NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KHÁN PHÒNG

Ch ng 4:ươ THIẾT KẾ KHÁN PHÒNG
•
Năng lượng âm thanh trong phòng đi từ nguồn đến tai người
nghe bằng hai lộ trình âm trực tiếp và âm phản xạ. Do âm trực tiếp
phụ thuộc vào nguồn phát, nên để điều tiết tính chất trường âm trong
phòng, người ta thường cố gắng can thiệp vào quá trình hình thành âm
phản xạ. Việc hạn chế hay phát huy âm phản xạ sẽ cho một thời gian
âm vang thích hợp với tính chất và yêu cầu của phòng. .
Việc can thiệp vào âm phản xạ được tiến hành qua sự tổ chức
thiết kế nội thất và vật liệu trang âm trong phòng.
Thiết kế âm học các phòng thính giả gồm các vấn đề sau đây:
1.Xác đònh thể tích phòng.
2.Xác đònh tỷ lệ kích thước hợp lý về âm học.
3.Thiết kế hình dáng phòng.
4.Thiết kế các chi tiết kiến trúc lớn trong phòng.
5.Đánh giá điều chỉnh thiết kế thông qua các chỉ tiêu âm học.
6.Thiết kế nội thất phòng và chọn vật liệu trang âm
7.Kiểm tra sự xuất hiện của các hiện tượng xấu về âm thanh
và đưa ra các giải pháp xử lý.
•
Thể tích phòng thính giả có ảnh hưởng đến sự phân bố năng
lượng âm, tính khuếch tán của trường âm, và đặc biệt đến thời gian âm
vang - một chỉ tiêu âm học quan trọng nhất đối với mọi phòng thính
giả. Nếu thể tích phòng quá lớn, âm vang sẽ quá dài, Ngược lại, nếu
thể tích phòng quá nhỏ, thời gian âm vang của phòng sẽ quá ngắn.
Theo yêu cầu âm thanh, có hai quan điểm chọn thể tích phòng
khán giả:
1.Xác đònh thể tích phòng theo cường độ âm
Đối với phòng yêu cầu độ rõ như giảng đường, phòng họp …,
phòng loại này không vượt quá 2800m
3

vẫn nghe tốt.
Đối với phòng kòch nói, thường yêu cầu sức chứa không quá
1500 người, thể tích tương đối nhỏ (không nên quá 7500m
3
).
Phòng biểu diễn nhạc giao hưởng, ca vũ, sức chứa có thể lên tới
3000 người, thể tích không vượt quá 20.000m
3
.
Phòng đa dụng, thể tích phòng khán giả xét theo tiêu chuẩn
biểu diễn. Khi nói chuyện có thể dùng hệ thống tăng âm để thỏa mãn
độ rõ.
I.XÁC ĐỊNH THỂ TÍCH PHÒNG:
•
2.Xác đònh thể tích phòng theo yêu cầu thời gian âm vang hợp lý:
Thời gian âm vang dài hay ngắn tỷ lệ thuận với thể tích phòng,
tỷ lệ nghòch với tổng lượng hút âm trong phòng.
Trong tổng lượng hút âm của phòng, lượng hút âm của người
chiếm tỷ lệ lớn. Nếu chỉ tiêu thể tích mỗi chỗ ngồi quá bé khi khán giả
ngồi hết ghế, lượng hút âm trong phòng đã đủ lớn, không cần bố trí vật
liệu hút âm, thời gian âm vang rất ngắn không đạt yêu cầu. Nếu chỉ
tiêu thể tích mỗi chỗ ngồi quá lớn, thời gian âm vang sẽ quá dài, khi
đó phải sử dụng nhiều vật liệu hút âm để xử lý, gây tốn kém, đồng
thời cũng khó đạt được hiệu quả mong muốn.
Do đó chọn chỉ tiêu thể tích phòng hợp lý, đảm bảo thời gian
âm vang dài hơn giá trò tối ưu một ít, sau đó dùng vật liệu hút âm để
điều chỉnh, như vậy vừa kinh tế, vừa đạt yêu cầu mong muốn.
Người ta đưa ra chỉ tiêu thể tích riêng cho mỗi thính giả (M-
m
3

