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台湾2000座音乐厅的1/10声学模型测试

发布时间:2015-01-06 12:03 来源:未知 阅读:

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赵莹 燕翔

(清华大学建筑学院建筑物理实验室 北京 100084)

位于台湾高雄地区的卫武营综艺中心是亚洲最大的文化设施, 它包含2000座的音乐厅,2230座的歌剧院, 1200座的剧场,500座的演奏厅和一个4400立方米的乐队排演大厅.建筑师是荷兰mecanoo建筑事务所和台湾的Archasia公司.在这座建筑内的音乐厅中有大型管风琴,它主要用于交响乐演出、重要的独奏和管风琴保留剧目。 然而,根据实际的亚洲文化生活,这个大厅将用于爵士乐,流行曲演唱会和其他利用扩声系统的活动。在这种使用潮流下,混响时间(RT)中频将在1.6s---2.2s范围内可调。除了混响时间,这种经典场馆的设计应创造一种亲切,温馨空间感强的氛围。

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台湾已经有几座“鞋盒”式音乐厅,尽管这类形式对室内音质更有保障,但是在经典音乐厅中,鞋盒型并非唯一的形式。台湾南部的这个新的大厅被设计为“葡萄园”环绕式的大厅,与19世纪建造的著名鞋盒状的音乐厅相比,今天的音乐厅的设计更加考虑观众的舒适感(两排间距更大)。19世纪的拥有2000座的著名鞋盒音乐厅则会造成最远观众的距离过长的问题(远远大于40米)。相反的,在这个“葡萄园”式音乐厅最远的观众距离为31m(相对指挥的位置),因此直达声是更强的,尤其是在坡度较陡的楼层。

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音乐家被观众在一个短的距离内包围着,音乐包围的亲密感非常不同于长“鞋盒”式音乐厅。挑台之下没有观众,大厅给人以音乐殿堂的感受。葡萄园型音乐大厅内部不具备像鞋盒状大厅内的侧面反射墙,因此,这种漫反射是由包围每组观众的平台的反射弧墙面与栏板提供。弯曲形状的座位后部(离地面的高度是1.2—1.3m)由多层板制成,同样能够有较大的空间感。

大厅的容积是24770立方米,每座容积率11.9立方米,当舞台上有80 名音乐家的情况下满场的混响时间设计为2.1s(中频500HZ时)。虽然由于葡萄园的形式和“帐篷”式的顶棚,音乐厅观众的吸声量比鞋盒音乐厅的吸声量更大,所以内部表面是由厚重的反射材料构成,例如GRG板(容重1600kg/m3和面密度60—80kg/m2)等。而且,与一些音乐厅不同,光滑的内表面也进行了处理,这样可以避免由梳状过滤器引起的声染色。厅内大部分墙面、天花板、顶棚的表面都是采用了不同的扩散处理(采用MLS和其他浮雕)。“火山”型的吊顶为观众席提供既高效又不过分强烈的反射声。

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舞台上的活动反射板可以调整距离舞台面的高度(17m,14m,或9m),根据不同的音乐风格可以调节早期反射声和后期混响声的比例(如同相机镜头的变焦)。大量的计算机和计算机模拟工作促进了设计阶段的调整和改进工作。

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尽管电脑模拟对制定决策相当有帮助,但是它仍然基于声线跟踪技术,忽略了三维空间对声音扩散的影响。在模拟用的三维模型中,很多几何形状上的变化被简化或忽略。声音在座位区的掠射衰减过程很难用计算机模拟完成。因此,在经过大气吸声矫正的条件下进行了1:10缩尺模型测试。(见下图)符合国际ISO3382标准。

由于在1/10的缩尺模型中高频部分的空气吸声是非常严重的(例如:2kHz变为20kHz),所以为了减少额外的空气吸声,模型中的大气应该通过以下方法进行处理(a)模型中填充氮气 (b)内部的相对湿度降低2%~3% (c)通过计算修正空气吸声。

一些新的音乐厅使用了第一种方法,但是这种方法并不是唯一的。鉴于人们的工作条件(健康与舒适程度)和运行效率(进入模型多次改变麦克风的位置等)这两点,此模型的测试是在长期监控的空气相对湿度为2%的条件下进行的,模型中空气吸声与真正音乐大厅(内部空气湿度为50%,温度为20度)的效果一样。

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模型长5m,宽4m高3.5m,外部是一个较大的不透气的空间,以保证测试环境,同时配备了先进的干燥系统全天24小时工作。测量的声衰变曲线(“脉冲响应”)有大于40dB的动态范围,所有这些是实际的计算机软件不可能实现的(如“DIRAC”)。

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除了声学测试,此模型也运用了光学检测的方法。使用激光发射器,检查墙和天花板每一个倾斜角角度的“声反射”。例如,后墙倾斜可能产生长延时回声,即使它具有MLS的扩散表面,但是它的扩散效果在低频部分是有限的。鉴于安全的原因,角度由原来的15度降到10度。

为获得2000个观众和乐师“模型”的最终装修材料与实际情况最真实的吸声系数,材料的样品在1:10的缩尺混响室中测试。尽管在较低频率部分吸声的效果有所不同,但是精挑细选的测试材料与在实际1/1的规模中实际材料的吸声系数是相接近的。所以测试的混响时间和音乐厅模型内的其他参数指标更加可信和对决策有利。

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这个大厅不同用途时混响时间变化范围在中频是0.6s,从2.2s(演唱会),降至1.6s(爵士,激烈音乐)。后一种情况,在天花板上7个采光洞口会被打开,500平米的丝绒帘幕会在二层挑台悬挂在管风琴前面。


很多时候,大钢琴家在巨型舞台上演奏他的保留剧目,延迟的反射声和空旷的舞台会影响钢琴家的听力以及突然的段音,因此,除了悬吊式反射板,模型测试提供了另一种解决方法:通过升降舞台来帮助钢琴家改善听音反馈,同时使观众听到自然稳定的声音。

经过一系列理论研究,仍然很难根据电脑模拟和1:10缩尺模型测试结果评判音乐厅将来建成后的音质。在施工阶段,我们还需要做许多深入性的工作,包括在实际音乐厅中举行的2—3场音乐会后进行必然的调整。尽管音乐厅声音效果问题十分复杂而神秘,但它仍然是一个科学命题。



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