采访|“把世界装进实验室” 清华大学全声景实验室的20年进化之路,冲击世界一流声学实验室!

“影音新生活”与北京清华大学建筑物理实验室的合作已经走过接近20年的时间,在刚刚过去的几年里面,清华大学建筑物理实验室迎来了全新的升级改造,特别是全新的全声景实验室的落成。

这个实验室可以事实虚拟出不同声学环境的数据和听感,同时可以针对具体项目案例,进行模拟、设计、处理以及改造等等功能,为此我们特别采访了建筑物理实验室的负责人燕翔博士,我们一起来听听他的介绍:
两个顶级实验室的震撼与缺憾
十几年前,燕翔博士走访全球声学顶尖机构,寻找建筑声学“可听化”的未来。德国亚琛工业大学(RWTH Aachen)的虚拟声学系统让他印象深刻,通过3D眼镜和空间音频,能让人直接听到不同剧院的模拟效果。但那套系统在当时代价极大,依赖一整间小型机房进行运算,通道数也只有32路,声音的定位精度和均匀度还不够理想。
随后他去到了美国Dolby实验室。2013年前后,Dolby刚建成了64通道的沉浸式全景声系统,听感非常惊艳。然而作为建筑声学专家,燕翔博士敏锐地发现了问题:Dolby系统的底层逻辑源于后期内容制作,它擅长“创造”声音,却无法真实“还原”一个物理空间的实际声学状态。两家世界顶尖机构,一个空有算法却受限于硬件,一个硬件强大却缺少真实物理空间的模拟数据。


被卡住的脑袋与消声室的窒息感
其实清华大学早在2000年前后就开展了Auralization(可听化)研究。当时的传统方案是让人戴上耳机听,但这只能算伪立体声,而且一次只能一个人听,同行之间根本没办法交流。
后来美国Bose公司开发了一套效果更好的可听化设备,并借给清华团队做体育场馆的研究。那套设备有一个硬件架子,四周装了若干扬声器。体验时必须把人的脑袋像做手术一样卡在架子中间、固定不动,体验极其不舒服。国内其他同行也有尝试在消声室里搭建球形扬声器矩阵的,但消声室里没有通风、没有装修,视觉上是个冰冷的实验室,听觉上由于消声过度,完全没有正常房间的混响,进去几分钟就让人觉得闷热窒息。燕翔博士意识到,声音是给普通人听的,最理想的状态必须是裸耳、能自由走动交流、且在一个真正有装修的舒适空间里。
用256通道Dante系统逼近物理极限
2020年前后,清华大学全声景实验室正式立项,学校投入近2000万元,目标就是冲击世界高位。燕翔博士把Dolby的对象化(Object-based)沉浸式音频技术与亚琛工业大学的K5空间还原系统结合在一起。亚琛大学传统的直推方案在通道数变多时完全失效,清华团队最后选用了国际前沿的Dante网络音频协议,把控制通路和扬声器数量直接推到了256通道,达到了Dante网络传输的物理极限。
这套系统不仅能同时处理256个独立音频对象,最核心的突破是加入了物理可变吸声结构。传统的Dolby系统没有可变混响功能,而清华全声景实验室实现了“物理吸声材料调节 + 电子混响控制”的双重可变。不需要大费周章地改建建筑,只要在这间256通道的实验室里,就能瞬间精准还原世界上任何一个角落的真实声场。

从地铁降噪到8秒混响的空灵感
全声景实验室不是一个纯学术的象牙塔,它解决了大量过去只能在纸面、指标上打转的工程难题。北京地铁12号线运行引起的噪声扰民问题,过去各家设计院只能在图纸上比拼分贝数据。燕翔博士把地铁噪声真实还原在实验室里,邀请普通市民和评价员坐在里面直观聆听,用肉耳评判不同降噪方案的实际体感,直接推动了工程落地。
这套系统目前可以实现0.2Hz到8s的超宽混响时间模拟。录音室需要的0.2s到0.3s干冷环境、普通教室需要的0.5s到0.6s高语言清晰度环境、多功能厅的1.0s到1.2s,在这里都能一键切换。甚至有宗教人士想建一座听感“空灵”的讲经堂,在使用了各种感性词汇无法沟通后,燕翔博士把对方请进实验室,通过现场微调混响与声压,最终精准锁定了2.0s混响时间、70dB到75dB声压级这一精准的物理参数,解决了多年无法落地的设计难题。


结语
全新清华大学全声景实验室的建成,标志着中国在建筑声学模拟领域走到了世界前列。对于非声学专业的建筑师、业主或是普通市民来说,这里是一个能把抽象参数变成真实听感的桥梁。当我们需要对体育场馆、音乐厅进行声学改造,或者对城市交通噪声进行治理时,这个系统能提供极度顺手的现场决策支持。
它可能在面对一些极端的、非日常民用声学环境的边界测试时仍受限于系统硬件的物理负荷,但在面向真实场景还原、人机交互体验和工程参数工程化落地的内容类型上,它毫无疑问是目前世界上最强大的声学武器。





