2009-06-02 04:47:19| 人氣3,882| 回應0 | 上一篇 | 下一篇

音響學教科書 音樂環境論第九章 音樂廳與聆聽室

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               音響學教科書          

     音樂環境論        第九章     音樂廳與聆聽室

 

    現在因我們已經簡略討論過耳朵的各種特性和在接受音樂聲時的角色,我們可以回到聲音的來源,研究各種樂器。它再回頭路中,這是有助於了解某些詳細的考慮,聲音從來源傳到聽者如何會被環境所影響。

戶外聲音

 當聲音來源在戶外,所以音波可自由四方發展不受阻礙時,聲音強度隨著距離增加而會減少。如已述第三章,強度是距離2次方的反比率,所以距離加倍強度就減少4次方。以專用語表達聲音強度水平,則是每加倍距離減少6db

    音波進行方向沒有阻礙的情況不常有。當有的情況是聲音來源在地面上,而地面就成為很大阻礙,可是,如果地面是一個完善的聲音反射面而沒有阻礙物在表面,2次方反比率法則仍然有效。

        這種情況也不常有; 通常地面是很會吸收聲音。當我們在公園聽樂隊音樂會時,我們通常發現地面舖滿綠草,而綠草很會吸收聲音,或著充滿了人,而人甚至是更好的聲音吸收者,這以後再說明。再這種情況下,聲音強度的減少要比2次方反比率法則更快得多﹔聲音音量減少可能每加倍距離有12db之多而不是6db。這強度減少16次方而不是4次方。因此聲音強度迅速減少,隨著我們移動離開音源,在較短距離樂隊音樂就被周圍雜音所遮蔽了。

        在樂隊背後設置樂隊貝殼結果會有改良。這是一種反射面,通常呈部分圍繞半圓狀﹔它有點把聲音集中進半圓殼內的不開放邊而不讓聲音擴散四方。這相等於增加樂器﹔然而它不改變聲音強度隨著距離會減少的情形。因此在戶外恰當的距離有滿意的音量,平常需使用一種電子擴音器。這帶來新的問題,這些我們以後再考慮。

聲音圍繞(場)

  大多數演奏場不在戶外,而在各種大小設計不同的音樂廳。我們認為音樂廳就是樂隊貝殼延長到完全包圍交響樂團和聽眾。這樣的圍場大大改變聽眾的聽覺狀況。音樂廳和房間音響效果議題就是要解答最滿意的聽覺狀況。

        在第三章我們討論聲音從表面反射時,了解音波的強度反射時所減少的程度決定在牆壁性質。假設牆壁是完全的硬和滑,就沒有音能量會被吸收,所以全部被反射。現在讓我們想像在一個假定房間或音樂廳具有完全反射的牆壁。在房間的一定位發出一個聲響,如拍手或刺破一個玩具汽球﹔最初我們所聽到的聲音是從來源直接到我們這裡﹔它被稱做直接音。過很短暫時候我們聽捯從室內表面之一反射來的聲音﹔這就是第一反射音。隨後聲音從別得表面反射過來,反射又反射,如此下去。這情況如圖1,圖中線條代表幾條路線由音源發出前原始音波各部份行進。之後原來音波已分成一堆在房間各方向四處擴散。我們在房間內會聽到什麼如圖2。最初我們聽到直接音,然後第一反射音,然後反射反射音,而這些越來越小,越密集在一起的反射音最後合併成一種擴散音波混合稱餘韻殘響。

 

 

 

        殘響的強度顯然對房間聆聽狀況很重要。因為我們正在處理各方向遍佈房間的混合聲波,我們要定義殘響的強度只算一面的單位面積湧進聲音能量,以每平方公尺幾瓦特計算。這強度是我們聽到殘響聲,在理想房間裡。殘響的分佈是均勻各處有一樣的強度。在現實的房間散佈均勻的殘響是有或大或小之誤差。

        在我們假定的房間不具有吸音牆壁,殘響會無限的持續,(假想聽眾也不吸音)音源供給這房間一定量的聲音能量,這些聲能無處散去,它擴散充滿房間持續著。

殘響時間

  實際上在房間裡的牆壁會吸音,所以殘響最後會消失。水泥製造硬又滑的牆壁,吸收力就減到最低程度,聲音能持續可察覺的微量到一分鐘。建造一間能使聲音繼續盡可能持久的房間叫做迴響房間,用於研究音響。

