礼堂平板与曲面吊顶对厅堂音质影响分析

韩文东，张世武(上海中建东孚投资发展有限公司，上海　200122)

进行厅堂室内设计时，需要根据礼堂的主观音质要求和相应的声学指标，结合厅堂的体型、材料、构造和艺术处理展开设计，因此声学设计与厅堂的建筑设计同时并进，并且贯穿于建筑设计和施工的全过程。经过必要的测试、模拟分析和主观听音评价，是达到预期声学效果的必要方法。

某礼堂主要功能为 820 座的小型丙级多功能剧场，可以作为小型歌舞剧演出、音乐剧会议、电影放映、学术报告等功能使用。礼堂音质设计主要指标有混响时间 T30、回声评价指标 EC、清晰度 D、侧向反射声系数 LE、清晰度D、语言传输指数 STI 等，并预防音质缺陷的产生以及控制构件的隔声减振，降低背景噪声。

室内设计时，平板吊顶与曲面吊顶较难抉择。从材料加工、运输、安装施工便捷性的角度考虑，平板吊顶为首选，且与外立面装饰风格相近；但多数厅堂多采用曲面吊顶。因此采用专业的厅堂音质模拟分析软件 Odeon，建立厅堂模型，在舞台、四周墙面、坐席区的材质和构造形式均相同的前提下，模拟计算平板吊顶和曲面吊顶对音质指标的影响，为吊顶选型提供科学依据。

1　音质指标简介

1.1　混响时间

声源停止发声后，声能衰减 60 dB 所需要的时间。软件中的混响时间从施罗德积分曲线得出。

本厅堂混响时间取值 1.3～1.5 s，设计最佳值 1.3 s，低频允许有提升。

1.2　回声指数EC

评价厅堂受回声干扰的程度见式(1)、式(2)：

对于音乐来说，取 n=1，Δτ=14 ms，为了保证不多于 50% 的人感到有回声，EC 应≤ 1.8。

对于语言来说，取 n=2/3，Δτ=9 ms，为了保证不多于 50% 的人感到有回声，EC 应≤ 1.0。

1.3　清晰度D

用于评价语言的清晰程度，它的定义是接收点在 50 ms 之前接收到的声能与总声能之比，如式(3)所示：

D 越大，表明语言越清晰；D 越小，表明混响越长。一般认为，D＞50% 时，语言的清晰度比较好。

1.4　快速语言传输指数RASTI

用于评价语言的可懂度。语言可懂度的降低主要和混响、声波干涉和背景噪声有关。RASTI 是调制转换函数MTF 的平均归一化值，与主观感受的对应关系见表1。

1.5　音质缺陷及其他指标

厅堂音质设计常出现的音质缺陷有回声、颤动回声、声聚焦、声影区、声共振等 5 种；评价厅堂音质优劣的指标还有声场均匀度(声压级 SPL 分布图)，如通常规定声场最大声压级与最小声压级差值应＜ 6 dB。

2　音质指标模拟对比分析

2.1　混响时间模拟对比

首先厅堂平板与曲面吊顶的混响时间分布进行模拟计算。分析后得知，对于平均混响时间，平板吊顶工况的混响时间范围是 1.1～1.4 s，曲面吊顶工况混响时间是1.1～1.3 s；且平板吊顶在接近上限与下限的区域较多，因此可以判定曲面吊顶更利于声场均匀扩散。对于 500 Hz 的混响时间，平板吊顶为 1.28 s，曲面吊顶为 1.26 s，曲面吊顶分布更均匀。

另外，平板吊顶的混响时间最大值与最小值差值为 0.6 s，曲面吊顶的混响时间最大值与最小值差值为 0.5 s，说明混响时间在低、中、高频波动更小。

2.2　回声指数 EC 模拟对比

对厅堂平板与曲面吊顶的回声指数分布图进行模拟计算，分析后得知平板吊顶的厅堂回声指数分布在0.38～0.87 之间，满足语言声＜1.0 的要求；曲面吊顶的厅堂回声指数分布图在 0.29～0.79 之间。从平板吊顶厅堂回声指数分布图看出，前排坐席有大片红色区域，说明产生回声的概率相对较高，因此曲面吊顶的厅堂更利于消除回声缺陷。

2.3　清晰度 D 模拟对比

通过厅堂平板与曲面吊顶的清晰度分布图模拟计算，分析计算结果得知，根据 D50 的定义，＞0.5 说明语言清晰度更好。平面吊顶的清晰度 D50 模拟值在 0.38～0.87 之间，曲面吊顶的清晰度 D50 模拟值在 0.42～0.91 之间，说明曲面吊顶更利于提高语言清晰度。

2.4　快速语言传输指数RASTI模拟对比

通过厅堂平板与曲面吊顶的快速语言传输指数 RASTI分布图模拟计算，分析计算结果得知平板吊顶厅堂的RASTI 模拟范围是 0.48～0.67，中间蓝色区域为 0.57。曲面吊顶厅堂的 RASTI 模拟范围在 0.51～0.70 之间。两者的语言可懂度均在一般、良好之间。曲面吊顶取值略高，可懂度略有提升。

2.5　声压级SPL模拟对比

厅堂平板与曲面吊顶的声压级 SPL 分布图模拟计算模拟计算，分析计算结果得知平板吊顶厅堂第一排声压级75.5 dB，楼座后排最左边 70.5 dB，差值 5.0 dB。曲面吊顶厅堂第一排声压级 75.5 dB，楼座后排 71.2 dB，差值为4.3 dB，声场均匀度更好。

3　结　语

通常在室内装饰设计时，需要综合考虑整体装饰风格和安装施工、材料加工的便捷性、厅堂音质设计等因素，对于有较高声学要求的厅堂需要以音质设计为重点。

平板吊顶与曲面吊顶是业主单位、建筑师难以抉择的选项。本文通过专业软件模拟，分析平板吊顶与曲面吊顶对厅堂各音质指标的影响，综合对比分析得出，曲面吊顶更利于形成良好的声学环境。