甘肅大劇院劇場(chǎng)的建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)

楊志剛

（上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司 章奎生聲學(xué)設(shè)計(jì)研究所，上海 200041）

1 工程概述

甘肅會(huì)展中心建筑群項(xiàng)目，位于蘭州市城關(guān)區(qū)鹽場(chǎng)堡中心灘中段，北側(cè)為北濱河路，東西兩側(cè)為市政規(guī)劃路，南臨黃河。項(xiàng)目總體平面圖如圖1所示，總體效果圖如圖2所示。作為建國(guó)以來(lái)甘肅省大型公益性項(xiàng)目“一號(hào)工程”，甘肅會(huì)展中心建筑群項(xiàng)目被譽(yù)為“承載全省2 600萬(wàn)人民希望與夢(mèng)想的工程”。甘肅大劇院兼會(huì)議中心于2008年11月29日破土動(dòng)工， 2011年6月20日通過(guò)竣工驗(yàn)收。甘肅大劇院劇場(chǎng)交工后的實(shí)拍照片如圖3、圖4所示。

圖1 項(xiàng)目總體平面圖

圖2 項(xiàng)目總體效果圖

圖3 劇場(chǎng)竣工后的照片之一

圖4 劇場(chǎng)竣工后的照片之二

該項(xiàng)目的投資方為甘肅省電力投資集團(tuán)公司，項(xiàng)目占地面積129 600 m2，總建筑面積177 000 m2，概算總投資15.24億元。項(xiàng)目中，最耀眼的當(dāng)屬甘肅大劇院兼會(huì)議中心。這個(gè)“觀演與會(huì)議合二為一”的建筑，總建筑面積33 000 m2，概算投資約3.1億元，地上4層、地下3層，建筑高度32 m。大劇院的主要廳堂為1 500座的劇場(chǎng)兼會(huì)堂；此外，作為今后省、市政府人大、政協(xié)的固定會(huì)址，這里建有1個(gè)300座的劇院式報(bào)告廳、1個(gè)200座的會(huì)議廳、1個(gè)120座的圓形國(guó)際會(huì)議廳、9個(gè)70座的中型會(huì)議廳、6個(gè)50座的小型會(huì)議廳，以及新聞發(fā)布廳、貴賓休息廳，會(huì)見(jiàn)廳等，可同時(shí)容納3 000人參加會(huì)議或1 500人觀看演出。

2 大劇院的功能及建筑概況

2.1 使用功能

主要用于舞臺(tái)劇、歌舞劇、戲劇等演出，并兼顧會(huì)議功能。

2.2 容座

觀眾廳容座為1 500座，屬大型劇場(chǎng)；其中，池座1 132座，二層樓座368座（其中側(cè)包廂46座）。

2.3 建筑概況

建筑平面略呈正方形。

舞臺(tái)開(kāi)口：18 m×11 m；舞臺(tái)面標(biāo)高為1.0 m，比池座第一排高1.1 m。

廳內(nèi)建筑尺寸：舞臺(tái)大幕線至池座后墻最大水平距離為31.2 m（其中二層樓座后墻向前縮短3.32 m）；最大寬：31 m；平均高：13 m。

臺(tái)口側(cè)墻設(shè)兩道耳光；天花設(shè)兩道面光燈橋，投光角度均小于50°。

觀眾席后部設(shè)1層挑臺(tái)，兩側(cè)墻各設(shè)3個(gè)跌落式側(cè)包廂。

樓座下開(kāi)口高深比：3.7:5.1=1:1.37，符合規(guī)范要求≥1:1.5。

池座觀眾席共26排，前后高差（總起坡）為5.45 m，平均起坡為0.21 m。

樓座共7排，前后高差（總起坡）為2.9 m，平均起坡為0.4 m。

各層觀眾席末排的視點(diǎn)俯角分別為池座13°、樓座25°。

觀眾席前部設(shè)升降樂(lè)池。舞臺(tái)為品字形舞臺(tái)，包括主舞臺(tái)、側(cè)舞臺(tái)和后舞臺(tái)；臺(tái)唇呈圓弧形伸出臺(tái)口線外。

