重慶大劇院建筑聲學(xué)設(shè)計淺析

張晟鵬 ，任 勁

（1、重慶市江北嘴中央商務(wù)區(qū)開發(fā)投資有限公司，重慶 400024；2、德國米勒BBM聲學(xué)顧問公司，北京 100004）

重慶大劇院建筑聲學(xué)設(shè)計淺析

張晟鵬1，任 勁2

（1、重慶市江北嘴中央商務(wù)區(qū)開發(fā)投資有限公司，重慶 400024；2、德國米勒BBM聲學(xué)顧問公司，北京 100004）

詳細(xì)介紹了重慶大劇院大、中劇場建筑聲學(xué)設(shè)計特點。

重慶大劇院；建筑聲學(xué)；計算機模擬；縮尺模型

1 引言

重慶大劇院地處長江和嘉陵江交匯的重慶市江北區(qū)江北嘴，包括一個1 850座的大劇場（含樂池88座）和一個930座的中劇場（含樂池75座），總投資約16億元人民幣。大劇場具備接待世界級優(yōu)秀藝術(shù)表演團體演出的條件和能力，主要供大型歌劇、舞劇、芭蕾舞、交響樂演出及大型綜合性文藝演出。中劇場主要用于中小型歌舞、戲曲、話劇、聲樂、小型管弦樂、室內(nèi)樂和民樂等演出。

重慶大劇院項目業(yè)主為重慶市江北嘴中央商務(wù)區(qū)開發(fā)投資有限公司；該項目由德國gmp國際建筑設(shè)計有限公司和華東建筑設(shè)計研究院有限公司聯(lián)合設(shè)計；德國昆克（Kunkel）國際顧問公司負(fù)責(zé)舞臺技術(shù)及舞臺燈光系統(tǒng)設(shè)計；德國米勒BBM聲學(xué)顧問公司負(fù)責(zé)建筑聲學(xué)及室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計。

2 建聲設(shè)計

重慶大劇院建筑聲學(xué)設(shè)計包含三個階段，即方案階段、擴初階段以及配合建筑裝修設(shè)計階段，在每個階段分別進行了劇場建聲環(huán)境的計算機模擬、1:20實物縮尺模型、裝修材料的聲學(xué)特性、座椅的聲學(xué)特性以及隔聲減振的構(gòu)造提出具體聲學(xué)要求等各項內(nèi)容的具體實施。通過以上各階段科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計，確保重慶大劇院具有良好的建聲環(huán)境，滿足各類演出的需要。

在劇場類觀演建筑中，建筑聲學(xué)設(shè)計作為建筑設(shè)計的重要組成部分，主要針對建筑自身形制進行研究，通過建聲設(shè)計來克服由于建筑自身形制所帶來的聲缺陷，以及利用建筑自身形制盡可能地有效利用聲能，并將聲能在劇場內(nèi)均勻分布，這一對看似矛盾的設(shè)計思路貫穿于整個建聲設(shè)計的全過程。

在建聲設(shè)計中對建筑自身形制的研究，主要通過計算機模擬和實物縮尺模型試驗，通過以上兩種模擬手段，可以對建筑聲學(xué)參量進行計算，通過調(diào)整建筑形制，使各聲學(xué)參量達到設(shè)計目標(biāo)。建筑形制的調(diào)整包含建筑造型調(diào)整和建筑裝修調(diào)整兩部分，建筑裝修調(diào)整在建聲設(shè)計中較為普遍，應(yīng)用得也較多；但對于那些通過裝修調(diào)整無法解決的建聲問題，只能通過建筑造型調(diào)整來克服。以上兩種建筑形制的調(diào)整方式在重慶大劇院中均有體現(xiàn)。

劇場內(nèi)最大的吸聲體——座椅是建聲設(shè)計最為關(guān)注的重點，特別是對混響時間要求較高的劇場來說尤其重要。重慶大劇院大劇場混響時間較長，對座椅的不同頻率的吸聲性能和空、滿場的差異均提出了較高要求。

針對劇場類建筑，建聲設(shè)計的另一個重點就是隔聲減振，重慶大劇院建聲設(shè)計在擴初階段就對劇場內(nèi)不同區(qū)域、不同樓層之間的隔聲減振進行了詳細(xì)的設(shè)計，確定隔聲減振的聲壓級數(shù)值，以及不同聲壓級所對應(yīng)的施工構(gòu)造要求。

