觀演空間聲學簡史回顧

探尋影響聲場主觀評.價因子的維度和正交因子的建築聲學研究最早可以追溯到Vxtruvius(公元前25年)的工作。在《古代建築聲學》一書中，描述了混響、干涉、回聲干擾、語言清晰度等概念。Vitruvius的著名陳述“發出第四、第五階等音符的青銅容器製品”，由音樂理論計算，可倒轉嵌入壁盒由不小於半英尺高的楔形物兩面支撐，面向舞台、劇場座位間也建有龕狀物。顯然，當時作了大量科學嘗試並更多地致力於耳朵以下空間的研究，本書中也討論了地板結構和座位的聲學設計。

由於電聲技術的缺乏，從1~19世紀所報道的建築聲學研究遠少於古代。

1857年，Henry首次提到了應用於現代科學中的脈衝的概念。在他所討論的情況下，來自齒輪一個齒的單個脈衝是噪聲，來自相繼一系列齒的連續脈衝是一連續的聲音。如果所有齒的間距相同，齒輪的轉速一致，結果將是一悅耳的樂音。並且，他建議與良好音質有關的因子應蘊涵下面的條件：

（1）房間尺度；

（2）聲音的力度或脈衝的強度；

（3）反射面的位置；

（4）反射面的材料性能。

令人感到有趣的是這些條件在某種程度上與本書中描述的4個正交因子有關。

Sabine (1990)開創了建築聲學這門科學。他發現了混響聲和定量計算混響時間的公式。關於絕對衰變率的首次精心的實驗是在波士頓公立圖書館報告廳中進行的。那是一個大房間，講台上放置4根具有相同音高的管風琴管。每根管都有獨自的送風裝置，.並且每根管都有特有的電風動值。於是，1根、2根、3根或4根管可以同時開始或停止。那麼最短可聽時間就可以加以測量。相應的可聽聲持續時間t1、t2、t3和t4分別為8.68s、9.14s、9.36s和9.55s其間的時間差為

t2-t1=0 .45[s]，

t3-t4=0 .67[s]，

t4-t1=0 .86[s]。（1）

利用這些時間差可得到聲強的指數衰變率.由此，他最終推導出著名的混響時間公式

T60=KV/A        （2）

式中：K是常數，當聲速為342 m/s時，K=0.159；V是房間的體積(m³)；A是房間的吸聲量。

Sabine承認紐約聯邦神學院的小教堂是一個令人非常滿意的實例，但沒何解釋(Sabine，1912)。就該教堂頂棚的形狀而論，就像一個船底，將有效地降低IACC的值。看來，Sabine無意中注意到房間空間形狀的重要性。Knudsen(1929)建議，對於語言，最適宜的混響時間應比音樂短。同時，MacNair(1930)推薦低頻域的混響時間要更長些以便補充音樂的響度。Békésy(1934)報告說一個庭院的聲場，如圖1所示，好於他所經歷何一個廳堂的聲場。這清楚地說明側向反射聲的重要性。

圖1具有優良音質的庭院(Békésy, 1934；Békésy, 1967)

1949年，Hass通過移動磁帶錄音機的磁頭位里從而調整早期反射聲的時延來研究回聲千擾效應。他的研究結果表明語言回聲干擾是時延的函數。後來，Bolt和Doak（1950）提出用於聲干擾百分數作為干擾程度的參數。鑒於生物在包括聲、視和熱的物理環境中形成和進化的事實，我們的感覺器官和大腦在創生進化前受生存的物理環境因素影響很大。

表2.1中列出了從1960年起幾位作者發現的對主觀屬性有重大影口向的物理因子。在對全世界大量現存的音樂廳進行調研后，Beranek(1962)從對有經驗的聽音者的問卷調查得到的數據中，提出了8個聲場因子的評價標度。自從賽賓發現混響理論之後，人們把大量的注意力放在了聲場的時間因子上。顯然，雙耳效應對聽者而言是不會令人滿意的。

Venekalasen和Christoff (1964)提出了來自側牆反射聲的重要性。West(1966)發現2H/W (H,W分別是廳堂的高度和寬度)和一主觀範疇數值標度的相關係數為0.71。Damaske(1967/1968)通過環繞試聽者布置一系列揚聲器的辦法來研究主觀擴散度。Keet(1968)報告了視在聲源寬度（ASW）的變化與雙耳互相關係數和聲壓級的關係。Marshall（1968a，b）強調從正好從90°方向到達的早期側向反射聲的重要性。Barron(1971)探討了聲場的“空間感”或“環繞感”與雙耳互相關係數的關係。Damaske和Ando(1972)將IACC定義為在人雙耳時延的最大可能範圍內，雙耳互相關函數的最大絕對值，即

IACC=|Φ1r（τ）|max          |τ|≤1ms， （3）

並給出了計算聲場雙耳互相關函數的方法。

表1 在實際或仿真聲場中通過系統的主觀判斷實驗得到的重要物理因子

*   括號內的數值表示可被認為是重要因子的維度。

† Beranek (1996)後來建議6個因子，兩個附加的因子在正交性方面存在疑問。關於混響時間的頻率特性，對主觀判斷而言低於500Hz的頻率範圍不是關鍵的，所以其優選範圍可以很寬(Ando，Okana和Takexoe，1989)。

‡ 短時互相關係數。

通過不相似性檢驗，Yamaguchi (1972)報道對於廳堂中的錄音聲場來說，聲壓級及其頻率特性是顯著的因子，Edward (1974)也檢驗了錄音聲場的不相似性，指出早期回聲圖，混響時間和音量是重要的因子。Schroeder、Gottlob和Siebrasse(1974 )報道了成對比較試驗的結果，即詢問試聽者在所聽到的兩個音樂信號中，更喜歡哪一個，試驗在消聲室中進行，通過人工頭錄音及帶有濾波器的雙揚聲器系統在人的雙耳處重發聲場空間信息。他們發現兩個顯著因子，RT和IACC對主觀優選有強烈影響。Wilkens（1977）指出重要的主觀屬性為力度和聲源擴展感以及明晰度和音色的感覺。

Ando和Kageyama研究了主觀優選與物理因子的關係。通過到達雙耳的聲信號的數學表達式計算( Ando , 1977 ；Ando and Kageyama，1977）。1983年，Ando發表了主觀優選與4個正交聲場物理因子關係的理論。使得計算每一座位處的標度值成為可能(又見Ando，1985，1986）。這一理論首先被Coccchi，Farina和Rocco (1990)在現存的廳堂中證實。Sato，Morr和Ando (1997)在一實際的廳堂中通過開關舞台上揚聲器而不是變換座位的成對比較判斷，再次更明確地證實了這一理論.他們建議用IACC的雙耳時延，即τ_IACC來避免聲像移位或控制聲場平衡。

迄今，這一理論已成為建立在大量受試者的普遍主觀屬性基礎上的理論。儘管存在一定的個體差異(Sakai，Sirgh and Ando ,1997)，在應用這一理論時，可通過調整每一正交因子的權重係數來進一步提高每一個體的滿意度，（Ando and Singh ,1996；Sigh and Ando，尚未出版)。在霧島音樂廳建成后，其採用的座位選擇系統（Sakurai，Korenaga and Ando,1997}就是這一應用的典型例證(Ando and Setoguchi , 1995 ) 。