劇場(chǎng)主揚(yáng)聲器設(shè)于臺(tái)口前部天花主音箱橋內(nèi)，為暗藏式。

音控室、燈控室設(shè)于池座后墻的中部。

劇場(chǎng)觀眾廳池座平面圖如圖5所示，二層樓座平面圖如圖6所示，觀眾廳剖面圖如圖7所示。

表1 混響時(shí)間頻率特性

3 大劇院主要建聲設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

（1）中頻滿場(chǎng)混響時(shí)間：RT=1.4 s±0.1 s。

（2）混響時(shí)間頻率特性：低頻比重BR：1.1 ～ 1.3（提高低頻RT可增強(qiáng)音樂(lè)豐滿度）。因存在空氣吸聲，故允許高頻混響時(shí)間適當(dāng)降低?；祉憰r(shí)間頻率特性如表1所示。

（3）側(cè)向反射系數(shù) LFE4：15% ～ 35%。

（4）聲場(chǎng)力度 Gmid：-1.0 dB ～ 2.0 dB。

（5）初始時(shí)間延遲間隙 ITDG：≤23 ms。

（6）音樂(lè)明晰度 C80（3）：1.0～3.0。

（7）本底噪聲：NR-30 （建議該劇院可按照甲等劇院，將本底噪聲定為NR-25）。

（8）每座容積：7 m3/座 ～ 9 m3/座。

4 劇場(chǎng)觀眾廳表面裝修用材的聲學(xué)設(shè)計(jì)要求

本劇場(chǎng)主要用于戲劇、歌舞劇等演出，并要求兼顧大型會(huì)議廳功能。此類表演項(xiàng)目廳堂的音質(zhì)要求與音樂(lè)廳不同，這主要表現(xiàn)在兼顧演唱和樂(lè)隊(duì)伴奏的豐滿度與唱詞的清晰度兩者相互矛盾的要求。音樂(lè)的豐滿要求長(zhǎng)混響，而唱詞的清晰度則要求短混響，而這一矛盾出現(xiàn)在同一演出過(guò)程中，因此，對(duì)于劇場(chǎng)的混響指標(biāo)通常采用折衷的辦法，即在音樂(lè)豐滿與唱詞清晰的最佳值之間取值。

參照J(rèn)GJ57-2000《劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》及世界著名類似廳堂的音質(zhì)參量，建聲設(shè)計(jì)確定的滿場(chǎng)最佳混響時(shí)間為1.4 s（±0.1 s），這樣既可保證劇場(chǎng)有較好的唱詞清晰度，同時(shí)也保證了音樂(lè)的豐滿度，從而獲取優(yōu)良的音質(zhì)效果。

根據(jù)劇場(chǎng)觀眾廳的音質(zhì)計(jì)算，在觀眾廳的聲學(xué)裝修設(shè)計(jì)中，中高頻吸聲材料主要依靠觀眾廳的座椅和走道上的薄地毯，而低頻吸聲則主要借助于大天花吊頂、挑臺(tái)天花吊頂及側(cè)墻面和后墻面等處不同材質(zhì)及厚度的板共振所起的吸聲作用，各界面所用材料如下。

4.1 觀眾廳內(nèi)地坪及走道

觀眾廳內(nèi)地坪采用新型軟木地板面層，龍骨間隙用陶粒填實(shí)，以避免地板共振吸收低頻，同時(shí)，可以起到保溫和降低腳步走動(dòng)噪聲的作用。

4.2 池座及樓座后墻面

觀眾廳內(nèi)后墻除門(mén)及觀察窗，應(yīng)考慮作聲擴(kuò)散處理。這樣既可以合理控制觀眾廳的混響時(shí)間，又可以避免產(chǎn)生回聲等音質(zhì)缺陷。音控室的觀察窗可以開(kāi)啟，以使調(diào)音師能直接聽(tīng)到觀眾廳內(nèi)的聲場(chǎng)情況。實(shí)際裝修設(shè)計(jì)中，后墻除門(mén)及觀察窗均做可升降的風(fēng)琴式吸聲簾幕，表面作木格柵裝飾處理。

4.3 側(cè)墻面

側(cè)墻面均做硬的反射面，采用GRG板（面密度≥40 kg/m2），以避免對(duì)低頻聲能的吸收。聲學(xué)要求：首先是空腔盡可能小，如30 mm左右；第二是龍骨間距宜控制在200 mm ～ 400 mm之間，且大小不等，隨機(jī)排列，以避免固定間距對(duì)某一固定頻率吸收太多。

4.4 觀眾廳吊頂

首先觀眾廳的吊頂應(yīng)是一個(gè)封閉面，以避免產(chǎn)生耦合效應(yīng)。吊頂在建聲上會(huì)起到重要的前次反射聲作用，本設(shè)計(jì)采用GRG板（面密度≥40 kg/ m2）吊頂。

