Thiết kế và xây dựng ánh sáng và âm thanh cho phòng hòa nhạc

Hội trường hòa nhạc, như tên gọi của nó, là một hội trường để biểu diễn và thưởng thức âm nhạc. Đây là nơi tổ chức các buổi hòa nhạc và các hoạt động liên quan đến âm nhạc, và là nơi để mọi người cảm nhận vẻ đẹp của âm nhạc. Các hội trường hòa nhạc thường được trang trí thanh lịch, bao gồm các phòng hòa nhạc và rạp hát nhỏ, được trang bị nhiều nhạc cụ và thiết bị âm nhạc chuyên nghiệp, và cung cấp chỗ ngồi thoải mái, mang đến cho mọi người một bữa tiệc tinh thần của âm nhạc trong một môi trường thanh lịch. Một hội trường hòa nhạc với kiến trúc tinh xảo và phong cách độc đáo chính là một tác phẩm nghệ thuật.
Các loại hội trường hòa nhạc phổ biến (được phân biệt theo hình dạng tổng thể của nội thất của tòa nhà)

1. Loại hộp giày

2. Loại vòng

3. Loại vườn nho

4. Loại quạt

5. Loại móng ngựa

khái niệm thiết kế

Thiết kế hội trường hòa nhạc nên xem xét:

Thời gian vang vọng của hội trường hòa nhạc: Thời gian vang vọng được thiết kế hợp lý, và khán giả nghe thấy âm thanh dày và mạnh mẽ. Chất lượng âm thanh phong phú và đầy đặn.

Cấu trúc hấp thụ âm thanh của hội trường hòa nhạc: vật liệu, cấu trúc và các cấu trúc hấp thụ âm thanh, tránh tiếng vang và hấp thụ tiếng ồn.

Thiết kế của hội trường hòa nhạc cố gắng hình tròn, để âm thanh đến mỗi chỗ ngồi ở khoảng cách gần như nhau.

Thiết kế của hội trường hòa nhạc nên theo đuổi ánh sáng sáng và chiếu sáng hợp lý. Làm cho khán giả cảm thấy như ở nhà.

Hội trường hòa nhạc nên được thiết kế sao cho tiếng ồn từ chỗ ngồi của khán giả có thể được hấp thụ tại chỗ hoặc phản xạ bởi cấu trúc càng nhiều càng tốt để tránh lan tỏa đến sân khấu và các khán giả khác.

Các chỗ ngồi trong hội trường hòa nhạc nên được bọc đệm bằng đệm cao su để tránh tiếng ồn.

Hội trường hòa nhạc nên có một phòng chờ để gặp gỡ bạn bè hoặc nghỉ ngơi giữa các buổi biểu diễn, và nên có một hành lang bên và một phòng tai.

8. Hội trường hòa nhạc nên được trang bị thông gió tự nhiên để tránh sự can thiệp tiếng ồn từ điều hòa không khí trung tâm.

9. Thiết kế sân khấu của hội trường hòa nhạc nên có các khái niệm hiện đại và có khả năng sử dụng công nghệ điện tử hiện đại để đạt được một hệ thống tự động hóa sân khấu đa cấp, đa chức năng và toàn diện.

Các chỉ số thiết kế âm học của hội trường hòa nhạc

Một hội trường hòa nhạc chuyên nghiệp hạng nhất với bầu không khí văn hóa thanh lịch có thể cung cấp các buổi biểu diễn âm thanh tự nhiên và thích ứng với việc biểu diễn các tác phẩm âm nhạc của nhiều phong cách khác nhau.

1. Các chỉ số thiết kế âm học của hội trường hòa nhạc

Âm học trong nhà như một đánh giá chất lượng âm thanh của cảm giác chủ quan về hội trường và các tham số chất lượng âm thanh của các đại lượng vật lý khách quan. Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu từ những năm 1950 và 1960, có 5 tham số đã được thống nhất từ hàng chục ý kiến khác nhau, và 6 tham số cho các hội trường hòa nhạc (được liệt kê dưới đây). Tuy nhiên, điều này vẫn chưa thỏa mãn. Vẫn còn nhiều vấn đề trong các phương pháp và tham số đánh giá chủ quan. Một số tham số vật lý vẫn chưa đạt đến mức độ định lượng. Mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý và cảm giác chủ quan cần được nghiên cứu thêm. Do đó, việc đánh giá chất lượng âm thanh chủ quan và nghiên cứu các tham số chất lượng âm thanh khách quan của âm học trong nhà hội trường hòa nhạc vẫn là một chủ đề cần được nghiên cứu thêm.