      為了解聲音如何消失在有吸音牆壁的房間,讓我們先考慮在我們假設房間充滿著殘響如我們在一面牆壁挖個洞會發生什麼。這時音能會漏出外面,而殘響會消失。音能漏出的速度決定在房間裡的聲音強度﹔強度減半速度就減半。結果殘響得強度會減少如圖3曲線顯示,在圖中想像洞在 t 0已被挖。在 t 1 時也就是在一定長度的時間後,強度已減到一半,所以它的速度也變成一半。在t 2 時強度是t 1 時的一半也就是原來的1/4。同樣的,在t 3 時強度勢原來的1/8,以此類推。圖3曲線和第二章圖3震動減弱曲線相同,所以可叫做殘響聲的減弱曲線。

 

 數學上,音壓決不衰減到完全的零﹔經常有剩下一點點。例如有人決定每天用掉一半銀行存款。他的存款永遠不會變成零﹔總會有一分錢的小數剩下。可是,從實際觀點來看,銀行不會永遠容忍這種把戲。當存款少於一分錢,銀行就把帳結清了,所以實際上它還是零。同樣地,在我們假設房間裡將聲音減弱到一點在實際用途上我們可以說它的強度是零。 

聲音強度到達實際上的零,這時點定原來強度的10 –6,就是一百萬分之一。在聲音強弱術語上,這等於從原來強度音量減去60db。原來音量要減弱到10-6,所需要的時間被叫做殘響時間。這是音樂廳音響效果的基本重要的量。

在我們假設房間有洞的牆壁,殘響時間顯然決定在房間大小和洞的大小。假如我們加倍房間的體積,但保持相同殘響,將會有兩倍的音量在較大的房間,所以如這洞是一樣大,這音量漏出要花兩倍時間。因此殘響時間T和房間體積V成正比率 ,則是 T  a  V        ( 1 )

想反地,假如我們保持房間一樣大而加倍洞得面積,音量會兩倍速度漏出,所以殘響時間和洞的面積A成反比率,則是     T   a    1  ¤  A       (  2  )

( The symbol  a  means proportional )

一個量和另兩個量各成正比率時,它就和它們的乘積成正比率。因此

                                                                       T  a   V /  A    (  3  )

這數學式能被寫成方程式,乘比率定數在一邊。結果 T = K x  V / A     ( 4 )

計算這定數的值是超過我們的範圍。可是,數學家已計算出來,發現假設我們表達房間體積V用立方英呎,洞面積A用平方英呎(而不用單位公尺是順從我們的建築師工程師朋友們),這定數的值是0.049。殘響時間T秒鐘方程式是

             T = 0.049 V/A            ( 5 )

應用等式(5)在實際房間並不困難。因為在假設房間行進所有的聲音經過洞A而漏出房間,它等於完全被吸收。量A就可以叫做房間的總吸收量,以平方英呎計算﹔為了方便,我們可以把一平方英呎的開口叫做一吸收單位。假如代替牆壁上的開口,我們可用相同面積材料吸收所有行進的聲音,在一樣的速度房間的聲音就會消失,而殘響時間將不會改變。如已述第三章,這樣的材料將有一致吸收係數。假設這吸音材料以平方英呎S,吸收率a,總吸收量將為

                  A = Sa.     ( 6 )

例如,20平方英呎材料吸收率0.6將等於12平方英呎的開口,所以是12吸音單位。我們可以容易延伸這觀念﹔如我們有S1平方英呎材料而吸收率a1S2平方英呎材料吸收率a2,等等以此類推,它的總吸收量將為 

                              A = S1a1 + S2a2 +S3a3 + -------.    ( 7 )

A值代入等式(5),得殘響時間。吸收單位有時叫做sabin 以紀念首創者

allace Sabin,是他最先研究探討音響學訂定我們今日對這科目的知識基礎。    

最佳殘響時間

殘響的存在頗大改變演說和音樂的品質。當殘響產生時,演說的音節或音樂的音符就會和前面殘響的音節音符混合。如音樂廳的殘響太長,演說會混雜得聽不懂及音樂模糊不清不悅耳。(彈鋼琴踏下持音板會產生這效果)從此觀點演說和音樂要清楚殘響時間必須短。

音樂廳一樂器開始發出週波400hz的音調。這等於產生每秒400脈衝,各個提供於反響音場。殘響音強度增加如圖4上條曲線所顯示,樂器假定在時間t0 開始吹奏。隨著強度增加,音量消失在牆壁的速度也加快,強度最後到達平穩的長音在圖中Im,這時牆壁所吸收的音量等於樂器所吹奏音量。如樂器停止吹可是,這不是說我們該盡量使殘響時間短﹔我們必須考慮另一重要因素。大多數音樂音調都不是上述的衝擊音,而是平穩的音調持續時間長短合理。假想在奏在t1時,殘響音減弱如圖示,這我們已討論過。強度上升曲線形狀和減弱曲線一樣,不過拋物線相反。

