1 吸收、反射和擴散必須綜合地考慮
自上世紀末建筑聲學奠基人賽賓提出混響時間計算公式以來，因其簡明地表達了與大廳容積和室內(nèi)總吸聲量的關系，并與主觀聽音評價密切相關，而成為音質(zhì)設計中重要參量，一直沿用迄今。此計算公式是以假定聲場充分擴散為前提的，當然在實際工程中達不到這一條件，也是計算與實際間出現(xiàn)誤差的原因之一。
大量實踐結果證明，在非理想擴散聲場條件下，單以混響時間這一參量來評價音質(zhì)是不夠的。在探索第二音質(zhì)參量過程中，發(fā)現(xiàn)混響衰變過程中的反射聲(尤其是早期部分)結構細節(jié)，即反射聲序列的時間、強度、數(shù)量乃至方向的組合不同，其音質(zhì)效果也會有很大出入。這就聯(lián)系到房間形體、室內(nèi)吸聲和反射面的布置、以及聲源和接收點的在室內(nèi)所處位置和它們附近的聲學條件等，成為設計中必須考慮的因素。
在研究早期反射聲結構細節(jié)中，有兩個重大進展。一是認識到掌握早期反射聲能與整個(或后期)反射聲能之比值是制約語言清晰度和音樂明晰度的重要參量。其二是，在音樂廳(不是所有各類廳堂)設計中，為了獲得富有環(huán)繞感的音質(zhì)氣氛，呈現(xiàn)出大樂隊所特有的寬闊聲源場面，更希望這些早期反射聲有相當部分來自側向。于是大廳形體的重要性在音質(zhì)設計中愈加凸顯，推動了音質(zhì)設計中的多參量化考慮。
上述音質(zhì)設計方法的逐步完善是建立在綜合考慮基礎上的，是相互補充的，因此既非對立，又非替代。早在建筑聲學初步形成系統(tǒng)科學的20年代末 Knudsen[7]提出決定廳堂語言清晰度的四個因子中，就有大廳形狀的因子。雖然對廳堂形狀的具體要求在當時還不甚清楚。隨著研究不斷深入，普遍認識到擴散的重要性，要使反射聲，特別是早期反射聲序列有一定要求時，也極少有人否定混響時間，仍是決定室內(nèi)音質(zhì)的重要參量之一。那種把吸收、反射和擴散綜合考慮的音質(zhì)評價研究不斷深入，以及設計方法的逐步完善過程，機械地劃分為“**代吸收型、第二、三代反射型、第四代擴散型”等幾個階段的設計方法顯然不符合實際情況，也缺乏科學的根據(jù)。而且在所謂的當前音質(zhì)設計新趨勢“擴散型”設計方法中，把房間高度的確定提高到設計中首要地位來考慮，更令人莫名。
2 擴散處理
以統(tǒng)計聲學理論推導混響時間公式時需要有擴散聲場的條件，理論上“擴散場”應滿足兩個條件：能量密度均勻和聲能量流在各個傳播方向上是無規(guī)則分布的。當一個短促的聲音(實際聲源都不是穩(wěn)態(tài)的)在室內(nèi)發(fā)出經(jīng)多次界面反射以后逐漸衰變，并形成為交混回響，又稱混響過程，在室內(nèi)沒有大面積強吸聲面的情況下，這時的聲場接近擴散聲場條件。但在混響過程的初始階段，反射聲數(shù)量有限，其擴散過程遠不如后期。同時，在實際大廳中都有集中在聽眾席的大片吸聲面，所以不可能有理論上的“擴散聲場”。
為使廳堂具有良好聽音條件所需的聲場擴散，給聽眾沉浸于音樂包圍之中的感受，對于聲音的衰變過程應趨于均勻滑順，使音質(zhì)聽來有圓潤之感?，F(xiàn)在的研究和實踐表明，要達到好的音樂聽感，早期反射聲能量和方向具有關鍵性作用。這一要求顯然不同于理論上的“擴散聲場”條件。實際上在一個“充分擴散”的聲場中，好比在“混響室”中欣賞音樂，聽眾將會不辨聲源的方向，也不會有好的音質(zhì)。
