1?建筑聲學的發(fā)展自20世紀初，聲學設計的研究得以發(fā)展；1951年哈斯效應發(fā)現(xiàn)后，聲學工作者開始對早期反射聲進行研究；20世紀60年代，德國聲學家施羅德等發(fā)現(xiàn)了早期側(cè)向聲能與非側(cè)向聲能的比例關(guān)系，使反射聲的研究從時間域發(fā)展到了空間域，是廳堂聲學研究的一個重大進展；20世紀50年代開始，廳堂縮尺模型的研究有了長足進展，隨后廳堂聲學的數(shù)字仿真技術(shù)也發(fā)展起來，此后建筑聲學進入了蓬勃發(fā)展時期，各種類型的音樂廳、劇場越來越多。我國古代也出現(xiàn)過聲學效果極佳的建筑，如北京天壇；21世紀以來，我國聲學技術(shù)迅猛發(fā)展起來，上海大劇院、國家大劇院、長江“黑匣子”劇場等建筑的投入使用標志著我國劇場建設進入一個新時代。盡管建筑聲學在理論和實踐上已經(jīng)取得了巨大的成就，但仍存在一些問題，如廳堂設計方面，何種新穎的廳堂體形能產(chǎn)生良好的音質(zhì)效果，值得聲學工作者進一步探討。2?建筑室內(nèi)聲缺陷及改善措施劇場建筑聲學設計的關(guān)鍵性因素為室內(nèi)音質(zhì)設計，室內(nèi)音質(zhì)設計的主要目的是使語言清晰、聲音優(yōu)美、音樂豐滿圓潤、聲音有立體環(huán)繞之感，同時劇場內(nèi)任何位置上不出現(xiàn)回聲、多重回聲、顫動回聲、聲聚焦和共振等音質(zhì)缺陷。對于室內(nèi)聲學缺陷，可以通過體形設計及合理布置裝飾界面結(jié)構(gòu)、材料等方式進行改善。3?案例分析3.1?項目概況某劇場建筑以歌舞、戲劇和話劇演出為主，劇場的平面大致為扇形，長約25?m，寬約27?m，天花下高度約8.5?m，聲學有效房間容積為2?960.3?m3，室內(nèi)總表面積1?598.4?㎡，劇場包括565個池座，容座率為5.2?m3/座。本項目舞臺區(qū)包括1個主舞臺以及相應的側(cè)臺和后臺。舞臺口寬約16?m，高約8?m。3.2?問題分析建筑室內(nèi)音質(zhì)的好壞首先與建筑的體形有關(guān)，建筑的體形設計，首先，要充分利用直達聲，使直達聲均勻地覆蓋觀眾廳，并保證直達聲的強度；其次，要注意使早期反射聲（主要是一次反射聲）合理分布于整個大廳，即廳內(nèi)各主要反射表面應使早期反射聲能均勻地到達觀眾席。實際的經(jīng)驗也表明，強度適宜的，不至于有回聲感的反射聲有助于演出者感受到來自廳內(nèi)聲場的支持，進入更為良好自信的表演狀態(tài)；再次，應避免觀眾廳內(nèi)任何位置出現(xiàn)回聲、多重回聲、顫動回聲、聲聚焦和共振等聲缺陷。如當反射聲與直達聲的聲程差超過17?m時，就可能出現(xiàn)回聲。本項目為扇形平面，為了達到較好的視覺效果，側(cè)墻采用內(nèi)凹弧形設計，天花采用兩片貝殼形天花設計。在本設計中，因建筑整體尺寸較小，聲程差較短，不存在回聲缺陷，但因墻體、天花異形結(jié)構(gòu)的存在導致早期反射聲聲場分布不均，觀眾席出現(xiàn)聲聚焦等問題，通過體形設計，改善聲線路徑，確保聲線分布均勻。3.3?臺口區(qū)側(cè)墻體形優(yōu)化對劇場1.5?m高平面進行二維聲線分析，聲音從聲源發(fā)出后的聲線，如圖1所示，圖中方框圍合部分為舞臺口的弧形側(cè)墻，聲音首先經(jīng)該弧形側(cè)墻反射，觀眾席中間區(qū)域大部分接收的一次反射聲都是靠這部分弧形側(cè)墻反射而來，此位置的反射聲線幾乎全部集中在觀眾席中部，兩側(cè)觀眾席的早期反射聲較少，因此應對該部分墻面優(yōu)化，本項目可以將臺口附近的一段側(cè)墻做成斜展形，改變臺口附近反射聲方向，使之反射的范圍加寬，提高觀眾席的早期反射聲覆蓋范圍，優(yōu)化后的二維聲線，如圖2所示，從圖中可以看出聲線覆蓋范圍增加。圖1?原始3層平面1.5?m接收平面聲線圖2?優(yōu)化后3層平面1.5?m接收平面聲線3.4?