 


因此,一定力量的樂器所能發出的反響音最大強度I m決定在音樂廳的音總吸音量。如加倍總吸音量,最大強度音會減半,殘響時間亦是﹔這顯示圖4下條曲線。一般,我們可以證明,再殘響音均等分配的音樂廳,最大強度數學式是                                                         I m = P/ A’   (8) 

P是樂器產生的音力而A’是總吸收量,計算以平方公尺代替平方英呎,為使強度以每平方公尺幾瓦特計算。

我們可以使用等式(8),估計房間的殘響音的強度。在第三章有計算過,1瓦音源在距離10英呎會產生音的強度每平方公尺0.009瓦特。假想我們在一個要有一樣強度的反響因而用一樣的音壓。從等式(8)我們發現在這房間總吸音量A                 A’ =  P / IM                          (9)          

                               =  1 /  0.009   = 110   平方公尺 

                                                 » 1200  平方英呎 (吸收量單位  ) ,

由於1平方公尺等於大約11平方英呎。假如房間的牆壁,地板,天花板的材料有平均吸收率,假設,0.3,總面積必定1200/3 = 4000 平方英呎。這面積的房間將是長40英呎30英呎11英呎,是一個中等的預演聽。

從等式(8)得知在音樂廳音的音吸收量越大殘響越短,一定音源所產生的音強度越低。太多的吸音量會使得音樂家不可能得到滿意的音量,所以這狀況必須要避免﹔所謂廳堂太死寂。這種情形顯著表現在特別建築的房間在牆壁可吸收所有投射在牆壁的聲音。這樣的房間被叫做無回響,而這些房間對於音響效果的測量是很有用。因為我們習慣於一些反響,我們會發現在沒有反響的房間有不自然的感覺,在這房間每一種聲音都是低沉安靜。 

因此音樂廳的最適合殘響時間就是清楚和滿意的音量兩方的折衷。一個音樂廳最好殘響時間決定在它所設計的用途和廳堂的大小。圖5編列各中大小廳堂的最適合殘響時間和周波500赫功能。(改變週波的效果後敘)從圖5即明瞭殘響時間在較大廳堂該要較長時間﹔這可能至少一部份是條件作用的問題,因為較大的體積有助於產生較長的殘響時間。從圖5我們明瞭主要用於音樂的音樂廳最適合的殘響時間應該比用於演說的較久。這使得有必要作一點討厭的妥協處理在演講和音樂兩用途的廳堂。圖5也表示浪漫音樂比古典音樂需要較久的殘響時間。

 

 

 

 

該要說明的是圖5的曲線收集於各種來源,而關於所列代表最適值的數字並沒有大家一致同意。可是我們讓這一門的權威去討論﹔為了我們的目的,我們可以假定在一般的廳堂最好的殘響時間是1.5秒至2秒。

計算殘響時間      

計算音樂廳的殘響時間,我們要利用等式(5)(7 )。而我們需要數字用於內部牆壁,天花板和地板表面物質的吸收率。這些數字可從很多來源得到,特別是材料製造廠。在圖表一有一些普通材料的代表值,這些數字只不過用來作例證,而不可認為是精確的。(尚有不少爭論關於測量吸收率的最好方法)

                                    圖表I

                               一些建築材料的吸收率

                                                            週波數-------赫茲

                                            125     250     500   1000     2000     4000

大理石或光滑瓷磚            .01      .01      .01      .01       .02        .02   

混凝土,未上油漆            .01      .01      .01      .02       .02        .03

柏油瓷磚在水泥上          .02      .03      .03      .03       .03        .02

厚地毯在混凝土上            .02      .06      .14      .37       .60        .65

厚重地毯在毛氈上            .08      .27      .39      .34       .48        .63

厚平板玻璃                      .18      .06      .04      .03       .02        .02

灰泥在木條間柱上            .30      .15      .10      .05       .04        .05

音響灰泥板,1                  .25       .45      .78      .92       .89        .87

合板在間柱上,¼           .60       .30      .10      .09       .09        .09

甘蔗纖維洞板

接合在水泥1/4                    .14      .20      .76      .79       .58        .37

同上材料1吋厚                    .22      .47      .70      .77       .70        .48

同上材料1吋厚                    .48       .67      .61     .68       .75         .50

在金屬支架上

  

用上述資料,讓我們計算一個假定音樂廳的殘響時間,我們任意假設它是100尺長,60尺寬,40尺高。計算是以週波500赫茲。牆壁和天花板被假定是灰泥,吸音率0.10,而地板蓋上有毛氈的厚重地毯,吸音率是0.4,如圖表I。從等式(7)得總吸音如下:

                                       面積,平方英呎                  吸收率     吸收單位   

地板                         100 x 60       = 6000              0.40       2400

天花板                      100 x 60       = 6000              0.10         600

兩側邊牆壁               2 x 40 x 100 = 8000             0.10          800

兩末端牆壁                2 x 40 x 60   = 4800              0.10          480

                                            總吸收量                                 4280 ~ 4300 units.

