[轉載]音響系統與建築聲學的關係

本篇文章有點久遠了，不過基本上學理總是歷久彌新，為了避免這樣的知識在網海中消失，先轉載過來存檔一下。

 音響系統與建築聲學的關係音響發燒友有一個口頭語「低級發燒友玩器材，高級發燒友玩房間」，充分說明了建築聲學對取得優良音質的重要性。周密考慮和正確設計室內聲音的傳播條件，是獲得優良音質的保證。
         房間中某一點聲源發聲時，聲波一球面方式向四周擴散傳播，聲音的強度與傳播距離的平方成正比減少（平方反比定律）。當聲波傳播到四周界面時，一部分聲能被吸收，另一部分聲能被反射。到達聽眾耳朵的聲音有三部分組成；直達聲、比直達聲晚50MS到達的早期發射聲（又稱近次發射聲）和比直達晚50MS以上的多次發射聲（又稱混響聲）。

三種聲音的貢獻分別為：
1、直達聲：提供聲源的方向、傳遞聲音信息、提高聲音清晰度和聲壓級的主要來源。
2、早期發射聲：提高聲壓級和聲音清晰度、增強聲音的空間感。耳朵無法把它和直達聲分離出來，在EASE設計軟件中，可用聲線法把它們分離出來。
3、混響聲：混響聲無方向性，不包含聲音信息，但它使 聲場分佈均勻、音質豐滿，可提供分辨別房間的空間特性（房間的大小）。過大的混響音會降低聲音的清晰度、掩蔽直達聲，超過100MS延時的混響聲會形成回聲，嚴重影響聲音清晰度。
直達聲（包括早期發射聲）與混響聲的聲能比（D/R）是直接影響聲音清晰度的重要參數。混響聲能的衰減率與周圍界面的吸聲能力有關，通常用混響時間R60來表示，即聲源停止發生後，室內聲壓級衰減60dB(1000倍)所需的時間，由於吸收材料的吸聲特性與聲音的頻率有關，因此R60太大時會使聲音混濁不清，過小時會使聲音感到乾澀無味。

（二）聲學設計中的幾個重要參數
1、吸聲係數NRC建築聲學設計中用吸聲材和吸聲結構來消除回聲，顫動回聲，聲聚焦和減少混響時間等房間的聲學缺陷。
2、臨界距離DC前面已提到直達聲的傳播衰減與傳輸距離的平方比成反比，離聲源的距離越遠，聲壓級越低，混響聲的傳播衰減不遵守平方反比定律，在理想狀態下，理論上它在整個房間的聲壓級是相等的。圖2-3黑點表示直達聲，離揚聲器越遠，聲壓級越低，黑點密度越稀。空心圓點代表混響聲聲壓級是相等的，因此空心圓點的密度到處是相等的。
臨界距離DC是指在聲源軸線方向上，直達聲與混響聲聲能相等的距離，即D/R=（0dB）,臨界距離在計算聲音清晰度時很有用,一般來說,在D/R>-6dB區域內(即2倍臨界距離)
3 、混響時間R60房間的混響R60與房間的容積V 表面面積S和房間的平均吸聲係數有關
不同混響時間R60的聽覺感受:R60<0.5秒(500HZ);聲音清晰,但太於(單薄),適宜於錄音室。
R60=0.7~0.8秒（500HZ）：聲音清晰、乾淨、適宜於電影院和會議廳。
R60=1.2~1.4秒（500HZ）：聲音豐滿、有氣魄、空間感強，適用於音樂廳和劇場。
R60>2秒~3秒（500HZ）：聲音混濁、語言清晰度差，聲音發嗡，有回聲感。

（三）吸聲材料與吸聲結構
按吸聲機理，常用的吸聲材料與吸聲結構可分為多孔吸聲材料和共振吸聲結構。
1、多孔吸聲材料多孔吸聲材料包括纖維材料和顆粒材料。纖維材料有：玻璃棉、超細玻璃棉、礦棉等無機纖維及其氈、板製品，棉、毛、麻等有機纖維織物。顆粒材料有膨脹珍珠巖、微孔磚板等塊、板製品。
多孔吸聲材料一般有良好的中高頻吸聲性能，吸聲機理不是因為表面粗糙，而是因為它有大量內外連通的微小空隙氣泡。多孔材料的吸聲能力與其厚度，密度有關，隨著厚度增加，中低頻吸聲係數顯著增加，高頻變化不大。增加材料的密度也可以提高中低頻吸收係數，但比增加厚度的效果小，因此在使用同樣材料時，當厚度不受限制時，寧願採用結構密度鬆散的厚度大的多孔材料。
多孔材料背後有無空氣層，對吸聲性能有重要影響。其吸聲性能隨著空氣層厚度的增加而提高。
簾幕也是一種很好的多孔吸聲材料。就吸聲效果而言，絲絨最好，平絨次之，棉麻織品再次，化纖類簾幕最差。通過調節簾幕與牆面或玻璃的間距可調節吸聲效果。
2、共振吸聲結構穿孔板吸聲結構和薄板、薄膜吸聲結構都可看作利用共振吸收原理的吸聲結構。
穿孔板吸聲結構具有較好的中頻吸聲特性。它由金屬板、薄木板、石膏板等穿以一定密度的小孔或縫隙後固定在龍骨上，背後留有空氣層而構成共振吸聲系統。它可視為由許多並聯的亥姆霍茲共振器組成。
穿孔板的吸聲特性在共振頻率附近有最大的吸聲係數。為擴展吸聲係數的頻率範圍，可在穿孔板後鋪設多孔吸聲材料及留有一定的空氣隙。
穿孔的孔徑小於1MM（穿孔率P=1%~3%）時稱為微孔板，用薄金屬板製成，其後面再鋪設多孔吸聲材料，可在較寬帶內獲得較好的吸聲效果。做成雙層微穿孔板結構，吸聲性能更佳。
如果把穿孔率達到50%以上的微穿孔金屬薄膜或微孔有機玻璃板直接帖在大面積裝飾玻璃平面上 ，則可解決玻璃平面的強聲發射問題，同時也不大影響玻璃的透光性或透明度。他的缺點是造價太高。
3、聲波擴散體改善建築聲學特性的方法除使用吸聲材料外，還經常在牆面及聲波發射強烈的地方設置聲波擴散體/面，使聲波產生漫反射和分散室內的共振頻率。改善聲音的「染色」失真（即音色變調）和顫動回聲。

