非观演型室内声环境的研究现状和发展趋势

宋煜锟 李 鹏*

(东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

非观演型室内声环境的研究现状和发展趋势

宋煜锟 李 鹏*

(东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

从非观演型室内声环境的概念、材料、技术、设计几个方面探讨了其声环境在国内外的研究状况，并分析了非观演型室内声环境的发展趋势，为深入研究非观演型室内声环境奠定了基础。

非观演型，室内设计,声环境

0 引言

以表演、展示、推广产品或服务为主的场所如电影院、剧院、会展中心、画廊为观演空间，与观演空间相对应，不以观看和展示为主要功能的公共空间可以称为非观演型空间[1]，例如教室、食堂、候车厅、办公室、商场等。观演空间对音质要求较高，如影剧院和录音室等有特殊音质要求的空间，在进行室内设计时将音质设计放到首位考虑，而在其他的公共空间中，因为没有特殊音质要求，室内声环境的设计就经常被忽略造成混响时间过长，噪声量过大，听闻效果不清晰的问题，在大跨度的空间中表现的更为明显[2]。我国现阶段处于从农村向城镇化过渡的时期，伴随城市化的发展拔地而起了大量的公共空间，如高层写字楼、商场购物中心、候车厅等，对声环境的忽视导致该类建筑都存在着噪声问题。高校扩招教室增多，商业建筑的兴起，厅堂类的公共建筑增多，人口密集城市在春运时期的交通枢纽出现的噪声问题、拥堵问题、人均绿地面积不足等都影响了整个社会的噪声值，解决非观演型空间的噪声问题对创建绿色环境有重要作用。

1 非观演型室内声环境的研究现状

1.1 国内研究现状

中国古代声学发展历史悠久，早期史料的记载可以追溯到东汉时期王充的《论衡》(82年)，他将声音的波动和水纹的波动相比较，提出了明确的概念，谭峭、张载等也对物体振动、空气流摩擦发声做出了表述[3]。声速的测量和应用在古代就已经得到了验证，在郦道元的《〈水经〉注》34卷中记载：公元四世纪建筑师陈遵利用声学测量数据来修建江陵金堤，位于高处者打鼓，低处者测听，得到声音到达的时间来测量地势的高低，1636年法国人默森才开始测量声速[4]。古代声学的应用除体现在乐器上还体现在建筑声学方面，宋朝赵希鸽《洞天清禄集·古琴辩》记述:“弹琴之室,宜实不宜虚,最宜重楼之下,盖上有楼板,则声不散。”可见在我国宋代就已经出现古代琴室利用反射板营造“虚实相间”的声学效果[5]。寺庙建筑多为回形对称排列，内庭较为宽广，佛乐、木鱼声、编钟声可以在寺庙内反射多次回声效果，从声音上让人对宗教的神秘感产生崇敬心理，标志性建筑如山西的莺莺塔；宫廷建筑为了彰显天子的威严多为高举架的厅堂空间，无论是上朝觐见还是平日歌舞都可以达到理想的声学效果，标志性建筑如北京天坛回音壁等[6]。

中国近代声学起始于20世纪30年代末期，随着50年代后期国家大兴土木，建筑声学得到了快速发展。室内声学属于建筑声学的一个学科分支，我国近代室内声学理论始于20世纪30年代马大猷先生的房间简正频率的研究，他在1989年发表《室内声场公式》、1993年发表《室内有源噪声控制》、1994年发表《室内稳态声场》、2002年发表《复议室内稳态声场公式》、2004年发表《只有数学，缺少物理——莫尔斯室内受迫振动理论》，他提出的“双声源”理论求得了包括直达声在内的室内声场的严格理论和正确结果，与白瑞奈克统计声学的声场稳态公式基本符合[7]。马大猷先生提出的微穿孔板吸声理论和应用方法可以降低混响时间，解决多重回声的问题，90年代开始在体育场馆及游泳馆中得到了广泛应用[8]。这些理论和应用方法在今天依旧适用，是当代室内声学设计的基本原则。

我国居民大都要经过9年～15年的校园生活，经济发展的同时，学校周围的城市环境也飞速发展，高速桥、商业区、生活区对学校以包围环绕的形式发展，很多教室和宿舍楼的构造都比较老旧，普遍存在噪声隔绝不当的问题，虽然各级政府都出台了确保重要时段校园周边的噪声环境问题，加大学校周边环境污染的处理力度，但是在执行上仍存在执法不严的问题；中小学的校园声环境在内部处理上，应着重考虑区域声环境、公共交通配置、地下空间开发与利用以及校园建筑的空调节能系统，以青岛宁夏路小学为例，在选址上远离工业区，对交通噪声监测有规范的科学设置，同时采用绿色节能措施如设置楼宇自控系统，建筑通风、空调、照明等设备自动监控，对建筑噪声、交通噪声都有明显影响[9]；由于中小学校仍保持传统的教学模式，教室面积较小，室内声学装饰上较为匮乏，虽然出台政策法规和相关标准，但缺乏执行力，在中小学教室中很少有能达到青岛宁夏路小学的声环境设计水平。

