你看不到的才更偉大,頂級音樂廳內(nèi)藏的聲學(xué)奧秘

上個世紀(jì)中段,人們根據(jù)音樂特性的不同,逐漸將音樂廳從歌劇院中分離出來。而在此前,音樂會一般是在有舞臺的歌劇院中演出,因為舞臺可以滿足舞臺布景和作品多樣化的需求。然而,由于高大的舞臺空間會造成聲能的損失,使得舉辦音樂會時不得不在劇院舞臺上加裝音樂反射罩。盡管這些音樂反射罩重量大,組裝難,造價高,但它的出現(xiàn)為音樂廳的誕生做出了很大的貢獻。各國建筑聲學(xué)的專家開始依據(jù)發(fā)射罩對聲音控制的原理,相繼設(shè)計了各種獨具特色的音樂廳。
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音樂廳的空間形式分類,大致可分為兩種:一個是傳統(tǒng)“鞋盒式”音樂廳,另一個是非“鞋盒式”音樂廳。傳統(tǒng)“鞋盒式”音樂廳是早期音樂演奏室的發(fā)展與升華。其平面形狀為矩形,空間比例接近1:1:2(長:寬:高),沿后、側(cè)墻設(shè)有淺挑臺,演奏區(qū)和聽音樂共處在同一空間中,廳內(nèi)裝修華麗,具有大量的雕塑及大型吊燈等?,F(xiàn)代“非鞋盒式”音樂廳為了容納更多的聽眾、創(chuàng)造更舒適的試聽環(huán)境及突破傳統(tǒng)“觀“、”演“雙方隔離的模式而產(chǎn)生,并出現(xiàn)圓形、橢圓形、扇形、多邊形和不規(guī)則型等多種多樣的廳堂形式,其設(shè)計宗旨都是既要繼承傳統(tǒng)”鞋盒式“音樂廳的良好音質(zhì),又要滿足現(xiàn)代音樂廳所提出的各種需求。世界上音效出眾的音樂廳中不少都是鞋盒形的。維也納金色大廳、阿姆斯特丹皇家音樂廳、波士頓交響樂廳等,這些音樂廳形態(tài)的雛形,源于已被焚毀的舊萊比錫布商大廈音樂廳。鞋盒廳普遍聲效不均勻,但不同位置各有趣味。
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音樂廳的聲學(xué)設(shè)計
著名聲學(xué)設(shè)計師L.Cremer在設(shè)計柏林愛樂交響樂廳時享有很大的決定權(quán),比如他自主采用梯田式的觀眾席布局,以及對觀眾廳的內(nèi)部形態(tài)、空間體型、裝飾圖案及構(gòu)造。對于該廳的設(shè)計,L.Cremer繼承了二十世紀(jì)初賽賓室內(nèi)聲學(xué)的研究成果,并應(yīng)用了學(xué)院對于室內(nèi)聲學(xué)的最新研發(fā)成果。同時,還對于各種音質(zhì)評價參數(shù)進行了仔細(xì)研究。到上世紀(jì)五十年代,L.Cremer的研發(fā)成果首先在德國室內(nèi)聲學(xué)界得到應(yīng)用。
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正如L.Cremer設(shè)計的柏林愛樂交響樂廳,當(dāng)中成功之處在于這種形式能夠在早期反射聲和后期反射聲之間取得平衡,使每個座位都能獲得較好的包圍感。其平衡是通過控制早期反射聲和后期反射聲的分配而得到的。這個進步得益于縮尺實體模型能夠?qū)⒙曣嚵锌梢暬蚅.Cremer教授在禮堂音質(zhì)這個領(lǐng)域的專業(yè)經(jīng)驗。L.Cremer教授曾說過,在法國尼斯阿波羅音樂廳的建設(shè)中,他之所以能夠成功地把握因素,就是在于他完全掌控了對該廳的設(shè)計。并且,該廳還是第一個使用梯田式設(shè)計的廳堂。
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細(xì)節(jié)處理
混響時間是繼聲壓級(響度)之后的重要聲學(xué)指標(biāo)。它與廳堂的容積密切相關(guān)。廳堂容積大,混響時間長,反之,混響時間短。不同的音樂或同類音樂的不同作品,對混響時間也有各自的要求;音樂廳要求長混響,室內(nèi)樂稍低,而合唱、獨奏和重奏更低些。此外,噪聲和震動的控制也需留意。當(dāng)中可運用圍欄結(jié)構(gòu)隔聲,這主要包括墻體、樓(地)板、屋頂及門窗的隔音處理。還要對空調(diào)系統(tǒng)的消聲,降低通風(fēng)機通過管道傳入音樂廳的噪聲和進出口引起的氣流噪音,再加上其他工程設(shè)備如電梯、發(fā)電機房、以及舞臺燈光機械設(shè)備的噪音處理和減震。
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為了使音樂廳達(dá)到設(shè)計預(yù)計的最佳混響時間,保證良好的混響頻率特性外,還應(yīng)注意幾個問題:1、合理確定演奏廳的每座容積:音樂廳每座的容積是根據(jù)演奏音樂作品種類不同而定,大致控制在6-10m3/座為宜。2、減少聽眾與座椅的聲吸收:在音樂廳聽眾和座椅的聲吸收,約占廳內(nèi)總吸聲量的80%左右,因為,在設(shè)計混響時間控制是不要忽略了座椅的選擇。3、反射板與擴散體的設(shè)計:反射主要為了縮短反射與直達(dá)聲的聲程差;擴散是為了使大廳擁有均勻的聲場和良好的頻率響應(yīng)并消除音質(zhì)缺陷。
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如何控制反射聲的過程