(1) Đánh giá chất lượng âm thanh hội trường hòa nhạc (chủ quan): độ vang, độ đầy, tần số thấp

Các tham số chất lượng âm thanh tương ứng (khách quan): thời gian vang (T60) và tỷ lệ giữa tần số trung bình và tần số thấp. Giá trị khuyến nghị: 1.8~2.0s, dưới 1.7s có nghĩa là chất lượng âm thanh kém
Các biện pháp thiết kế chất lượng âm thanh: không gian lớn. Liên quan đến việc chọn vật liệu trong hội trường, vật liệu được chọn nên có khả năng kiểm soát rung động. Nếu chọn ván gỗ, độ dày nên là 8cm.

(2) Đánh giá chất lượng âm thanh của hội trường hòa nhạc (chủ quan): Độ lớn âm thanh

Các tham số chất lượng âm thanh tương ứng (khách quan): Mật độ năng lượng âm thanh hoặc cường độ trường âm tại điểm nhận (G), phù hợp với mức âm thanh của khán giả 77~80dBA, giá trị G: tính toán phức tạp, sai số lớn, đo đạc phức tạp. Các biện pháp thiết kế chất lượng âm thanh: liên quan đến hình dáng cơ thể; nên có nhiều âm phản xạ sớm hơn. Với 80ms là ranh giới, chiều rộng giữa hai bức tường tại nguồn âm là 17~18m.

(3) Đánh giá chất lượng âm thanh của hội trường hòa nhạc (chủ quan): Sự rõ ràng

Các tham số chất lượng âm thanh tương ứng (khách quan): Tỷ lệ năng lượng âm thanh hiệu quả so với năng lượng âm thanh không hợp lệ tại điểm nhận (G80)

Các biện pháp thiết kế chất lượng âm thanh: liên quan đến hình dáng của thân; có nhiều âm thanh phản xạ sớm hơn. Và nó có hiệu ứng khuếch tán tốt trong âm thanh sau (âm thanh vang)

(4) Đánh giá chất lượng âm thanh của hội trường (chủ quan): sự gần gũi

Các tham số chất lượng âm thanh tương ứng (khách quan): khoảng thời gian trễ ban đầu (t2) của âm thanh phản xạ sớm, giá trị thiết kế tối ưu là 20ms, và không thuận lợi nếu lớn hơn 35ms

Các biện pháp thiết kế chất lượng âm thanh: liên quan đến hình dáng của thân; khoảng thời gian giữa âm thanh trực tiếp và âm thanh phản xạ (khoảng 20ms), khoảng cách giữa bề mặt phản xạ và điểm nhận là khoảng 7m

(5) Đánh giá chất lượng âm thanh của hội trường (chủ quan): cảm giác không gian hoặc bao quanh

Các tham số chất lượng âm thanh tương ứng (khách quan): nhiều âm thanh phản xạ bên sớm hơn (LEV)

Các biện pháp thiết kế chất lượng âm thanh: liên quan đến hình dạng của thân; sự phân bố thời gian-năng lượng-không gian của âm thanh phản xạ bên sớm là hợp lý

(6) Đánh giá chất lượng âm thanh của hội trường hòa nhạc (chủ quan): cảm nhận lẫn nhau giữa các nghệ sĩ và nhạc trưởng trên sân khấu

Các tham số chất lượng âm thanh tương ứng (khách quan) của hội trường hòa nhạc: tỷ lệ giữa âm thanh trực tiếp và âm thanh phản xạ

Các biện pháp thiết kế chất lượng âm thanh của hội trường hòa nhạc: liên quan đến hình dạng của sân khấu; không gian bên trong sân khấu nên có âm thanh phản xạ sớm và năng lượng âm thanh khuếch tán phù hợp
Lưu ý: A. Tiêu chuẩn tiếng ồn cho phép của hội trường hòa nhạc là NR≯20; B. Trường âm thanh của hội trường hòa nhạc được phân bố đồng đều, không có sự can thiệp của tiếng vang và các thiếu sót khác; C. T60 của hội trường hòa nhạc có hàng trăm chỗ ngồi trong thời kỳ cổ điển nằm trong khoảng 1.0~1.3s; T60 của hội trường hòa nhạc có 500~800 chỗ ngồi trong thời kỳ lãng mạn là 1.5~1.7s.

