西南民族大学李晨探究曲线型结构在音乐厅设计中的应用概论.docx
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西南民族大学李晨探究曲线型结构在音乐厅设计中的应用概论
探究曲线型结构在音乐厅设计中的应用
摘要
建筑与音乐有一定的共性,建筑作为一种空间造型艺术,它能从视觉上,激起与音乐相近的情感反应。
音乐的空间形式美可以表达为建筑造型艺术的因素。
笔者的设计理念是将音乐旋律在建筑艺术上可视化,在建筑空间造型上体现出音乐旋律、充满线条流动的感觉。
在具体设计时,从音乐的旋律出发,根据乐曲的旋律改编出曲线形态,然后形成设计主体部分,再配合上音乐厅声学设计规范,响度、初始时间延迟间隙、混响时间以及双耳视觉相关等,探寻音乐厅内部建筑设计与音乐旋律曲线美之间的细微联系。
把音乐旋律曲线型结构应用到音乐厅内部建筑设计,可以使人们通过对音乐厅建筑内部空间造型的视觉感受来重新认识音乐厅。
音乐厅其建筑造型有其自身空间的形式美,而音乐也存在一定的音乐空间,把两者按照一定的数理比例巧妙结合起来,可使音乐厅建筑造型视觉感受与音乐旋律听觉上的感受相融合,带来前所未有的视听享受。
关键词:
音乐旋律曲线型结构;曲线结构音乐厅;音乐旋律在音乐厅设计;音乐厅内部造型设计
摘要1
一、建筑与音乐曲线的联系3
二、音乐厅室内声学设计4
1、五种声反射4
2、音质评价5
(1)响度5
(2)初始时间延迟间隙5
(3)混响时间5
(4)双耳听觉相关6
三、曲线音乐厅的案例6
1、华沙音乐厅6
2、天津大剧院音乐厅6
3、武汉琴台音乐厅7
四、设计理念---国家图书馆嘉言堂音乐厅设计8
五、具体设计---国家图书馆嘉言堂音乐厅设计8
1、设计元素分析9
2、音乐旋律曲线表达转化9
(1)音乐中乐音与正弦函数关系9
(2)音乐五线谱与音高时间的一次函数关系10
(3)把音乐中的函数关系转变成三维图像10
(4)将十二平均律转变成三维图像11
(5)勋伯格的“十二音列体系”三维流动曲线图像11
3、声学设计12
(1)室内平面声线分布设计12
(2)室内空间声线分布设计13
4、材质选择13
六、效果图---国家图书馆嘉言堂音乐厅14
1、大厅效果图14
2、前厅15
3、通道16
5、二层放映厅17
6、卫生间17
参考文献:
18
一、建筑与音乐曲线的联系
图1
建筑与音乐有一定的共性,具体表现在:
建筑作为一种空间造型艺术,在钢筋水泥之外,它同样能激起与音乐相近的情感反应;而音乐如同建筑一样存在空间,即音乐空间,音乐的空间形式美可以表达为建筑造型艺术的因素。
音乐空间之所以得以生成,其根本原因在于先后出现的音与音之间所经过的时间。
而这一时间过程在谱面上则表现为音符与音符之间的距离。
乐谱中音符与音符之间的距离不仅是时间的延续,同时也是音乐空间在视觉上的表现。
众多大师都对建筑与音乐的联系有深刻见解。
黑格尔认为:
“音乐和建筑最相近,因为像建筑一样,音乐把它的创造放在比例和结构上。
”因此,他又认为“音乐是流动的建筑,
建筑是凝固的音乐。
”勒•柯布西耶(LeCorbusier)在其著作《论模数》,建立了一个模数人,详细研究了建筑与音乐的巧妙联系,认为我们的视觉领域文明,远远没有达到音乐里的文明水平。
有学者把勒•柯布西耶的模数人同欧洲文艺复兴时期的音程分级理论做了对比,如图1,这两者之间有惊人的相似之处,这充分说明了建筑造型艺术与音乐曲线美之间微妙的联系。
二、音乐厅室内声学设计
1、五种声反射
由舞台上传出的乐声,通过五种途径到达听众的耳中。
第一,直接声D,由乐声声源按近似球面波的形式,直接传达听众耳中。
这时声能密度,也即声强,大致与距离平方成反比,由于听众的眼睛基本上处在舞台声源到他耳朵的联线上,因此可以说,凡是看得见舞台声源的听众也能听到发自该声源的直接声;反之也是。
有的音乐厅楼厅的某些座位,听众靠在座位上就看不见舞台的声源,这样就不能听到直接声,越靠近舞台,直接声越大,越远离舞台,直接声越小。