房間的體積是40x60x100=24,000立方英呎。所以,殘響時間是

   T = 0.049 X   240 x 103  =  2.7  秒  

        4300

這勢必太長的殘響對任何用途的廳堂沒有用,從圖5可看出。假如我們想要這房間有1.5秒的殘響時間﹔我們可以再使用等式(5),決定要加上多少吸音力。我們發現可重新排列等式(5)        A = 0.049 v                            (10)

                                                                           T   ,

因此所求吸音單位是

                              A = 0.049 x 240 x 10 3  = 7800 units.

1.      5

已經有4300單位,所以我們需加上7800-4300=3500單位。從圖表I我們發現例如,一吋厚穿孔板有吸音率0.70 500赫﹔500平方尺的這種材料就可供給所需要的吸收單位。實際上,我會需要再多一點,因為灰泥牆壁舖滿穿孔板,所以灰泥不再能吸收音了。在我們的例子,6000平方尺穿孔板供給4200單位的吸收,但也消除了600單位,因為蓋滿同面積的灰泥,所以實得的面積量是3600 單位﹔這是差不多正確的。所覆蓋的區域等同天花板的面積,可是不要想要在天花板置吸音材料,理由後述。

上述計算,我們只有考慮房間的音吸收。可是在實際的廳堂,還有別的重要音的吸收者:座位和聽眾。空座位的吸音係數決定在椅子有多少裝潢,和頻率也一樣﹔圖表二供給一些代表性的數值。聽眾個人的吸音力也不少,如圖表二可查看﹔例如在500赫,每個人供給5 6的吸音單位。如此,在上述計算中,600 700人的聽眾可供給3500的吸收音單位,足夠把殘響時間降低到1.5秒。 

因為聽眾的出席造成如此不同的吸音係數,很明顯的,預演的空音樂廳音響狀況可能會完全不同於演奏時的滿場的情況。為了減少這種不同,需要一種座位,沒有人坐和有人坐的座位吸音係數相比會吸收大約一樣多的音量。木頭或金屬座位列於圖表二顯然不適合。有裝潢的座位比較好的多﹔有這種座位的音樂廳,不管有人坐或沒有人坐,殘響時間沒有多大的不同。

           圖表二

劇院座位和聽眾的吸音率,以吸收單位計算   頻率-------赫茲

                                 125         250        500      1000     2000     4000

木頭或金屬座位

沒有坐人          0.15        0.19       0.22      0.39      0.38       0.30

蓋布裝潢座位

沒有坐人                 1.4          2.8         4.2        5.0        4.6         4.4 

聽眾在裝潢座位

每個人吸音係數     2.9          4.3         6.0        7.0        6.9         6.0

 

有時還需要考慮別種音響吸收源。空氣本身也會吸收音,吸收程度決定於溫度和溼度。在頻率1000赫以下這吸收係數可以忽視,但以上的頻率在音樂廳裡,它可能是一個因素。另一種聲音吸收源是管風琴的琴管組合。在場的幕幔顯然應予考慮。

到這時必須說一句話­­­”注意。所有上述的等式,曲線圖和計算,都只不過是近似值,而可能頗有差錯。有些差錯是因為要衍出理論而把前提過分簡化。例如等式五的殘響時間公式在吸音太大的房間事無效的﹔它不會是零的殘響時間在於一個無回音的房間牆壁完全吸收音。另一式必須用於等式五,在有大量吸收音的房間。而且,圖三和圖四的曲線適用於音能分配一致的房間。這與實際情況不同,所以曲線對於實際上的房間可能會相當不同於圖示的曲線。它們也可能不同在房間裡面的各不同的地方。極端形狀的房間和音吸收材料的分配非常不一致的房間就會顯出這種情形,所以對這樣的房間我們不可期待應用等式五會很精確。