除教室空间外，我国其他的观演型空间也面临噪声处理不当的问题。首先，非观演型空间多是公共项目，经费受限，项目完工后往往达不到声环境的设计初衷；其次，声环境在空间设计中经常被忽视，只追求视觉感受，忽略使用者的听闻感受；最后，非观演型空间多是公共空间，一味追求建筑的宏伟气派，采用表面光滑的装饰材料，室内吸声材料应用的较少，造成混响时间过长。因为以上问题，导致了室内声学材料的研发和普及受到限制。

1.2 国外研究现状

国外古代室内声学发展和教堂建筑、音乐厅建筑的发展有着密不可分的关系，在此期间的厅堂建筑并没有确凿的设计标准及文献，大多凭借着设计师的经验和直觉。中世纪之后开始出现了大型的教堂，由于封闭空间的声学只能保证音乐饱满，但混响时间都在6 s～8 s，再加上石质的墙体材料、极少的室内陈设、高大的穹顶等，都是导致这一时期的教堂建筑音质较差的原因[10]。随着音乐类厅堂建筑经验的积累，也有一批较为出色的音乐厅出现但都没有经过精确的计算，如1869年的维也纳音乐厅(Musikvereinsaal)、1886年的莱比锡音乐厅(Gewandhaus)和1877年的格拉斯哥音乐厅(st.Andrew’s)等[11]。

国外现代建筑声学始于1895年哈佛大学的W.C.Sabine对新建成的Fogg艺术博物馆等厅堂空间的音质问题进行处理，得到了混响时间与吸声量之间的关系，而后又进行了多番研究，于1898年提出著名的赛宾混响公式，奠定了近代厅堂声学发展的基础[11]。W.C.Sabine指导建造波士顿音乐厅是世界上第一个经过科学计算设计而成的音乐厅。1911年Jaeger用几何声学的统计方法导出赛宾公式；1953年，Thiele提出清晰度(definition)D：50 ms前到达的声能/全部到达的声能；1967年，Marshall提出侧向反射声对音质的重要性；1970年，Jordan提出早期衰减时间EDT；1974年，Abdel Alim提出明晰度(clarity)C，用于音乐的清晰度：80 ms前到达的声能/80 ms后到达的声能；1976年，Lehmann提出了将强度指数G作为厅堂中响度的度量：接收点接收到的声能/参考点接受到的声能(dB)；1967年—1985年，Damaske，Schroeder，Ando等研究双耳听闻；1985年，安藤四一(Ando)提出双耳互相关系数IACC。2006年Prodi等人采用计算机仿真技术，对具有历史价值的歌剧院的音质进行了研究[7]。

国外的非观演型声环境发展较为先进，以日本的东京大学KALS教室和MIT的TEAL物理实验室为例，设计者利用未来教室概念，强化学习空间的基础设备整合信息技术，将课堂讨论、小组协作、讲演汇报等多种主动型学习模式融入到空间中，随着教学模式的改变，教室声环境也通过新材料将信息技术与实验应用到空间中，这是值得我国高校学习和借鉴的[12]；生活工作的模式和对环境的质量追求是国外声环境发展迅速的主要原因。

2 非观演型室内声环境的发展趋势

2.1 新材料的发展趋势

在新材料和新科技飞速发展的今天，室内声学和声学材料二者之间互相推动发展，在早期的材料多孔消声和结构振动消声的基础上，研发了一批新材料和新工艺。木材作为唯一可再生的声学材料被广泛使用，如通过将豆秸、椰丝、芦苇、亚麻秆、葵花秆、麦秸、稻草等草本植物和木纤维混合后制成的复合型材料，如木纤维/聚酯纤维复合材料[13],聚氨酯仿木材料[14],新型木丝板等[15]。随着对环境质量要求的提高，复合型与功能性材料在日后将得到广泛发展，如将吸声材料与防火材料、保温隔热材料、环保材料相结合，创造出多功能的室内声学材料，学科交叉与学术合作将是新材料发展的必经之路。