第二,大厅两侧墙壁的反射声R1,R2,R1,R2到达听众耳中的时间延迟和响度(相对于直接声而言)均和大厅跨度、侧墙敷面材料及表面形状有关。
就正厅中心轴线的座位而言。
由于对称,R1和R2同时到达并且响度也相等。
第三,天花板反射声R3。
舞台上的声音传向天花板,再反射,到达听众耳中便是R3。
R3的时间延迟、响度及频谱和大厅高度,附加天花板(有时称为”浮云“)的倾斜角度及其具体构造有关。
第四,舞台罩反射声R4。
舞台上的声音传向舞台罩,再经舞台罩反射后转传向听众的反射声。
R4和舞台罩的形状和材料有关。
第五,多次反射声,从舞台上发出的声音经大厅的侧墙、地面、舞台罩、天花板等处多次反射后传出听众耳中的声音。
由于经历一次反射,声音便被吸收一些(其频谱也多少会有变化),所以经历的反射次数越多,响度也越弱,方向也更杂乱而趋于各向同性。
与此同时,由于多次反射声的传播路径较长,到达听众耳中的时间也更加延迟。
如此多次反射,声音逐渐溶入混响之中并逐渐消失。
2、音质评价
室内音质的客观评价术语很多,主要涉及到响度、初试时间延迟间隙、混响时间、明晰度和清晰度、混响时间的频率特性、双耳听觉互相关、扩散程度和声场不均匀度等。
其中响度、初试时间延迟间隙、混响时间、双耳听觉相关是最重要的四个相互独立的参量。
室内音质与建筑体型有关。
(1)响度
声音的强弱叫做响度,它描述的是声音的响亮程度,是人耳对声音强弱的主观判断,根据它可以把声音排成由轻到响的序列,适合听众的声级77~80dBA。
(2)初始时间延迟间隙
当测听者座位不在正厅中轴线时,反射声R1,R2并不等时,直接声和反射声之间的时间间隙被称为初始时间延迟间隙(通常以毫秒度量)。
它是音乐厅音质的四个客观标准中的一个,并且直接关系到主观优选评价中的一个重要项目——亲切感。
如果这个间隙小于20毫秒,听起来R1和直接声将共同形成一个响度较大、音质较好的声音;如果厅的尺寸很大,使这个间隙大于70毫秒,听起来R1便是回声。
在R4之后已属于多次反射声,经们越来越多,越重叠,越弱。
逐渐溶成室内音特有的混响,混响声的强度大体呈指数下降。
音乐厅初始时间延迟间隙约20ms,反射面与接收点之间的距离为7m左右。
(3)混响时间
混响声的定义是:
在直接声消失后,室内持续的声音。
为度量混响的时间,通常定义混响时间T为:
混响声和声压级下降60分贝(60dB)所需的时间,也就是指声音已达到稳态后,停止生源,平均声能密度自原始值衰变到其百万分之一(60dB)所需要的时间,以秒为单位度量。
由于声吸收通常和频率有关。
因此混响时间一般与频率有关。
所以通常区分为低频混响(取频率67,125,250赫兹)、中频混响(取频率500赫兹或500-1000赫兹)、高频混响(频率≧2000赫兹以上),混响时间是音乐厅音质的四个客观标准中的另一个。
对音乐厅而言,由于要求声音有很好的丰满性、混响感、丰满感、低频感等,混响时间最佳值为1.8~2.0s,小于1.7s则音质较差。
(4)双耳听觉相关
双耳听觉相关,即双耳效应,人们依靠双耳间的音量差、时间差和音色差判别声音方位的效应。
人的双耳的位置在头部的两侧,如果声源不在听音人的正前方,而是偏向一边,那么声源到达两耳的距离就不相等,声音到达两耳的时间与相位就有差异,人头如果侧向声源,对其中的一只耳朵还有遮蔽作用,因而到达两耳的声压级也有不同。
人们把这种细微的差异与原来存储于大脑的听觉经验进行比较,并迅速作出反应从而辨别出声音的方位。
三、曲线音乐厅的案例
1、华沙音乐厅
华沙音乐厅由AtelierThomasPucher设计,2万平方米,可容纳1800人,建筑跨度140米,预算约为1.1亿欧元,计划在2016年建成。
华沙音乐厅没有任何的梁柱,内部起伏的曲线,不仅给人视觉享受,同时尽量保证每一位听众与舞台都有较好的距离,使听众都有一个理想的收听位置。
见图2。
图2华沙音乐厅
2、天津大剧院音乐厅
天津大剧院音乐厅,其极富曲线动感的内墙设计和屋顶波浪形的设计,除了可以让观众享受到最佳声音效果外,还能在感官上给观众带来韵律感和节奏感。
