——浅谈扩声设备与厅堂体形设计

  航天广电高级工程师·娄爱平

  扩声设备的作用是弥补建筑声学的不足!

  这句话绝对了些，应该说是音质主动控制系统的作用是弥补建筑声学的不足，但是我们在进行扩声系统的设计时，很多时候忽略了建筑声学，而厅堂的体形设计正是建筑声学中一个很重要的环节。

  在进行扩声系统的设计时，首先要考虑的是厅堂的使用功能，如果是音乐厅，演出时大多数靠自然声，扩声系统至多起辅助作用;如果是剧场，在音质设计时必须兼顾语言、唱词的清晰度以及音乐的丰满度的要求;如果是多功能厅，则要区分是音乐厅型的多功能厅还是剧场型的多功能厅;如果是体育馆，就必须使用扩声系统，因为它自然声演出的可能性很小……

  以音乐厅为例，音乐厅的体型设计起初并没有理论指导，1962年建成的美国纽约菲哈莫尼音乐厅，由于音质不满意，四度翻修，1976年最后按鞋盒式体型彻底改建，终于获得较满意的音质效果，现改名费舍尔音乐厅。因此，不少人迷信只有鞋盒式才能达到完美的音质。直到1895年，赛宾发现了计算混响时间的公式，奠定了厅堂声学的科学理论基础。之后，特别是二战之后兴建的音乐厅有许多是非鞋盒式，如1951年的伦敦皇家节日厅，1956年斯图加特的里德厅，1959年的波恩贝多芬音乐厅、1960年的萨尔茨堡节庆厅，还有1958北京建成的人民大会堂，音质都很好。

  因此，鞋盒式虽然是一种较保险的容易达到理想音质的音乐厅体型，但是音乐厅设计不同于乐器设计，不能千厅一样，总是需要在建筑形式上不断创新。事实上，不少新的音乐厅体型仍可达到完美的音质效果。

  那么，厅堂的体形如何设计与建造才能使其音质效果更优呢?

  以鞋盒式古典音乐厅、山地葡萄园座席及环绕式厅和带有可变耦合混响空间的音乐厅为例：

  一、鞋盒式古典音乐厅：

  19世纪后半叶，在欧洲出现了以维也纳音乐友协音乐厅为代表的一批被称为鞋盒式的古典音乐厅。其特点是矩形平面、窄厅、高顶棚有一或两层浅楼座和较丰富的内部装饰构件。古典音乐厅之所以出现这种体型，并非设计者受什么声学原理指导，主要是由于当时的材料、结构和设备水平所决定的。20世纪最著名的剧院建筑家乔治伊泽诺尔(Cogelenou)曾指出，古代至19世纪末，厅堂的宽度从未超过24.4m,这是由木结构内所决定的。至于高项棚，则主要是出于厅堂对流换气的需要，使观众产生的热气通过高侧窗排出室外。而新鲜空气则由下部进人厅堂，保持观众厅空气的清新。但矩形平面的餐厅恰好能给观众席提供丰富的早期侧向反射声，高顶棚又使混响时间较长，核座包厢与装饰物则对声波起扩散作用。这些因素决定了鞋盒式音乐厅的优良音质。世界上公认的三个音质最好的大厅:维也纳音乐厅、阿姆斯特丹音乐厅及波士顿音乐厅均为鞋盒式(只是阿姆斯特丹音乐厅较宽，宽度达27.7m)。因此，长期以来，鞋盒式音乐厅成为不少后建的音乐厅争相仿效的楷模。例如，1971年建成的美国肯尼迪表演艺术中心音乐厅及1986年建成的柏林绍斯皮尔音乐厅，基本上是沿用了这种传统形式。

  二、山地葡萄园座席及环绕式厅

  1963年，由建筑师夏隆和声学家克莱默设计的柏林爱乐乐厅大胆采用不规则平面及山地葡萄园式座位区的新颖形式.并在座位布置中采用环绕乐台的新格局。该厅由于具有优良的音质，动摇了只有鞋盒式厅才能产生完美音质的神话。所谓环绕式布局，即在乐台的侧面与后面安排部分观众席。这种布局，最早源于英国厅堂的一种传统，即在乐队的后部设合唱区。当不需要合唱队时，合唱区就成为观众席。但有意识地布置环绕式座位区，则是从柏林爱乐乐厅开始的。