2.1 重慶大劇院建筑形制

2.1.1 大劇場建筑形制

重慶大劇院大劇場觀眾廳平面形式為標(biāo)準(zhǔn)的馬蹄形，容積約為19 200 m3，由池座、一層和二層樓座組成，池座后墻和樓座欄板均為圓弧型設(shè)計；另外，建筑師要求觀眾廳頂部為三圈圓形構(gòu)造，這些建筑形制的要求給建筑聲學(xué)設(shè)計提出了很多難題。

大劇場舞臺采用典型的“品”字形舞臺形式，舞臺的容積約為56 800 m3，為觀眾廳體積的3倍，巨大的舞臺空間通過鏡框臺口與觀眾廳相聯(lián)系，建聲設(shè)計應(yīng)保證演員在舞臺演出時能夠獲得和觀眾席一致的耦合空間聲學(xué)效果（耦合空間效果：舞臺混響時間過短，演員不能把演出的聲音充分傳遞給觀眾；舞臺的混響時間過長，演員得不到從觀眾廳回饋到自己耳朵的聲能，則不能正確控制自己演出聲音的平衡）。

大劇場觀眾廳與舞臺區(qū)域的計算機模擬如圖1所示。

2.1.2 中劇場建筑形制

中劇場觀眾廳平面形式為標(biāo)準(zhǔn)的“鞋盒”形，由池座、一層樓座組成。中劇場計劃用于大型的語言類演出以及小型音樂會，因此，為滿足兩種不同的用途，建筑聲學(xué)上采用了可調(diào)混響的設(shè)計，利用側(cè)墻及后墻的吸音卷簾構(gòu)造，來調(diào)整劇場的混響時間。

中劇場觀眾廳與舞臺區(qū)域的計算機模擬如圖2所示。

2.2 建聲環(huán)境計算機模擬

重慶大劇院大、中劇場的建聲環(huán)境，采用瑞典CATT7.2m軟件進行了計算機模擬，并計算在ISO 3382：1997（E）規(guī)范中列出的物理可測量值，包括混響時間、低音比、清晰度、明晰度、重心時間、側(cè)面聲級和強度指標(biāo)。

通過調(diào)整大、中劇場模型界面的聲學(xué)參數(shù)，對以上指標(biāo)分別進行了計算，使這些參數(shù)的取值盡可能達到經(jīng)典劇場所要求的范圍。大劇場混響時間的取值范圍如圖3所示。從圖3中可以查出大劇場在125 Hz～4 kHz范圍內(nèi)的混響時間值，如表1所示?；祉憰r間的取值基本都在1.65 s±10%的最優(yōu)范圍內(nèi)，低頻混響時間的增加對劇場音樂的溫暖感指標(biāo)十分重要，根據(jù)混響時間推算的劇場內(nèi)低音比為1.18，按照白瑞納克（Beranek）的相關(guān)理論，這個低音比的取值可認(rèn)為是完美的。

由于中劇場要滿足語言類演出及小型室內(nèi)音樂會的需要，所以，聲學(xué)效果需同時兼顧不同演出類型。中劇場混響時間的取值范圍如圖4所示。從圖4中可以查出中劇場在125 Hz～4 kHz范圍內(nèi)的混響時間值，如表2所示。對于語言類演出，混響時間應(yīng)在1.1 s±10%的范圍內(nèi)；而對于小型室內(nèi)音樂會，混響時間應(yīng)該在1.4 s±10%的范圍內(nèi)。

表1 大劇場混響時間值

除混響時間外，通過計算機模擬，還對大、中劇場的清晰度、明晰度、重心時間、側(cè)面聲級等指標(biāo)進行了計算，以重慶大劇院大劇場為例，得到以下模擬結(jié)果：

（1）一般對于音樂廳來說，人們期望的清晰度指標(biāo)區(qū)域是-2 dB～+2 dB。但對于大劇場這樣定位于歌劇演出的廳堂到目前為止尚沒有類似的范圍要求，設(shè)計單位確定的大劇場清晰度指標(biāo)區(qū)域是從0 dB～+2 dB。通過計算機模擬，在大劇場觀眾廳中，有95%的座位其清晰指標(biāo)達到最優(yōu)值。只有5%的座位僅達到良好。

（2）根據(jù)經(jīng)驗，明晰度D＞50%將得到較好的語言明晰度，根據(jù)計算機模擬發(fā)現(xiàn)大劇場觀眾廳有95%的座位其明晰度指標(biāo)達到最優(yōu)值，只有5%的座位僅達到良好。

（3）一般情況下，要達到良好的演出內(nèi)容可理解性，重心時間要求達到130 ms。根據(jù)計算機模擬發(fā)現(xiàn)大劇場觀眾廳有80%的座位其中心時間達到最優(yōu)值。只有20%的座位僅達到良好。

