在新建的上海兒童博物館內有一座半球形的全景電影放映廳,銀幕佔四分之一的球面。每場放映時間20分鐘,故廳內不設座位,兒童站著觀看,總共可容150人左右。大廳半徑為8m,容積1300 m³。主體結構為一個鋼筋混凝土薄殼,壁厚僅7 cm。有關球幕電影廳的平面和剖面見圖1所示。結構施工完畢以後才開始提出聲學設計任務,因此在殼頂上無法也不允許吊裝任何吸聲材料。
這種半球形大廳的形狀非常特殊,如不作周密的聲學處理,嚴重的音質缺陷是可想而知的,圖2所示為大廳平面和剖面上的幾何作圖分析。所以除控制大廳的餘響時間以外,還須注意聲波沿壁”爬行”和聚焦帶來的聲場極度不均勻和回聲干擾問題。解決這些問題的設計原則是大家熟知的,但限於具體條件就必須採用一些新穎的聲學處理來克服上述音質缺陷,而且還要有良好的內部裝飾效果,這就是我們所面臨的問題。
此半球薄殼大廳未作處理時的空場餘響時間相當之長(見圖3所示),其低頻100~200Hz長達到20秒,中頻500~1000Hz也有8~10秒。此廳是用作放映七聲道身歷聲的,所以最佳餘響時間應比一般電影院更短。圖4所示為中國對普通電影院和身歷聲電影院所推薦的最佳餘響時間範圍。對照本廳應選0.5秒左右為宜,以保證聲音清晰,而又達到身歷聲的放送效果,鑒於本廳餘響時間要求作如此大幅度之下降,需要增添大量吸聲,但又受到現狀的許多限制,於是考慮採用一些特殊的方法如下。
球頂面積400m²是廳內最大可處理的表面。但是殼體表面己做抹灰層,使吸聲噴塗無法粘住而不能考慮,於是只能在台度以上全部球面貼2 cm厚的灰黑色阻燃泡沫塑料,以取其質輕和可粘性.為了放映要求,半封球頂是銀幕區,必須刷白。2 cm厚泡抹塑膠及表面刷白後的法向吸聲係數見圖5,這種泡沫塑料的吸聲性能是隨頻率而增加的。當材料刷白以後,表面結成一膜,對低頻吸聲則有較大增加,而在1000Hz以上則大幅下降。故兩者之吸聲特性有互補效果。地面吸聲分為兩部分處理.站立的觀眾席約110 m²採用阻燃地毯,下面加鋪泡塑膠墊層,行走舒適,吸聲效果也略有提高。地毯及加墊層後的法向吸聲係數見圖6所示。
觀眾席上空吊裝了玻璃棉管空間吸聲體十一組共66根。棉管是一種常用於管道保溫的護套材料.取其吸聲好,價格低,吊裝方便之優點,根據我們在混響室內對不同管徑和壁厚玻璃棉管的吸聲測量資料,作了價格性能比的分析(見圖8),並考慮到內部裝飾效果,最後選用內徑100mm,壁厚25mm(100A-25)的棉管。我們還對這種棉管的吊裝方式作過比較,以懸空的吸聲效果較之貼頂佈置為好,見圖9 。故本工程中採用棉管之上口離殼頂1250px,外複黑色阻燃布,下口裝有小燈,起到滿天星的裝飾效果.每根棉管重量僅0.55kg。
又可省去支承框架,直接吊裝在由扁鋼搭起的落地棚架下面.這個棚架形似撐開的傘骨,自行承重,只是緊貼殼體內壁而己。外有2 cm厚泡沫塑料遮住而不外露。這些吸聲處理以及下節所作的處理後,大廳空場餘響時間便有了很大幅度下降,中高頻控制在0.4~0.5秒左右,即使低頻也在1.0秒以下(見圖3)
[減少回聲和聲聚焦的措施]廳內餘響時間得到控制,只是解決了大廳音質的一個方面。回聲和聲聚焦是需要解決的另一方面.於是我們又採取下列措施。
大廳四周1.2m高牆裙是用作風機盤管式空調之用的。我們利用此部位作強吸聲處理。除留出風口外均採用75 mm厚超細玻璃棉,外複阻燃布裝飾,後背留有625px 空腔,牆裙上邊用膠合板製成城市建築的輪廓線裝飾,同時將七個揚聲器架突出牆裙面以增加聲擴散和大廳活潑氣氛,見照片一。於是水平方向的聲波沿壁”爬行”和聚焦基本己消除。
球頂中部沿銀幕邊線處姐不加特殊處理,圖2中M 和N之間的聲波”爬行”還是比較明顯的。而懸吊棉管則會對放映畫面有遮擋。為此懸掛了一排塑膠充氣的海濱玩具作為吸聲擴散體。共掛了三個長約2 m的大鯨和直徑分別為1250px和750px的水球20隻。以消除沿圓周的”爬行”效應。這些充氣玩具對中低頻還有一定的吸聲作用,見圖10。同時也增添了廳內兒童遊藝氣氛。
經過以上種種聲學措施後,在放映用揚聲器位置上發聲時,觀眾席基本上己無回聲干擾,嚴重的聚焦現象亦大為減弱。通過脈衝回應測量所得圖案分析可以說明之。
測量所用聲源為氣球爆炸聲,其脈衝寬度約為2.5ms,用以分辨所得回聲圖案是足夠狹的。聲源位置安照放映用揚聲器位置(包括在觀眾席背後的位置)選擇,同時在觀眾席亦選擇幾個典型位置作為接收點。用BK2107 聲級計接收,通過A/D轉換送至可擕式電腦記錄和分析。圖11所示為三個典型位置的脈衝回應。圖l1(a)中有一束反射聲,強度雖然高出直達聲近l0dB, 但其延遲時間均在20ms之內。
圖11(b)中在7ms和24ms分別有一些較強反射聲,分別高出直達聲5dB和1dB。圖l1(c)中雖在直達聲之後53ms處有一反射聲,但其強度己比直達聲低10dB。所以從上述三例分析,可認為己不構成干擾回聲。圖12(a)所示為聲源改在大廳中央時,在觀眾席上的脈衝回應圖案。在40ms處有一束較強(-5dB)之反射聲,但在18ms處另有 一束較弱反射聲,(-8dB)。所以引起之回聲干擾己不明顯。再如在大廳一側的門口發聲,在另 一端門口處接收,其情況猶如圖2中A-B和M-N時之相對位置,則在直達聲後17ms和34ms處分別有兩個較強反射聲,其強度分別為+10 dB和+3dB。
此兩反射聲之間尚有一些與直達 聲強度相仿之反射聲,見圖12(b)。也就是說有一束延遲時間為17~34ms的強反射聲到達。所以聽來雖不屬於明顯的回聲干擾,但對直達聲有明顯加強之感,且來自殼頂方向。當頂部吊裝充氣玩具後,這一現象有所減弱。
