091建筑声学初级课程 Lesson Ninty One室内声学整体解决方案发展历程.docx

私人影院標準化室內聲學整體解決方案發展歷程由單獨音視頻產品銷售到整套音視頻搭配再到標準化私人影院整體設計，家庭影院已經從完成從銷售到定制的轉型，深層次的意義是家庭娛樂系統的量身打造。在聲學設計領域，標準及產品的日臻完善成熟，經營者及使用者對私人影院聲學環境設計的越發重視，發揮出設備本該有的具魅力的感受，諸多因素促進私人影院定制安裝在2012年走到一個成熟的階段，“標準化”聲學整體設計成私人影院系統集成不可或缺的一個重要組成部分。從大型共建領域的建築聲學設計，走到民用領域的小空間聲學設計，經歷多年的轉變和發展，是建聲聲學向應用化、普及化發展的一個重要里程碑！圖一 人民大會堂萬人禮堂*建築聲學初級課程 Lesson Ninty One-室內聲學整體解決方案發展歷程中國建築聲學發展，從1959年人民大會堂的萬人禮堂為創始里程碑。為迎接1959年中國國慶，北京興建十大建築，人民大會堂音質問題交給馬大猷先生負責。馬大猷組織北京高校、建築、廣播系統中的聲學專家進行研究設計，開創中國建築聲學的第一篇章。首先將中國萬人禮堂的聲學結構分為六個區域，每個區域有不同的聲學特性結構，整體組合完成整體的聲學效果，使用礦物面、膠合板等進行聲學結構的計算、實驗測試，並使用轟動世界的馬大猷首創微穿孔吸音理論，完成萬人禮堂內觀眾區平均聲壓不得低於70分貝、任何座位聲壓差不得超過3.0分貝，為得到更好的會議語言清晰度，混響時間控制在22.3秒。根據馬大猷先生的設計構想，中國人民大會堂先是用一個分散式的聲源，不靠幾個大喇叭擴音，而是把主席臺上的聲源分散到台下的座位，每兩個座位前置一個揚聲器，聽臺上講話就像對面傳來一樣。考慮人民大會堂經常舉辦音樂會等大型文藝活動，演出聲音要有一定保真度，靠座位前揚聲器效果不好，於是設計一個半分散式聲源。大會堂主席臺32米寬，左右兩個聲道中間再加一個聲道，使一個聲音疊加一個聲音逐漸遞增，傳播時間控制在120秒內，聲音聽起來是連續的，坐在最後一排的聽眾既聽得清楚，也不會受回聲干擾。人民大會堂的音質設計效果不僅超過華沙人民宮，近半個世紀過去，它至今仍經得起歷史的考驗：世界上一直沒有比它更大的大會堂，當然到現在也一直沒有超過它的大會堂音質設計。當中國的大型建築開始重點要求聲學環境的設計和應用，在不同的環境和要求中出現不同的聲學結構和產品，從簡單的膠合板、礦物面結構到木質吸音板，從軟質吸音泡沫到植物纖維等吸音材料及結構，這個時期在材料吸聲量的提高做很大的努力，更多為滿足體育場館中不同的活動需求和廣播需求，在理論和實踐中探索更深的專業知識，也為聲學專業發展奠定基礎，逐漸形成聲學的必要性和專業性。隨著更多功能性建築的出現，聲學專業需要深入，提高混響時間的標準以及聲場均勻度的指標，隨之而來的是增加擴散的形式和技術，專業開始上升高度。而到國家大劇院時代，建築聲學環境已不僅僅是專業技術的問題。中國國家大劇院中的聲學環境是本建築的重點，首先“蛋殼”形的外觀中有雨噪的影響，而且頂的形狀不容易使用平板式的隔聲，使用噴塗式的纖維聲學材料，將只有Rw37的穹頂隔聲提高到Rw47。大劇院內的背景噪音在25分貝左右；大劇院地下錄音棚臨近地鐵需要地面以下的震動隔聲，解決振動噪音的辦法，是給錄音棚裝一個避振器，於是設計師真的讓房子“站”在彈簧避振器上。將來當音樂家們走進國家大劇院地下200平方米的錄音棚時可能無法想像，正“懸”在400根彈簧上。清華大學建築學院建築物理實驗室承擔錄音棚彈簧避振的實驗，現已完工的大劇院錄音棚下，每根錳鋼彈簧的承載力是1噸左右，設計壽命是100年。