  环绕式布局的优点是可争取较多的观众席靠近乐台布置，同时加强了乐师与观众的联系，活跃了音乐厅的气氛。缺点是由于乐器声的指向性主要是朝向前方，故位于乐台侧面和后面的座席音质较差。而且，侧面的观众可能首先听到近侧的乐器声，对远侧的乐器声的听闻就受到影响，不易达到各声部的平衡。然而有些观众为了能看清指挥的表情和动作，仍宁愿选择乐台后侧的座位。

  山地葡萄园式的布局使各座位区高低错落，其栏墙可向临近座位提供早期反射声，并且可使声音扩散，因此可取得良好的音质效果。这种环绕式布局以及将座位分区布置于不同高度的设计成了70~80年代音乐厅的新典范。不少新建的厅堂乐于采用这种格局。如1973年建成的悉尼歌剧院音乐厅、1980年建成的旧金山戴维斯交响乐厅和1982年建成的多伦多罗伊●汤普逊厅等均是环绕式厅。

  三、带有可变耦合混响空间的音乐厅

  80年代以来，若干新设计的音乐厅对声学环境的要求更为考究，音质设计更为深入细致。即便是专用音乐厅，对于在其中上演不同类型和风格的音乐作品，也希望能调整其空间形式，变化其混响时间和频率特性，以便营造出与上演的音乐作品更加贴合的声学条件。过去厅堂混响时间的调节，多依赖于可调吸声结构来实现。但是通常可调吸声结构对中高频吸声量的改变较为有效，欲改变低频吸声量则较为困难。同时，吸声量的改变与体积的变化对音质的影响是并不完全等同的。例如，过去的厅堂设计者常希望音乐厅中频混响时间达到2.1s,但为了保证音乐清晰度的要求，往往采取折衷的办法，使之缩短为1.65-1.75s。如果在音乐厅中另设混响空间来提供混响声，延长混响时间，则可兼顾到清晰度的要求。而这靠可调吸声结构是不易办到的。因此，新一代的音乐厅更注重设置可调耦合空间来改变厅堂的声学条件。如1989年建成的美国达拉斯的麦耶逊●麦克德尔莫特音乐厅，以及1991年建成的英国伯明翰交响乐厅等都采取这种形式。

  这种耦合房间有的设置在乐台后侧，有的设置在观众厅上部，有的则设置在观众厅旁边，还有的厅堂考虑利用地下空间声场的作用。总之，可通过宽度和高度的变化来创造可调耦合空间。美国著名的阿替克声学顾问公司构想了厅堂新形式，将混响室设在与观众厅同一水平上，同时具有垂直可移动的顶棚。这些侧面的混响室关闭时，门和拱腹尚可提供早期侧向反射声，当厅堂处于最小体积时，混响时间最短，适合于独奏和室内乐演出，也可兼作会堂;当处于厅堂宽度拓展至35m时，厅堂具有较长的混响时间，适合于演出交响音乐;当处于高度可与教堂相类比，宽度仍为35m，适合于管风琴音乐或大型合唱和交响乐作品的演出。

  有些音乐厅则属于上述典型体型的变型，如扇形、钟形及多边形等，还有其它不规则形。有的则是上述典型设计的混合物，如建于1986年的日本东京三得利音乐厅可视为采用鞋盒式厅的基本是矩形的平面以及山地葡萄园形环绕式厅的座位布置和凸弧状扩散顶棚的结合体。

  综上所述，厅堂体形设计原则如下：

  ①充分利用声源的直达声。

  ②争取和控制早期反射声，使其具有合理的时间和空间分布。

  ③适当的扩散处理，使声场达到一定的扩散程度。

  ④防止出现声学缺陷，如回声、多重回声、声聚集、声影以及在小房间中可能出现的低频染色现象。