非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

宋煜錕 李 鵬*

(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

宋煜錕 李 鵬*

(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

從非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境的概念、材料、技術(shù)、設(shè)計(jì)幾個(gè)方面探討了其聲環(huán)境在國(guó)內(nèi)外的研究狀況，并分析了非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)，為深入研究非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境奠定了基礎(chǔ)。

非觀演型，室內(nèi)設(shè)計(jì),聲環(huán)境

0 引言

以表演、展示、推廣產(chǎn)品或服務(wù)為主的場(chǎng)所如電影院、劇院、會(huì)展中心、畫(huà)廊為觀演空間，與觀演空間相對(duì)應(yīng)，不以觀看和展示為主要功能的公共空間可以稱(chēng)為非觀演型空間[1]，例如教室、食堂、候車(chē)廳、辦公室、商場(chǎng)等。觀演空間對(duì)音質(zhì)要求較高，如影劇院和錄音室等有特殊音質(zhì)要求的空間，在進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)將音質(zhì)設(shè)計(jì)放到首位考慮，而在其他的公共空間中，因?yàn)闆](méi)有特殊音質(zhì)要求，室內(nèi)聲環(huán)境的設(shè)計(jì)就經(jīng)常被忽略造成混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，噪聲量過(guò)大，聽(tīng)聞效果不清晰的問(wèn)題，在大跨度的空間中表現(xiàn)的更為明顯[2]。我國(guó)現(xiàn)階段處于從農(nóng)村向城鎮(zhèn)化過(guò)渡的時(shí)期，伴隨城市化的發(fā)展拔地而起了大量的公共空間，如高層寫(xiě)字樓、商場(chǎng)購(gòu)物中心、候車(chē)廳等，對(duì)聲環(huán)境的忽視導(dǎo)致該類(lèi)建筑都存在著噪聲問(wèn)題。高校擴(kuò)招教室增多，商業(yè)建筑的興起，廳堂類(lèi)的公共建筑增多，人口密集城市在春運(yùn)時(shí)期的交通樞紐出現(xiàn)的噪聲問(wèn)題、擁堵問(wèn)題、人均綠地面積不足等都影響了整個(gè)社會(huì)的噪聲值，解決非觀演型空間的噪聲問(wèn)題對(duì)創(chuàng)建綠色環(huán)境有重要作用。

1 非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境的研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

中國(guó)古代聲學(xué)發(fā)展歷史悠久，早期史料的記載可以追溯到東漢時(shí)期王充的《論衡》(82年)，他將聲音的波動(dòng)和水紋的波動(dòng)相比較，提出了明確的概念，譚峭、張載等也對(duì)物體振動(dòng)、空氣流摩擦發(fā)聲做出了表述[3]。聲速的測(cè)量和應(yīng)用在古代就已經(jīng)得到了驗(yàn)證，在酈道元的《〈水經(jīng)〉注》34卷中記載：公元四世紀(jì)建筑師陳遵利用聲學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)修建江陵金堤，位于高處者打鼓，低處者測(cè)聽(tīng)，得到聲音到達(dá)的時(shí)間來(lái)測(cè)量地勢(shì)的高低，1636年法國(guó)人默森才開(kāi)始測(cè)量聲速[4]。古代聲學(xué)的應(yīng)用除體現(xiàn)在樂(lè)器上還體現(xiàn)在建筑聲學(xué)方面，宋朝趙希鴿《洞天清祿集·古琴辯》記述:“彈琴之室,宜實(shí)不宜虛,最宜重樓之下,蓋上有樓板,則聲不散?！笨梢?jiàn)在我國(guó)宋代就已經(jīng)出現(xiàn)古代琴室利用反射板營(yíng)造“虛實(shí)相間”的聲學(xué)效果[5]。寺廟建筑多為回形對(duì)稱(chēng)排列，內(nèi)庭較為寬廣，佛樂(lè)、木魚(yú)聲、編鐘聲可以在寺廟內(nèi)反射多次回聲效果，從聲音上讓人對(duì)宗教的神秘感產(chǎn)生崇敬心理，標(biāo)志性建筑如山西的鶯鶯塔；宮廷建筑為了彰顯天子的威嚴(yán)多為高舉架的廳堂空間，無(wú)論是上朝覲見(jiàn)還是平日歌舞都可以達(dá)到理想的聲學(xué)效果，標(biāo)志性建筑如北京天壇回音壁等[6]。