4.5 挑臺(tái)欄板

挑臺(tái)欄板是廳內(nèi)容易在前區(qū)造成回聲的部位，建筑及室內(nèi)設(shè)計(jì)中都應(yīng)予以注意。本劇場(chǎng)的挑臺(tái)欄板結(jié)合表面裝飾作擴(kuò)散造型，以有利于擴(kuò)散聲波，不至于產(chǎn)生回聲。具體聲學(xué)構(gòu)造做法同側(cè)墻，裝修層的面密度≥40 kg/ m2。

4.6 舞臺(tái)墻面的聲學(xué)要求

由于舞臺(tái)包括1個(gè)主舞臺(tái)、2個(gè)側(cè)舞臺(tái)和1個(gè)后舞臺(tái)，空間體積比較大，大大超過(guò)了劇場(chǎng)觀眾廳體積。為了避免舞臺(tái)空間與觀眾廳空間之間因耦合空間而產(chǎn)生的不利影響，聲學(xué)設(shè)計(jì)要求舞臺(tái)空間內(nèi)的混響時(shí)間應(yīng)基本接近觀眾廳的混響時(shí)間。 聲學(xué)設(shè)計(jì)要求在舞臺(tái)（包括主舞臺(tái)、側(cè)舞臺(tái)及后舞臺(tái)）一層天橋（標(biāo)高為11.5 m）以下墻面做吸聲處理。建議做法：25厚防撞木絲吸聲板（刷黑色水性涂料）+75系列輕剛龍骨（空腔）+原有粉刷墻體。

4.7 聲閘的聲學(xué)要求

為了防止走廊的噪聲通過(guò)門(mén)傳入觀眾廳，因此，入觀眾廳的門(mén)均需采用雙道隔聲門(mén)以形成聲閘，聲閘的整體隔聲量要求≥50 dB（A）。

聲閘墻面和吊頂均需作吸聲處理，墻面吸聲做法為：50系列輕鋼龍骨（內(nèi)填50厚48 kg/m3離心玻璃棉）＋18厚木條紋吸聲板。聲閘內(nèi)吊頂建議采用礦棉吸聲板或穿孔鋁板吸聲板（鋁板穿孔率為20%，板后貼SoundTex吸聲無(wú)紡布）。

所有隔聲門(mén)周邊應(yīng)采用高質(zhì)量的密封，尤其隔聲門(mén)的中間接縫處以及底部與地面接縫處，底部應(yīng)采用底框可自動(dòng)升降的接縫處理（隔聲門(mén)關(guān)閉時(shí)底框自動(dòng)升起，和門(mén)的下緣密封好；隔聲門(mén)開(kāi)啟時(shí)底框自動(dòng)下降，和地面平齊）。

聲閘的內(nèi)部門(mén)（靠近觀眾廳）：隔聲量應(yīng)≥30 dB（A），厚度不小于50 mm，沒(méi)有金屬鎖件，只有推拉把手，這樣可以保證進(jìn)出觀眾廳時(shí)不產(chǎn)生太大響聲。聲閘的外部門(mén)采用防火隔聲門(mén)，隔聲量應(yīng)≥35 dB（A），厚度不小于40 mm，可采用金屬鎖件。

4.8 觀眾席座椅的要求

在選擇觀眾廳座椅時(shí)，既要考慮其用料、色彩、裝飾及舒適性，同時(shí)，也應(yīng)重視座椅本身的聲學(xué)性能，因?yàn)樽蔚奈暳空颊麄€(gè)觀眾廳總吸聲量的比例最大（通常占到1/2 ～ 2/3左右），對(duì)觀眾廳內(nèi)的混響時(shí)間指標(biāo)起到?jīng)Q定性因素。為此，對(duì)觀眾廳內(nèi)座椅提出以下聲學(xué)要求。

（1）單個(gè)座椅的吸聲量宜控制在表2所列數(shù)據(jù)范圍內(nèi)。

（2）要求座椅在空座和有人坐時(shí)，其吸聲量化盡可能較小，以減少不同上座率條件下，觀眾廳混響時(shí)間變化不明顯。座椅靠背的上邊及兩側(cè)邊宜留一段裝飾木框邊，以減少聲吸收。