有名的大劇院-陸續整理更新

 意大利米蘭斯卡拉大劇院(La Scala)

迪士尼音樂廳

英國皇家莎士比亞劇院

雪梨歌劇院

聲學設計師推崇的五大演出場所

偶然看到的新聞

選出這五大演出場所的是Arup亞洲區場館建築和聲學實踐主管安德魯•尼科爾(Andrew Nicol)，Arup的成功案例包括倫敦泰特現代藝術館(Tate Modern)﹑悉尼歌劇院(Sydney Opera House)和北京國家游泳中心（水立方）。

目前尼科爾手頭的項目包括馬來西亞國家廣播電視公司(RTM)演播室設計項目、新加坡維多利亞音樂廳(Victoria Concert Hall)翻新項目和香港文化中心(Hong Kong Cultural Center)音樂廳翻修項目。以下是他最希望自己曾參與設計的五大演出場所。
意大利米蘭斯卡拉大劇院(La Scala)：這是大型歌劇院的典範之作﹐觀眾席的音響效果與舞台表演的效果一般無二。建造這樣一個垂直構造的劇場﹐同時要讓所有座位和所有包廂達到標準音響效果很不簡單﹐這其中的挑戰我只能去想象了。劇院的開業之夜肯定棒極了。


美國洛杉磯華特•迪士尼音樂廳(Walt Disney Concert Hall)：這是現代建築令人嘆為觀止的傑作。由於時間間隔太久﹐要能讓新﹑舊音樂廳達到同樣的音響效果已經不可能﹐但如果真的做到的話那就太酷了。
歐洲宮殿早期的演出場所：宮廷作曲家創作的樂曲是要在室內演奏的。要是能在那個時期參與建築這類項目──暫且把這些宮殿內的演出場所稱為項目﹐並瞭解當時的設計和施工決策的話一定很有意思。

新加坡濱海藝術中心(Esplanade)：這是過去幾十年中修建的最令人讚嘆的音樂廳之一﹐聽覺效果和整體感覺都讓我激動不已。這正是作曲家希望達到的效果。真正能給聽眾帶來這種感官沖擊的音樂廳實在是屈指可數。

英國埃文河畔斯特拉特福(Stratford-Upon-Avon)的皇家莎士比亞劇院(Royal Shakespeare Theatre)：我出生在埃文河畔斯特拉特福﹐在那兒上的學﹐讀過莎士比亞(William Shakespeare)讀過的學校。我早年對於藝術的體驗有很多是來自於觀看皇家莎士比亞劇院的演出﹐我偶爾也會登台表演。奧雅納把我從倫敦調到澳大利亞後不久﹐皇家莎士比亞劇院啟動了翻修計劃﹐要是能在故鄉參與這樣一個重要建築項目那真是再好不過了。

建築聲學─以語言為主的廳堂

以語言為主的廳堂的聲學環境設計，必須先考慮語言可辨度問題。如歌劇院、演講廳及教室均屬於在聲學上對語言清晰度要求較高的環境。

語言聲包含原音和輔音，一般而言原音比輔音突出較容易辨認，但是，語言的可辨度也要根據對輔音的識別而定。輔音通常為很快的、接連發生的而頻率很高的短音，它的聲功率比原音小。因此，保持原有的原音和輔音對獲得良好的語言音質是十分重要的。
   
此外，一個廳堂的物理和聲學特點，如大小、形狀、殘響時間和噪音控制的情形等，對講者的聲音傳播以及聽眾對語言的理解程度，均有一定的影響。

為了提供聽眾理想的語言可辨度，這類以語言為主的廳堂在一般的聲學要求之外，還需注意以下的音質設計要點：

• 直達聲波的聲程要短，以減少聲能在空氣中的損失。也就是說，聲源跟座位間的距離要越短越好。
• 座位應從演講者位置張開140度角度內布置。因為超出此角度範圍，由於聲音方向性的影響，聲功率就會降低。
• 以語言為主的廳堂設計，要著重考慮噪音控制問題。當語言聲級太低，部分聲音會被背景噪音掩蔽而降低可辨度。

