學(xué)校歷史建筑中的聲學(xué)改造

陳健 陳蘇 胡祖奎 張元立

摘 ?要：學(xué)校代表性建筑不僅是學(xué)校的組成部分，更是校園文化的重要載體，是學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間的有效學(xué)習(xí)場所，也是各地校友們對母校的美好記憶，具有鮮明的教育功能。文章針對歷史建筑會議場館聲學(xué)問題，以重慶一中項家書院會議室聲學(xué)改造為例，探索如何在保留師生對項家書院美好記憶，保護學(xué)校歷史建筑原貌的前提下進行聲學(xué)改造，詳細介紹了項家書院會議室聲學(xué)改造思路、聲學(xué)提升技術(shù)以及擴聲系統(tǒng)改造細節(jié)，為同類歷史建筑的聲學(xué)改造提供參考。

關(guān)鍵詞：歷史建筑;聲學(xué)改造;校園環(huán)境

一、項目背景

良好的校園環(huán)境中，代表性的建筑不僅是學(xué)校的組成部分，更是校園文化的重要載體，是全校師生學(xué)習(xí)工作的重要場所，也是學(xué)子對母校的美好記憶，具有鮮明的教育功能。重慶一中項家書院建于明代，屬歷史建筑、標志性建筑，見證了重慶一中90多年的辦學(xué)歷程。項家書院門檐上“動樂靜壽”四個草書匾額，語出《論語》：“子曰：知者樂水，仁者樂山，知者動，仁者靜，知者樂，仁者壽?！痹擃}詞激勵了一代代重慶一中學(xué)子勤奮苦讀，從這里走向世界。項家書院會議室位于書院中心，是學(xué)校舉行教育教學(xué)活動的重要場所。每年教師學(xué)生都在這里組織召開各種會議，開展討論、總結(jié)、表彰等活動，每次校友們回校參觀也必進項家書院。項家書院在重慶一中師生心目中具有重要的地位。

項家書院會議室長約14.1米，寬約7.2米，頂部為尖頂結(jié)構(gòu)，最高處距地面7.9米，空間容積約710立方米（如圖1）。會議室頂部為木板，墻面為磚木混合，墻面兩側(cè)為大面積木質(zhì)玻璃窗，地面為水磨石，桌椅均為實木材質(zhì)。

二、主要聲學(xué)問題和擴聲系統(tǒng)改造技術(shù)難點

（一）主要聲學(xué)問題

雖然經(jīng)常承辦各種教育教學(xué)活動，但項家書院會議室受空間形式、結(jié)構(gòu)材料的影響（如圖2、圖3），存在混響時間偏長、語音清晰度差的問題，活動效果大打折扣。項家書院必須從技術(shù)的角度進行建筑聲學(xué)改造，才能有效發(fā)揮其教育功能。

在計算機中利用EASE進行模擬，結(jié)果顯示（如圖4）在影響人聲清晰度的400Hz—2000Hz這個區(qū)間，混響時間呈直線上升，最高達到3.68s，最低在3.22s，平均混響時間達到了3.4s。通過圖5對比發(fā)現(xiàn)，會議室混響時間曲線嚴重偏離標準容差，這說明計算機模擬結(jié)果與現(xiàn)實情況相吻合。那么如何在保留歷史建筑原有裝飾風(fēng)格、保留其在師生中的美好記憶的基礎(chǔ)上，對會議室的聲學(xué)環(huán)境進行改造，解決混響時間偏長和語音清晰度差的問題，是一個不小的挑戰(zhàn)。

（二）擴聲系統(tǒng)改造的技術(shù)難點

影響會議室使用效果的另外一個重要因素就是擴聲系統(tǒng)建設(shè)，兩者互為補充，才能夠呈現(xiàn)出理想的聽音效果。項家書院原有擴聲系統(tǒng)由模擬調(diào)音臺加二分頻音響系統(tǒng)組成，現(xiàn)場測試效果非常不理想。在實際使用中存在話筒數(shù)量不足，提高聲壓級話筒嘯叫頻繁的現(xiàn)象。因此擴聲系統(tǒng)改造主要圍繞三個方面進行：第一，在保證足夠聲壓級、聲音均勻度的前提下，如何解決同時開啟多只無線會議話筒，同時保證話筒不掉頻、不串頻、不嘯叫;第二，設(shè)備間設(shè)計在直線距離20米左右的隔壁房間，實現(xiàn)在會議室中實現(xiàn)對整個系統(tǒng)及時有效地控制;第三，在不破壞原有裝飾的前提下，與聲學(xué)改造相配合，完成整個系統(tǒng)布線施工。綜上可知，這三個方面是項目改造的重難點，直接決定了會議室后期使用效果。

三、改造方案

因為歷史建筑的特殊性，既要最大程度地保留其原有面貌，又要解決會議室存在的混響時間長、聲音清晰度差的問題，常用的體型輪廓改造、吊頂改造就不適用于項家書院會議室。因此主要從改變局部吸聲材料和改造擴聲系統(tǒng)兩個方面入手。

（一）聲學(xué)改造方案

為盡可能保留會議室原有裝飾風(fēng)格，本次改造選擇可供聲學(xué)改造的材料對室內(nèi)部分墻面或裝飾物進行替換。

其一，如圖6所示，將允許變動的局部墻面木板替換為與原有墻面同色的高強度陶晶砂吸聲板（厚度為8mm），在其表面噴涂2mm透聲涂料，板后空腔80mm填裝吸音棉，其吸聲參數(shù)需滿足表1的要求。