在大劇院各個廳中使用不同的聲學結構和材料，並大面積使用MLS、GRG、QRD擴散結構，而音樂廳中的“魅頂”除為音樂廳增添藝術氛圍，它更是一個考慮聲學功能的設計。對於音樂廳來說，第一重要的就是聲音，一切建築和裝飾設計都要為聲效服務。凹凸不平的頂棚，更加有利於聲音的擴散，不規則圖形的浮雕頂棚，就是一個聲音擴散器，把舞臺上發出的聲音擴散到觀眾席的每一個角落。浮雕頂棚只是大劇院聲學“竅門”中的一個，建築聲學的精巧設計處處可見。歌劇院室內看上去是橢圓形的，但觀眾眼鏡看到的形狀卻是個“假相”。負責大劇院室內音質測試的清華大學建築學院建築物理實驗室介紹，從視覺美觀上講，弧形牆面的橢圓劇場，會更加美觀，但圓弧形對於音質來說卻是致命的。長方的體型有利於反射聲音，音質最好，但看上去又會古板。最後設計師使用一個兩全其美的辦法。現在長方形歌劇院牆面被蒙上金屬網，這樣看上去歌劇院牆面呈圓弧形，但聲音卻能穿過金屬網投射到金屬網背後真正的牆面。現場金屬網與牆面之間還安裝裝飾燈，燈光映上金屬網後面紅色的牆面，再透過金色的網面，看上去富麗堂皇。“也有很多內秀。”燕翔教授說。雖然對大劇院的爭論不絕於耳，但幾位參與大劇院工作的工程師都表達類似的看法：大劇院中很多技術和設計理念的創新，將給國內今後的建築帶來啟示。中國國家大劇院的成功讓人們感受到建築聲學帶來的視聽享受，可以在地鐵強烈震動旁聆聽美妙的音樂，可以在隔聲觀察窗後聽不見一點會場中的聲音，而這些經過嚴謹理論論證和上百次試驗的專業技術和產品，開始在更多的工程上應用，各種機房的減震隔聲使用氣墊式減振和彈簧式的彈性減震處理機械引發的結構共振，同時進行機械的聲源軟性處理。國家會議中心的同聲傳譯室低頻隔聲玻璃的應用，也是玻璃隔聲領域的一次突破，低頻隔聲玻璃為實心結構及透明阻尼的特定比例配合，降低低頻共振特性，密封後隔聲量高達Rw53分貝，相當於24cm磚牆的隔聲量。隨著示範性聲學建築的落成和國內文化產業的大發展，帶動各地劇場劇院的開發建設，用建築聲學專業理論建造完善的聲學環境，以此為基礎完成各式各樣的演出，不僅如此，在報告廳、會所等聲學環境指標也得到質的提高和應用，民眾也更多的接觸到良好的聲學環境帶來的體驗和感受，建築聲學在各個環境中被重視和應用。體育場館、劇場劇院聲學案例（圖片來自中電聲學設計中心）聲學在家庭影院中簡單應用自1976年杜比實驗室發明杜比身歷聲電影系統，把左、中、右、環繞四個聲道的資訊經降噪後按一定方式編制記錄成兩聲道。在播放時再按相反的方式還原成四個聲道（即424方式），從而實現多聲道與二聲道的相容傳輸。杜比環繞聲系統在70年代末拍攝的星球大戰中，成功地實現聲音方向與畫面移動的同步，讓觀眾感受到聲音從頭頂呼嘯而過的方位感和現場感，引起電影界的震動後，音視頻設備和還原性能和聲場形式不斷提高和豐富，這種衝擊可不可以帶回家呢！1982年杜比就開始與中國電影院進行合作，1998年在上海設立代表處，開始在中國提供使用杜比技術的授權認證。當前幾乎每一個生產音視頻產品的中國企業都在用杜比的技術，“Dolby”這一商標幾乎標注在中國每一台音視頻產品上。但這樣的設備還原性能普遍沒有完全把衝擊帶回家，主要還來自於建築聲學的滯後，而隨著人們對視聽越來越高的要求，很多工程材料和結構開始被應用在家居民用。