Tiêu chuẩn âm học cho thiết kế hội trường hòa nhạc (hội trường tập dượt hòa nhạc)

Dù là thiết kế hội trường hòa nhạc, thiết kế nhà hát opera hay thiết kế giảng đường, có một số yêu cầu tối thiểu khi khán giả thưởng thức âm nhạc:

Đầu tiên, ở khắp mọi nơi trong hội trường, dù bạn có sử dụng thiết bị khuếch đại âm thanh hay không, âm thanh phải có một mức độ lớn nhất định, và mức độ lớn ở mọi nơi phải tương đối đồng đều. Không được có "điểm tập trung" - tức là, nơi mà âm thanh bị "tập trung" và đặc biệt lớn, và cũng không được có "điểm mù", tức là, nơi mà âm thanh trở nên rất yếu vì một lý do nào đó. Hiện tượng này không phải là hiếm gặp. Nếu bạn hỏi một số nhân viên nhà hát cẩn thận, những người chú ý đến hiệu ứng âm thanh, họ sẽ cho bạn biết những chỗ ngồi nào có âm thanh đặc biệt yếu và những chỗ ngồi nào có âm thanh đặc biệt rõ ràng. Có một thiết kế nhà hát ở Bắc Kinh, và vài hàng ghế đầu tiên tình cờ lại là một "điểm mù". Khi bạn nhìn thấy các diễn viên trên sân khấu không xa trước mặt bạn, họ đang cố gắng mở miệng, nhưng âm thanh nghe rất yếu, và bạn phải "vểnh tai" lên để nghe rõ.

Sự tồn tại của âm thanh phản xạ trong phòng hòa nhạc là cần thiết, vì với âm thanh phản xạ trong phòng hòa nhạc, âm thanh trở nên "sống động". Âm thanh phản xạ cũng phải đồng nhất, và một số khuyết tật âm học thường do âm thanh phản xạ không đồng đều gây ra. Số lượng, hướng và khả năng phản xạ của các tấm phản xạ treo trên sân khấu, các vật liệu được sử dụng để làm chúng, chiều cao và hình dạng của trần nhà trên sân khấu và trong phòng, v.v., đều có liên quan chặt chẽ đến âm thanh phản xạ, đặc biệt là âm thanh phản xạ sớm. Thông thường, các phòng hòa nhạc hy vọng rằng âm thanh phản xạ tần số thấp mạnh hơn một chút so với âm thanh phản xạ tần số cao, để trải nghiệm nghe trở nên đầy đủ hơn.

Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng âm thanh phản xạ từ bên hông của hội trường hòa nhạc rất quan trọng cho việc nghe. Các hội trường hòa nhạc cổ điển, chẳng hạn như "Hội trường Vàng" của Hội trường Hòa nhạc Vienna, nơi phát sóng Buổi hòa nhạc Năm Mới đến toàn thế giới vào mỗi ngày đầu năm, có hình dạng hình hộp chữ nhật, tức là kiểu "hộp giày". Nhiều hội trường hòa nhạc hiện đại hình tròn hoặc hình tỏa thường không hoạt động tốt như các hội trường hình hộp và hình chữ nhật. Điều này được cho là do khoảng cách bên của hội trường hình hộp và hình chữ nhật ngắn, vì vậy âm thanh phản xạ sớm từ bên hông tương đối mạnh. Do đó, hội trường hòa nhạc kiểu "hộp giày" lại trở nên phổ biến. Hội trường Hòa nhạc Bắc Kinh là kiểu "hộp giày".

Khoảng thời gian giữa âm thanh trực tiếp từ hội trường và âm thanh phản xạ đầu tiên đến cùng một vị trí trong hội trường không thể quá dài. Nếu quá dài, âm thanh sẽ bị ngắt quãng, và trong những trường hợp nghiêm trọng hơn, sẽ có "tiếng vang". Vấn đề này đặc biệt quan trọng đối với các nhà hát hoặc hội trường lớn. Ví dụ, nếu nhà hát hoặc hội trường rất lớn, âm thanh trực tiếp mà khán giả ngồi ở ghế giữa hàng đầu nghe từ sân khấu hội trường sẽ "không liên kết" với âm thanh phản xạ đầu tiên từ bức tường phản xạ xa nhất hoặc trần hàng ghế sau. Đối với một hội trường lớn như Đại hội Nhân dân, vấn đề này được giải quyết bằng cách sử dụng các loa nhỏ trên mỗi ghế.