如何掌握早期側向反射聲的分寸，目前還處于半定量階段。在設計方法上，主要利用界面，特別是側墻的特定形狀來改善，努力使聽眾席，尤其是前中座有較豐富的早期側向反射聲。這對于橫向尺寸甚大的廳堂，將有更大的難度。而簡單地認為“音樂廳的高度為18～22 m，劇院的高度為10 m左右時，才能使聲音有良好的擴散”，甚至搬出黃金律來，這是沒有依據(jù)的。
該論說中還強調(diào)指出：“應在室內(nèi)多采用一些硬質(zhì)裝飾材料，如油漆粉刷、瓷磚、大理石和花崗石，可以對室內(nèi)聲場擴散有好處?！逼鋵嵲谄胀ń炭茣芯鸵阎该?，擴散主要與反射表面的形狀有關，與表面硬質(zhì)與否無關。而且硬質(zhì)表面如瓷磚和大理石，只會引起由于高頻聲的強反射而使聲音聽來刺耳，猶如光學上的“眩光”那樣討厭。故大面積使用這種材料乃是音質(zhì)設計中的大忌，千萬慎用。
3 房間尺度比例與黃金律
房間的尺度和比例與室內(nèi)音質(zhì)是有一定關系的，但并不像有人對此提出的一些觀點那樣的關系[4][5][6]。
大家知道，早在三、四十年代，一些聲學家根據(jù)房間簡正振動方式分布與室內(nèi)音質(zhì)關系的研究，就指出大廳尺度比例的重要性。如果長、寬和高三個尺度的比例控制在1∶∶左右，或其它不成簡單整數(shù)比的特定比例時，其簡正振動頻率大致上可達到均勻分布，避免因簡并而帶來之“染色”現(xiàn)象。這種考慮對于容積約1000 m3以下的房間，尤其是沒有聽眾席的錄音室才是重要的。但是如容積再大，即使有簡并的簡正頻率出現(xiàn)，也處于對聽覺很不敏銳的極低頻率范圍，不會構成嚴重音質(zhì)缺陷。所以對容座數(shù)百以上的觀眾廳來說，控制其它設計內(nèi)容如容積和形體將比大廳尺度比例更為重要得多。
該論說中試圖把黃金律與大廳音質(zhì)相關聯(lián)，而且提高到具有“深刻性、普遍性和永恒的意義”高度來介紹也是欠妥的。分析一下引自該論說中的幾個例子，便可說明。例如那些按所謂“黃金律”為依據(jù)，推薦出容積與總表面積之比(V／S)的值，可以是1.5～1.6，也可以是3.7～3.8。這樣大的任意性，又和規(guī)律如“金”的嚴格要求有什么相干呢！再說，大廳的尺度比例如按該論說中，據(jù)“黃金律”與“擴散理論”提出的音樂廳高度推薦值為18～22 m，這樣算下來廳的寬度當為29～40 m，長度當為48～68 m！顯然不切實際?！ ≈袊蟀倏迫珪ㄖ淼摹蛾P于建筑形式美法則》條目［8］中，對于黃金分割曾有確切的介紹。其中提到前人把比例和諧限制在非常嚴格的數(shù)字關系(0.618，即要求**到小數(shù)點三位數(shù))之說，不過是構圖學中研究美學的一個學派，而且這些“傳統(tǒng)的構圖原理一般只限于從形式本身探索美的問題，顯然有局限性?！闭侨绱耍越裉斓慕ㄖW教學和設計實踐中，已少有人再把它作為一個重要規(guī)律來遵守了。而如今硬把這個形式邏輯中的黃金分割經(jīng)驗移植到大廳音質(zhì)設計領域，并說成是“永恒的規(guī)律”，這同樣會是沒有根據(jù)的。
另一個例子是：該論說認為“黃金律”(0.618)還體現(xiàn)在混響時間計算公式中，并贊之為“充分顯示了科學美”，“這一特點是值得在室內(nèi)聲學和空間設計所注意的?！逼鋵嵾@只是把V／S＝3.7代入混響時間計算公式后，湊得的結果。如果把該論說中V／S的另一推薦值1.5代入，又將作何解釋呢？
4 混響時間和EDT
在理想擴散聲場中，按統(tǒng)計聲學理論，整個混響過程是均勻衰變的，即呈線性形式，故其初始階段與后期的衰變率是基本保持一致的。這個衰變率和由此導出的混響時間則取決于空間大小和空間吸收等條件。如在擴散條件差的聲場中，各表面反射的參與不能達到無規(guī)狀態(tài)，于是衰變過程中有起伏，也會影響到它的衰變率。