發燒友們開始想到使用建築聲學來調節房間的聲場，早期還主要以吸聲材料為主，使房間內的混響時間降低，可以更清晰的聽到設備所還原和渲染的效果，如礦物棉和穿孔膠合板的配合，或使用木質吸音板的鋪裝，效果雖有所提高，但是吸聲量的多少帶來聲音的飽滿與乾澀，駐波的產生和處理，擴散如何使用等等一系列問題的困擾，人們逐漸發現專業聲學設計的的重要性；於是人們提出在家庭影院中作出與專業院線類似的聲學處理要求，設備商臨摹影劇院的裝修樣式進行家庭影院環境的聲學設計，使用木質吸音板、礦物棉和軟包填入到家庭影院中，類比影劇院中的擴散結構直接放進房間中。但是吸音材料的結構、配合、材質都會產生不同的吸音係數，整體配合上對混響時間有很大的影響，最終並不良好的的體驗結果被經營者和使用者體會到在聲學專業上的短板。私人影院聲場調節件產生和應用很多聲學設計師和專業公司為家庭影院推出影音室中使用的聲場調節件或校音體，主要以單獨的吸音塊、幾何形擴散、MLS擴散和QRD擴散為單品，進行影音室內聲場調節使用，如果房間平均吸音係數不足，可以使用單獨吸音塊，並將吸音塊進行“棋盤式”、“條形式”、“補丁式”分佈形成擴散，使用吸音板組合幾何形擴散，而在單獨擴散中使用MLS和QRD進行一維或兩維擴散使用，並且可以將MLS擴散組合成吸音體使用，可以調節回聲等缺陷，但是在陰角處的駐波形成，因為是簡單單體進行調節無法在整體性上完成駐波消減，產生單體的低頻陷阱產品進行調節使用，這些都為家庭影院技術整體式的發展帶來準備和啟示。在家庭環境中專業、環保和美觀需要有更高的要求，簡單的聲音調節形式沒有更好的完成專業的聲效和美觀，環保也需要進一步改善，私人影院聲學整體設計需要更高的標準和要求。私人影院高標準在國內普及和應用隨著家庭影院技術在國內培訓大量THX聲學工程師，THX的標準被廣泛採用。房間聲學設計作為家庭影院設計最關鍵的環節，THX制定私人影院的8項評價指標：1、Dialog clarity and articuiation對白清晰度和標準度；2、Precise soundlocalization精確的聲音定位；3、Smooth sound movenent平滑的聲像移動；4、Spacious suitound極具空間感的環繞聲場；5、Smooth tonal balance平衡的音色；6、Tight bass快速緊湊的低頻表現；7、Fuli dynamics寬廣的動態範圍；8、Every seat a good seat每個位置都是皇帝位；而在這個標準中私人影院的聲學環境如何來設計完成，給簡單聲學調節件設置高要求的門檻，私人影院的聲學設計需要更專業的整體設計和計算，從私人影院的房間選型開始入手，不僅是選擇合適比例的房間形狀、大空間等，同時要考察房間的防水、新風，而影音室的整體背景噪音應低於30分貝，消除聲音的室內外干擾，保證背景噪音對影響主觀感受的早期衰變時間EDT，保證混響時間的完善感受和資料，房間從隔聲開始進行設計施工，從牆面、頂棚以及地面產生的撞擊聲傳聲，門窗產生的空氣聲傳聲以及長振幅的低頻震動、低頻低谷共振和直接的低頻穿透，在施工中避免風口、龍骨和安裝材料的共振，在混響、回聲和駐波中，需要整體的設計，牆面斜展配合設計師的幾何形擴散更能體現設計感和整體美觀，在沒有背景噪音和共振的影響下，混響時間根據吸和擴的配合能夠更精准的完成資料要求同時帶來更完善的主觀感受，回聲和駐波的處理也變得“圓滑”多樣，而處理方式樣式也同時可以改變“低頻陷阱”的使用和處理，並將原有的調節單品加入其中進行整體的美觀設計，這樣完成更高要求和標準的私人影院聲學環境，家庭影院的環境裝修轉變到標準化整體聲學解決方案。小強家庭影院裝修網裝修裝潢的工期、精力、品質等因素，更主要是使用者對美觀、環保以及品質的要求給家庭影院聲學環境發展樹立了目標，現場施工無法保證施工品質和材料加工品質，漆面、化學膠不可避免的使用也使得現場施工帶來了不能零污染的缺陷，各種要求和目標需要家庭影院聲學環境有單獨的認證和標準。