中國(guó)近代聲學(xué)起始于20世紀(jì)30年代末期，隨著50年代后期國(guó)家大興土木，建筑聲學(xué)得到了快速發(fā)展。室內(nèi)聲學(xué)屬于建筑聲學(xué)的一個(gè)學(xué)科分支，我國(guó)近代室內(nèi)聲學(xué)理論始于20世紀(jì)30年代馬大猷先生的房間簡(jiǎn)正頻率的研究，他在1989年發(fā)表《室內(nèi)聲場(chǎng)公式》、1993年發(fā)表《室內(nèi)有源噪聲控制》、1994年發(fā)表《室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)》、2002年發(fā)表《復(fù)議室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)公式》、2004年發(fā)表《只有數(shù)學(xué)，缺少物理——莫爾斯室內(nèi)受迫振動(dòng)理論》，他提出的“雙聲源”理論求得了包括直達(dá)聲在內(nèi)的室內(nèi)聲場(chǎng)的嚴(yán)格理論和正確結(jié)果，與白瑞奈克統(tǒng)計(jì)聲學(xué)的聲場(chǎng)穩(wěn)態(tài)公式基本符合[7]。馬大猷先生提出的微穿孔板吸聲理論和應(yīng)用方法可以降低混響時(shí)間，解決多重回聲的問(wèn)題，90年代開(kāi)始在體育場(chǎng)館及游泳館中得到了廣泛應(yīng)用[8]。這些理論和應(yīng)用方法在今天依舊適用，是當(dāng)代室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)的基本原則。

我國(guó)居民大都要經(jīng)過(guò)9年～15年的校園生活，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，學(xué)校周?chē)某鞘协h(huán)境也飛速發(fā)展，高速橋、商業(yè)區(qū)、生活區(qū)對(duì)學(xué)校以包圍環(huán)繞的形式發(fā)展，很多教室和宿舍樓的構(gòu)造都比較老舊，普遍存在噪聲隔絕不當(dāng)?shù)膯?wèn)題，雖然各級(jí)政府都出臺(tái)了確保重要時(shí)段校園周邊的噪聲環(huán)境問(wèn)題，加大學(xué)校周邊環(huán)境污染的處理力度，但是在執(zhí)行上仍存在執(zhí)法不嚴(yán)的問(wèn)題；中小學(xué)的校園聲環(huán)境在內(nèi)部處理上，應(yīng)著重考慮區(qū)域聲環(huán)境、公共交通配置、地下空間開(kāi)發(fā)與利用以及校園建筑的空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，以青島寧夏路小學(xué)為例，在選址上遠(yuǎn)離工業(yè)區(qū)，對(duì)交通噪聲監(jiān)測(cè)有規(guī)范的科學(xué)設(shè)置，同時(shí)采用綠色節(jié)能措施如設(shè)置樓宇自控系統(tǒng)，建筑通風(fēng)、空調(diào)、照明等設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控，對(duì)建筑噪聲、交通噪聲都有明顯影響[9]；由于中小學(xué)校仍保持傳統(tǒng)的教學(xué)模式，教室面積較小，室內(nèi)聲學(xué)裝飾上較為匱乏，雖然出臺(tái)政策法規(guī)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但缺乏執(zhí)行力，在中小學(xué)教室中很少有能達(dá)到青島寧夏路小學(xué)的聲環(huán)境設(shè)計(jì)水平。