/người) đối với các phòng có chức năng khác nhau.
Thể tích phòng
M = (m
3
/người)
Tổng sức chứa
Chỉ tiêu thể tích phòng
Công dụng của phòng
Chỉ tiêu thể tích
m
3
/người
Tối Đa
Phòng nói chuyện, kòch nói
Chiếu phim
Âm nhạc, ca vũ
Đa dụng
3,5 – 4,4
4 – 5
6 – 8
4,5 – 5,5
5
6
8
6
LOẠI PHÒNG
v, m
3
/người
HƯỚNG DẪN TỐI ĐA

Giảng đường.
Nhà hát kòch.
Ca kòch, âm nhạc phòng.
Phòng hoà nhạc.
Phòng hoà nhạc có dàn organ.
Phòng đa năng.
Phòng chiếu bóng.
3 – 4,0
4 – 5,0
4,5 – 5,5
6 – 8,0
6,5 – 9,5
5 – 7,0
3,5 – 5,0
4,5
5,5
6,5
9,0
12,0
8,0
5,5
Thể tích phòng (V, m
3
) khi đó sẽ xác đònh theo công thức:
V = v . N
Trong đó: v - chỉ tiêu thể tích riêng, m
3
/người.
N – số lượng thính giả.
Vì thể tích phòng

V = N . S
N
. H
H – chiều cao trung bình phòng thính giả;
S
N
– chỉ tiêu diện tích riêng, m
2
/ người, có thể lấy
S
N
= 0,8 m
2
/ người
Do đó ở giai đoạn thiết kế sơ bộ, chúng ta có thể ước lượng chiều
cao của phòng thính giả theo công thức:
.
.S S
ν ν
Ν Ν
Ν
Η = =
Ν
II.XÁC ĐỊNH TỶ LỆ KÍCH THƯỚC HP LÝ VỀ ÂM HỌC:
Không có một hình dạng lý tưởng cho các phòng thính giả.
Về sáng tạo kiến trúc – đó là điều đáng mừng vì nó cho phép người
thiết kế được hoàn toàn tự do tìm tòi sáng tạo các không gian nội thất
phòng thính giả.
Về âm học kiến trúc – điều đó không có nghóa là không có những tỷ
lệ, hình dạng xấu, bất lợi về âm học, thậm chí có thể đưa đến những

hậu quả nghiêm trọng không thể sửa chữa được về chất lượng âm
thanh.
Tần số dao động riêng của phòng: là tần số cộng hưởng của phòng.
Nếu lực kích động có tần số nào đó tác dụng lên hệ dao động, hệ sẽ
dao động theo tần số của lực kích động, nếu thôi tác dụng, dao động
của hệ lập tức biến đổi từ tần số của lực kích động sang tần số dao
động riêng của hệ.
Xét với phòng hình hộp không gian ba chiều: chiều dài L, chiều rộng
B và chiều cao H, giữa mỗi cặp song song đều xuất hiện sóng đứng:
3
1 2
1 2 3
; ;
2 2 2
n
n n
C C C
f f f
L B H
 
   
= = =
   
 
   