（4）一般情況下，要達到最優(yōu)的聲場空間感，側(cè)面聲級一般應(yīng)該在20%～35%之間。根據(jù)計算機模擬發(fā)現(xiàn)大劇場觀眾廳有90%的座位其側(cè)向反射聲達到最優(yōu)值，只有10%的座位僅達到良好。

表2 中劇場混響時間值（語言類演出）

2.3 大劇場實物模型

為確保重慶大劇院大劇場各項聲學(xué)參數(shù)滿足設(shè)計要求，及時發(fā)現(xiàn)由于建筑造型給劇場觀眾廳建筑聲學(xué)帶來的聲缺陷，通過修改建筑造型來消除或減弱聲缺陷，重慶大劇院進行了縮尺比例為1:20的聲學(xué)實物模型試驗，實物模型（調(diào)整前）如圖5所示。

實物模型的墻面、地面和頂面分別為中密度板、細(xì)木工板和雙層膠合板，厚度都大于8 mm。舞臺墻面與頂面、樓座欄板、觀眾廳部分吊頂和座椅材料為白色吸聲泡沫，由德國米勒BBM聲學(xué)顧問公司提供。參考國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3382：1997（E）《Acoustics - Measurement of the reverberation time of room with reference to other acoustical parameters》，確定聲源點和接收點的位置，在舞臺上和樂池內(nèi)分別選擇3個聲源點，在池座觀眾席選擇6個接收點，一層樓座選擇3個接收點，二層樓座選擇3個接收點。

通過模型試驗發(fā)現(xiàn)，主要由于建筑造型的影響，舞臺上聲源所發(fā)聲波，經(jīng)過觀眾廳內(nèi)弧型欄板和弧型后墻與樓座底面吊頂?shù)亩啻畏瓷?，有聲聚焦現(xiàn)象出現(xiàn)，針對這些情況對模型作了多次調(diào)整，調(diào)整后模型如圖6所示。

（1）為了避免在弧型欄板上產(chǎn)生干擾聲反射，在弧型欄板上鋪設(shè)了吸聲材料。

（2）為了避免在樓座底部和后墻上產(chǎn)生干擾聲反射，把樓座底部改成了傾斜式。

（3）為了避免環(huán)形吊頂帶來的干擾聲反射，在環(huán)形吊頂?shù)拇怪泵嫔箱佋O(shè)了吸聲材料。

（4）平坦的側(cè)墻面無法將聲音更好地混合起來。由于無法更改建筑結(jié)構(gòu)方案，只能在側(cè)墻面嵌入彎曲凹槽的裝飾。

通過以上調(diào)整，基本抑制了觀眾廳聲聚焦現(xiàn)象，為下階段建筑裝修設(shè)計提供了技術(shù)支持，為劇場良好的音質(zhì)條件提供了保證。

2.4 裝修聲學(xué)要求

在重慶大劇院的擴初設(shè)計階段，通過滿足大、中劇場設(shè)計混響時間、清晰度、明晰度等建筑聲學(xué)指標(biāo)的計算機模擬所采用的聲學(xué)參數(shù)設(shè)置，確定了包括舞臺區(qū)域在內(nèi)的劇場不同界面的吸聲材料的流阻范圍和反聲材料的面密度指標(biāo)，為施工圖設(shè)計階段的材料選擇提供了依據(jù)。

在重慶大劇院的施工圖設(shè)計階段，建筑設(shè)計單位對大劇院的內(nèi)裝修提供了明確的裝修圖和材料表，裝修圖對建筑內(nèi)部每一個不同聲學(xué)作用的界面進行了編號，該編號可在對應(yīng)的材料表中查處其具體的聲學(xué)指標(biāo)。同時，為了讓項目業(yè)主和裝修施工的總承包單位對材料有最大的選擇性，建筑設(shè)計單位只對材料的顏色、觀感以及吸聲材料的流阻、反聲材料的面密度等進行規(guī)定，而對滿足以上要求的任何材質(zhì)或構(gòu)造的材料都可以選用，這極大地增加了材料選擇的靈活性，節(jié)約了造價。

表3 座椅的吸聲系數(shù)要求

2.5 座椅聲學(xué)要求

根據(jù)劇院類建筑聲學(xué)設(shè)計要求，觀眾廳的聲學(xué)性能在空場（即無觀眾）和滿場（即坐滿觀眾）的情況下應(yīng)該差別不大，否則，會給演員演出帶來極大的影響，特別是像重慶大劇院大劇場這樣以自然聲演出為主的劇場，如果空、滿場混響時間的差異很大，歌唱演員在彩排（無觀眾）時將無法預(yù)計正式演出（坐滿觀眾）時觀眾的真實聽感，嚴(yán)重影響演出質(zhì)量。