（3）建議座椅采用木靠背及硬木扶手，靠背內(nèi)軟墊層盡可能薄一些，面積小一些。

（4）座椅的底面宜做吸聲處理，底面選用穿孔板。

（5）座椅墊翻動(dòng)時(shí)應(yīng)不產(chǎn)生噪聲，也無(wú)碰撞聲。

4.9 樂(lè)池的聲學(xué)要求

樂(lè)池的聲學(xué)要求是將音樂(lè)清晰而無(wú)畸變地投向大廳中去，平衡和融洽更好，沒(méi)有音色失真。為使歌唱和樂(lè)隊(duì)有良好的融洽，歌唱者一定要能聽(tīng)到清晰而平衡的樂(lè)隊(duì)聲音，這樣才能恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)他們的歌喉；樂(lè)池中樂(lè)師之間能夠很好地相互聽(tīng)聞，同時(shí)，樂(lè)師們也要能聽(tīng)到歌唱聲以保持良好的融洽。視覺(jué)要求上，演唱者和樂(lè)師們均能很方便地看到指揮。

樂(lè)池內(nèi)縮進(jìn)部分聲壓級(jí)如果過(guò)響，不僅對(duì)樂(lè)師的聽(tīng)力有損害，而且會(huì)產(chǎn)生干擾，樂(lè)師聽(tīng)不到臺(tái)上歌唱者的聲音而難以溝通。因此，在縮進(jìn)部分作一些吸聲處理，部位可在兩側(cè)墻和部分后墻，簡(jiǎn)單做法為1/3到1/2墻面面積做25厚織物軟包定型吸聲板實(shí)貼。

5 建聲測(cè)試結(jié)果

5.1 建聲測(cè)試儀器系統(tǒng)圖、測(cè)點(diǎn)布置圖

建聲測(cè)試儀器系統(tǒng)圖如圖8所示，測(cè)點(diǎn)布置圖如圖9、圖10所示。

5.2 主要建聲測(cè)試結(jié)果

主要建聲測(cè)試結(jié)果如表3所示，本底噪聲測(cè)試結(jié)果如表4所示，本底噪聲頻率曲線如圖11所示。

表2 單個(gè)座椅吸聲量

表3 主要建聲測(cè)試結(jié)果

表4 本底噪聲測(cè)試結(jié)果

5.3 主要建聲測(cè)試結(jié)果分析

（1）混響時(shí)間是劇院建聲設(shè)計(jì)中最重要的音質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于空?qǐng)鰷y(cè)量時(shí)，觀眾廳后墻的吸聲簾幕無(wú)法全部收起，只收起約2/3面積，而且座椅吸聲性能較好（見(jiàn)圖12及表5），因此，滿場(chǎng)混響時(shí)間和空?qǐng)龌祉憰r(shí)間會(huì)比較接近?；祉懱匦郧€的低頻有一定提升，低音比BR值達(dá)1.08，中高頻基本平直特性、完全符合劇場(chǎng)聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范和聲學(xué)設(shè)計(jì)預(yù)期要求。

（2）實(shí)測(cè)D50參數(shù)主要用于評(píng)價(jià)觀眾廳內(nèi)的語(yǔ)言清晰度，測(cè)得劇場(chǎng)觀眾廳內(nèi)中高頻（500 Hz ～ 4 kHz）平均D50值達(dá)到0.51，表明觀眾廳內(nèi)有足夠的清晰度，符合本劇場(chǎng)演出和會(huì)議功能對(duì)清晰度的較高要求，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)。

（3）從劇場(chǎng)明晰度指標(biāo)C80值實(shí)測(cè)結(jié)果分析可見(jiàn)，大劇場(chǎng)觀眾廳的C80（3）平均值為2.57 dB，符合設(shè)計(jì)要求，表明本劇場(chǎng)有一定的音樂(lè)透明度，在音樂(lè)演出條件下也有一定的豐滿度。如將后墻吸聲簾幕全部收上，舞臺(tái)上若設(shè)置聲反射罩，則會(huì)達(dá)到更好的音樂(lè)演出效果。

表5 實(shí)際選用單個(gè)座椅吸聲量測(cè)試結(jié)果

（4）劇場(chǎng)中頻（500 Hz、1 kHz）聲場(chǎng)力度Gmid的平均值為-0.5，符合設(shè)計(jì)要求，表明本劇場(chǎng)在自然聲演出的條件下，聲場(chǎng)力度也能滿足演出要求。