殘響時間電腦計算法已被使用。假設一個圍起來空間形狀然後在選擇某一點逐一記載音源。這音源被假設為放射特定脈衝,然後被認為分成預定幾部份如圖一。表示隨後這幾部份音波的路線。每部份被電腦追蹤,在每一反射後音量被計算。圍場空間的總音量可以算出在任何其次殘響時間,只要總加當時所計算各部份的音量,而總音量的對比時間曲線供給殘響時間。這種電腦計算結果表示一個圍場的殘響時間有點依據圍場的形狀和吸音材料的位置﹔等式五所給的值可能50%高。這些相當大的矛盾,因為一個有經驗的聽眾能(明顯)是乎可察覺殘響時間5%的變化。電腦結果是乎說明發現最近所建築的音樂廳,所測量的殘響時間一般少於原本設計所計算的殘響時間。

在上述這些誤差以外,還有別的起源於誤差在吸音係數的假定值和座位的總吸音係數值,等等。如以前提過,所測量的牆壁覆蓋物的吸音係數值,可能有相當大的差異,由於如何測量,誰測量。此外,聽眾每人的總吸音量的值有廣泛的偏差,按照不同的調查著估算有三個至七個單位的值。( 先前所給的每人吸音係數是四個單位,而作者已向主修音樂表演的學生,建議過舞台害怕症候群的學生可以減輕一些擔憂,假如想像觀眾的每一員,不是一個人而是四個吸音單位。)因為觀眾在音樂廳供給相當大部份的吸音總量,所以每人吸音的假設數值顯然會造成相當大的不同在所計算的殘響時間。在廳堂音響這一行有一調查員,根據一數目的廳堂測量,下結論說聽眾的總吸音量決定在於聽眾的佔有的總面積,而少決定在實際人數。換句話說,假如觀眾十分平均分配在所有座席面積,座席滿坐的殘響時間大約相同於半滿的座位殘響時間,即使空座位本身不是好的吸音質量。這個觀念是乎被證實,測量顯示在聽眾座位面積N座位數的總吸音量遠較少於N倍的一個座位的吸音量,在反響室所測量的。顯然還有很多事情需要學習,關於聲音在廳堂裡如何四處擴散行進和如何在行進中被吸收。    

測量殘響時間

計算殘響時間是有用而且必要的,在準備設計音樂廳。可是,因為有上述各種誤差,實際上的殘響時間在完成的音樂廳必須被測量,以了解它和所設計的數值差多少。如果測試的數值不適合,可能在音樂廳要有一些調整來改變殘響時間到一個比較理想的數值。

估計音樂廳的殘響時間可以用簡單的拍手來作,聽聽確定所發生的聲音結果多長時間才會消失。為了更正確的測量,可以用磁帶錄音以手槍發射的聲音或(較不激烈)汽球刺破聲。這錄音帶以後在實驗室裡再播放,磁帶的訊號供給一個器具,這器具就紀錄聲音的強度紙圖作為時間函數。在正常情況下圖上的紀錄將是一條蠕動的線,大約持續不斷平均向下傾斜﹔這是聲音的衰變曲線。這傾斜的曲線以每秒幾分貝來計算,這就是聲音的衰變率。從此,聲音強度要降低60分貝所需的時間可以算出﹔這是殘響時間。有時候得到的衰變曲線有兩個衰變率,一個快速的在開始時,一個較慢的在後來﹔這些相當於兩個不同的殘響時間。這不是理想的情況。

代替脈衝聲音,穩定不變的音源可被使用。沙賓在他的原始著作使用管風琴並用馬錶測量,音管關閉後聲音變成聽不見所需要的時間。可是,使用比較純的音調起因房間的共振,結果變複雜,所以習慣上使用一種週波混合,例如那種噪音產生的音源,已在第六章討論過。或者,另一種顫動音調常被使用。這是一種音調它的週波迅速掃射高於或低於某平均值產生一種頻率混合。在這兩種情況,音源突然關閉,在音樂廳的聲音衰減被錄音在音帶用予分析。

因聽眾的吸音量是很重要,測量音樂廳的殘響時間有聽眾在場是很有幫助的。這樣的測量明顯是比較困難,比起測量空的音樂廳。聽眾可能反對在舞台上發射手槍,而這樣的爆發以後,聽眾也不可能保持足夠安靜,容許聲音衰變的精確測量。有聽眾在場的音樂會期間,可使用一種方法是絃音樂的弦音錄在磁帶上,這音要敲打性質的,(但不使用打擊樂器)而要突然結束,例如某些切斷在莫札特的第40交響曲和其它。為了這目的它是很重要的,要指示演奏者在樂器─例如豎琴,低音樂器等等─演奏後尾音要趕快停止。一種樂曲已被譜曲特別是為了測量殘響時間﹔它含有打擊的不和諧音,它的各音散佈在不同的頻率響應。可納入音樂節目表中,不會產生手槍擊發所引起的聽眾反應,然而可能會引起音樂評論家的反應了。