Hội trường hòa nhạc nên có sự phản xạ đồng nhất cho âm thanh của các tần số khác nhau, hoặc chọn phản xạ "tối ưu". Sự phản xạ âm thanh của một số tần số không thể quá mạnh hoặc quá yếu, dẫn đến "tập trung" hoặc "điểm mù" liên quan đến tần số, tức là hiện tượng "màu sắc" hoặc "phai màu" của âm thanh. "Hiệu ứng hòa tấu" là tốt, tức là các nhạc cụ cao và thấp đều có âm thanh cân bằng. Trong các hội trường hòa nhạc thông thường, âm cao hoặc âm trầm hoặc một nhạc cụ nhất định thường quá nổi bật hoặc quá bị kìm hãm. Nếu có hiện tượng "màu sắc" có thể được hiển thị trong phòng thu âm, sự cân bằng tần số của chương trình gốc sẽ bị phá hủy, dẫn đến sự thay đổi trong phổ âm thanh, và sự méo tiếng trong quá trình phát lại. Tất nhiên, kỹ sư thu âm hoặc người điều chỉnh có thể thực hiện một số bù đắp.

Thiết kế Sân khấu Hội trường Hòa nhạc (Hội trường Tập dượt Hòa nhạc)
Có hai loại thiết kế bệ nhạc hội trường cơ bản, tương ứng với hội trường hình hộp và hội trường bao quanh. Loại đầu tiên có thể được gọi là bệ nhạc ở cuối, với Hội trường Concert Boston làm mô hình; loại thứ hai được gọi là bệ nhạc ở giữa, với Hội trường Philharmonic Berlin làm mô hình.
Bệ nhạc ở cuối của hội trường được đặt ở một bên của hội trường. Trần của bệ nhạc có thể có cùng chiều cao với trần của khán phòng, hoặc có thể thấp hơn một chút, tạo thành một không gian bệ nhạc đặc biệt. Các bức tường bên của dàn nhạc trong hội trường thường có hình dạng số tám, hẹp hơn chiều rộng của khán giả, nhưng cũng có những bức tường có chiều rộng bằng với khán phòng. Thể tích của dàn nhạc với không gian dàn nhạc riêng chiếm khoảng 0.3-0.4 thể tích của khán phòng.
Dàn nhạc trung tâm của hội trường hòa nhạc nằm trong khán phòng, nhưng bị lệch về một bên, vì vậy không có không gian dành riêng cho dàn nhạc. Nó được bao quanh bởi các ghế ngồi, và dàn nhạc được bao quanh bởi các lan can của khu vực ghế ngồi ở bên và phía sau sân khấu. Vì dàn nhạc và khán giả được tích hợp, nên trần nhà phía trên thường cao, vì vậy thường cần treo một tấm phản xạ phía trên dàn nhạc để cung cấp âm thanh phản xạ sớm cho các nhạc công và khán giả. Chiều cao của tấm phản xạ treo không nên vượt quá 6-8m. Diện tích của dàn nhạc có thể được ước tính theo số lượng ban nhạc và hợp xướng. Khi tính toán hội trường hòa nhạc, lấy: 1,25 mét vuông mỗi người cho các nhạc cụ dây có âm trung và cao và nhạc cụ hơi; 2 mét vuông mỗi người cho các nhạc cụ đồng có lõi cello lớn, 1,8 mét vuông mỗi người cho đàn ghi-ta đôi, 1-2 mét vuông mỗi người cho nhạc cụ gõ; 0,5 mét vuông mỗi người cho hợp xướng. Do đó, nếu một hợp xướng 100 người được xem xét, cần thêm 50 mét vuông diện tích. Theo thống kê, diện tích trung bình của sân khấu hội trường hòa nhạc cũ là 158 mét vuông; diện tích trung bình của sân khấu hội trường hòa nhạc mới là 203 mét vuông.

