书城童书物理知识知道点:走进声音世界
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第31章 建筑与声音

建筑和声音有着密切的关系,你不妨在各种建筑物里去听一听。

在空旷的操场上说话,你会觉得声音不响而且单调;在空空的大礼堂里说话,你会听到很响的回声;在教室、在卧室、在厨房、在楼道,你在各种建筑物里说一说,听一听。经过比较你会发现,同样是你的说话声,在各种建筑物里听起来却不相同。

为什么在空无一人的礼堂里说话,反而觉得听不清呢?这是因为除了从声源发出的声波之外,还有从距离不同的物体反射回来的许多声波,这些回声不能同时到达你的耳朵,这就使你感到声音变了。这种现象叫做混响。混响时间和建筑物的结构有关,是可以控制的。例如,北京首都剧场的混响时间,坐满观众时是1.86秒钟,空的时候是8.8秒钟。

混响时间太长了会干扰有用的声音,混响时间过短也会使人觉得声音单调。建筑学家要处理好这些难题,是要花一番心思的。

人民大会堂里有个万人礼堂,体积有9万多立方米,表面积有1万多平方米,要求它具备的音响性能是:有合适的混响时间;噪声小于35分贝;开会发言时,每个座位都能听到70分贝清晰的声音;舞台演奏时,每个座位都要听到80分贝丰满的乐曲……怎么办呢?

这就要根据声波特性和人对声音的感觉,从建筑设计、建筑材料、建筑构造、扩音设备等方面进行综合研究。专门研究这些问题的科学叫建筑声学。

天坛回音壁说明了我国古代建筑声学的卓越成就,人民大会堂则显示了我国20世纪50年代建筑声学的水平。

万人会堂的扩音设备,采用了分布放大系统,分别在座位上装了8000只小喇叭,每只喇叭的功率只有0.1瓦,能产生75分贝的声级。由于这么多小喇叭分布在全场,电传输的速度又极快,主席台上讲话的声音一下子就传满了大会堂的各个角落,使听众感到是在直接聆听发言。此外,礼堂还采用了立体声放大系统,舞台上配置14个传声器,文艺演出时观众听到的乐曲更真切。大礼堂满座时的混响时间是1.6秒钟,全空时只有3秒钟。万人会堂的巧妙声学设计,是在我国著名声学家马大猷教授亲自领导下完成的。

鸟巢

2008年北京奥运会的主场馆“鸟巢”,在奥运会期间设有10万个座位,承办该届奥运会的开、闭幕式,以及田径、足球等比赛项目。由2001年普利茨克奖获得者赫尔佐格、德梅隆与中国建筑师李兴刚等合作完成,形态如同孕育生命的“巢”,它更像一个摇篮,寄托着人类对未来的希望。

鸟巢的碗状坐席环抱着赛场的收拢结构,上下层之间错落有致,无论观众坐在哪个位置,和赛场中心点之间的视线距离都在140米左右。“鸟巢”的下层膜采用的吸声膜材料、钢结构构件上设置的吸声材料,以及场内使用的电声扩音系统,这三层“特殊装置”使“巢”内的语音清晰度指标指数达到0.6——保证了坐在任何位置的观众都能清晰地收听到广播。