其二，將玻璃窗原有竹簾更換為吸聲性能更高的雙層燈芯絨吸聲窗簾。通過EASE模擬計算，如圖7所示400Hz—2000Hz混響時長雖然仍高于國家規(guī)范中會議室推薦混響時間1—1.2秒的標準，但相較改造前改善效果明顯，我們期望搭配上合理的擴聲系統(tǒng)方案，能夠讓會議室煥發(fā)新的活力。

（二）擴聲系統(tǒng)改造方案

1. 擴聲改造標準。為實現(xiàn)理想的會議聲學(xué)效果，根據(jù)國家標準《GB_T 28049-2011廳堂、體育場館擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中，會議類擴聲系統(tǒng)一級標準進行設(shè)計，該標準最大聲壓級達到98dB、穩(wěn)態(tài)聲場不均勻度≤8dB，可以保證系統(tǒng)在實際使用中達到國家標準要求的聲學(xué)指標。

在會議室當前建筑聲學(xué)改造的基礎(chǔ)之上，學(xué)校期望通過合理搭建擴聲系統(tǒng)，解決會議室存在的壓級不夠，話筒數(shù)量不足、話筒嘯叫問題，以及考慮如何實現(xiàn)遠距離控制與傳輸，保證會議質(zhì)量。

2. 擴聲系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)上述的系統(tǒng)設(shè)計準則和功能要求，結(jié)合實際使用需求，設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)采用了網(wǎng)絡(luò)音頻處理器主機加數(shù)字調(diào)音臺的形式，信號采用全數(shù)字處理，有利于高保真、低損耗地傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)進行處理。使用人員可以在會議室內(nèi)通過平板電腦對聲音的音量、輸入信號源的切換。該數(shù)字調(diào)臺還應(yīng)具有配置備份功能，可以對調(diào)試好的參數(shù)進行備份存儲和一鍵恢復(fù)設(shè)置，這樣就有效地解決了如何實現(xiàn)遠距離控制問題，因為該款調(diào)音臺具備自動調(diào)音功能，能夠檢測麥克風(fēng)輸入增益，自動調(diào)節(jié)每個話筒的輸入，再配合上音頻處理器這樣設(shè)計也能有效解決話筒嘯。在布線問題上，通過系統(tǒng)圖可以發(fā)現(xiàn)，進入會議室的一共只有四條線纜，在與聲學(xué)改造方案相結(jié)合，采用隱藏式布線，是看不到任何線纜存在，使擴聲改造不影響會議室原有裝修風(fēng)格。

3. 會議話筒方案。因會議室中時常采用座談式會議，需要足夠數(shù)量的話筒，同時為解決無線會議話筒增多帶來的嘯叫問題，選用了某品牌帶Dugan功能數(shù)字調(diào)臺與無線會議話筒搭配使用。Dugan自動混音器可被應(yīng)用至8個通道，自動提升有效的麥克風(fēng)輸入增益，同時降低閑置的麥克風(fēng)輸入增益，從而創(chuàng)造連續(xù)的整體混音電平。該功能可以在使用多個麥克風(fēng)的演講或小組討論的情形中免去復(fù)雜的推子操作。Dugan自動混音算法也保留了一個安全的反饋余量，確保聲音的高品質(zhì)、高清晰度。因控制室與會議室距離較遠，為保證話筒信號的接收效果，學(xué)校在方案設(shè)計中配置了天線放大系統(tǒng)，滿足了會議拾音對清晰度、靈敏度、穩(wěn)定性的較高要求。

4. 擴聲音響選擇。因會議室頂部為尖頂式、無吊頂，為保證會議桌有足夠的直達聲，因此學(xué)校選擇終用某品牌的有源可控波束柱狀全頻揚聲器，作為主擴設(shè)備壁掛，安裝在進門左右兩側(cè)墻面上。該音響具有線性音柱聲壓級衰減率比傳統(tǒng)全頻音箱少二分之一的優(yōu)點，還能夠通過軟件精確調(diào)整聲音的水平和垂直覆蓋角度。

作為一個歷史建筑，經(jīng)過這次聲學(xué)改造，會議室內(nèi)部結(jié)構(gòu)風(fēng)格被最大程度地保留，對比改造前后，無明顯變化，實現(xiàn)了保護歷史建筑的目標，和師生們記憶中的項家書院沒有任何違和感，親切一如既往。實際使用時，會議室語音清晰度良好，完全滿足之前的設(shè)計要求。這次對項家書院會議室創(chuàng)新性的改造實踐說明，在尊重歷史的前提下，通過新材料新技術(shù)的運用，將聲學(xué)改造和電聲技術(shù)完美結(jié)合，可以實現(xiàn)歷史建筑新舊功能的融合與提升，充分保留學(xué)校標志性建筑在師生們心目中的美好記憶，延續(xù)并拓展其教育功能，提升學(xué)校的辦學(xué)效益，也有助于同類歷史建筑的聲學(xué)改造實踐借鑒。

參考文獻：

[1]謝輝，吳會飛，鄧智驍. 大中型報告廳的建筑聲學(xué)改造技術(shù)研究[J]. 聲學(xué)技術(shù)，2018，37（04）：337-343.

[2]石慧斌，金迪鋒，陳勇，等. 文物建筑的聲學(xué)改造——清華大禮堂聲學(xué)問題解決方案[J]. 電聲技術(shù)，2013，37（04）：1-6.

[3]葉雋，李運江. 多媒體教室聲學(xué)改造仿真[J]. 山西建筑，2010，36（31）：9-10.

（責(zé)任編輯：莫唯然）