 
Tần số dao động riêng tổng hợp của phòng hình hộp xác đònh bằng
công thức:
2
2 2

3
1 2
( )
2
n
n n
C
f Hz
L B H
 
   
= + +
 ÷  ÷
 ÷
   
 
Công thức trên gần đúng cho các phòng có hình dạng bất kỳ
3
4
c
f
N V
C
 
≈
 
 
Nếu phòng thể tích V (m
3
), số lượng tần số dao động riêng N của

phòng kể từ tần số thấp nhất đến tần số f
c
nào đó, xác đònh bằng biểu
thức:
Theo lý thuyết, trường âm trong phòng trong quá trình âm
vang, do những dao động còn dư của toàn bộ dao động riêng của
phòng hình thành, nhưng thực tế chỉ có những tần số dao động riêng
nào của phòng xấp xỉ tần số của nguồn âm mới bò kích động dậy.
Âm nhạc và lời nói đều là những âm phức tạp bao gồm rất
nhiều tần số khác nhau, muốn đảm bảo tính chất thật của ân thanh,
thành phần tần số dao động riêng của phòng phải xấp xỉ bằng thành
phần tần số của nguồn âm, khi đó mọi tần số của nguồn âm mới được
dao động riêng của phòng hưởng ứng.
Cho nên sự phân bố tần số dao động riêng của phòng là cơ sở
quan trọng để xác đònh hình dáng phòng. Tần số dao động riêng của
phòng, trong phạm vi hẹp có thời gian âm vang (tức là tốc độ tắt dần)
xấp xỉ bằng nhau. Không nên thiết kế ba kích thước (cao, rộng, dài)
của phòng chênh lệch nhau quá nhiều, cũng không nên bằng nhau,
hoặc một kích thước lớn hơn rất nhiều so với hai kích thước kia. Nếu
phòng có hai kích thước bằng nhau sẽ tồn tại nhữn cặp tần số dao
động riêng bằng nhau, làm giảm khả năng phân bố đều trường âm
trong phòng.
CÁC TỶ LỆ PHÒNG THƯỜNG GẶP
TỶ LỆ H : B : L TÊN GỌI HOẶC TÁC GIẢ
1 : 2 : 3
16 : 3 : 4 hay 1 : 1,88 : 2,5
3 : 5 : 8 hay 1 : 1,67 : 2,67
1 : 1,6 : 2,5
2 : 3 : 5 hay 1 : 1,5 : 2,5
hay 1 : 1,62 : 2,62

(1,236 : 2 : 3,236)
1 : 1,202 : 1,435
1 : 1,404 : 1,863
Tỷ lệ hài hoà
V.O Knudsen
Tỷ lệ châu Âu
J.E.Volkmann
P.E.Sabine

Tỷ lệ vàng
 R.Lammoral (theo lý thuyết
sóng)
( ) ( )
5 1 : 2: 5 1− +
CAO RỘNG DÀI
1,0
1,0
1,0
2,0
2,0
2,5
1,6
3,0
3,0 – 3,5
3,5 – 4,0
2,3
5,0
III. THIẾT KẾ HÌNH DÁNG PHÒNG HP LÝ VỀ ÂM HỌC:
1.Yêu cầu về sóng âm:
Xuất phát từ lý thuyết sóng, yêu cầu phòng phải có một phổ

tần số riêng đủ dày đặc, cùng dao động và tắc dần với tần số như
nhau. Để đạt được yêu cầu này ta phải:
1. Lựa chọn các kích thước của phòng không được là
bội số của nhau.
2. Loại trừ hiện tượng sóng đứng, xuất hiện khi phòng
có hai bề mặt song song và phản xạ mạnh âm thanh.
Hai biện pháp cụ thể vừa nêu có ý nghóa đặc biệt quan trọng đối
với các phòng có kích thước nhỏ, như stio âm thanh trong đài phát
thanh truyền hình.
2. Yêu cầu về chất lượng nghe nhìn:
Vừa đạt được tốt nhất cả nhìn và nghe, vừa đạt được sự đồng bộ
giữa chúng (không có độ trễ của nghe đối với nhìn). Dựa vào quan hệ
này mà tiêu chuẩn thiết kế của nhiều nước qui đònh chiều dài đảm
bảo sự đồng bộ giữa nghe và nhìn yêu cầu chiều dài tối đa của các
phòng nghe trực tiếp không nên vượt quá 40 m.
Tuy nhiên, do phụ thuộc vào tầm nhìn của từng loại hình biểu
diễn mà chiều dài tối đa của khán phòng được thu ngắn lại (Phòng
hoà nhạc không quá 35m, phòng kòch nói không quá 26m, phòng
chiếu phim không nên quá 36m mặc dù có thể lên tới 40m).
3. Yêu cầu về tính chất nguồn âm:
Xét tới sự hạn chế của công suất nguồn âm: kích thước quá rộng và
quá dài là bất lợi cho các phòng nghe trực tiếp có công suất của
nguồn âm nhỏ (như tiếng của một diễn viên, một độc tấu), vì vậy
trong các nhà hát lớn thường có các phòng nhỏ cho biểu diễn độc tấu.
Xét tới tính đònh hướng của
nguồn âm: tiếng của diễn viên có tính
đònh hướng rõ rệt, còn đối với các nhạc
cụ, tính đònh hướng lại thay đối rất
nhiều phụ thuộc đặc điểm phát âm của
chúng. Phần lớn sàn diễn nằm ở một