除教室空間外，我國(guó)其他的觀演型空間也面臨噪聲處理不當(dāng)?shù)膯?wèn)題。首先，非觀演型空間多是公共項(xiàng)目，經(jīng)費(fèi)受限，項(xiàng)目完工后往往達(dá)不到聲環(huán)境的設(shè)計(jì)初衷；其次，聲環(huán)境在空間設(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽視，只追求視覺(jué)感受，忽略使用者的聽(tīng)聞感受；最后，非觀演型空間多是公共空間，一味追求建筑的宏偉氣派，采用表面光滑的裝飾材料，室內(nèi)吸聲材料應(yīng)用的較少，造成混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因?yàn)橐陨蠁?wèn)題，導(dǎo)致了室內(nèi)聲學(xué)材料的研發(fā)和普及受到限制。

1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外古代室內(nèi)聲學(xué)發(fā)展和教堂建筑、音樂(lè)廳建筑的發(fā)展有著密不可分的關(guān)系，在此期間的廳堂建筑并沒(méi)有確鑿的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)，大多憑借著設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)。中世紀(jì)之后開(kāi)始出現(xiàn)了大型的教堂，由于封閉空間的聲學(xué)只能保證音樂(lè)飽滿(mǎn)，但混響時(shí)間都在6 s～8 s，再加上石質(zhì)的墻體材料、極少的室內(nèi)陳設(shè)、高大的穹頂?shù)?，都是?dǎo)致這一時(shí)期的教堂建筑音質(zhì)較差的原因[10]。隨著音樂(lè)類(lèi)廳堂建筑經(jīng)驗(yàn)的積累，也有一批較為出色的音樂(lè)廳出現(xiàn)但都沒(méi)有經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算，如1869年的維也納音樂(lè)廳(Musikvereinsaal)、1886年的萊比錫音樂(lè)廳(Gewandhaus)和1877年的格拉斯哥音樂(lè)廳(st.Andrew’s)等[11]。

國(guó)外現(xiàn)代建筑聲學(xué)始于1895年哈佛大學(xué)的W.C.Sabine對(duì)新建成的Fogg藝術(shù)博物館等廳堂空間的音質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行處理，得到了混響時(shí)間與吸聲量之間的關(guān)系，而后又進(jìn)行了多番研究，于1898年提出著名的賽賓混響公式，奠定了近代廳堂聲學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)[11]。W.C.Sabine指導(dǎo)建造波士頓音樂(lè)廳是世界上第一個(gè)經(jīng)過(guò)科學(xué)計(jì)算設(shè)計(jì)而成的音樂(lè)廳。1911年Jaeger用幾何聲學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法導(dǎo)出賽賓公式；1953年，Thiele提出清晰度(definition)D：50 ms前到達(dá)的聲能/全部到達(dá)的聲能；1967年，Marshall提出側(cè)向反射聲對(duì)音質(zhì)的重要性；1970年，Jordan提出早期衰減時(shí)間EDT；1974年，Abdel Alim提出明晰度(clarity)C，用于音樂(lè)的清晰度：80 ms前到達(dá)的聲能/80 ms后到達(dá)的聲能；1976年，Lehmann提出了將強(qiáng)度指數(shù)G作為廳堂中響度的度量：接收點(diǎn)接收到的聲能/參考點(diǎn)接受到的聲能(dB)；1967年—1985年，Damaske，Schroeder，Ando等研究雙耳聽(tīng)聞；1985年，安藤四一(Ando)提出雙耳互相關(guān)系數(shù)IACC。2006年P(guān)rodi等人采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)具有歷史價(jià)值的歌劇院的音質(zhì)進(jìn)行了研究[7]。

