)音質(zhì)效果很重要。國外對音樂廳與歌劇院的聲學(xué)效果早有研究，Beranek[1]對全世界有名的100個音樂廳及歌劇院進(jìn)行了聲學(xué)參數(shù)分析及評價，得到了具有代表性的歌劇院的建筑聲學(xué)參量優(yōu)選值，至今仍是劇院建筑聲學(xué)設(shè)計的最重要的參考。國內(nèi)大劇院主流的劇目與國外存在一定的差別，整體上音質(zhì)設(shè)計效果如何，是否存在差別等問題，目前仍缺乏相關(guān)的深入研究和總結(jié)評價。

混響時間作為目前建筑聲學(xué)音質(zhì)設(shè)計及評價里最重要的指標(biāo)，是聲學(xué)設(shè)計的主要設(shè)計參考指標(biāo)，因此本文通過實際測量，選取國內(nèi)較具代表性的1 200座以上的50個大劇院的混響時間進(jìn)行了分析(其中有觀眾廳體積數(shù)據(jù)的有45個)，研究國內(nèi)大劇院混響時間的范圍特性及其與其他參數(shù)的相關(guān)性，希望可為國內(nèi)大劇院建筑聲學(xué)設(shè)計提供參考。

1 廳堂測量統(tǒng)計概況

國內(nèi)劇場建筑設(shè)計規(guī)范[2]中把大于 1 200座的劇場歸類為大型劇場，同時各地大型的劇院更具有設(shè)計代表性、功能通用性及社會知名度，因此本文統(tǒng)計了如表1所示的各劇院。本文相關(guān)劇院的數(shù)據(jù)來源于華東建筑設(shè)計研究院有限公司聲學(xué)及劇院專項設(shè)計研究所近年來的現(xiàn)場測量，參考ISO 3382國際標(biāo)準(zhǔn)[3]測量脈沖響應(yīng)。測量均為空場條件；舞臺幕布為正常演出狀態(tài)；聲源統(tǒng)一設(shè)置在舞臺中心線大幕線后0.5 m的位置。

表1 劇院列表Table 1 List of theaters

2 混響時間特性分析

2.1 混響時間大小分布

50個劇院空場混響時間統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示。測量混響時間數(shù)值根據(jù)實際測量信噪比情況選用T30表示，即基于聲壓級衰變初次達(dá)到原始數(shù)值以下5 dB與35 dB的兩個時間點之間的衰變曲線線性外推出聲壓級衰變60 dB的衰變時間。結(jié)果顯示，各劇院混響時間的頻率特性為低頻(125、250 Hz平均，下同)時較高、高頻(2 000、4 000 Hz平均，下同)時較低，中頻混響時間平均值為1.55 s，低頻、高頻與中頻的混響時間比值分別為 1.19、0.90，整體滿足國家規(guī)范對劇院的頻率特性的要求[2]。

由圖1數(shù)據(jù)分布可見，同一頻率不同的劇院相差比較大，就中頻而言不同劇院的混響時間相差最大為 0.66 s，低頻、高頻時的混響時間在不同劇院相差更大。相對于Beranek[1]對大于1 200座的歌劇院優(yōu)選值建議的中頻滿場混響時間1.4～1.6 s，表1中 50個劇院的混響時間統(tǒng)計結(jié)果平均值按滿場估算預(yù)計在1.4 s左右，處于下限值范圍。

圖1 50個劇院不同頻率混響時間統(tǒng)計Fig.1 Statistics for reverberation time at different frequencies of 50 theaters

2.2 混響時間與早期衰變時間大小關(guān)系

早期衰變時間(Early Decay Time, EDT)作為評價混響感的另外一個指標(biāo)，與混響時間關(guān)系極其密切，統(tǒng)計 50個劇院中頻早期衰變時間與混響時間(Reverberation Time, RT)的大小關(guān)系如圖2所示。

圖2 中頻混響時間與中頻早期衰變時間的關(guān)系Fig.2 Relation between reverberation time(0.5 ～1 kHz)and early decay time

由圖 2可知，早期衰變時間明顯小于混響時間，50個劇院的早期衰變時間與混響時間的平均差值為0.2 s，最大差值為0.47 s，早期衰變時間與混響時間之比平均為0.78，說明在劇院中的聲能衰減并不是均勻衰減，而是早期聲能衰減比較快；作者統(tǒng)計過的16個音樂廳和16個加樂罩的劇院的早期衰變時間與混響時間的比值平均為 0.96[4]，而相同劇院有、無樂罩情況下早期衰變時間與混響時間的比值為0.96與0.88。說明由于劇院舞臺空間對聲音的吸收，導(dǎo)致了類似于莫方朔等[5]研究的無頂空間引起的前后期衰減不一致的特性。