phía của phòng thính giả (trừ các sân
vận động, nhà thi đấu và một số phòng
hoà nhạc), vì vậy kích thước chiều rộng
của phòng phải xét tới đặc điểm này,
bởi vì sự lan truyền tốt âm trực tiếp có
vai trò quan trọng để nâng cao độ rõ và
bảo đảm tính trung thực của âm thanh.
4. Yêu cầu về thiết kế hình dáng khán phòng:
Cần chú ý khi thiết kế các mặt trần và tường vì chúng có thể tạo ra
các hiện tượng âm thanh xấu trong phòng như hội tụ âm, tiếng dội
nhại tiếng, tiếng dội lặp lại. Đặc biệt
phải hết sứ cẩn thận khi sử dụng các mặt
cong lõm trong phòng, bởi vì các mặt này
gây bất lợi về âm học nhiều hơn là có
lợi. Đặc biệt phải tránh 2 hiện tượng sau:
a.Hiện tượng tiêu điểm âm: Tiêu
điểm âm làm cho trường âm phân bố
không đều, ở vùng tiêu điểm âm, nghe
âm gián đoạn, mơ hồ. Mặt cong lõm trên
trần, nguy hiểm nhất khi bán kính cong
bằng chiều cao của phòng, khi đó tiêu
điểm âm rơi đúng trên vùng chỗ ngồi của
khán giả, nếu bán kính cong bé hơn hai
lần chiều cao của phòng, tiêu điểm âm ít
nguy hiển hơn.
b.Hiện tượng tiếng dội: Hiện
tượng tiếng dội xuất hiện trong
phòng do âm phản xạ từ bề mặt
cứng nào đó đến sau âm trực tiếp
ngoài 50ms, và cường độ âm vượt

quá giới hạn cho phép.
Tiếng dội liên tục xuất hiện
giữa hai mặt tường cứng song
song nhau và nguồn âm đặt giữa
hai mặt tường này. Vì vậy
thường thiết kế hai mặt tường hai
bên miện sân khấu lệch nhau, chỉ
cần góc lệch 5
o
là đủ, hoặc nên
xử lý khuyếch tán âm trên hai
mặt tường này.
Có thể dùng âm hình học để
nhận biết những vò trí có thể gây
âm phản xạ đẫn đến tiếng dội.
5. Tận dụng không gian sân khấu và cận sân khấu: không gian
sân khấu và cận sân khấu (cả trần và tường), phần chủ yếu phải được
sử dụng để bổ sung năng lượng âm phản xạ cho các chỗ ngồi xa, đặc
biệt các chỗ ngồi ở cuối phòng và cuối ban công (trừ các phòng chiếu
phim), đồng thời một phần năng lượng phản xạ được đưa tới các diễn
viên và nhạc công trên sân khấu, để họ có thể nghe được tiếng của
mình và của bạn diễn, nhờ đó có thể điều chỉnh âm lượng cho phù hợp
với âm vang chung của dàn diễn hay dàn nhạc.
Thiết kế mặt bằng khán phòng: năm yêu cầu cần phải thoã mãn khi
phân tích mặt bằng các phòng:
1.Khoảng cách giữa nguồn âm và người nghe phải nhỏ nhất.
2.Góc bao giữa nguồn âm và các chỗ ngồi bên phải nhỏ để xét
tới tính đònh hướng của nguồn âm.
3.Các tường gần nguồn âm phải tạo được các phản xạ âm có lợi
cho thính giả.