鑒于音樂廳的尺度、形式、材料、觀眾廳布局和樂隊之間的相互作用,以及在廳堂中聲音傳播的特性,在演藝建筑的設(shè)計中,聲學(xué)設(shè)計師應(yīng)該扮演引導(dǎo)者的角色。聲學(xué)設(shè)計師應(yīng)該控制墻體反射的波形。而且需要聲學(xué)設(shè)計師和建筑師一起制定詳細(xì)的墻體處理方案,這樣在建筑師每次做出形狀或材料的選擇后,聲學(xué)設(shè)計師都能夠用聲學(xué)語言將修改的結(jié)果表達(dá)出來。通過這種方式,建筑師才能夠設(shè)計出具有良好音質(zhì)的廳堂。
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因此,通過這一互動過程,就可以確定墻體的尺度和方位及構(gòu)造,把握圍護結(jié)構(gòu)的處理,觀眾廳的分割墻,吊頂?shù)男问?,整體內(nèi)部形態(tài),尤其要控制圍護結(jié)構(gòu)材質(zhì)及其構(gòu)造的聲學(xué)響應(yīng),把握座椅的形狀及聲學(xué)特性。
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列舉幾個著名音樂廳的聲學(xué)玄機
維也納金色大廳、阿姆斯特丹音樂廳、波士頓音樂廳都是比較有名的古典音樂廳,音樂廳內(nèi)的聲音效果能夠讓世人所稱頌,建筑聲學(xué)設(shè)計是其能揚名世界的重點。我們首先看看維也納的金色大廳,這是世界上最為輝煌的音樂大廳,于1867年由出生丹麥的著名建筑師漢森設(shè)計。維也納金色大廳寬20米、高17.5米、長35米。資料記載大廳容積15000立方米,座位1840座,站位500個,每席容積8.9立方米,滿場中頻(500Hz)混響時間2.1秒。人們認(rèn)為維也納金色大廳的高、寬組成近似于正方形的橫截面,寬、長近似1比2,和適中的寬度都是音響空間的理想組合,有利于大量側(cè)向反射聲到達(dá)觀眾席,產(chǎn)生良好的空間感;女神像等裝飾形成了凸凹豐富的表面,有利于漫反射形成更加均勻的聲場;磚墻上涂石膏灰泥,形成恰到好處的反射;較長的混響,不算大的空間,保證有足夠的聲能密度等等,這些都與現(xiàn)代理論相吻合。而金色大廳的屋頂,有九個三角型大鋼結(jié)構(gòu)架,架在兩邊承重墻上,負(fù)荷著屋頂?shù)闹亓浚摷苌仙煜赂摻?,吊起云杉木料的天花。天花上面鋪了磚塊,天花的表面涂上了石膏灰泥,外表鍍金,形成了一個略有彈性的大天花。整個天花上面的空間形成了一個巨大的共鳴箱,這也是造就金色大廳優(yōu)良音質(zhì)的重要原因。
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阿姆斯特丹音樂廳建于1888年,2013年4月11日(音樂廳建成125周年),荷蘭女王授予阿姆斯特丹音樂廳皇室稱號,所以,至那時起它又被稱為荷蘭皇家音樂廳。該音樂廳的座位數(shù)為2037座,長、寬、高分別為26.2 m、27.7 m、17.1 m,體積為18780m3,每座容積為9.2 m/座。座椅總占地面積843 ㎡,每個座椅占地面積為0.41 ㎡/座,相比目前國內(nèi)音樂廳每座容積0.52 ㎡/座而言,阿姆斯特丹音樂廳座椅的舒適度要差一些。有聲學(xué)專家認(rèn)為,反射聲紋理能夠更好地反映音樂廳的音質(zhì)效果,因此對阿姆斯特丹音樂廳的池座、側(cè)包廂、樓座以及舞臺后部座區(qū)分別設(shè)立測點測試反射聲紋理。得出結(jié)論是:由于阿姆斯特丹音樂廳極佳的擴散性,各個測點的混響聲都比較豐富,且沒有比較大的反射聲存在。因此,在此音樂廳不會存在“眩聲”等刺耳的聲音,而且聽起來豐滿且圓潤。各個測點混響聲的方向來自四面八方,環(huán)繞感非常好。
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素有“全球音響效果第一名”之美譽的波士頓交響音樂廳,由哈佛大學(xué)著名聲學(xué)教授賽賓根據(jù)他通過實驗得出的室內(nèi)混響時間的理論作為指導(dǎo)設(shè)計建造。全廳共 2631 座,且保留了該廳 ” 鞋盒式 ” 體型的空間比例,混響時間為 1.8 秒,其現(xiàn)場的音效被專業(yè)級音響人士視為 ” 原音重現(xiàn) ” 標(biāo)準(zhǔn)。側(cè)墻有兩層淺挑臺,后墻有兩層挑臺,演奏區(qū)為盡端式,側(cè)墻和頂棚具有V度,以利反射。廳的高度(H)為18.5m,寬度(W)為23m,長度(L)為39.5m,空間比例(H:W:L為1 :1. 24 : 2. 14,符合“黃金率”。賽賓在設(shè)計該廳時,堅持了聲學(xué)科學(xué)的原則,拒絕了業(yè)主提出容量為維也納容量(1680座)兩倍的要求,而為2631座,保持了該廳的“鞋盒式”的空間比例,同時改進了演奏臺,以利音樂更好的反射。
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總結(jié)
音樂廳的聲學(xué)設(shè)計要求與建筑藝術(shù)緊密相結(jié)合,如何把音樂、聲學(xué)和建筑學(xué)三者完美交融,創(chuàng)造出一種令使用者能完美地接受音樂的氛圍,這是音樂廳設(shè)計的重點。一些經(jīng)典的音樂廳固然偉大,但潛藏在其背后、我們又難以看到的聲學(xué)奧秘,實際上會不會更讓人嘆服呢?