在會議室和法庭的聲學設計中，除了採用以語言為主的廳堂設計的聲學處理外，還應嚴格遵守下列要求。

• 盡量節省地面面積和體積。
• 天花板要做聲反射和散射處理。
• 地面做成坡度或每排座位做成坡度，同時使講台高出地面。
• 以語言為主的廳堂要求殘響時間短，特別是在法庭內做錄音時更是如此。
• 在地面走道上要特別鋪設軟地毯。
• 裝設固定式的高效能吸音軟椅。
• 如果室內需要安設一套擴音系統，應選擇高音質的設備。
• 如果這些會議室位於城市噪音較大的地區，應完全排除外部噪音干擾。
• 在室內不採用擴音系統時，應盡量降低背景噪音。

如果這類會議室需要安排一些地方做為公眾列席時，應把這些位置設在與主要會議地方隔離開的樓上長廊上。這部分地方的周圍應採用高吸音材料作外裝修，地面鋪上地毯和設置軟椅子。

建築聲學─聲學環境的設計

在前一篇建築聲學中提到，不同環境會有不同的需求，這邊也蒐集了一些資訊分享給大家。

各類型的廳堂中，如劇場、演講廳、音樂廳、歌劇院及電影院，在注重生活娛樂的現代，已變成建築聲學中最常見的也最需要進行控制的環境，也是最為複雜且不易處理的環境。一般來說，這類環境要考慮的層面很廣，包含空間的形狀、大小、體積、佈置、座位量及排列方式、裝修材料等都會對整體聲學環境造成某種程度的影響。

以下整理這類型的聲學環境在設計上，要注意到的幾個部分

• 1.不同座位所感受到的響度。一般而言不太可能讓每個位子的響度相同，但至少要控制到離聲源最遠的位子也能夠清楚聽見。
• 聲能要能夠均勻分布，聲波在室內不會規則地像四面八方傳播。
• 殘響時間的控制，太高的殘響時間會讓語言清晰度大減，但太低則會減少音樂的空間感
• 各個區域應該排除或盡可能減少干擾聽覺或演出的震動或噪音。如喇叭固定不良時的震動噪音。
• 不應出現回音、顫動回音、聲聚焦、聲失真、室內共振等現象。

註：
聲聚焦：聲聚焦是聲波從凹面反射產生的聚焦現象。在焦點的聲強很高，而其他區域就相應低的多，因為聲能主要集中在焦點，其他地方的聽覺條件便較差，由於這種緣故，使得廳堂內聲能分佈不平均。因此，建築物內應避免採用大型、連續的凹狀表面，如果要採用，則應裝置吸收很大的吸音材料。

聲失真：聲失真指廳堂內由於邊界表面在不同頻率情況下，產生不均勻或過多的吸收，因而改變了音質。如果廳堂內裝設的吸聲構造，在音頻範圍內有均衡吸音特性，則可避免聲失真。

顫動回音：顫動回音包括一連串的快速、連續、可察覺的回音。廳堂內相對的反射面不要平行，是避免嚴重顫動回音的一種方法。

建築聲學(Architectural Acoustics)

在維基百科亂逛的時候，偶然發現一個名詞─建築聲學。不過只有簡短的資訊如下。

建築聲學主要研究以下幾個方面：

• 如何在室內獲得良好的聲學效果，即室內音質
• 在建築環境中避免噪音的干擾和危害，即建築環境噪聲控制
• 提高聲學效果、控制噪聲過程中所需要考慮的各種建築材料、構造、空間特性

為了滿足求知慾，就稍微google了一下相關的資訊跟大家分享一下。

建築聲學為聲學的一分支。聲學一詞源自希臘文akoustikos，意指「有關聽覺的」。其他分支包括音樂聲響學、工程聲響學、超聲波聲響學、環境聲響學。其歷史根源可追溯至古希臘等文化，希臘人及羅馬人所設計的露天圓形劇場，即是古代建造者及科學家具有聲學素養的明證。

建築聲學是研究建築中聲學環境問題的科學。它的基本任務是研究室內聲波傳輸的物理條件和聲學處理方法，以保證室內具有良好聽聞條件以及研究在何種因素下，可產生最理想的音響狀態。建築聲學最熟知的應用為音樂聽及大會堂的設計和建築。並且涵蓋多種特殊技術與設備，例如利用音響強化設備作適當的配置。除此之外，建築聲學的研究範圍還涵蓋研究控制建築物內部和外部一定空間內的雜訊干擾和危害。

講到這裡，基本上SoundMicro主要處理的部份在於建築環境噪聲的控制，藉由不同頻段聲音的吸收率去處理室內的音質。當然我們也需要考慮不同環境下會有不同的需求，如音樂廳及會議室的要求就相去甚遠。