建筑师必备的声学知识（四）

1.1 期望的声音（而非随机噪声）可在一定合理控制下进行传播或扩散

这主要通过选用特定类型的扬声器及相应技术来实现。

A. 再次强调，不同声音的波长在很大程度上决定了可控程度。在低频段，源自乐器或扬声器的声音通常呈全向辐射特性。随着频率升高、波长变短，可获得更强的方向性控制。

B. 500 赫兹（Hz）是一个良好的参考点。经放大的声音在 500 Hz（波长 2.25 英尺）及以上，通常可实现方向性控制。对于低于约 500 Hz 的频率，控制声波方向会愈加困难，但并非不可能。

1.2 声波建模

A. 声音以纵波形式在空气中传播。虽然在基本层面上这类波形的可视化并不困难，但其反射行为在三维空间中的精准计算与预测却相当复杂。

B. 建筑声学将可听声的众多频率与波长，同建筑几何形态的复杂性及多种饰面材料的影响相互关联。这些因素共同作用下，很难通过手工方法完成计算。

C. 如今，我们高度依赖基于计算机的三维建模、计算与仿真，以帮助呈现并解决关键、复杂的声学问题。

D. 射线追踪理论与软件算法被用于模拟声波从虚拟声源发出并在全封闭的三维计算机模型中多次反射的行为。建模程序中使用的虚拟射线可视为离散的、类似激光的光束。可想象成一簇星形放射的光束，每束光从虚拟声源向外扩展，如同夜空中大型烟花弹爆裂的情景。

多数建模程序以球面包围密度发射这些光束，相邻光束间的夹角为 1°~5°。

E. 镜像投射（image casting）：先进的计算机建模软件引入了镜像投射技术，可显著提升计算速度。镜像投射是射线追踪方法的新变体，其原理不是逐条模拟单束射线，而是在每个反射面上生成声源的虚拟镜像，这些虚拟镜像充当新的声源，从而简化计算。

F. 射线追踪与镜像投射均可有效近似直达声与反射声在空气中的传播行为。但存在局限：

这两种方法适合仅表征可听声频谱的一部分。更具体地说，在可听声的 10 个倍频程（见 G 节）中，仅有约 6 个倍频程（320 Hz ~ 20 kHz）能以合理精度建模。

a. 在使用任一方法时，对 20 Hz ~ 320 Hz 区间的频率进行精准建模存在疑问，主要因为反射声能已进入模态（房间共振）频率区，建模软件的精度与可靠性随之下降。详见后面关于共振与房间模态的讨论。

b. 参考波长：20 Hz 对应 56.35 英尺（无误），320 Hz 对应 3.52 英尺。

G. 倍频程（octave）为音乐术语。所有乐音均具有对应的基频与波长。当某一乐音的频率与波长减半或加倍时，即构成倍频程关系（见图 3.4）。

A440 下方一个倍频程为 A220，上方一个倍频程为 A880。数字代表这三个乐音的基频，其波长亦呈倍数增减关系。

a. A440 的波长为 2.56 英尺，A220 为 5.12 英尺，A880 为 1.28 英尺。仅在这三个倍频程内，高与低音符的波长相差 4 倍。

1.3 传输方式

将演出或演示的声音（传播）传递给现场听众，主要有三种截然不同但常用的方式：

1. 纯声学方式，无电子扩声或放大a. 依赖纯粹声学传播通常仅限于非常精密的厅堂与高端用户群体，交响音乐厅即属此类。这类厅堂需满足极为严苛的设计标准与施工工艺，虽具有重要意义，但并非本评述的主要关注对象。

2. 点声源或线阵列声扩声系统a. 本节论述主要针对此类扩声系统，因为它们是座位数超过约 50 人的场所中通常指定的技术。b. 此类系统可提供很宽的频率响应、很大的功率与音量，并且在良好声学环境中能获得很大效益。

3. 顶置分布式扬声器系统a. 这类系统亦较常见，但通常用于支持背景音乐、轻度前景音乐或纯语音扩声。b. 当频率响应或功率需求较为有限时，常指定此类系统。c. 在采用低矮（≤15 英尺）平顶天花板的空间中，顶置分布式扬声器系统往往是有效的方案。d. 还存在其他传输方式，但它们通常独立于房间的建筑声学体系运行。