【物理史中的一月】1919 年 1 月 10 日:建築聲學的先驅沙賓(Wallace Sabine)逝世

1919 年 1 月 10 日:建築聲學的先驅沙賓(Wallace Sabine)逝世

文|蕭如珀、楊信男(臺灣大學物理學系)(譯自 APS News,2011 年 1 月)

沙賓(Wallace Sabine)

作曲家一向都知道演出場地音響效果的重要性,有許多作曲家還會修飾他們創作的音樂來配合場地。舉例來說,以長殘響時間著名的中世紀大教堂就很適合演出格雷果聖歌(Gregorian chants),也適合演出風琴曲目,例如巴哈的〈D小調觸技曲〉。相較之下,莫札特和海頓所寫的音樂則適合於陳設密集的室內,給小規模、近距離的聽眾演奏。他們的曲目在高度殘響的空間演奏會失去曲子的清晰度。

但是一直到 19 世紀末,才有人真正考慮到如何設計演奏廳或歌劇院,以達到最佳的音效;它多半靠著嘗試摸索,很少有聲學理論,來提供幾百年來的實驗架構。

現代建築聲學之父是一位美國物理學家叫做沙賓(Wallace Clement Sabine)。沙賓 1868 年出生,1886 年畢業於俄亥俄州州立大學,之後到哈佛大學上研究所。到了 1895 年,他成為哈佛物理系一位年輕的物理助理教授。因為他資歷淺,所以被交付改進音效極差,位於大學內才剛建好的佛格藝術博物館(Fogg Art Museum)裡面的佛格演講廳的困難任務。

沙賓對於聲音並沒特別的專長──他甚至沒有博士學位,雖然他是位極佳的講師和研究員──但是他很堅毅地接受了這個挑戰,就像做其他的物理實驗一樣。他認為室內的聲音具有能量擴散體的特性,而非採取比較傳統 19 世紀的幾何觀點,專注於操作音波的傳播。他集中他的研究於不同材質的吸音特性,以及它們對於殘響時間的效應。

為此,沙賓花了幾年研究博物館演講廳,以及被公認為音效最佳的哈佛大學桑德斯戲院(Sanders Theater)的聲音品質,以便測定聲音品質不同的可能原因。特別是,他試圖找出一些客觀的公式或標準,用以測量評估演出地點設計的音效。

這並不是件容易的工作,因為需要考慮的變數非常多。他和助理們反覆在不同情況下測試每個地方,把材料在兩個廳搬來搬去,只帶著一隻風琴管和一個馬錶仔細地測量。他計算不同聲音的頻率在各種不同的情況下漸弱到聽不見的時間,考慮的因素包括有沒有厚的東方地毯、坐墊、坐在位置上的不同人數等等。他發現一般人的身體減少殘響的時間最多可抵 6 個椅墊。

基於這些實驗,沙賓可以確定室內音效的品質和室內的大小,及其吸音的表面積有確定的關係。他想出一個計算殘響時間的公式,定義為聲音強度從開始起減少 60 分貝所需的秒數。現在它仍是估算一個空間音響品質的重要因素:RT60 ﹦0.49 V/SA,V 是室內的體積(以立方呎表示),SA 是總吸音(以平方呎表示),A 代表室內的平均吸音係數,S 則是表面積。現在聲音吸收的單位「沙賓」即以他命名,也被認為是今日建築聲學最重要的定量方法。

 沙賓下結論說,佛格演講廳的殘響時間太長──說出來的話語會殘留 5.5 秒,對比最理想的殘響時間 2.25 秒──因此,共鳴、回音太大。他在室內放置了吸音材料來減少「回聲效應」,才解決了此問題。

他的成功鞏固了他的聲望,所以他接續擔任波士頓交響廳設計的音效顧問。沙賓建議交響廳的設計採歐式音樂廳偏愛的鞋盒結構,來取代美國當時音樂廳建造較典型的寬扇形,加上縮窄的包廂,聲音才不會繞在裡面,然後把舞台牆面向內堆砌使聲音集中。所使用的建材是磚、鋼鐵和灰泥,這些都是硬的殘響表面,配上木地板以增加「軟」的觸覺。因為沙賓的建議,建築師用平頂鑲板裝飾屋頂,以提供廳內每一個座位都有最好的音效。

 波士頓交響廳於 1900 年首次啟用,先由蓋利克(Maestro Wilhelm Gericke)所指揮的一個慈善募款音樂會開始慶祝。就音質來說,它仍被認為是當今全球最好的音樂廳之一。但廳內有一個裝飾並非沙賓所建議的,在舞臺前部的拱頂圍繞有匾牌,其中只有一面匾牌有鐫刻,上面刻著偉大作曲家貝多芬的名字。原先是要在每一面匾牌上刻上一位作曲家的名字,但最後主管們認為只有貝多芬有資格獲此殊榮。

最終於 1906 年,沙賓成了哈佛大學應用科學研究所所長,直到 1915 年研究所解散為止。他在第一次世界大戰期間任職於洛克斐勒戰爭救濟委員會(Rockefeller War Relief Commission),也是美國國家航空諮詢委員會(National Advisory Committee for Aeronautics)的一員。然而,他在戰時沉重的負擔對他原就虛弱的身體造成很大的傷害,所以於 1919 年 1 月 10 日,就在他剛預訂要搬進芝加哥郊外一個由慈善家法布安上校(Colonel George Fabyan)為他所蓋的新實驗室之前,因腎感染術後併發症過世。建築聲學自他死後發展成為一聲譽很高的專門領域,沙賓被廣泛認為是此領域的開創者。

 

進一步閱讀:
Wallace C. Sabine, Collected Papers on Acoustics. Los Altos, US: Peninsula Publishing, 1993.

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