音乐厅音质设计进展述评
王季卿
(同济大学声学研究所 200092)
近年来国内各地建造音乐厅者为数日多，了解国外最新研究成果和进展，以及长期实践中的正反两方面经验，对我们当前工作无疑会有很大帮助。
1. 音质评价参量的独立性和互动性
音质设计评价参量大致上可归纳为三个方面 (1)时域评价(T60， EDT， tI等),(2)能量评价(C，G等),(3)方向性评价，它涉及双耳听闻效果(LF， IACC等)。这些独立参量各有其最佳值范围，但对它们的互动作用过去讨论较少。因此在综合评价中如何处理众多而关系复杂的多维变量，方法学乃是一个重要方面。
1.1 音质综合评价的方法学 早在1962年，Beranek提出过一种音质参量评分表，是向定量化综合评价所作的首次尝试。后来哥廷根大学的专门小组随乐团巡回演出时，把不同大厅中所作的声学测量和音乐录音(排除了乐团和曲目的差异)，带回消声室用成对比较法作出偏爱判别，并利用因子分析来研究各参量的最佳范围和相互关系。但不能对不同音质参数搭配后进行比较和评价，因此还需在实验室内，利用计算机控制的“天体式”扬声器布局以改变各项物理参量来进行。
音质参量主观评价之间的界限存在着相当的过渡区。因此对于这类问题就不能用二值逻辑的计算程序来表达，如用近似推理-模糊逻辑来处理，也许更接近人们决策中所包含的逻辑。再以听得清楚与否为例，造成明晰度高低的因素是多方面的，例如响度不够，声能比大小、混响干扰，语言失真等等，其本身就具有模糊性。包紫薇(1986)首先在这方面作过一些有益探索。但她也感到综合音质评价工作中，对主、客观各项参量的贡献权(计权值)很不好处理。有人认为采用因素(因子)分析法是处理多变量数据的一种数学方法，可以揭示多变量之间的关系，概括和推论出少数重点因素，以揭示事物之间最本质的联系。近年来，(人工)神经网络分析(NNA)方法用在厅堂音质综合评价方面有其独到之处。可以把诸物理参量的相互作用以及分占比重的加权处理等方面作出智能化信息处理，并且对解决非线性问题比之用传统方法更好。Choi 和 Fricke (2001)在音乐厅音质综合评价中，对这方面的尝试值得注意。
1.2 音质评价中的一些不确定因素 主观评价有许多不确定的因素，例如来自不同文化和音乐修养的人群，其欣赏力和偏爱因而会有较大差异，加上人们所用评价词汇本身往往没有确切的定义，各人表达措辞又不尽一致，给调查和统计带来一定困难。即使在一些专业人员(音乐评论家、表演家和指挥)之间有时也会有不同意见，甚至相反的评价，在文献中亦常有出现。一座新建音乐厅的音质，只有经过时间考验才能得出较确切和一致的评价。
2. 响度
听众感知的响度是听音评价中最基本的属性。但响度涉及生理、心理声学中许多复杂问题。已知响度不仅与声强有关，还与声音的持续时间、频带及其宽度等有关。实验表明，同样LA 值(dBA)条件下，改变带宽后的响度差别可达到4倍之多。Lehmann(1976)提出“相对强感” G(dB)参量(或后来的房间放大系数)是评定大厅响度设计的客观参量，它排除了声源本身的问题。音乐厅内的G值应取80 ms以内早期反射声的积分值(G80)更为合适。中频的G80值应≥2 dB，厅内各处相差应≤5dB为宜。G80变化可觉察差值(jnd)约为0.5dB。G80与房间形状、声源和听者位置、室内声学条件等有关，可由声场计算机模拟获得。时下国内常用(包括一些标准和规范)以稳态声源测量声场的方法来衡量大厅均匀度，是不恰当的。
3. 空间感
