学校历史建筑中的声学改造

陈健 陈苏 胡祖奎 张元立

摘  要：学校代表性建筑不仅是学校的组成部分，更是校园文化的重要载体，是学生在校学习期间的有效学习场所，也是各地校友们对母校的美好记忆，具有鲜明的教育功能。文章针对历史建筑会议场馆声学问题，以重庆一中项家书院会议室声学改造为例，探索如何在保留师生对项家书院美好记忆，保护学校历史建筑原貌的前提下进行声学改造，详细介绍了项家书院会议室声学改造思路、声学提升技术以及扩声系统改造细节，为同类历史建筑的声学改造提供参考。

关键词：历史建筑;声学改造;校园环境

一、项目背景

良好的校园环境中，代表性的建筑不仅是学校的组成部分，更是校园文化的重要载体，是全校师生学习工作的重要场所，也是学子对母校的美好记忆，具有鲜明的教育功能。重庆一中项家书院建于明代，属历史建筑、标志性建筑，见证了重庆一中90多年的办学历程。项家书院门檐上“动乐静寿”四个草书匾额，语出《论语》：“子曰：知者乐水，仁者乐山，知者动，仁者静，知者乐，仁者寿。”该题词激励了一代代重庆一中学子勤奋苦读，从这里走向世界。项家书院会议室位于书院中心，是学校举行教育教学活动的重要场所。每年教师学生都在这里组织召开各种会议，开展讨论、总结、表彰等活动，每次校友们回校参观也必进项家书院。项家书院在重庆一中师生心目中具有重要的地位。

项家书院会议室长约14.1米，宽约7.2米，顶部为尖顶结构，最高处距地面7.9米，空间容积约710立方米（如图1）。会议室顶部为木板，墙面为砖木混合，墙面两侧为大面积木质玻璃窗，地面为水磨石，桌椅均为实木材质。

二、主要声学问题和扩声系统改造技术难点

（一）主要声学问题

虽然经常承办各种教育教学活动，但项家书院会议室受空间形式、结构材料的影响（如图2、图3），存在混响时间偏长、语音清晰度差的问题，活动效果大打折扣。项家书院必须从技术的角度进行建筑声学改造，才能有效发挥其教育功能。

在计算机中利用EASE进行模拟，结果显示（如图4）在影响人声清晰度的400Hz—2000Hz这个区间，混响时间呈直线上升，最高达到3.68s，最低在3.22s，平均混响时间达到了3.4s。通过图5对比发现，会议室混响时间曲线严重偏离标准容差，这说明计算机模拟结果与现实情况相吻合。那么如何在保留历史建筑原有装饰风格、保留其在师生中的美好记忆的基础上，对会议室的声学环境进行改造，解决混响时间偏长和语音清晰度差的问题，是一个不小的挑战。

（二）扩声系统改造的技术难点

影响会议室使用效果的另外一个重要因素就是扩声系统建设，两者互为补充，才能够呈现出理想的听音效果。项家书院原有扩声系统由模拟调音台加二分频音响系统组成，现场测试效果非常不理想。在实际使用中存在话筒数量不足，提高声压级话筒啸叫频繁的现象。因此扩声系统改造主要围绕三个方面进行：第一，在保证足够声压级、声音均匀度的前提下，如何解决同时开启多只无线会议话筒，同时保证话筒不掉频、不串频、不啸叫;第二，设备间设计在直线距离20米左右的隔壁房间，实现在会议室中实现对整个系统及时有效地控制;第三，在不破坏原有装饰的前提下，与声学改造相配合，完成整个系统布线施工。综上可知，这三个方面是项目改造的重难点，直接决定了会议室后期使用效果。

三、改造方案

因为历史建筑的特殊性，既要最大程度地保留其原有面貌，又要解决会议室存在的混响时间长、声音清晰度差的问题，常用的体型轮廓改造、吊顶改造就不适用于项家书院会议室。因此主要从改变局部吸声材料和改造扩声系统两个方面入手。

（一）声学改造方案

为尽可能保留会议室原有装饰风格，本次改造选择可供声学改造的材料对室内部分墙面或装饰物进行替换。

其一，如图6所示，将允许变动的局部墙面木板替换为与原有墙面同色的高强度陶晶砂吸声板（厚度为8mm），在其表面喷涂2mm透声涂料，板后空腔80mm填装吸音棉，其吸声参数需满足表1的要求。