廳堂音響其它因素

在一座音樂廳達到良好音響效果,得到適當的殘響時間只不過是第一步。這是必要的前提,但是還有一些相當重要的其他因素。其中有些大家意見一致﹔另一些大家仍然有好多爭論。

先從大家意見一致的因素開始,我們首先注意到音樂廳的殘響時間依據聲音的頻率。在上述計算中,我們用500赫資作代表。可是,從表I我們看到吸音率隨著頻率而變,一般是越高頻率越大吸音率。(這在表I有些例外,例如在間柱上1/4寸合板,低頻吸音率較強得多。因此,在音樂廳內應避免使用薄木板鑲嵌材料。)結果,殘響時間在低頻一般比在高頻較長久。這是較好的情況,可能因為我們習慣於它,而且因為它有助於著重音樂的低頻。它似乎在低頻的增加沿著曲線像圖六。這裡,T m 是殘響時間其頻率高於500赫茲。依據這曲線,在100赫茲的數值應大約增加百分之四十。已被發現有些劇院座位有較強的吸音力在250赫茲左右。這樣的座位可能會產生一個急降在圖六的曲線這頻率﹔這就是不好的情況。

 

 

 

另一個重要因素聲音的散佈要平均。這是很想希望的從音樂廳的舞台來的聲音大約有一樣的強度在聽眾席的各處。所以在設計音樂廳完成這需求是十分在意,尤其樓座下面。任何吸音材料的安裝都要很明智的放置。在特定,實施放置在天花板的吸音材料很可能致使不良結果,特別在小型會堂,由於從天花板的反射才能傳送聲音到會堂的後部。聲音散佈要均等受另外一個因素所影響﹔最近發現聲音從舞台傳播經主要地板席座會很強的衰減,甚至比因從舞台增加距離而產生期望的衰減還要大。這效果在大約150赫茲是最大的,而是乎由於座位的高度﹔多數的廳堂好像有如此典型的結果,聲音在底樓比樓座上不足而有缺陷的。這可以改良而緩和,適當的將地板傾斜和彎曲。

   

聲音分佈要一律,理想的聲音足夠去分配。太少的樂器在太大的音樂廳結果音量太小聆聽起來不愉快,因為它易於被聽眾的噪音所遮蔽。相反的,大型交響樂團在小音樂廳會產生太大音量聽起來亦不舒服。從上述等式(8),從一強音源在音樂廳所產生音量決定在總吸音量﹔它不決定在音樂廳的體積。要供給合理的音量概略估算一個樂器適合200吸音單位。

基本上音樂廳應該沒有回音。在討論殘響時,我們論及聲音反射也算是一種回響,但是太緊密的間隔以致於沒有一個音特別顯著。這裡所指的回音是單一反射音,如此強度以致突出在回響音之上。這樣的回音常常被錯誤的方向為定位的平表面所產生。凹表面更糟﹔這樣的表面會產生很壞的回音,因為它們易於集中聲音。最近在南加州地區建築一座音樂廳,是橢圓形的帶著舞台在一端而牆壁是油漆水泥磚牆,這是好的聲音反射者。( 這設計被採用而不顧音響顧問的強烈反對。) 結果,它有非常明顯的回音在大部份聽眾席區﹔舞台上每一個響亮的音被聽到兩次。一些(沒有全部)回音被消除以吸音材料覆蓋在橢圓牆壁﹔不幸的是,結果增加總吸音量到極點,以致這音樂廳現在是全然地死寂’’

(傳說,當音響顧問被問該做什麼來修正這音樂廳,他回答最好的解決把它拆掉,但這個報告還沒被密切注意。)

一種困擾的情況可能發生在音樂廳裡,當兩相對邊的牆壁是平的,平行的,良好的聲音反射者。在這種情況下,一個聲音開始在這兩面牆壁之間往返散播,產生反覆的回音叫做顫動回音。這種情況是不適當的,因為它會加強某些頻率而令人不愉快。它可以減輕藉放置吸音材料在牆壁,而且可構成更進一步的理由不要放置同樣材料在天花板,因為在場具吸音的聽眾確保不會有顫動回音的產生在地板與天花板之間。

