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平衡建筑声学设计和室内空间界面艺术的措施

2020-06-28 322 上传者：管理员

摘要：建筑的室内空间不仅仅是满足基本的物质生活需求，更重要的是满足人的视觉和听觉的需求，建立一个完美的空间声环境对使用者而言是一种愉悦的享受。在设计建筑声学空间时，声学工程师偏重于技术的设计，从硬件上创造声环境。而建筑师和室内设计师更注重空间的艺术表达，常常借助材料、光及空间形式来表达其创作思想。因而建筑声学设计与室内空间设计难达到统一与和谐。本文以声学设计为基础，借助声学设计法分析几种常见的空间界面存在的问题，提出满足声学要求的几种空间界面类型。从艺术的角度探讨声学空间的艺术应用，建立声学和艺术完美结合的室内空间。

关键词：
声学设计
界面
统一
艺术
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1、空间界面是什么

布鲁诺·塞唯说：“空间是建筑的主角”，是区别于雕塑的主要特征，正如海德格尔所说的那样，“空间本质上乃是被设置的，被释放到其边界中的东西”。建筑的室内空间与边界互为图底关系，空间的特征通过界面显示出来。界面是空间的围蔽物，是空间与实体的交界面，限定出空间的形式和三度体积，承担着空间的形状、材料、色彩等艺术表达，“界面内侧的形就是室内空间的形式，界面的特征就是空间的特征，界面建立处就是空间终止之处”。空间界面具有复杂性，原因在于建筑自身的需要和人对刺激性的需要，复杂的界面带来的空间感受远比简单的界面强烈。

2、空间界面常见的艺术处理手法

所有的空间都是由基面、竖界面、顶界面组合而成，各自在空间中承担不同的角色。基面是空间的基础界面，划分活动流线，安排建筑的各项功能，其尺度、平整度、材质、色彩决定了整个空间的艺术设计基调；竖界面是主要的围蔽面，与人的视线相对，直接关系到视觉美感，它可以是垂直的，也可以是倾斜的，形式丰富；顶界面是空间与天空分隔的界面，也是诸多设备管道通行的界面，能起到协调整个空间特色的作用。

2.1 形式

基面的形式有：(1)平面。将活动流线组织在一个标高上，是一种常见的处理手法；(2)局部进行高差处理，通过台阶或坡道连接。为了更好的限定空间，在室内将部分位置凸起或下沉，随着处理尺度的不同，带来的空间效果也是不一样的；(3)倾斜。将不同标高上的基面通过圆滑的曲面连接在一起，形似自然中的小山坡，形态活泼生动。竖界面的处理有几种方式：(1)垂直；(2)倾斜。有向室内倾斜和向室外倾斜；(3)凹凸变化。顶界面和基面的处理方式完全一致。

2.2 线面的形状

界面的形状通常有直面、曲面、折面等。每种类型给人的感受是不一样的，直面相对来说规则、直接、僵硬。曲面相对直面而言更具有动感，让人更觉得亲切。折面给人的感觉是凌乱、无秩序的。

2.3 材质

界面常见的材质有光滑的、粗糙的，有玻璃、石材、木材、金属、粉刷等质地，不同的材质带来不同的视觉感受和心理感受。

2.4 组合方式

它包括各个界面之间相互穿插、渗透，通过进退、凹凸、分解、拼贴处理，使空间的边界丰富多彩。盖里设计的古根汉姆博物馆，如图1所示。中厅界面大小不一、面线结合、相互穿插、重叠、方向不一，无固定规律，形成很强的视觉冲击力。空间由此变的丰富多样。

3、声学空间的独特之处

声音在封闭的空间内传播，随着位置和时间的不同，其能量亦发生着变化，我们称这个空间为声场。科学家研究发现，混响时间和反射声的分布及声扩散对室内空间的声学效果起着决定性的作用。混响时间过长，声音含混不清，过短则不饱满，声音干涩。根据赛斌的计算公式，混响时间与空间的容积成正比，与房间总的吸声量成反比，由界面A围合而成的空间大小成为影响混响时间的关键因素。反射声对增强声能密度、增加听觉感受起到重要的作用，其在时间和空间上的分布与界面的组成有着密切的关系。反射声从空间形成上分为顶部反射、侧向反射、后部反射。

顶部反射对增强声能起着决定性的作用。侧向反射能增强环绕感。来自后方的反射声和其他方向的反射声共同作用，来增强听众的包围感。反射声在时间的分布上又分为前次反射声和50ms之后的反射声，前次反射声对听众能否听清楚影响很大，50ms后的反射声对声音的饱满度影响最大。反射声若声强过大且延迟时间较长，在设计不合理的空间中形成回声，严重的干扰听觉。室内空间中声能分布均匀，保证更多的坐席观众有良好的收听效果是设计师追求的目标，声扩散体是保证声能分布均匀的主要的构件，它们主要分布在空间中的竖界面和顶界面上，在设计中对空间的艺术美感起到关键的作用。