Hình dạng của sân khấu trong hội trường hòa nhạc không nên quá sâu hoặc quá rộng. Nếu nó quá rộng, khán giả ngồi ở một bên của hội trường sẽ nghe âm thanh của các nhạc cụ gần họ trước tiên. Sự chênh lệch thời gian này không thuận lợi cho việc hòa quyện các phần khác nhau. Nếu nó quá sâu, độ trễ của các nhạc cụ phía sau đến tai khán giả có thể quá lâu. Điều này khiến cho tai người có thể phân biệt và dễ gây ra sự nhiễu loạn. Đồng thời, nếu sân khấu quá rộng, điều này cũng sẽ làm khó cho nhạc trưởng trong việc nắm bắt toàn bộ dàn nhạc. Được khuyến nghị rằng chiều rộng của sân khấu nên được kiểm soát trong khoảng 16.8m. Chiều sâu nên được kiểm soát trong khoảng 12m. Chiều cao của sân khấu không nên quá thấp, để có đủ không gian tăng cường sự sống động của âm nhạc và tránh gây ra sự chói tai của âm thanh. Đối với sân khấu gần, với không gian sân khấu, chiều cao trần trung bình có thể là 8-13m. Khi chiều cao trung bình của trần sân khấu lớn hơn 9m, khoảng cách giữa hai bên của tường phát âm thanh nên hẹp hơn, chẳng hạn như nhỏ hơn 15m, và chiều sâu của sân khấu không nên lớn hơn 9m. Các hội trường hòa nhạc cũ trên thế giới có sân khấu nông hơn với chiều cao trung bình là 8.5m, nhưng trần cao hơn, với chiều cao trung bình là 14m ở phía trước và 12.8m ở phía sau. Một số hội trường hòa nhạc được xây dựng từ năm 1928 có sân khấu sâu hơn, đạt 10.5-12m, và trần thấp hơn, với chiều cao phía trước là 9m-10m và chiều cao phía sau là 6-7m. Khi sân khấu nông hơn và hẹp hơn, trần có thể cao hơn; khi sân khấu sâu hơn và rộng hơn, trần có thể thấp hơn và hình dạng nên không đều.
Các bề mặt phản chiếu và các thành phần khuếch tán nên được đặt gần nền sân khấu của phòng hòa nhạc để hiệu quả truyền tải năng lượng âm thanh đến các nhạc công và ghế ngồi của khán giả, cải thiện khả năng nghe lẫn nhau của các nhạc công, và đảm bảo sự tích hợp và cân bằng âm thanh trong khu vực sân khấu. Sàn sân khấu nên là một tấm gỗ nâng cao.

Các điểm chính trong thiết kế chất lượng âm thanh của phòng hòa nhạc (phòng tập hòa nhạc)
Thời gian vang vọng cho phép của một hội trường hòa nhạc là 1.5-2.8s. Nếu nó dưới 1.5s, chất lượng âm thanh sẽ được coi là khô. Thời gian vang vọng tối ưu là 1.8-2.1s. Thời gian vang vọng tối ưu liên quan đến thể loại và phong cách của âm nhạc. Đối với nhạc cổ điển, chẳng hạn như các tác phẩm của Mozart, thời gian vang vọng tối ưu là 1.6-1.8s; đối với nhạc lãng mạn, chẳng hạn như các tác phẩm của Brahms, thời gian vang vọng tối ưu là 2.1s; đối với nhạc hiện đại, nó có thể được kiểm soát trong khoảng 1.8-2.2s. Đường đặc trưng tần số của thời gian vang vọng có thể được giữ phẳng, hoặc tỷ lệ bass, tức là tỷ lệ giữa thời gian vang vọng của 125hz và 250Hz so với thời gian vang vọng của 500Hz và 1KHz, là 1.1-1.25, và tối đa có thể đạt 1.45.

Số lượng ghế trong một hội trường hòa nhạc nên được kiểm soát trong khoảng 2.000 ghế. Thông thường, việc đạt được chất lượng âm thanh xuất sắc trong một hội trường có dưới 2.000 ghế dễ hơn so với một hội trường có hơn 2.500 ghế. Trong một hội trường nhỏ hơn, cả sự gần gũi và độ lớn đều dễ dàng đáp ứng yêu cầu, và dễ dàng phấn đấu cho nhiều năng lượng âm thanh phát ra theo chiều ngang hơn và đạt được cảm giác không gian tốt.

Việc sử dụng vật liệu hấp thụ âm thanh nên được giảm thiểu khi thiết kế một hội trường hòa nhạc, và khu vực ghế ngồi không nên quá rộng, vì diện tích khu vực ghế ngồi xác định khả năng hấp thụ âm thanh chính của khán giả, và ghế ngồi quá rộng sẽ dẫn đến việc hấp thụ âm thanh quá mức. Ngoài ra, việc bọc ghế không nên quá mức. Ghế mềm được bọc quá nhiều dễ dẫn đến việc hấp thụ âm thanh quá mức gần 250Hz, điều này có thể gây mất âm trầm. Nội thất của hội trường hòa nhạc nên được trang bị các thành phần khuếch tán âm thanh để âm thanh có thể được phân phối đồng đều. Khuếch tán tốt cũng có thể cải thiện cảm giác bao quanh của chất lượng âm thanh.

Thể tích của mỗi ghế trong hội trường hòa nhạc khoảng 6-12 mét khối mỗi ghế. Thể tích của mỗi ghế trong các hội trường hòa nhạc mới xây dựng ở nước ngoài chủ yếu nằm trong khoảng 7-11 mét khối mỗi ghế. Thể tích của hội trường hòa nhạc không nên quá nhỏ để tránh thời gian vang quá ngắn.