其二，将玻璃窗原有竹帘更换为吸声性能更高的双层灯芯绒吸声窗帘。通过EASE模拟计算，如图7所示400Hz—2000Hz混响时长虽然仍高于国家规范中会议室推荐混响时间1—1.2秒的标准，但相较改造前改善效果明显，我们期望搭配上合理的扩声系统方案，能够让会议室焕发新的活力。

（二）扩声系统改造方案

1. 扩声改造标准。为实现理想的会议声学效果，根据国家标准《GB_T 28049-2011厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》中，会议类扩声系统一级标准进行设计，该标准最大声压级达到98dB、稳态声场不均匀度≤8dB，可以保证系统在实际使用中达到国家标准要求的声学指标。

在会议室当前建筑声学改造的基础之上，学校期望通过合理搭建扩声系统，解决会议室存在的压级不够，话筒数量不足、话筒啸叫问题，以及考虑如何实现远距离控制与传输，保证会议质量。

2. 扩声系统设计。根据上述的系统设计准则和功能要求，结合实际使用需求，设计系统架构。控制系统采用了网络音频处理器主机加数字调音台的形式，信号采用全数字处理，有利于高保真、低损耗地传输到控制系统进行处理。使用人员可以在会议室内通过平板电脑对声音的音量、输入信号源的切换。该数字调台还应具有配置备份功能，可以对调试好的参数进行备份存储和一键恢复设置，这样就有效地解决了如何实现远距离控制问题，因为该款调音台具备自动调音功能，能够检测麦克风输入增益，自动调节每个话筒的输入，再配合上音频处理器这样设计也能有效解决话筒啸。在布线问题上，通过系统图可以发现，进入会议室的一共只有四条线缆，在与声学改造方案相结合，采用隐藏式布线，是看不到任何线缆存在，使扩声改造不影响会议室原有装修风格。

3. 会议话筒方案。因会议室中时常采用座谈式会议，需要足够数量的话筒，同时为解决无线会议话筒增多带来的啸叫问题，选用了某品牌带Dugan功能数字调台与无线会议话筒搭配使用。Dugan自动混音器可被应用至8个通道，自动提升有效的麦克风输入增益，同时降低闲置的麦克风输入增益，从而创造连续的整体混音电平。该功能可以在使用多个麦克风的演讲或小组讨论的情形中免去复杂的推子操作。Dugan自动混音算法也保留了一个安全的反馈余量，确保声音的高品质、高清晰度。因控制室与会议室距离较远，为保证话筒信号的接收效果，学校在方案设计中配置了天线放大系统，满足了会议拾音对清晰度、灵敏度、稳定性的较高要求。

4. 扩声音响选择。因会议室顶部为尖顶式、无吊顶，为保证会议桌有足够的直达声，因此学校选择终用某品牌的有源可控波束柱状全频扬声器，作为主扩设备壁挂，安装在进门左右两侧墙面上。该音响具有线性音柱声压级衰减率比传统全频音箱少二分之一的优点，还能够通过软件精确调整声音的水平和垂直覆盖角度。

作为一个历史建筑，经过这次声学改造，会议室内部结构风格被最大程度地保留，对比改造前后，无明显变化，实现了保护历史建筑的目标，和师生们记忆中的项家书院没有任何违和感，亲切一如既往。实际使用时，会议室语音清晰度良好，完全满足之前的设计要求。这次对项家书院会议室创新性的改造实践说明，在尊重历史的前提下，通过新材料新技术的运用，将声学改造和电声技术完美结合，可以实现历史建筑新旧功能的融合与提升，充分保留学校标志性建筑在师生们心目中的美好记忆，延续并拓展其教育功能，提升学校的办学效益，也有助于同类历史建筑的声学改造实践借鉴。

参考文献：

[1]谢辉，吴会飞，邓智骁. 大中型报告厅的建筑声学改造技术研究[J]. 声学技术，2018，37（04）：337-343.

[2]石慧斌，金迪锋，陈勇，等. 文物建筑的声学改造——清华大礼堂声学问题解决方案[J]. 电声技术，2013，37（04）：1-6.

[3]叶隽，李运江. 多媒体教室声学改造仿真[J]. 山西建筑，2010，36（31）：9-10.

（責任编辑：莫唯然）