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追溯建筑声学发展源动力 讲述实践与认识的历程

建筑声学是围绕建筑中听音问题和噪声问题而展开的认识世界、理解世界进而改造世界的学问之一。眼、耳、鼻、舌、身无时无刻地向人们传递着视觉、听觉、嗅觉、味觉等感觉,受想行识全在其内,喜怒我乐尽在其中。对耳所关联的精神世界的求索,是推动建筑声学发展的源动力。

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古代的实践

非洲土著音乐之所以节奏感强,其重要原因之一是,在广阔的野外演奏需要这样做。欧洲古典音乐悠扬而舒缓,这与在剧场内演出有密切的关系。中国古代演出场地多为有顶而无墙的“亭子”,似乎介于非洲与欧洲之间,中国戏曲的节奏感也是介于两者之间,必定也受到了古戏台的影响。聪明的古人通过长期实践适应了音效与环境的平衡,在声学方面的成就值得我们敬畏。

古罗马埃皮达罗斯露天剧场

古罗马埃皮达罗斯露天剧场(Theaterat Epidauros),建于公元前300年前,观众达17000人。为了使观众尽可能地靠近舞台,将观众席布置成升起很大的半圆形,提高了听闻效果。另外,演员使用面具来夸张面部表情,同时增加了向观众席的声辅射。表演区的上方及两侧建了倾斜的墙面,对子声音反射、提高语言清晰度有很大的好处。另外,古代室外背景噪声很低,全场观众静息而鸦雀无声时,表演者即使很微弱的声音也依然容易听清。

法国巴黎歌剧院

古希腊和古罗马时期(约650BC-400AD)、早期基督时期(400-800)、罗马风时期(约800-1100)、哥特及拜占庭时期(1100-1400)、文艺复兴建筑时期(1400-1600)、巴洛克时期(1600-1750)、及后来的古典主义时期等欧洲古代时期兴建了众多剧场,主要目的都是演出、集会或宗教活动。由于设计者对室内声学知之甚少,声学被神秘化。这些时代的音乐,包括教堂音乐、合唱曲、歌剧、交响乐等,都努力去适应当时普遍的厅堂声学效果。巴赫的管风琴音乐(18世纪上半叶)是专门为莱比锡(Leipzig)的托马斯教堂(Thomas)所写的。巴洛克和古典音乐(1600-1820),以海德尔、莫扎特、贝多芬为代表,是专门为贵族的舞厅而写的(如法国里昂城市大厅)。

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奥地利维也纳金色音乐厅

意大利歌剧,以多尼采蒂(Donizetti),罗西尼,威尔第等为代表,是专门为米兰、伦敦、巴黎、维也纳、纽约等大型马蹄型剧院而写的(如法国巴黎歌剧院)。浪漫主义时期(19世纪)的作曲家,门德尔松、勃拉姆斯、李斯特、德彪西、柴科夫斯基等,脑海中则只有维也纳、莱比锡、格拉斯哥、巴塞尔的音乐厅,其中杰出代表是奥地利的维也纳金色音乐厅。

相传孔子当年讲学的杏坛

中国古代先贤们在建筑声学方面的实践与欧洲截然不同。公元前700多年的春秋时期,孔子曾在曲阜的杏坛讲学,如下图是其场景描画及现今在原址上复建的杏坛讲堂。绘画中描绘是露天讲学,笔者更倾向于曲阜复建的杏坛,应是有顶的,至少遮阳避雨,另外面对声反射也有好处。但是,可以肯定的是,当时孔子是不会考虑建筑声学的,孔子倡导“君子远庖厨”,他认为技术是“奇技淫巧”,使孔子和他的弟子们不可能与负责建造杏坛的下等工匠们探讨声音问题,最多监理一下是否符合礼数祖制而己。传说孔子“弟子三千,贤者七十有二”,就杏坛的建筑声学效果来讲,同时听讲的弟子最多不超过100人。

近现代的发展

近代建筑声学的创立源自子社会发展的需要和划时代人物的出现。中世纪的教堂,因空间大、石材墙面多、室内声音听不清楚。文艺复兴时期意大利建造的大型剧场,声学缺陷相当普遍。随着十九世纪兴起的工业化与城市化进程,大型集会增多,建筑体量更大了,声学问题更加明显地反映出来。意大利米兰大教堂容积达2万多立方米,大理石材质,室内混响时间长达8秒,根本无法演讲。19世纪初,德国人弗里德利克•察拉迪(E.F. Freidrich Chloudi)对室内混响现象进行了研究,并编著《声学》。德国物理学家亥姆霍兹于1862年发表了伟大著作《音的感知》,较为系统地论述了声音物理现象和听觉现象。

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1877年,英国物理学家威廉•瑞利(Lord John William Royleigh,1842-1919年)发表巨著《声学原理》,物理声学理论已达到极高的水平。但是,一方面,因为无人请这些科学家参与建筑工程,即使有请,当时的科学家们也尚无完备的处理材料、工艺、施工等工程实践能力;另一方面,虽然有成功剧场的先例,但是因对音质与建筑关系认识的模糊性,没有量化的定义和确切的计算方法,点滴的经验不具备可操作性,也无法传承。那时,建筑声学正处于接近黎明的黑暗期。

二十一世纪的新认识

至今,人们已经发现了众多与厅堂音质相关的客观指标,使建筑声学设计有理论指导可遵循:赛宾发现了混响时间,指出听音效果与室内声能衰变的关系;哈斯发现了哈斯效应,使人们认识到回声的来源是强的长延时声反射;白瑞纳克发现了近次反射声,提出直达声到达后50ms内的反射声有利于声音的“亲切感”;库特鲁夫总结了脉冲声响应的概念,人们对声音在房间中反射的认识更进一步;施罗德发现了散射对音质效果的重要作用;马歇尔发现了侧向声能所代表的空间感;安腾发现双耳效应因子lACC。巴伦发现视在声源宽度指标ASW对听音围绕感的影响。

另外,强度因子G、时间中心Ts、早期衰变时间EDT、明晰度C80、语言传输指数STI/RASTI,辅音损失指数ALCONS、初始时延间隙ITDG、表面散射指数SDI、混响低音比BR等大量指标也不断被发现和研究。同时,吸声材料、隔声材料、减振材料、消声器等也飞速地发展起来并大量应用,各种精密的实验仪器、实验室、实验方法也被不断开发出来。最值得一提的是50年代出现的缩尺比例模型测试和80年代发展起来的计算模拟技术使建筑声学手段与现代高科技水平同步。

当前的中国,经济的发展释放了人们对建筑声学的需求。在建筑市场持续升温的大背景下,在“一部分先富起来”跨越式生活水平提高的推动下,在城市建设“三大名片”(大剧院、体育中心、会展中心)的建设带动下,在所有制“个人化”后人们对自身环境要求大幅度提高的促进下,在《噪声污染防治法》等相关法律法规执行力度不断深化的要求下,建筑声学的需求就象“开了锅”一样,全国上下,遍地开花。

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