80年代混響理論研究有新的進展，揚棄了統(tǒng)計聲學的前提，只對一般界面作“擴散性反射”的假定下，認為到達界面的入射聲強與上一次反射情況有關，由此得到的混響時間與室內(nèi)吸聲材料的分布有關，還與房間形狀和接收點位置有關，至少理論上說明了混響時間的不確定性，是與室內(nèi)的反射、吸收和擴散相關聯(lián)的。
實際廳堂中，初始階段的擴散條件總是比后期差的，因為那時只有少數(shù)離散的反射聲參與，其衰變率便由這些反射聲所決定，和房間擴散條件的關系較小。經(jīng)常出現(xiàn)的另一種情況是：廳堂中聲場擴散條件本身就不太充分，于是在混響后期衰變率逐漸變大，呈現(xiàn)出非線性的衰變過程。這就給用單值來表征大廳混響時間帶來困難。
聽音實驗結果表明，初始階段(聲源停止后初始衰減10 dB左右)的衰變率對混響感重要。故近年來早期衰變時間EDT也常作為大廳的一個音質(zhì)性能來考慮。目前已積累了不少大廳的實測資料，為設計所需的范圍提供了有用的參考。EDT的大小取決于早期反射聲序列的結構。除了對實物進行測試，或計算機模擬中可對EDT作出預計外，沒有公式可估算。
雖然混響時間和EDT本身具有一定的不確定性，在對音質(zhì)的度量上也存在一定的不確定性，但這只是說明在音質(zhì)設計中對此要掌握一定的控制范圍，以及有條件時采用可變混響的手段，而不是根本否定混響時間這一參量。何況在音質(zhì)設計中，混響時間還是一個實實在在可進行定量估算的參量。
近年有人利用耦合空間方法設計出具有不同衰變率的大廳，其初始階段較短以保證良好清晰度，在后期則由于耦合空間的參與而有較長的混響尾聲。這樣兼顧了清晰與混響，克服了不易調(diào)和的矛盾。根據(jù)這一處理手法在世界各地設計建造了好幾個音樂廳，都很成功，甚至被譽為21世紀的音樂廳設計方向。
5 結論
總而言之，在音質(zhì)設計中要：控制混響時間在適當范圍；消除不利的反射聲；使聲場達到一定的擴散要求；有有利的反射聲，特別是早期側向反射聲。把這些方面綜合考慮，使廳堂內(nèi)部的形狀與反射、擴散、吸聲面的分布等互相協(xié)調(diào)、互相制約。并且與建筑美學相結合，也是科學與藝術的結合，根本不是簡單的所謂“吸收型”、“反射型”、“擴散型”所能概括。
參考文獻
［1］ L.Cremer and H.Muller. Principles and Applications of Room Acoustics.(1982年)中譯本由同濟大學出版社1995年出版
［2］ Kuttruff. Room Acoustics.(1992年第三版)第二版中譯本由中國建筑工程出版社1982年出版
［3］ M.Barron. Auditorium acoustics and architecture design. 1993
［4］ 曹孝振. 觀眾廳的尺度比例－黃金律與建筑(視覺)、音樂(聽覺)和聲學關系初探. 建筑學報，1996年12期
［5］ 曹孝振. 音樂廳設計的發(fā)展. 電聲技術，1997年3期
［6］ 曹孝振. 混響時間的選擇. 電聲技術，1998年12期
［7］ Knudsen，V.O. The hearing of speech in auditorium. 美國聲學學報1卷(1929)：56～82
［8］ 中國大百科全書－建筑、園林、城市規(guī)劃卷(1988年5月出版)條目：關于建筑形式美法則：254～261