重慶大劇院觀眾廳座椅的設(shè)計規(guī)模為1 850座，座椅的設(shè)計吸聲量約占總吸聲量的1/2，其聲學(xué)性能對觀眾廳的聲學(xué)指標(biāo)影響很大。因此，德國米勒BBM聲學(xué)顧問公司對重慶大劇院觀眾廳座椅的選擇提出了較高的要求，即廳內(nèi)的聲學(xué)特性在滿場和空場應(yīng)差別不大，特別是空、滿場的混響時間最大變化應(yīng)在10%以內(nèi)，要實現(xiàn)這一目標(biāo)就必須滿足在空場時座椅的吸聲量同滿場時觀眾身體的吸聲量接近。另外，米勒BBM公司還對座椅的坐墊材料的厚度、坐墊材料的距離流阻、椅罩的流阻、坐墊背板的吸聲性能、靠墊的吸聲性能、靠墊背板高出靠墊部分的反聲性能以及相關(guān)流阻和吸聲、反聲性能的測試方法等進行了規(guī)定。

在座椅按照設(shè)計要求進行制作后，需要進行座椅的實驗室測量，以確定其是否滿足設(shè)計要求。座椅的實驗室測量按照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO354進行，即重慶大劇院的座椅在觀眾入座后的吸聲系數(shù)不能高于座椅空席吸聲系數(shù)的15%，具體要求見表3。

在進行實驗室測量時，座椅排在測試房間的角落，成3排，每排4張；座椅的排距與大劇場觀眾廳內(nèi)設(shè)計的座椅排距一致；在排好的座椅前方和側(cè)面用1米高的木圍欄包圍起來。測試分為空座和滿座，滿座時的測試人員的衣著需滿足測試要求。

2.6 隔聲減振聲學(xué)要求

在重慶大劇院的擴初設(shè)計階段，對建筑的各個區(qū)域的隔聲減振都提出了明確的要求，其中對設(shè)備機房的總噪聲級，墻、門的隔聲量，樓板的撞擊聲級等重要的聲學(xué)指標(biāo)進行了詳細(xì)的規(guī)定。同時，針對不同區(qū)域的隔聲減振要求，建筑設(shè)計單位提出了不同的構(gòu)造做法，這樣極大地保證了在施工完成后各區(qū)域的隔聲減振要求的實現(xiàn)。

3 小結(jié)

重慶大劇院通過計算機模擬和實物縮尺模型實驗，發(fā)現(xiàn)并消除了由于建筑造型所產(chǎn)生的聲缺陷，基本確定了建筑的最終形制；通過對座椅聲學(xué)測試、內(nèi)裝修材料吸聲和反聲性能的確定以及重要區(qū)域的隔聲減振的構(gòu)造、聲學(xué)指標(biāo)的確定，奠定了最終的建筑聲學(xué)效果。

目前，重慶大劇院已竣工，已承擔(dān)了幾十場測試及正式演出，通過德國米勒BBM聲學(xué)顧問公司和其他檢測機構(gòu)的建筑聲學(xué)指標(biāo)的檢測（由于篇幅有限，表4僅列出德國米勒BBM聲學(xué)顧問公司2009年11月16日所進行的重慶大劇院大劇場竣工檢測的空場混響時間測試數(shù)據(jù)，詳細(xì)的檢測結(jié)果見后續(xù)文章），各項建筑聲學(xué)測試指標(biāo)均滿足GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中所規(guī)定的相關(guān)建筑聲學(xué)指標(biāo)要求，以及德國米勒BBM聲學(xué)顧問公司所要求的各項建筑聲學(xué)指標(biāo)要求。

表4 大劇場空場混響時間值（2009年11月16日竣工檢測）

（編輯 潘 浪）

張晟鵬，男，生于1978年，重慶大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)專業(yè)研究生畢業(yè)。負(fù)責(zé)重慶大劇院建筑聲學(xué)設(shè)計協(xié)調(diào)、舞臺燈光設(shè)計協(xié)調(diào)以及重慶大劇院舞臺音響、舞臺燈光和電視轉(zhuǎn)播工程的業(yè)主管理工作。

The Analysis of Architectural Acoustics Design of Chongqing Theater

Zhang Sheng-peng1, Ren Jin2
（1.Jiangbeizui Central Business District Development & Investment Co., Ltd, Chongqing 400045, China；2.MüLLER-BBM International GmbH, Beijing 100004, China）

Introduction of the architectural acoustics features of the opera house and medium size theater in chongqing theater.

Chongqing Theater; Architectural Acoustics; Computer Simulation; Scale model