國(guó)外的非觀演型聲環(huán)境發(fā)展較為先進(jìn)，以日本的東京大學(xué)KALS教室和MIT的TEAL物理實(shí)驗(yàn)室為例，設(shè)計(jì)者利用未來(lái)教室概念，強(qiáng)化學(xué)習(xí)空間的基礎(chǔ)設(shè)備整合信息技術(shù)，將課堂討論、小組協(xié)作、講演匯報(bào)等多種主動(dòng)型學(xué)習(xí)模式融入到空間中，隨著教學(xué)模式的改變，教室聲環(huán)境也通過(guò)新材料將信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到空間中，這是值得我國(guó)高校學(xué)習(xí)和借鑒的[12]；生活工作的模式和對(duì)環(huán)境的質(zhì)量追求是國(guó)外聲環(huán)境發(fā)展迅速的主要原因。

2 非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 新材料的發(fā)展趨勢(shì)

在新材料和新科技飛速發(fā)展的今天，室內(nèi)聲學(xué)和聲學(xué)材料二者之間互相推動(dòng)發(fā)展，在早期的材料多孔消聲和結(jié)構(gòu)振動(dòng)消聲的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一批新材料和新工藝。木材作為唯一可再生的聲學(xué)材料被廣泛使用，如通過(guò)將豆秸、椰絲、蘆葦、亞麻稈、葵花稈、麥秸、稻草等草本植物和木纖維混合后制成的復(fù)合型材料，如木纖維/聚酯纖維復(fù)合材料[13],聚氨酯仿木材料[14],新型木絲板等[15]。隨著對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，復(fù)合型與功能性材料在日后將得到廣泛發(fā)展，如將吸聲材料與防火材料、保溫隔熱材料、環(huán)保材料相結(jié)合，創(chuàng)造出多功能的室內(nèi)聲學(xué)材料，學(xué)科交叉與學(xué)術(shù)合作將是新材料發(fā)展的必經(jīng)之路。

2.2 新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)在計(jì)算機(jī)模擬聲學(xué)軟件已經(jīng)得到了推廣，如Catt，Odeon，Epidaure，Raynoise和Odeon等，其中丹麥技術(shù)大學(xué)聲學(xué)技術(shù)系研究開(kāi)發(fā)的Odeon軟件發(fā)展迅速，測(cè)試結(jié)果得到廣泛認(rèn)可，對(duì)建筑聲學(xué)的設(shè)計(jì)、咨詢(xún)和研究有著重要意義[16]；智能模擬聲學(xué)軟件將材料、工藝與設(shè)計(jì)結(jié)合，得到理想的參數(shù)值，設(shè)計(jì)者將不再依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行聲環(huán)境設(shè)計(jì)，而是以科學(xué)為依據(jù)的理性設(shè)計(jì)，提高了方案效率，避免材料和工程的浪費(fèi)；雖然現(xiàn)在的三維軟件可以導(dǎo)入到模擬聲學(xué)軟件中，但在更改參數(shù)和操作結(jié)果對(duì)比上仍有待完善，創(chuàng)造一款隨著視覺(jué)效果更改就可以及時(shí)做出吸聲評(píng)價(jià)的軟件將是非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2.3 空間設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境的空間設(shè)計(jì)將圍繞多功能、多模式的方向發(fā)展。隨著一廳多用、一間多用的概念普及，非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境也要面臨“智能多樣性”的挑戰(zhàn)，同一個(gè)空間結(jié)構(gòu)根據(jù)不同時(shí)間段的空間要求做出改變，如可翻轉(zhuǎn)的吸聲墻體，可調(diào)吸聲頂棚等；另一方面，隨著視覺(jué)要求的提升，在空間設(shè)計(jì)中，消聲器的造型設(shè)計(jì)要符合周?chē)h(huán)境的要求，即普遍適用性，拆卸后二次利用等；空間吸聲體作為室內(nèi)吸聲材料的一種，可以和其他空間構(gòu)件相結(jié)合，加入照明、綠化的功能，創(chuàng)造更多的市場(chǎng)價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