2.2 新技术的发展趋势

现在计算机模拟声学软件已经得到了推广，如Catt，Odeon，Epidaure，Raynoise和Odeon等，其中丹麦技术大学声学技术系研究开发的Odeon软件发展迅速，测试结果得到广泛认可，对建筑声学的设计、咨询和研究有着重要意义[16]；智能模拟声学软件将材料、工艺与设计结合，得到理想的参数值，设计者将不再依靠经验进行声环境设计，而是以科学为依据的理性设计，提高了方案效率，避免材料和工程的浪费；虽然现在的三维软件可以导入到模拟声学软件中，但在更改参数和操作结果对比上仍有待完善，创造一款随着视觉效果更改就可以及时做出吸声评价的软件将是非观演型室内声环境新技术的发展趋势。

2.3 空间设计的发展趋势

非观演型室内声环境的空间设计将围绕多功能、多模式的方向发展。随着一厅多用、一间多用的概念普及，非观演型室内声环境也要面临“智能多样性”的挑战，同一个空间结构根据不同时间段的空间要求做出改变，如可翻转的吸声墙体，可调吸声顶棚等；另一方面，随着视觉要求的提升，在空间设计中，消声器的造型设计要符合周围环境的要求，即普遍适用性，拆卸后二次利用等；空间吸声体作为室内吸声材料的一种，可以和其他空间构件相结合，加入照明、绿化的功能，创造更多的市场价值。

3 结语

本文探讨了非观演型室内声环境的概念和发展现状，得出今后非观演型室内声环境发展的趋势如下：

1)多功能、复合型、高适用型相结合声学材料将得到广泛的发展。

2)三维效果软件与声学模拟软件的结合将成为非观演型室内声环境新技术的全新发展方向。

3)空间结构的智能化和构件多功能性将成为非观演型室内声环境空间设计的发展趋势。

如何从我国实际情况出发，研发适合我国非观演型室内声环境需求的材料、技术、工艺将是设计师和研究者们共同面临的课题。

[1] 宋煜锟,李 鹏.非观演型室内声环境设计要点分析[J].山西建筑,2015,41(1):5-7.

[2] 董 军.公共空间室内设计[M].北京：中国林业出版社，2011:36-54.

[3] 王季卿.中国建筑声学的过去和现在[J].声学学报，1996，21(1)：1-9.

[4] 田时秀.中国古代声学的发展[J].物理，1976(6)：347-350.

[5] 吴硕贤.中国古代声学的发展[J].艺术科技，1994(4)：50-52.

[6] 陆凤华,高俊宏.中国古代声学在建筑中的应用[J].山西建筑，2008,34(17):32-33.

[7] 秦佑国.室内声学的进展[J].电声技术，2009(8)：2-10.

[8] 项端祈.我国建筑声学的20年回顾与展望[J].应用声学，2002(1):40-45.

[9] 都卫娜,谢敬先.我国绿色小学建筑评价体系探究——以青岛宁夏路小学为例[J].中华民居,2014(9):205-206.

[10] 张厚斌.教堂建筑声环境理论综合研究[D].重庆：重庆大学,2004：7-8.

[11] 吴硕贤.厅堂声学一百周年(1895～1994)[J].应用声学，1995(2)：7-12.

[12] 谢 未,江丰光.东京大学KALS与麻省理工学院TEAL未来教室案例分析[J].中国信息技术教育,2013(9):99-101.

[13] 王军锋，彭立民，付 峰，等.木纤维/聚酯纤维复合材料的制备工艺及其吸声性能[J].木材工业，2013,27(6)：41-44.

[14] 吴智慧，商宝龙，徐 伟.聚氨酯仿木材料的特性及其在家具中的应用[J].林产工业,2010(6)：39-43.

[15] 张晓滕，母 军.新型木丝板吸声性能的试验分析[J].木材工业，2014,28(3):34-38.

[16] 王静波.室内声场计算机模拟软件ODEON在声学设计中的应用[J].声学技术,2003(4):236-239.

On research status and development of non-performing indoor acoustic environment

Song Yukun Li Peng*

(MaterialScienceandEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

From the concept, materials, techniques, and design of the non-performing indoor acoustic environment, the paper explores the research status of its acoustic environment at home and abroad, and analyzes the development of the non-performing indoor acoustic environment, so as to lay the foundation for the deep research on the non-performing indoor acoustic environment.

non-performing, indoor design, acoustic environment

2015-02-28

宋煜锟(1988- )，女，在读硕士

李 鹏(1973- )，男，硕士生导师,教授

1009-6825(2015)13-0010-03

TU112.4

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