（5）本次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量利用先進(jìn)的可調(diào)指向性測(cè)試傳聲器對(duì)觀眾廳進(jìn)行了側(cè)向反射聲系數(shù)LF值的測(cè)量，結(jié)果表明全頻LF值達(dá)0.12 ～ 0.36，中頻平均達(dá)0.25。這表明側(cè)墻面起到了良好的側(cè)向擴(kuò)散反射作用，豐富的側(cè)向反射聲能加強(qiáng)觀眾欣賞音樂(lè)時(shí)的空間感和環(huán)繞感，這說(shuō)明本劇場(chǎng)觀眾廳的平剖面體形設(shè)計(jì)也是非常成功的。

（6）劇場(chǎng)觀眾廳內(nèi)池座和樓座共38個(gè)測(cè)點(diǎn)各頻率的建聲平均聲場(chǎng)不均勻度為≤±3.2 dB，優(yōu)于通常要求的±4 dB。接近設(shè)計(jì)預(yù)期的 ±3 dB，表明廳內(nèi)聲場(chǎng)不均勻度甚是滿意，也表明觀眾廳平剖面體形設(shè)計(jì)及室內(nèi)裝修的優(yōu)化擴(kuò)散處理均達(dá)到預(yù)期效果。

（7）劇場(chǎng)觀眾廳內(nèi)空調(diào)開(kāi)時(shí)實(shí)測(cè)本底噪聲為30 dB（A）。完全符合噪聲NR-25設(shè)計(jì)曲線標(biāo)準(zhǔn)，甚至已接近符合NR-20曲線，表明大劇場(chǎng)建筑隔聲和空調(diào)系統(tǒng)的消聲設(shè)計(jì)均達(dá)到很好的效果。

（8）通過(guò)對(duì)大劇場(chǎng)的建聲測(cè)量和分析，總體表明本劇場(chǎng)觀眾廳內(nèi)混響時(shí)間適當(dāng)，混響特性良好，聲場(chǎng)分布均勻，廳內(nèi)十分安靜，有足夠的清晰度、明晰度和一定聲場(chǎng)力度，這說(shuō)明建聲設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的音質(zhì)要求，總體音質(zhì)效果達(dá)到國(guó)內(nèi)外同類劇場(chǎng)的先進(jìn)水平。

6 設(shè)計(jì)及施工中需要汲取的經(jīng)驗(yàn)

國(guó)內(nèi)劇院一般都有多功能的要求，因此從建筑聲學(xué)的角度考慮需要做可變吸聲裝置（一般很少采用體積可調(diào)），多數(shù)會(huì)布置在后墻或側(cè)墻上，但實(shí)際使用中，幾乎沒(méi)有劇院管理人員使用過(guò)可變調(diào)吸聲裝置。主要是因?yàn)椋阂皇莿≡汗芾砣藛T不懂該如何使用；二是可變吸聲裝置調(diào)整的混響時(shí)間幅度比較?。s0.2 s左右），一般人們感覺(jué)不到其中的變化。

甘肅大劇院因?yàn)楹髩ι显O(shè)置門(mén)、觀察窗和有效果揚(yáng)聲器等，升降吸聲簾幕劃分比較碎，在加上升降電機(jī)的質(zhì)量不是太好，想升都升不起來(lái)。管理方曾表示待吸聲簾幕升起來(lái)后，不會(huì)再調(diào)整簾幕。

所以，根據(jù)大量的工程經(jīng)驗(yàn)，多功能劇院一般可不做可變吸聲裝置，混響時(shí)間可做得長(zhǎng)一些，如1.4 s ～ 1.6 s。由于現(xiàn)在揚(yáng)聲器的指向性和聲壓級(jí)都比較好，因此，并不會(huì)影響演出時(shí)對(duì)白的清晰度。

有一點(diǎn)遺憾是側(cè)墻的微擴(kuò)散處理不夠。根據(jù)裝修設(shè)計(jì)的效果圖，聲學(xué)要求在側(cè)墻表面上作微擴(kuò)散處理，深度要求5 cm。但是實(shí)際施工過(guò)程中，微擴(kuò)散處理的深度沒(méi)有達(dá)到聲學(xué)要求的5 cm，只是在側(cè)墻表面上貼了比較薄的裝飾條。如果施工嚴(yán)格按照聲學(xué)的要求，觀眾廳的微擴(kuò)散效果會(huì)更好，音質(zhì)效果也會(huì)更柔和。