音樂廳一個顯著的重要因素就是解除不想要的噪音。重要的是,音樂廳的建築要排除外面的噪音,從交通,飛機等等所造成。可是,這是聲音的隔離問題而不是聲音的吸收,因此在我們討論範圍外。廳內部的噪音源需要被防止﹔冷氣機常常是打擾的原因應予重視,尤其在小音樂廳。

還有別的重要的但較不確定的音樂廳音響因素在音響專家們間有很多討論和爭論。其中之一,被一些專家宣稱是最重要的,稱為親近。它的定義是直接音和第一反射音到達聽眾的間隔時間。這圖示2,聲稱這間隔不超過20毫秒﹔假如超過,親近性就喪失,而聽眾可察覺音源被隔離。所以第一個反射應行進的距離不要超過20尺大於直接音所行進的距離。不幸的是,第一反射音迅速到達所需條件,反射面要靠近聽眾或音源,而是相反於要有足夠長久的殘響時間。後者要有足夠大的音量,而結果把反射面例如牆壁和天花板放置在太遠以至於不能有第一反射音迅速到達。

想要供應不但所要的迅速第一反射音而且要有足夠久的殘響時間,一些音樂廳裝置膠合板製的嵌板從天花板懸掛在樂團前面,而延伸出去一段距離從舞台到聽眾席區。懸掛它們相當低於主天花板,這些嵌板據推測能供給所需早期反射。可是,保持它們分隔些,聲音就行進在它們之間而進入上面空間,結果音樂廳的總音量是適合反響的。

有一個例子關於一座音樂廳,本來要體線上述思想,就是有名的紐約市艾瓦利費雪廳。原名愛樂廳,它的設計和建築有一群著名的音響顧問幫忙。這廳有關的問題提醒廳堂音響學尚未是精確科學。它原來裝置天花嵌板,叫做,這些雲是供給早期反射音從舞台到聽眾席,並延伸到聽眾席的一大部份。這廳未公開給大眾之前,尚在建築中期間,用一週的時間來調整校正音響,有音響專家和紐約愛樂交響樂團的幫助,因為這種工作沒有多大的用處在空的音樂廳裡,所以在座位放著玻璃纖維墊以冒充在場的聽眾﹔墊子被計算會吸音如同有人坐在座位上。(這些墊子稱作即時有的人﹔他們不但吸音而且是完全安靜。)在一週的調整之後,這一專門小組的聲響學家和音樂家判定這音樂廳的聽覺上是好的。

可是,當音樂廳在1962年公開音樂表演時,抱怨立刻升起。被聲明音樂廳的音效是乾燥的,太短的殘響時間被察覺,雖然所測量的非空位的音樂廳的殘響時間和國內的任何其他音樂廳的一樣長。這廳是乎特別缺乏低頻反響。樂團的音樂家抱怨不能互相聽到。

隨後有長期的討論和爭論關於原因和補救法。一群聲響學家指出雖然那些會反射良好的高頻,但不會反射聲音的低頻和長波音﹔這些會容易通過嵌板之間。在實驗室裡對排列的嵌板作實驗證實這一點。反駁這論點,原來的顧問說明另外的實驗舉證早期音─在直接音50毫秒內到達─不必含有低頻的任何量,如果它們有足夠回響音。並且聲稱總音量分成直接音和反射音,這分法是一個非常關鍵性的因素。

別的音響學家聲稱早期聲音傳來的方向可能是重要因素。他們建議假如它從邊牆反射到達聽眾,比較能夠定位樂團的樂器,相反的從天花板反射則不給與如此定位,而結果是混亂的感覺。

關於艾瓦利費雪廳在很多次討論結果是,在一連串的顧問指導之下作一系列的修改。在1963”被提高而雲之間的各空間大多數被填滿。在1965主地板上座位被替代以一種新的比較不吸音材料製作。1969雲完全被拆除。所有這些工作是乎都是徒勞﹔現在(1976秋季)這廳已完全重新建築。原來內部已被除去而代替以一種內部具有傳統的長方形,對比於原來的建築計劃。所有的工作在一組新的音響顧問監督下完成。最初的報告關於新廳的音響效果已收到,這些報告情況十分良好是乎經過十四年的努力以後,這音樂廳終於有可以接受的音響。

音響計劃

從前述討論中很明顯音樂廳的音響並不完全了解的科目。研究和爭論仍然繼續中而將會持續下去。可是,現在已有的知識就會有很大的幫助,對於音樂廳的計劃,而建築師應該可以利用音響顧問,甚至在任何初步的草圖未定案前。不性的是,先建築音樂廳然後再請音響顧問修改缺陷的做法仍然盛行﹔這做法和更老習慣做法差不多一樣聰明,以前改良廳堂音響的方法是置一連串金屬弦在天花板或堆破酒瓶在舞台下。