4、常见几种声学空间平面存在的问题及应对方法

声学空间常见的体型从平面上看有长方形、椭圆形、马蹄形等。在不考虑声能波动的情况下我们常常借助几何声线法分析声音传播的路径，从而判断反射声的空间分布状况。我们来分析各种不同平面存在的问题及在界面处理上作出的相应调整，满足声学功能的同时满足艺术美感。

4.1 椭圆形平面

为了使观众有较好的视觉效果，声学空间常被设计成椭圆形，如图2所示。椭圆形的平面，因后方界面曲率大，通过声线分析发现在后方容易发生声聚焦，导致声场极其不均匀。为了尽量避免这种声缺陷的产生，我们可以改变竖界面的形式，如图3所示。在保持基本形式不变的情况下，将界面化大为小，做成多个锯齿形的小界面，扩散声能，使各个坐席上均有反射声，保证声场均匀。

4.2 扇形平面

扇形平面很容易满足大容量观众席的视距与视角的要求，如图4所示。因此建筑师经常在大中型厅堂中采用。但是来自侧向的反射声常集中在两侧，很难到达中间坐席。且靠近舞台处观众缺乏侧向反射声。为此我们将界面做了相应的调整。两侧竖向界面角度不一，以分散侧向反射声，后墙做扩散处理，如图5所示。

4.3 矩形平面

结构简单，大部分坐席视角良好，且在人声的指向性范围内，另外侧墙能提供覆盖面较大且均匀的侧向反射声。当跨度较小时，侧向反射声丰富且延时较短，有利于提高音质的空间感、亲切感。这也是某些古典鞋盒型音乐厅音质优良的原因，如图6所示。但矩形平面有一些问题需要解决。前方边座偏离主轴过大，若平面宽度狭窄，比例狭长，导致时长过大，也会影响音质，改进后的平面，如图7所示。

4.4 正六边形平面

为了改善扇形平面的音质效果，同时又不影响观众容量，将其平面后方的偏座去掉，中后侧墙向内斜展而形成正六边形平面，如图8所示。该平面容易造成中部大量坐席缺少侧向反射声，且声容易被多次反射，很容易形成回声。为此将侧界面的中前部做锯齿处理，尽量使中部有侧向反射声，如图9所示。近几年，出现了一种倒梯形的平面，如图10所示。综合了矩形、扇形和正六边形平面的特点。并且为了提高其观众容量，在扇形的基础上用倒梯形的形式，形式具有突破意义。

5、平衡界面的声学和艺术要求的措施

5.1 改变界面形式

以上原始平面中，经过声线分析，多少有一些声学上的问题，通过改变竖向界面的形状，这些问题随之减少甚至消失。

5.2 保留设计的原始形式

从声学角度而言，规则的直面是比较合理的。有时建筑师出于审美需求，需要设计出曲面形式的室内界面。此时既要满足声学效果，又不破坏建筑师的设计创意，常见的处理手法是用透声格栅围成圆形或椭圆形，在后面的基墙上做声学处理。国家大剧院歌剧院就采用了这样的做法，如图11、12所示。在长方形的观众厅墙壁上蒙上一层金属网，使观众厅看起来有圆弧形墙面的效果，但音质则和长方形厅一致。

5.3 利用扩散体达到美观效果

声学空间中常设计出众多的扩散体来扩散声能，使室内声场均匀。为了能扩散各个频段的声音，扩散体的尺寸不一。根据研究经验发现，可以利用以下式子估算扩散体的尺寸。近几年又出现了QRD扩散体、MLS扩散体，丰富了扩散体的形式，又使声学设计变的更为严谨，如图13所示。在设计中，通过简单的色彩、材质的应用及韵律排列处理，使室内界面美观大方。

5.4 造型和设计结合为一体

从建筑声学的角度来说，界面是声学吸声、反射的重要部位。除了以上通过附加构件达到声学和艺术统一的方法之外，很多建筑师和声学设计师一起尝试研究通过建筑结构实体直接达到两者的统一。扎哈.哈迪德设计的广州歌剧院就是这种全新的声学空间，如图14所示。在这个作品中，设计师利用梯田的常见形式，做了巧妙的处理，空间处理成手臂环抱状，将四周墙面和楼座处理成手指状的纹路。整个空间从建筑艺术上达到了美观的程度，从声学设计上，这些形式的处理成了声音良好的扩散体，保证声场均匀分布。建筑让人惊叹，音质让人赞美。

6、结语

建筑声学和和室内空间艺术的统一还有很长的路要走，这需要建筑师除了精通建筑艺术设计之外，还需要精通声学的技术设计，从而能自如的将技术和艺术设计统一起来，满足人们的使用和视觉需求。

参考文献：

[5]姚敏峰,吴垄,刘莎.探索空间界面的复杂性.中外建筑,2013(12).

[6]沈晓东,奚纯.室内界面设计与人的关系探微.辽宁工学院学报:社会科学版,2008,10(3).

[7]布鲁诺·塞维,著.张似赞,译.建筑空间论.北京:中国建筑工业出版社,1974:5.

[8]李琦.室内空间中的界面设计手法.天津:天津大学建筑学院,2007:59-77.

陈慧宇.建筑声学设计和室内空间界面艺术的统一研究[J].建材与装饰,2019(27):94-96.