4.Tránh các mặt cong lõm tạo nên hội tụ âm ở chỗ ngồi thính giả.
5.Khử các tiếng dội phản xạ nhiều lần (tiếng dội lặp lại) của hai
tường song song khi các tường khác hút âm mạnh.
Thiết kế mặt cắt khán phòng: Xét về mặt lợi dụng năng lượng âm
phản xạ thì dạng trần phẳng của phòng hình hộp chữ nhật chỉ sử dụng
được một phần diện tích, nhỏ hơn nhiều so với dạng tần nếp gấp hạ
thấp dần độ cao về phía cuối phòng, phát triển hướng nghiên cứu này
chúng ta có thể tìm thấy những dạng trần có lợi nhất cho sự phân bố
đều năng lượng âm phản xạ tới các chỗ ngồi thính giả.
Các dạng phòng từ 1 đến 5 tạo được sự phân bố năng lượng âm phản
xạ đều dần và đạt đến một trường âm khuếch tán gần với lý tưởng.
Phòng hoà nhạc thành phố Freiburg (CHLB Đức) có thể coi là một ví
dụ áp dụng phòng 5 vào thực tế, chú ý sự tăng dần chiều sâu của sóng
trần về phía tường sau nhằm tạo độ nghiêng lớn dần cho các âm tần
số cao phản xạ tới các thính giả ngồi ở cuối phòng.
IV. THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT KIẾN TRÚC LỚN TRONG
PHÒNG:
Thiết kế các chi tiết kiến trúc lớn trong phòng (như sân khấu, trần
và tường xung quanh sân khấu, hố nhạc, sàn dốc, ban công, trần và
tường bên, tường sau) xem sách trang 162-172
V. ĐÁNH GIÁ VÀ ĐIỀU CHỈNH THIẾT KẾ THÔNG QUA CÁC
CHỈ TIÊU ÂM HỌC:
1. Tổng lượng hút âm trong phòng A (m
2
)
a. Hệ số hút âm trung bình
α
1 2 3
1

1
n
n
i
i
n n
α α α α
α α
−
+ + + +
= =
∑
Hệ số hút âm trung bình xác đònh theo thống kê, là giá trò trung
bình của n loại vật liệu bề mặt có tính chất vật lý khác nhau, tương
ứng với hệ số hút âm α
1
, α
2
, α
3
, … α
n
.
Thực tế, nếu trong phòng có n bề mặt bằng những vật liệu hoàn toàn
khác nhau, diện tích các bề mặt này là: S
1
, S
2
, S
3

, … Sn (m
2
) tương ứng
với hệ số hút âm: α
1
, α
2
, α
3
, … α
n
, hệ số hút âm trung bình của vật
liệu hoàn thiện và vật liệu trang trí trên bề mặt giới hạn của phòng
bằng:
1 1 2 2 3 3 .
1
1 2 3
. . .
1
.

n
n n cd
i i
i
n
S S S S A
S
S S S S S S
α α α α

α α
=
+ + + +
= = =
+ + + +
∑
Trong đó: S = S
1
, S
2
, S
3
, … S
n
– tổng diện tích các bề mặt trong phòng
(m
2
).
b.Lượng hút âm cố đònh (A
cđ
), lượng hút âm thay đổi (A
tđ
)

Lượng hút âm cố đònh (Acđ):lượng hút âm cố đònh trong
phòng, do vật liệu xây cất và vật liệu trang trí tạo nên.
2
1
1
. ( )

n
i cd
i
S A m
α
=
=
∑

Lượng hút âm thay đổi (Atđ):người và ghế là những đối
tượng hút âm luôn luôn thay đổi, có thể 100% khán giả có
mặt, nhưng cũng có thể có 70% hay ít hơn, khi đó ghế
trống trở thành những đối tượng hút âm độc lập. Lượng
hút âm của người và ghế gọi là lượng hút âm thay đổi
(Atđ). Hệ số hút âm tương đương của ghế và người và của
ghế độc lập, xác đònh bằng hai cách:

Cách xác đònh 1: Xác đònh bằng số đơn vò hút âm
của một đối tượng.