觀眾廳側(cè)墻及后墻體形優(yōu)化為提高聲場均勻度并結(jié)合室內(nèi)美學藝術(shù)效果，在側(cè)墻上布置擴散體，該擴散體采用GRG材質(zhì)，與側(cè)墻結(jié)構(gòu)一體成型。擴散體類似于墻體上的突起，同時擴散體與墻體間存在圓弧倒角，該結(jié)構(gòu)可使墻面的反射方向發(fā)生變化，由鏡面反射轉(zhuǎn)變?yōu)槁瓷洌纳坡暰劢箚栴}，側(cè)墻體形優(yōu)化后聲聚焦問題得到解決（圖3、圖4）。圖3?用于內(nèi)凹弧形墻面的聲學擴散體主視圖圖4?用于內(nèi)凹弧形墻面的聲學擴散體俯視圖3.5?天花體形優(yōu)化聲音由聲源點發(fā)出后，經(jīng)天花形成一次反射聲，將聲音有效地反射到觀眾區(qū)域，提供大量的早期反射聲，加強直達聲，提高聲場均勻度、響度和語言清晰度。天花作為最重要的一個反聲面，需要科學合理的設計，本設計采用的貝殼形天花造型裝飾效果美觀。原始剖面聲線如圖5所示。由圖5可知，該造型能為觀眾席提供早期反射聲，使來自頂部的反射聲能大致均勻覆蓋觀眾席，但因前排座位較難獲得一次反射聲，故應將左側(cè)貝殼整體向上平移0.4?m并以左側(cè)頂點為圓心順時針旋轉(zhuǎn)3°，優(yōu)化后的聲線如圖6所示，可知優(yōu)化后前排座位可以獲得一次反射聲，來自頂部的反射聲能均勻覆蓋在整個觀眾席上。圖5?原始剖面聲線圖6?優(yōu)化后剖面聲線對于劇場而言，容易引起回聲的部位一般是觀眾廳的后墻，后墻一般采取吸聲或擴散處理。本項目為避免后墻產(chǎn)生不利的聲反射，觀眾廳后墻兩側(cè)部分采用擴散構(gòu)造。4?仿真模擬建筑聲學的計算機仿真技術(shù)廣泛地應用于廳堂音質(zhì)設計、音質(zhì)評價、聲場特性研究等領(lǐng)域。與實物模型（縮尺模型）相比，其克服了模型制作和測試中的困難，而且模型建立和修改均十分方便、便捷，節(jié)約了時間和費用。本次計算機聲學模擬分析采用ODEON軟件，其以幾何聲學為理論基礎，應用到聲線跟蹤法、虛聲源法、聲束跟蹤法等原理。本設計通過計算機仿真模擬對廳堂的室內(nèi)聲場環(huán)境進行預測，了解小劇場聲學效果，檢查廳內(nèi)的聲學缺陷是否得到改善。仿真建模時，為提高軟件的計算效率，對觀眾廳做了簡化：門與墻作同一平面處理、觀眾席簡化成長方體、頂部天花做了封閉處理，如圖7所示。圖7?劇場模型采用無指向性理想聲源OMNI.SO8，增益設為31?dB，聲源位置設置在舞臺口中央，距地面1.5?m高；受聲點為觀眾席區(qū)域，高度距離地面1.2?m，相當于人坐下時耳朵的高度，由于模型具有對稱性，因此在一側(cè)觀眾席布置6個測點。聲源及受聲點位置分布，如圖8所示。圖8?聲源和受聲點分布通過對廳堂空間進行網(wǎng)格劃分，研究每個網(wǎng)格的聲場特性，以便了解整個廳堂的聲學特性。本次模擬將廳堂觀眾席平面劃分為0.75?m×0.75?m的單元，高度距離地面1.2?m；以彩色網(wǎng)格圖形式展示，觀眾席網(wǎng)格分布，如圖9所示。圖9?觀眾席網(wǎng)格分布根據(jù)優(yōu)化后的體形，對劇場進行滿場條件下聲學仿真模擬，分析對比模擬結(jié)果，查看體形優(yōu)化后的混響時間T30等聲學參數(shù)，500?Hz、1?000?Hz劇場滿場混響時間T30分布分別如圖10、圖11所示。圖10?劇場滿場混響時間T30分布（500?Hz）圖11?劇場滿場混響時間T30分布（1?000?Hz）根據(jù)JGJ57—2?000《劇場建筑設計規(guī)范》，本劇場的容積為2?960.3?m3，故500~1?000?Hz滿場時混響時間為（1.1±0.1）s較為合適，劇場中頻滿場混響時間1.13?s，滿足規(guī)范要求。5?結(jié)束語（1）通過對劇場進行二維聲線分析，針對分析結(jié)果中出現(xiàn)的聲聚焦、聲場分布不均問題提出改善措施，進而提出對于規(guī)則形體可以采用二維聲線進行室內(nèi)體形分析，檢查劇場內(nèi)反射聲線是否均勻，是否存在聲學缺陷，該方法簡潔、直觀，可以作為劇場聲學初步設計的方法。（2）