教堂声学设计


一、教堂的声学环境概述

    教堂是基督教的举行礼拜和重要宗教仪式场所,教堂不同于其他的声学空间的是,它必须要求声学、建筑、教堂三者协调一致前提下处理语言和音乐对混响的要求。就声学而言,其措施不能违背建筑审美和一些宗教理念。此外教堂的长混响有助于赞美诗的音乐抒情和咏唱,同时国外的大多教堂会使用管风琴伴奏。但是长混响严重影响了语言的清晰度,过长的混响会不利于教堂的布道活动的展开。而在中国的教堂一般不使用管风琴伴奏,以传经布道为主,更加偏向于语言类为主,混响时间可以略微降低一点。


教堂声学设计

二、声学设计指标

    根据经验现代教堂的最佳混响时间2s——3.5s

三、声学设计内容

01.体型设计
    教堂的平面体型经过了圣帐篷、希腊十字、拉丁十字和现代教堂的四个主要阶段。现代教堂回归了圣帐篷的长矩形的平面形式。由于教堂的空间的宗教性,建筑和声学在这种情况下也不好加以改变其平面体型。初期的教堂借用巴西利卡体型,顶棚是凸字型剖面的藻井形式,中古世纪发展到大型圆拱象征天宇;文艺复兴时期出现双心拱顶;教堂再进一步发展就是多肋拱和花肋拱


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02.多肋拱教堂顶棚

    教堂的发展过程也是逐渐往声学方面靠拢,最初的大型圆拱顶棚,光滑而坚硬的凹曲面会导致严重的声聚焦现象,而双心拱较之之前聚焦点有所分散,但仍然没有解决的声聚焦现象,语言清晰度依旧不佳。再到多肋拱和花肋拱则是进一步破坏了声聚焦并加强了声能的扩散。
    而现代教堂也越来越重视内部声学效果,顶篷开始有曲面开始向平面改革,使得声聚焦现象得以解决,布道的可懂度也得到了改善。
    但是仍然有建筑师和教堂设计还是会使用穹顶,我们依然要对穹顶进行必要声学措施以避免声聚焦现象,具体的措施在下文会有提及。
    根据各方面的声学考虑教堂的体型长宽高比::1:0.5-0.6:0.5-0.7。其中长度在20-30M内取值。
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03.混响时间与吸声材料的布置
 
    教堂本质上属于信仰空间,教堂的长混响会使声音变得浑厚而强化礼拜精神的庄严的和力量,给以礼拜者以精神鼓舞。而短混响会使教堂较为沉寂,加大听道者心理距离而感到乏味,影响两者间的心理沟通,也会弱化信徒的参与意识和团聚感。同时,短混响需要更多吸声材料,会带来更多的装饰费用,同时过于繁杂的装修材料会淡化这种场所的神圣感。

综上所述:

我国教堂还是应该保证有2s-2.7s的混响时间较佳。

04.顶棚

    如果条件允许,从声学角度考虑,顶棚宜为平顶。如果顶棚全做强吸声处理,容易使混响时间大幅度降低而影响到混响感,应该在保证布道可懂度的情况下局部做吸声处理。同时由于教堂的空间较大,高频声衰减较快,吸声主要为中低频段。尤其是低频段,低频声过强严重影响了语言可懂度。顶棚一般为连续不断的整体效果,建议使用AGG无缝聚砂吸声系统进行吸声处理,即实现了整体造型的外观需求,有有效的解决了吸声要求。如果顶棚是穹顶,为了避免声学缺陷,一般来说有三种解决方案。

(1)吸声法

    顾名思义,就在凹曲面的表面附设吸声材料吸收声能,为迎合宗教的装饰效果,适用于AGG(无缝造型)和聚砂板等吸声材料。因为此材料的优越性能,可以完美迎合教堂的装饰效果,保留了教堂的神圣感。

(2)散焦法

    把凹曲面切断成更小的散射面积,把几何聚焦发射编成扩散发射。有点类似花肋拱面。但分割的元件的尺度必须要和被吸收频率波长相当,而且元件造型要体现出与宗教艺术的巧妙结合。其缺陷是做法难度高,成本也较高,但能较完美契合教堂的装饰效果。

(3)透声法

    适合穹顶较高时采用,即穹顶利用AGG透声涂层或金属微穿孔板饰面,开孔面积为总面积的10%-20%,使透过的声能被棚面后的吸声材料吸收。穹顶不再是弯曲的声学反射面,聚焦已不成问题。这种方法是比较兼顾装饰效果以及性价比的方法。但是需要注意穿孔面材的耐久性和宗教艺术性。

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05.墙面

    我们这里把靠近主祭区的墙面称为前墙面。在主祭区中,祭台是教徒的视听中心。有的主祭区的上方和前墙面会有造型各异、工艺精巧的圆雕和高浮雕。这些繁杂的设施一定程度室声能扩散更加均匀,但同时也容易产生或者对后排有长延迟的反射,影响到了语言的清晰度。
    在这里一般有两种解决办法,一种是在祭台下部使用带宗教艺术刺绣织物,能很好的将前墙面的带来的早期反射声吸收。
    还有一种就是在前墙面的装饰不过于复杂时,前墙面可以采用AGG吸声模块,并在其后部留有50mm的空腔,可以选择填塞25mm玻璃棉。这样既能吸声又能为主祭区增添端庄的气氛

06.后墙面

    后墙也是容易产生声学缺陷的地方,声程差超过30M则应防范回声以及墙面带来的声场不均匀的问题。在后墙面下部设置吸声材料,为了迎合教堂的装饰效果,推荐使用AGG吸声模块可以起到很好的吸声效果。后墙的上部主要做扩散为主,为了迎合装饰效果,可以采用GRG石膏板做出具有宗教艺术的造型。

07.侧墙

    两边侧墙在教堂的墙面面积占有很大的比重,这跟教堂狭而长的体型有关,侧墙的反射声是加强音乐丰满度的重要因素。所以侧墙上方可以利用大幅高浮雕画,既能完美契合宗教艺术又能起到扩散的效果。

    或者通过增设构造壁柱、GRG凸出装饰来加强声能扩散。为保证其语言的清晰度和混响时间,可以在侧墙下部同样适用薄板共振结构配以50mm空腔和25mm玻璃棉,能前后墙面的外观保持整洁一致。
 
08.教徒区

    教徒区是整个教堂的吸声量的主力军,针对每次做礼拜的人数出入较大,可能会导致满场和空场的环境下音质偏差较大,所以教徒区的高靠背长椅和跪凳要用织物软包包裹。教徒区的中间过道通往主祭台,是主祭者、婚礼、葬礼的固定通道,一般会在这个过道铺设厚地毯,一能烘托庄重的气氛;二能可以增加吸声量,控制混响时间以及避免地面强反射声给音质的负面影响;三能缓解教徒在仪式中的脚步声。

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四、声学建议

    现代教堂一般都会引入电声系统,但是电声系统一般只会在布道时(特别是空间容积较大的教堂中)提高音量的辅助手段并设法提高语言的清晰度。但是电声系统的引入会破坏的教堂的庄严感和神圣性,所以在需要引入电声系统教堂一般会要求,扬声器要布置的隐蔽不宜扰乱礼拜的空间形象。所以扬声器需要在最佳的声学位置跟灯具、装饰以及构造结合。


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