Cách xác đònh 2: Xác đònh bằng số đơn vò hút âm
trên 1m
2
chỗ ngồi.
A
tđ
= N
1
. α
1

+ N
2
.α
2
(m
2
)
α
cd td
A A
S
α
+
=
Tổng lượng hút âm (A) trong phòng bằng:
A = A
cđ
+ A
tđ
Hệ số hút âm trung bình của phòng thực tế xác đònh bằng biểu
thức
2.Quá trình phát triển âm trong phòng:
Khi có một tín hiệu phát ra trong phòng, năng lượng âm phát
triển qua ba giai đoạn:
Năng lượng âm tăng dần (trưởng thành)
Năng lượng âm đạt tới trạng thái ổn đònh, âm thanh khuyếch
tán
Năng lượng âm tắt dần, hình thành âm vang.
3.Năng lượng âm trong giai đoạn tăng dần
Theo đònh luật bảo toàn năng lượng, ta có: Năng lượng âm tăng lên

trong phòng bằng hiệu số của năng lượng do nguồn bức xạ W với
năng lượng bò hấp thu Wh trong đơn vò thời gian.
Trên cơ sở đó Sabin chứng minh được rằng:
4
4
1
.
CA
t
V
W
E e
C A
−
 
= −
 ÷
 
W: công suất nguồn âm
A: Tổng lượng hút âm
C: vận tốc âm thanh
V: thể tích phòng
e = 2,71828… cơ số logarit tự nhiên

t: thời gian
4.Năng lượng âm trong giai đoạn ổn đònh
Mật độ năng lượng âm giai đoạn ổn đònh:
ơ
4
.

W
E
C A
=
Mức năng lượng âm trong phòng, ở giai đoạn ổn đònh không có quan
hệ với hình dáng và thể tích phòng. Nếu bảo đảm những điều kiện
của âm hình học, mức năng lượng âm trong phòng chỉ phụ thuộc vào
công suất âm (W) của nguồn âm và tổng lượng hút âm A của phòng,
khi đó, nếu giảm tổng lượng hút âm A có thể tăng mức âm ổn đònh
trong toàn thể tích phòng.
Dễ dàng thấy rằng, nếu các bề mặt trong phòng hoàn toàn phản
xạ âm, tức là = 0 năng lượng âm trong phòng, khi nguồn âm còn tác
dụng sẽ tăng vô cùng lớn, khi nguồn âm ngừng tác dụng, năng lượng
âm sẽ giữ nguyên lâu vô cùng. Điều này phù hợp với phòng kín.
Nếu năng lượng âm bò hấp thu hoàn toàn, tức là =1
5.Năng lượng âm trong giai đoạn năng lượng âm tắt dần, hình
thành âm vang
.
4 4 4
ơ
4 4
. . .
.
.
CA CA C S
t t t
V V V
W W
E E e e e
C A

C S
α
α
− − −
= = =
α
. .
4 4 4
ơ
4 4
. . .
.
.
CA C S C S
t t t
V V V
W W
E E e e e
C S
C S
α
α
− − −
= = =
α
1
α
≈
Phương trình này chứng tỏ quá trình tắt dần phụ thuộc vào tỷ số S/V
của phòng, điều này không phù hợp với thực tế vì sự hút âm hoàn

toàn ( = 1) chỉ có trong không gian tự do. Như vậy phương trình này
không phù hợp và không dùng được khi
α