禮堂平板與曲面吊頂對廳堂音質影響分析

韓文東，張世武(上海中建東孚投資發展有限公司，上海　200122)

進行廳堂室內設計時，需要根據禮堂的主觀音質要求和相應的聲學指標，結合廳堂的體型、材料、構造和藝術處理展開設計，因此聲學設計與廳堂的建筑設計同時并進，并且貫穿于建筑設計和施工的全過程。經過必要的測試、模擬分析和主觀聽音評價，是達到預期聲學效果的必要方法。

某禮堂主要功能為 820 座的小型丙級多功能劇場，可以作為小型歌舞劇演出、音樂劇會議、電影放映、學術報告等功能使用。禮堂音質設計主要指標有混響時間 T30、回聲評價指標 EC、清晰度 D、側向反射聲系數 LE、清晰度D、語言傳輸指數 STI 等，并預防音質缺陷的產生以及控制構件的隔聲減振，降低背景噪聲。

室內設計時，平板吊頂與曲面吊頂較難抉擇。從材料加工、運輸、安裝施工便捷性的角度考慮，平板吊頂為首選，且與外立面裝飾風格相近；但多數廳堂多采用曲面吊頂。因此采用專業的廳堂音質模擬分析軟件 Odeon，建立廳堂模型，在舞臺、四周墻面、坐席區的材質和構造形式均相同的前提下，模擬計算平板吊頂和曲面吊頂對音質指標的影響，為吊頂選型提供科學依據。

1　音質指標簡介

1.1　混響時間

聲源停止發聲后，聲能衰減 60 dB 所需要的時間。軟件中的混響時間從施羅德積分曲線得出。

本廳堂混響時間取值 1.3～1.5 s，設計最佳值 1.3 s，低頻允許有提升。

1.2　回聲指數EC

評價廳堂受回聲干擾的程度見式(1)、式(2)：

對于音樂來說，取 n=1，Δτ=14 ms，為了保證不多于 50% 的人感到有回聲，EC 應≤ 1.8。

對于語言來說，取 n=2/3，Δτ=9 ms，為了保證不多于 50% 的人感到有回聲，EC 應≤ 1.0。

1.3　清晰度D

用于評價語言的清晰程度，它的定義是接收點在 50 ms 之前接收到的聲能與總聲能之比，如式(3)所示：

D 越大，表明語言越清晰；D 越小，表明混響越長。一般認為，D＞50% 時，語言的清晰度比較好。

1.4　快速語言傳輸指數RASTI

用于評價語言的可懂度。語言可懂度的降低主要和混響、聲波干涉和背景噪聲有關。RASTI 是調制轉換函數MTF 的平均歸一化值，與主觀感受的對應關系見表1。

1.5　音質缺陷及其他指標

廳堂音質設計常出現的音質缺陷有回聲、顫動回聲、聲聚焦、聲影區、聲共振等 5 種；評價廳堂音質優劣的指標還有聲場均勻度(聲壓級 SPL 分布圖)，如通常規定聲場最大聲壓級與最小聲壓級差值應＜ 6 dB。

2　音質指標模擬對比分析

2.1　混響時間模擬對比

首先廳堂平板與曲面吊頂的混響時間分布進行模擬計算。分析后得知，對于平均混響時間，平板吊頂工況的混響時間范圍是 1.1～1.4 s，曲面吊頂工況混響時間是1.1～1.3 s；且平板吊頂在接近上限與下限的區域較多，因此可以判定曲面吊頂更利于聲場均勻擴散。對于 500 Hz 的混響時間，平板吊頂為 1.28 s，曲面吊頂為 1.26 s，曲面吊頂分布更均勻。

另外，平板吊頂的混響時間最大值與最小值差值為 0.6 s，曲面吊頂的混響時間最大值與最小值差值為 0.5 s，說明混響時間在低、中、高頻波動更小。

2.2　回聲指數 EC 模擬對比

對廳堂平板與曲面吊頂的回聲指數分布圖進行模擬計算，分析后得知平板吊頂的廳堂回聲指數分布在0.38～0.87 之間，滿足語言聲＜1.0 的要求；曲面吊頂的廳堂回聲指數分布圖在 0.29～0.79 之間。從平板吊頂廳堂回聲指數分布圖看出，前排坐席有大片紅色區域，說明產生回聲的概率相對較高，因此曲面吊頂的廳堂更利于消除回聲缺陷。

2.3　清晰度 D 模擬對比

通過廳堂平板與曲面吊頂的清晰度分布圖模擬計算，分析計算結果得知，根據 D50 的定義，＞0.5 說明語言清晰度更好。平面吊頂的清晰度 D50 模擬值在 0.38～0.87 之間，曲面吊頂的清晰度 D50 模擬值在 0.42～0.91 之間，說明曲面吊頂更利于提高語言清晰度。

2.4　快速語言傳輸指數RASTI模擬對比

通過廳堂平板與曲面吊頂的快速語言傳輸指數 RASTI分布圖模擬計算，分析計算結果得知平板吊頂廳堂的RASTI 模擬范圍是 0.48～0.67，中間藍色區域為 0.57。曲面吊頂廳堂的 RASTI 模擬范圍在 0.51～0.70 之間。兩者的語言可懂度均在一般、良好之間。曲面吊頂取值略高，可懂度略有提升。

2.5　聲壓級SPL模擬對比

廳堂平板與曲面吊頂的聲壓級 SPL 分布圖模擬計算模擬計算，分析計算結果得知平板吊頂廳堂第一排聲壓級75.5 dB，樓座后排最左邊 70.5 dB，差值 5.0 dB。曲面吊頂廳堂第一排聲壓級 75.5 dB，樓座后排 71.2 dB，差值為4.3 dB，聲場均勻度更好。

3　結　語

通常在室內裝飾設計時，需要綜合考慮整體裝飾風格和安裝施工、材料加工的便捷性、廳堂音質設計等因素，對于有較高聲學要求的廳堂需要以音質設計為重點。

平板吊頂與曲面吊頂是業主單位、建筑師難以抉擇的選項。本文通過專業軟件模擬，分析平板吊頂與曲面吊頂對廳堂各音質指標的影響，綜合對比分析得出，曲面吊頂更利于形成良好的聲學環境。