本文探討了非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境的概念和發(fā)展現(xiàn)狀，得出今后非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境發(fā)展的趨勢(shì)如下：

1)多功能、復(fù)合型、高適用型相結(jié)合聲學(xué)材料將得到廣泛的發(fā)展。

2)三維效果軟件與聲學(xué)模擬軟件的結(jié)合將成為非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境新技術(shù)的全新發(fā)展方向。

3)空間結(jié)構(gòu)的智能化和構(gòu)件多功能性將成為非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境空間設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。

如何從我國(guó)實(shí)際情況出發(fā)，研發(fā)適合我國(guó)非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境需求的材料、技術(shù)、工藝將是設(shè)計(jì)師和研究者們共同面臨的課題。

[1] 宋煜錕,李 鵬.非觀演型室內(nèi)聲環(huán)境設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].山西建筑,2015,41(1):5-7.

[2] 董 軍.公共空間室內(nèi)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2011:36-54.

[3] 王季卿.中國(guó)建筑聲學(xué)的過(guò)去和現(xiàn)在[J].聲學(xué)學(xué)報(bào)，1996，21(1)：1-9.

[4] 田時(shí)秀.中國(guó)古代聲學(xué)的發(fā)展[J].物理，1976(6)：347-350.

[5] 吳碩賢.中國(guó)古代聲學(xué)的發(fā)展[J].藝術(shù)科技，1994(4)：50-52.

[6] 陸鳳華,高俊宏.中國(guó)古代聲學(xué)在建筑中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008,34(17):32-33.

[7] 秦佑國(guó).室內(nèi)聲學(xué)的進(jìn)展[J].電聲技術(shù)，2009(8)：2-10.

[8] 項(xiàng)端祈.我國(guó)建筑聲學(xué)的20年回顧與展望[J].應(yīng)用聲學(xué)，2002(1):40-45.

[9] 都衛(wèi)娜,謝敬先.我國(guó)綠色小學(xué)建筑評(píng)價(jià)體系探究——以青島寧夏路小學(xué)為例[J].中華民居,2014(9):205-206.

[10] 張厚斌.教堂建筑聲環(huán)境理論綜合研究[D].重慶：重慶大學(xué),2004：7-8.

[11] 吳碩賢.廳堂聲學(xué)一百周年(1895～1994)[J].應(yīng)用聲學(xué)，1995(2)：7-12.

[12] 謝 未,江豐光.東京大學(xué)KALS與麻省理工學(xué)院TEAL未來(lái)教室案例分析[J].中國(guó)信息技術(shù)教育,2013(9):99-101.

[13] 王軍鋒，彭立民，付 峰，等.木纖維/聚酯纖維復(fù)合材料的制備工藝及其吸聲性能[J].木材工業(yè)，2013,27(6)：41-44.

[14] 吳智慧，商寶龍，徐 偉.聚氨酯仿木材料的特性及其在家具中的應(yīng)用[J].林產(chǎn)工業(yè),2010(6)：39-43.

[15] 張曉滕，母 軍.新型木絲板吸聲性能的試驗(yàn)分析[J].木材工業(yè)，2014,28(3):34-38.

[16] 王靜波.室內(nèi)聲場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬軟件ODEON在聲學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].聲學(xué)技術(shù),2003(4):236-239.

On research status and development of non-performing indoor acoustic environment

Song Yukun Li Peng*

(MaterialScienceandEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

From the concept, materials, techniques, and design of the non-performing indoor acoustic environment, the paper explores the research status of its acoustic environment at home and abroad, and analyzes the development of the non-performing indoor acoustic environment, so as to lay the foundation for the deep research on the non-performing indoor acoustic environment.

non-performing, indoor design, acoustic environment

2015-02-28

宋煜錕(1988- )，女，在讀碩士

李 鵬(1973- )，男，碩士生導(dǎo)師,教授

1009-6825(2015)13-0010-03

TU112.4

A