為幫助發解答音樂廳的音響設計,最近已發展比例尺方法。按照,假設,十分之一的原型大小比例製造一個想要建的音樂廳模型。聲音的短波段在模型內產生作用和原型內的十倍波段音的運作一樣,假如相當一致的表面有相等的吸音率。調查模型的作用,缺陷被發現矯正被試驗測量,在相當少的花費比在原型廳試驗所需要花費的。 

音樂學校的練習和表演房間也需要十分小心計劃以確保適當的殘響時間。這也非常重要它們裝備足夠的把聲音孤立,互相聲音隔離,並將鄰近區隔離。如此標準的房間已良好確定。事實上,任何要產生聲音的房間都會得利於一些音響的考慮﹔會議室,學校教室,甚至雞尾酒宴會室。     

聲音擴大

適當設計貝殼狀或圍狀設置在音樂廳舞台上音樂家周圍,有相當大幫助能得到較大聲音送入聽眾。可是,大音樂廳和戶外表演,通常需要電子擴大(在第五章會更詳細說明),而顯然擴大系統設計必須和音樂廳的音響設計一同解決。任何擴大的使用都必須不唐突引起注意﹔要聽眾不察覺舞台的聲音是正被擴大的。這需要高品質設備產生忠實的聲音。

在聲音的擴大系統,一般的作法是裝設擴音器在舞台產生擴大音,結果聲音從舞台和擴音器幾乎同時到達聽者。可是,有時必須裝設擴音器在聽眾的上前方。假如這樣做,一個有趣的優先效果會發生,這必須要注意。假如聽者聽到音源在離開他有一段距離的舞台上,而同時聽到同樣的擴大聲音來自附近的擴大器,他會判斷所有的聲音來自於擴音器。這是因為電氣訊號在電線傳導比聲音在空氣擴散行進快得多,所以聽者聽到擴音器的聲音在先而舞台傳來的聲音稍後,因此他的耳朵就決定所有的聲音是來自於他先聽到的音源。然而,假如電氣訊號用一種方法延遲,使擴音器的聲音到達聽者少於大約50毫秒,比舞台的直接聲音到達之後,那麼聽者就會判斷所有的聲音來自於舞台,即使擴音器的聲音相當大,對優先效果要有適當的認識,顯然是必要的,假如要獲得逼真的不唐突引人注意的聲音擴大。商業專用設備器材現在可以得到,它利用電子迴路的方法產生適當聲音延遲訊號。

 

使用音響擴大引進了別的問題。其中最常有的一種叫震鈴,發生在擴音系統附屬的麥克風拾起來自於自己的擴音器聲音。結果通常是響亮和不愉快的持續聲。擴音系統正要震鈴之際將產生頗大失真的再生音,即使沒有實際發生震鈴聲音。最近努力的結果,發展出系統防止震鈴的傾向﹔這些能產生巨大的改進擴音系統性能。

最近聲音擴大應用於延長音樂廳的殘響時間。縮短太長的殘響時間相對地容易做到,明智的裝置吸音材料即可。拉長殘響時間較困難多,除非有相當多的吸音材料可被移除,這一般是不可能的情形。然而,現在是可以用電子系統拉長殘響時間。這叫做這叫做反響協助反響這已被發明使用在倫敦皇家節慶廳,這音樂廳一般被認為有太短的殘響時間。這系統使用大量擴音機,在大廳中仔細定位的大量麥克風,各個獲得某一特定頻率聲音。麥克風來的訊號被擴大供應同樣仔細定位的大廳裡的擴音器。以調整擴大率,這特定頻率的殘響時間能夠使成為所要的長度。現在用於皇家節慶廳的系統使用172頻道涵蓋的頻率響應範圍58—700赫茲。應用這系統殘響時間可延長,例如在125赫茲已被增加從1.4(太短)2.5秒。

最後,音樂廳音響有一方面曾經很少作過﹔這是要決定音響環境如何影響舞台上的表演者。例如,這是很重要的一個團體中的音樂家要能夠聽得到這團體中的其他者﹔假如這些音樂家不能互相聽見,指揮將發現它較困難保持他們的合諧一致。這個 合奏 因素常常被忽視。再者,音樂廳裡有太多的吸音會使音樂家難於產生滿意的音量,這我們已經談過。在這情況慎重使用電子擴大,對表演者有幫助。不幸的是,上述的擴大往往被做得過分。還需要有更多的研究,為了決定音樂家和音樂環境之間的關係。

                                                                            

 

台長: 韋恩
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