在舞台正上方,是片片如帆船般的反音板,各反音板中间下垂着一根根黑色的吊麦。
这些吊麦会根据不同的演奏时段上下伸缩,以保证最佳的扩音效果。
舞台背景墙上,是交响音乐厅的标志、有“乐器之王”美誉的—管风琴,可以称得上是音乐厅的“镇厅之宝”。
音乐厅共1200个坐席。
观众席共分为ABCDEF六个区,每个区的观众都能全景观看到舞台。
音乐厅在很多细节方面充分体现了“人性化”的设计:
听众被无处不在的音符包围,观众厅坐席最远点视距34.6米,保证观众在每个角度都能有最好的观赏效果,在很高的后排都觉得离舞台很近,而坐席排距0.95米则比国内一般的标准0.9米更为舒适。
见图3
图3天津大剧院音乐厅
3、武汉琴台音乐厅
琴台音乐厅位于武汉月湖琴台文化艺术中心北侧,总投资7.2亿元,内设多个音乐厅,主要建设内容包括一座1604座交响音乐厅和一座405座室内乐厅,以及展厅、公共大厅等,沿用“高山流水遇知音”概念,屋顶音乐LED灯光秀,使两幢建筑流水汇向广场中心,与中心喷泉形成一体,仿佛知音相遇,使灯光表演更完美。
公共大厅部分的多道连续流畅的弧形曲线的平台造型,使整个空间宛如“行云流水”充满动感和韵律。
尤其是公共大厅当面的巨幅流水墙造型,使人仿佛置身于奔腾不息的音乐的海洋。
见图4。
图4武汉琴台音乐厅
四、设计理念---国家图书馆嘉言堂音乐厅设计
笔者的设计理念是将音乐旋律在建筑艺术上可视化,在建筑空间造型上体现出音乐旋律、充满线条流动的感觉。
建筑与音乐有一定的共性,建筑作为一种空间造型艺术,它能从视觉上,激起与音乐相近的情感反应。
音乐的空间形式美可以表达为建筑造型艺术的因素。
在具体设计时,从音乐的旋律出发,根据乐曲的旋律改编出曲线形态,然后形成设计主体部分,再配合上音乐厅声学设计规范,响度、初始时间延迟间隙、混响时间以及双耳视觉相关等,探寻音乐厅内部建筑设计与音乐旋律曲线美之间的细微联系。
把音乐旋律曲线型结构应用到音乐厅内部建筑设计,可以使人们通过对音乐厅建筑内部空间造型的视觉感受来重新认识音乐厅。
音乐厅其建筑造型有其自身空间的形式美,而音乐也存在一定的音乐空间,把两者按照一定的数理比例巧妙结合起来,可使音乐厅建筑造型视觉感受与音乐旋律听觉上的感受相融合,带来前所未有的视听享受。
五、具体设计---国家图书馆嘉言堂音乐厅设计
国家图书馆嘉言堂音乐厅(TheNationalLibraryGREENVILLEChurchconcerthall),位于海淀区国家图书馆南侧,周边众多高等教育学府,依托中关村高科技开发区的优势,成为“中国硅谷零公里处的音乐殿堂”。
国家图书馆嘉言堂音乐厅的主要功能以音乐厅为主,兼顾会议、小型演出及电影放映。
总建筑面积为5310平方米。
1、设计元素分析
第一,文化精神元素。
国家图书馆嘉言堂音乐厅设计,体现了交响乐的文化因素,具有超越、个性、科学等精神特点。
第二,音乐因素。
国家图书馆嘉言堂音乐厅设计,充分体现了音乐旋律本体所蕴含的内部发展规律,同时也充分表达了音乐韵律形态方面的特征。
第三,音乐仪式因素。
音乐和文明之中的诸多因素构成相互制约的公共环境,形成内涵音乐整体信息的视听现场,构建宏观大气、具有震撼效果的音乐仪式。
表演和欣赏是音乐与人产生情感共鸣的唯一媒介。
2、音乐旋律曲线表达转化
音乐是存在一定的音乐空间的,由于音乐旋律中先后出现的音与音之间所经过的时间不同,这种时间间隔形成了音乐空间。
而这一时间间隔过程在谱面上则表现为音符与音符之间的距离。
音乐乐谱中音符与音符之间的距离不仅是时间的延续,同时也是音乐空间在视觉上的表现,可以把这种音乐音符在音乐空间上的视觉表现转化到音乐厅建筑空间造型上。
(1)音乐中乐音与正弦函数关系
根据傅里叶定理,任何周期性乐音都可以分解为一次谐波(见图5),也可以分解成与一系列整数倍频率谐波的叠加(见图6)。
即f(t)=sinx+sin2x+..sinnx+…,表现为正弦函数之和。
图5音乐中的函数关系
图6正弦函数之和
(2)音乐五线谱与音高时间的一次函数关系