對于相同混響時間的不同劇院，早期衰變時間的差別竟然達(dá)到0.4 s，是否因為受到體型、墻面吸聲或者擴(kuò)散程度的差異影響，需要更深入的研究。

2.3 混響時間與明晰度、清晰度的關(guān)系

混響時間與明晰度(Clarity)C80與清晰度(Definition)D50密切相關(guān)，測試結(jié)果如圖3、4所示。結(jié)果顯示明晰度隨混響時間的提高而下降，根據(jù)趨勢線，明晰度要達(dá)到1 dB的變化需要改變混響時間0.2 s，但在相同混響時間下不同的劇院明晰度最大有 2.1 dB的差別，明晰度的最小可察覺差(Just Noticeable Distortion, JND)為1 dB[3]。對于明晰度而言，根據(jù)國際上評價較高的歌劇院的音質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計，對于混響時間為滿場 1.4～1.6 s時，空場明晰度C80,3(500、1000、2 000 Hz 平均)為 1～3 dB[1]，本文中50個劇院的平均值則為2.7 dB，而混響時間空場大于1.5 s的劇院，其明晰度大部分也在這個范圍內(nèi)。

圖3 中頻混響時間與明晰度C80,3的對應(yīng)關(guān)系Fig.3 Relation between reverberation time (0.5～1 kHz)and clarity

中頻清晰度也隨混響時間的增大而下降，根據(jù)趨勢線清晰度D50要達(dá)到0.05的變化需要改變混響時間為 0.17 s，而相同混響時間情況下，不同劇院的中頻清晰度差別最大為 0.1(清晰度的 JND為0.05[3])。根據(jù)王季卿對D50與漢語言清晰度的關(guān)系研究，當(dāng)1 000 Hz的D50約大于0.45時，漢語清晰度能達(dá)到80%以上[6]，統(tǒng)計50個劇院的中頻清晰度平均值都為0.52，圖4中最小值為0.44，說明整體語言清晰度都能達(dá)到較高的水平。

圖4 中頻混響時間與中頻清晰度D50的對應(yīng)關(guān)系Fig.4 Relation between reverberation time (0.5～1 kHz)and definition

2.4 混響時間與每座容積、體積的關(guān)系

混響時間與觀眾廳體積、每座容積相關(guān)。劇場建筑設(shè)計規(guī)范要求混響時間隨觀眾廳容積的增加而增加[2]。由圖 5的結(jié)果顯示，混響時間與觀眾廳體積關(guān)系不大，按體積大小排序，前后相鄰體積劇院混響時間的最大差別為 0.58 s，而平均差別為0.18 s。

圖5 中頻混響時間與觀眾廳體積的對應(yīng)關(guān)系Fig.5 Relation between reverberation time (0.5～1 kHz)and volume of auditorium

劇場建筑設(shè)計規(guī)范對歌劇、舞劇功能的劇院要求觀眾廳每座容積為 5～8 m3；話劇、戲曲功能的劇院要求觀眾廳每座容積為4～6m3[2]。由圖6的結(jié)果顯示，每座容積明顯偏大于規(guī)范要求，且每座容積與混響時間無明顯的相關(guān)性。

圖6 中頻混響時間與每座容積的對應(yīng)關(guān)系Fig.6 Relation between reverberation time (0.5～1 kHz)and volume per seat

3 討 論

相對于國外歌劇院混響時間的優(yōu)選值范圍，國內(nèi)的大劇院混響時間略低，原因是歌劇演出并非大劇院演出的主要或者常用功能，國內(nèi)大劇院實際是以多用途劇場居多，聲學(xué)設(shè)計師會根據(jù)功能的定位而設(shè)計不同的混響時間，如電聲為主的劇院混響時間會設(shè)計較低，而有交響樂演出需求的劇院混響時間會設(shè)計略高。但對于部分有自然聲演出、交響樂演出功能的劇院，國內(nèi)外劇院混響時間則無太大的差別。說明國內(nèi)大劇院設(shè)計及建造一定程度上參考了國際上優(yōu)秀的歌劇院，同時也考慮了國內(nèi)劇院實際功能的需求。

早期衰變時間、清晰度、明晰度與混響時間的關(guān)系規(guī)律較明顯，在對應(yīng)的混響時間區(qū)間內(nèi)這三個參數(shù)也處于正常值范圍，說明了國內(nèi)劇院在混響與清晰度的平衡關(guān)系上也取得了一定的效果。

劇院觀眾廳體積及每座容積雖然是與混響時間關(guān)系密切的建筑參量，但實際上聲學(xué)設(shè)計并不單獨以此來設(shè)計混響時間大小，而是根據(jù)劇院的主要使用功能定位，在一定的容積范圍內(nèi)結(jié)合廳內(nèi)的吸聲布置實現(xiàn)混響時間的控制，導(dǎo)致其反而與混響時間數(shù)據(jù)上關(guān)系不大，甚至與設(shè)計規(guī)范的推薦值有所偏差。

4 結(jié) 論

國內(nèi)大部分的大劇院混響時間設(shè)計比較規(guī)范；小部分?jǐn)?shù)據(jù)與規(guī)律偏差較大，是由于其特殊且單一的特性，需要進(jìn)行更深入且有針對性的研究。若在混響時間不改變的同時能定向調(diào)整其他相關(guān)的參量，以此保證多方面音質(zhì)參數(shù)實現(xiàn)定向設(shè)計，可為達(dá)到音質(zhì)最佳的效果提供一個優(yōu)化設(shè)計的方向。研究結(jié)果對于國內(nèi)大劇院的聲學(xué)設(shè)計有重要的參考價值。

致謝 感謝多年來華東建筑設(shè)計研究院有限公司聲學(xué)及劇院專項設(shè)計研究所同事對數(shù)據(jù)的收集。