定制聲場要求標準和完成從傳統家庭影院聲學設計和施工，到標準化設計和產品，依靠大量的實際案例，總結多年的設計經驗，中電聲學設計中心的私人影院標準化室內聲學整體解決方案，提出更高的專業標準：1、較好的房間比例和房間位置；2、嚴格的背景噪音環境（背景噪音小於30dB）；3、消除共振的影響（共振聲小於15 dB）；4、滿意的清晰度、豐滿度的混響時間（在0.2-0.4s間）；5、足夠的響度和均勻的聲場（聲場均勻度小於3 dB）；6、專業基礎上更要有美觀、高效、環保的高品質要求。根據北京某案例進行標準完成的實際說明：一、項目概況：北京某大型地產老總是音響發燒友，在自己開發的高端住宅樓7層有一套住房，要把次臥做成一頂級的影院，（詳見圖1）房間的具體結構長5.6寬4.95米高2.8米，要求電影與HI-FI功能兼顧，同時保證隔聲設計的效果和環保達標。圖1房間隔聲設計平面圖二、現場勘察： 經過設計中心聲學工程師與相關技術人員現場勘察，提出以下問題：1，影院的強弱電、新風等需在隔音動工前，做基礎佈線，2，空調需要安裝消聲管道並提前佈置，3，由於樓上、樓下直接面對的是客廳，左右兩側是主臥與書房，隔音處理難度很大，需做房中房設計，並需考慮結構的荷載，4，隔聲和吸聲處理後，會縮小房間的容積。5，空間小，把機櫃機身鑲嵌在視聽室外側牆體上，並在機櫃外側做隔聲設計。根據現場勘查，將資料進行資料獲取表的統計，其中還包含：原結構尺寸、原結構形狀、和各個連接點的形式以及設備型號、性能、尺寸和要求的風格；三、房間聲學各項指標設計：根據小空間使用功能要求不同，其聲學指標也不盡相同。針對本專案，設計中心提出室內背景噪音滿足NR-30曲線要求， 混響時間要求在0.40.2S，房間與敏感房間隔音量大於等於RW65dB，消除駐波、共振、顫動回聲、聲染色等聲學缺陷，並進行模擬資料分析，將現場產生聲音缺陷的結構進行分析處理；四、隔聲設計1、普通住宅樓板存在隔聲不良問題目前的住宅設計中，樓板採用的做法多是混凝土樓板加抹灰面層。由於混凝土樓板剛性強，減振效果差，因此撞擊聲隔聲很差。撞擊聲隔聲指的是樓板對樓上的腳步聲、孩子的跑跳聲、拖動傢俱的滑動聲等因撞擊發聲的隔絕性能。按現行民用建築隔聲設計規範GBJ118-1988和住宅建築規範GB50368-2005（全文強條）“7.1條噪音與隔聲”規定，住宅樓板撞擊聲隔聲指標Lpn,w應小於等於75dB，而混凝土樓板的Lpn,w都在80dB以上，因此大多設計院按混凝土樓板設計的民用住宅，其樓板隔聲都無法滿足影院的使用。住宅設計中提高房間隔音量2.1、浮築地面隔聲設計地面隔聲最有效的方法是“浮築地面”法，即在結構樓板上鋪一層減振層（一般4-10mm厚），再在上面澆灌混凝土（一般40-80mm，需配筋），形成“三明治”彈性夾心結構。根據清華大學建築物理實驗室檢測結論，減振地墊式的浮築地面比原混凝土樓板的撞擊聲隔聲量可改善達18-22dB（與地墊的材質和彈性有關），現場實測撞擊聲隔聲量Lpn,w可從80dB降低到56-58dB，大大地降低樓上的生活噪音。這種構造做法日趨成熟，在北京奧林匹克花園、深圳紅樹西岸、浙江金華天龍置地等房地產項目中均採用“浮築地面”構造，實測資料完全滿足國家標準，隔聲效果非常理想。另外在混凝土地面上鋪設減震木地板，對樓板隔聲也有很大改善。包括實木地板（帶龍骨）和複合地板都有很好的撞擊聲隔聲效果，Lpn,w實測值一般小於70dB，滿足住宅設計規範的要求。根據清華大學建築