传统的观点认为空间感仅对后期混响声有关。自从Marshall(1968)等人发现早期侧向反射声对音乐厅音质起着重要作用后，仍有许多方面不甚明确。是森本政之等人首先把空间感认定由声源视在展宽度ASW和听者环绕感LEV 两方面组成。ASW主要由早期侧向反射声级决定， LEV则取决于后期侧向反射声。如今还认识到：LEV可由非侧向声产生；当早期和后期侧向声均出现时，对ASW和LEV有相反的效果。因此研究如何处理好两者的结合，具有实用意义。空间感只与侧向反射声的低频(125-1k Hz)成份有关，更高频率的则会造成声源位置有分离了的错觉，它不仅无助于环绕感，而且会搞乱声源定位感。当直达声和早期声之后加入了后期声，ASW会有所下降。所以明晰度(早后期声能比)C80愈大，ASW也就愈高。对于LEV则有些情况正好相反。即出现较强早期声时，不论是否来自侧向，均会使环绕感LEV下降。另外，当总声级高时，LEV也增大。轻声时，整个空间感会消失。至于来自听者后方和上方的反射声对LEV有意外的效果，对ASW则无关。所以大厅后墙如作强吸处理，将会降低LEV。
4. 听众及座椅的吸声
一般来说，音乐厅内的听众和座椅吸声占到大厅总吸声量的75-80%左右，因此它们对大厅音质的设计和效果会有举足轻重的作用。如何确切地估计它们的吸声这个老问题在近年再度引起注意，例如Beranek和Hidaka(日高)等人(1996-2002)的一系列研究： (1)利用10座大厅全部装修完工后，只留出座椅未装的条件来测得座椅所带来的吸收，发现因大厅声场条件不同而使同类座椅吸收有差异。(2)在空、满场条件下分别测量了5个音质参量(RT, EDT,C80, G, IACC)，使我们了解到这些参量在空满场时的相关规律，有助于由空场推断满场结果。(3)满场测量有许多困难，而且测点有限。实践证明用一定规格的布覆盖座椅可以确切模拟听众吸收。 (4)在实验室内对穿着的假人作吸声机理，包括对斜入射条件下的吸声性能进行研究。
5. 扩散与音质
许多文献中都说扩散对音质非常重要，但迄今对扩散的主观效应所知甚少。Beranek认为大厅的IACC可以表征大厅音质好坏的扩散性。但是在他新著中所列资料来看，一类(A+)、二类(A,B+)和三类(B,C+)音乐厅的IACC几乎都差不多，这至少说明‘扩散’在此无关紧要。最新的一些主观试听实验企图说明扩散的主观效应。去年9月17届ICA大会(罗马)上，Bermond等人和Torres等人的一些试听实验只能说可以听出散射表面和光平表面有区别，对音质效果如何还说不清楚。Takahashi的实验认为离开散射表面4m以外，这种区别就设有了。事实上大厅内的听众离墙面、顶棚的距离都比4m大得多!看来扩散的主观效应还有待进一步研究和澄清。
6. 模型试验和仿真模拟
多年来，常用缩尺模型预计大厅建成后的效果，但其测试频率有限，更有些具体问题始终难以解决。感谢计算机和计算技术的飞速进步，使大厅声场模拟有了可能，并向可听化发展。但是就目前技术水平而言，它们与实际情况的误差不能忽视。欧洲18个单位参加的一次厅堂音质CAD巡回比较(1995-97)，对同一个已建大厅用各自软件计算，说明即使混响时间这一参量的模拟结果也会出现非常大的差异，有的超过了50%。其它音质参量的计算值误差也超出主观判断可觉察范围很多。可见还须经过大量实践验证，以进一步提高它的可信度。
为改进模拟技术而作出努力的方面有：混响尾巴的处理、衍射和散射的模拟，掠入射传过观众席时的衰减因子模拟，反射声与入射角度的关系，声波干涉效应，带指向性的不同声源特性、非单个声源的乐队声源群的模拟等等基本声学现象，都需要研究考虑。
可听化技术颇具吸引力，它可给出综合性印象。从计算机技术层面上讲，进步很快。但是除了上述问题外，还有用于被卷积的节目源方面，以及接收端的听音设施方面如果不具备合格的条件，那么所谓的可听化也只是徒有其名而已。在作者的有限接触中，发现作些初步对比示范已进入实用阶段，至于要作出“终极”评判目前还有相当距离。
*本文是作者在南京大学100周年校庆学术讨论会上的报告摘要
[此贴子已经被作者于2006-11-04 08:16:27编辑过]
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Post By：2006-11-4 8:15:08 [只看该作者]
