趙瑩 燕翔

(清華大學建筑學院建筑物理實驗室 北京 100084)

位于臺灣高雄地區的衛武營綜藝中心是亞洲最大的文化設施, 它包含2000座的音樂廳,2230座的歌劇院, 1200座的劇場,500座的演奏廳和一個4400立方米的樂隊排演大廳.建筑師是荷蘭mecanoo建筑事務所和臺灣的Archasia公司.在這座建筑內的音樂廳中有大型管風琴,它主要用于交響樂演出、重要的獨奏和管風琴保留劇目。 然而,根據實際的亞洲文化生活,這個大廳將用于爵士樂,流行曲演唱會和其他利用擴聲系統的活動。在這種使用潮流下,混響時間(RT)中頻將在1.6s---2.2s范圍內可調。除了混響時間,這種經典場館的設計應創造一種親切,溫馨空間感強的氛圍。

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臺灣已經有幾座“鞋盒”式音樂廳,盡管這類形式對室內音質更有保障,但是在經典音樂廳中,鞋盒型并非唯一的形式。臺灣南部的這個新的大廳被設計為“葡萄園”環繞式的大廳,與19世紀建造的著名鞋盒狀的音樂廳相比,今天的音樂廳的設計更加考慮觀眾的舒適感(兩排間距更大)。19世紀的擁有2000座的著名鞋盒音樂廳則會造成最遠觀眾的距離過長的問題(遠遠大于40米)。相反的,在這個“葡萄園”式音樂廳最遠的觀眾距離為31m(相對指揮的位置),因此直達聲是更強的,尤其是在坡度較陡的樓層。

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音樂家被觀眾在一個短的距離內包圍著,音樂包圍的親密感非常不同于長“鞋盒”式音樂廳。挑臺之下沒有觀眾,大廳給人以音樂殿堂的感受。葡萄園型音樂大廳內部不具備像鞋盒狀大廳內的側面反射墻,因此,這種漫反射是由包圍每組觀眾的平臺的反射弧墻面與欄板提供。彎曲形狀的座位后部(離地面的高度是1.2—1.3m)由多層板制成,同樣能夠有較大的空間感。

大廳的容積是24770立方米,每座容積率11.9立方米,當舞臺上有80 名音樂家的情況下滿場的混響時間設計為2.1s(中頻500HZ時)。雖然由于葡萄園的形式和“帳篷”式的頂棚,音樂廳觀眾的吸聲量比鞋盒音樂廳的吸聲量更大,所以內部表面是由厚重的反射材料構成,例如GRG板(容重1600kg/m3和面密度60—80kg/m2)等。而且,與一些音樂廳不同,光滑的內表面也進行了處理,這樣可以避免由梳狀過濾器引起的聲染色。廳內大部分墻面、天花板、頂棚的表面都是采用了不同的擴散處理(采用MLS和其他浮雕)。“火山”型的吊頂為觀眾席提供既高效又不過分強烈的反射聲。
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舞臺上的活動反射板可以調整距離舞臺面的高度(17m,14m,或9m),根據不同的音樂風格可以調節早期反射聲和后期混響聲的比例(如同相機鏡頭的變焦)。大量的計算機和計算機模擬工作促進了設計階段的調整和改進工作。

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盡管電腦模擬對制定決策相當有幫助,但是它仍然基于聲線跟蹤技術,忽略了三維空間對聲音擴散的影響。在模擬用的三維模型中,很多幾何形狀上的變化被簡化或忽略。聲音在座位區的掠射衰減過程很難用計算機模擬完成。因此,在經過大氣吸聲矯正的條件下進行了1:10縮尺模型測試。(見下圖)符合國際ISO3382標準。

由于在1/10的縮尺模型中高頻部分的空氣吸聲是非常嚴重的(例如:2kHz變為20kHz),所以為了減少額外的空氣吸聲,模型中的大氣應該通過以下方法進行處理(a)模型中填充氮氣 (b)內部的相對濕度降低2%~3% (c)通過計算修正空氣吸聲。

一些新的音樂廳使用了第一種方法,但是這種方法并不是唯一的。鑒于人們的工作條件(健康與舒適程度)和運行效率(進入模型多次改變麥克風的位置等)這兩點,此模型的測試是在長期監控的空氣相對濕度為2%的條件下進行的,模型中空氣吸聲與真正音樂大廳(內部空氣濕度為50%,溫度為20度)的效果一樣。 微信號:hdavcomcn

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模型長5m,寬4m高3.5m,外部是一個較大的不透氣的空間,以保證測試環境,同時配備了先進的干燥系統全天24小時工作。測量的聲衰變曲線(“脈沖響應”)有大于40dB的動態范圍,所有這些是實際的計算機軟件不可能實現的(如“DIRAC”)。

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除了聲學測試,此模型也運用了光學檢測的方法。使用激光發射器,檢查墻和天花板每一個傾斜角角度的“聲反射”。例如,后墻傾斜可能產生長延時回聲,即使它具有MLS的擴散表面,但是它的擴散效果在低頻部分是有限的。鑒于安全的原因,角度由原來的15度降到10度。

為獲得2000個觀眾和樂師“模型”的最終裝修材料與實際情況最真實的吸聲系數,材料的樣品在1:10的縮尺混響室中測試。盡管在較低頻率部分吸聲的效果有所不同,但是精挑細選的測試材料與在實際1/1的規模中實際材料的吸聲系數是相接近的。所以測試的混響時間和音樂廳模型內的其他參數指標更加可信和對決策有利。

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這個大廳不同用途時混響時間變化范圍在中頻是0.6s,從2.2s(演唱會),降至1.6s(爵士,激烈音樂)。后一種情況,在天花板上7個采光洞口會被打開,500平米的絲絨簾幕會在二層挑臺懸掛在管風琴前面。

臺灣2000座音樂廳的1/10聲學模型測試(圖8)


很多時候,大鋼琴家在巨型舞臺上演奏他的保留劇目,延遲的反射聲和空曠的舞臺會影響鋼琴家的聽力以及突然的段音,因此,除了懸吊式反射板,模型測試提供了另一種解決方法:通過升降舞臺來幫助鋼琴家改善聽音反饋,同時使觀眾聽到自然穩定的聲音。

經過一系列理論研究,仍然很難根據電腦模擬和1:10縮尺模型測試結果評判音樂廳將來建成后的音質。在施工階段,我們還需要做許多深入性的工作,包括在實際音樂廳中舉行的2—3場音樂會后進行必然的調整。盡管音樂廳聲音效果問題十分復雜而神秘,但它仍然是一個科學命題。