音乐中的五线谱相当于一个坐标系,写在五线谱上的音符相当于直角坐标系中的点,两个相邻点横坐标的差就是前一个音符的吟唱,而一首乐曲就是一个音高y关于时间的函数:
y=f(x)。
五线谱见图7,音高与时间的一次函数见图8。
图7五线谱
图8音高和时间的一次函数
(3)把音乐中的函数关系转变成三维图像
先将音乐旋律根据以上的函数关系转化为直角坐标系上的点,再根据音的高度将其变为三维图像(见图9)。
图9根据音高转变的三维图像
(4)将十二平均律转变成三维图像
十二平均律,亦称“十二等程律”,世界上通用的把一组音(八度)分成十二个半音音程的律制,各相邻两律之间的振动数之比完全相等。
十二平均律是指将八度的音程(二倍频程)按频率等比例地分成十二等份,每一等份称为一个半音即小二度。
一个大二度则是两等份。
十二平均律五线谱见图10,十二平均律三维图像见图11。
图10十二平均律五线谱
图11十二平均律三维图像
(5)勋伯格的“十二音列体系”三维流动曲线图像
勋伯格的“十二音列体系”是纷繁复杂的现代音乐中的一个重要派别。
国家图书馆嘉言堂音乐厅的设计,就是主要借鉴了勋伯格的“十二音列体系”转化成的三维图像(图13)。
勋伯格的“十二音列体系”其主要内容为:
A、在一个八度之内,互为半音关系的十二个音同等重要。
传统的大调、小调音阶被完全放弃,而运用“半音阶”,也就无所谓“调性”了。
B、这十二个音符,可以按照任意顺序排成一个序列,但不能存在重复现象。
C、一个序列进行完毕之后,下一个序列不是对上一个序列的简单重复,而是通过复杂而严格的顺序原则再次出现。
D、和声用音也依照上述排列原则。
勋伯格的“十二音列体系”五线谱见图12,勋伯格的“十二音列体系”三维流动曲线图像见图13。
图12勋伯格的“十二音列体系”五线谱
图13勋伯格的“十二音列体系”三维流动曲线图像
3、声学设计
(1)室内平面声线分布设计
观众厅采用长多边形平面,演奏台设置在舞台上,形成尽端式音乐厅。
观众厅前区侧墙与钟形平面侧墙近似,侧墙分段设计成大小弧度不同的弧形墙面,有利于声场的扩散,给中横道前区观众席提供前次反射声。
由两个近似平行的侧墙产生的反射声,投射到中横道后面的座位区(见图14)。
图14室内平面设计及平面声线分布图
(2)室内空间声线分布设计
为避免回声,观众厅吊顶分段设计成形状不规则的弧形,面光口至舞台的吊顶弧度小,近似水平形状,舞台上空设置“浮云式”反射板,可以更好的使声音向全部观众席提供前次反射声。
吊顶逐渐向后区升高,中横后区的观众席距离舞台远,得到直达声的效果次于前区观众席,得到反射声的效果好于前区观众席(见图15)。
图15室内剖面及空间声线分布图
4、材质选择
为了保障音乐厅声学设计音质,在选取材质方面,做了特殊安排,主要选取了钢板喷涂饰面、木饰面挂装板、GRG造型贴木皮、木饰面挂装板等(见图16)。
图16细部材质剖析
六、效果图---国家图书馆嘉言堂音乐厅
1、大厅效果图
国家图书馆嘉言堂音乐厅,大厅四周墙壁以及天花造型设计思路均来源于勋伯格的“十二音列体系”五线谱转化成的三维流动曲线图像,使听众置身于被音乐旋律流动曲线包围的立体建筑空间中,充分享受和体验音乐旋律带来的多重享受。
见图17和图18。
图17大厅反面效果图
图18大厅正面效果图
2、前厅
前厅天花造型构思源于音乐中的五线谱,前厅在整个建筑中等同于交响乐中的序曲(开场音乐)。
见图19。
图19前厅效果图
3、贵宾接待室
贵宾接待天花造型构思来源于十二平均律的变形,音阶式的起伏。
每个管中安有照明设备,起主要照明作用。
见图20。
图20贵宾接待室效果图
3、通道
通道里的设计,既类似五线谱,又能充分体现体现视觉上的音乐旋律流动曲线美。
见图21。
图21通道效果图
5、二层放映厅
二层放映厅的设计,则是取自于声源发散图像,给人强烈的声音扩散感。
见图22。
图22二层放映厅效果图
6、卫生间
卫生间的造型设计,配合出入口,在天花板上采用了音乐旋律的流动曲线图像。
见图23。
图23卫生间效果图
参考文献:
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