廈門國際會議中心音樂廳的建聲設計與音質(zhì)評價

楊志剛，章奎生

（上?，F(xiàn)代建筑設計（集團）有限公司 章奎生聲學設計研究所，上海 200041）

廈門國際會議中心音樂廳的建聲設計與音質(zhì)評價

楊志剛，章奎生

（上海現(xiàn)代建筑設計（集團）有限公司 章奎生聲學設計研究所，上海 200041）

概述廈門國際會議中心音樂廳的工程，介紹該廳的建筑概況、主要建聲設計技術(shù)指標、計算機模擬分析以及建聲測試結(jié)果和音質(zhì)評價等。

音質(zhì)指標；音質(zhì)設計；聲擴散；噪聲控制；計算機聲場模擬；音質(zhì)縮尺模型試驗

1 工程概述

廈門國際會議中心是廈門市東部城市副中心的新標志，地處廈門島的南半部分思明區(qū)的東端，南臨會展中心，北接國際游艇碼頭；與金門島隔海相望，直線距離僅4.6 km?？偨ㄖ娣e140 000 m2，功能包括會議中心、五星級酒店、音樂廳等三部分。廈門國際會議中心音樂廳外形為橢球形，外表面幕墻采用了雙曲面玻璃幕墻及蜂窩鋁板。音樂廳建筑和室內(nèi)方案設計單位為日本設計株式會社，建筑施工圖設計單位為上?，F(xiàn)代建筑設計集團上海建筑設計研究院有限公司，建聲設計單位為上?，F(xiàn)代建筑設計集團章奎生聲學設計研究所。圖1為廈門國際會議中心音樂廳夜景圖。

圖1 廈門國際會議中心音樂廳夜景圖

2 音樂廳建筑概況

音樂廳的使用功能為專業(yè)音樂廳，以室內(nèi)樂演出為主，兼顧小型交響音樂會及合唱演出。該觀眾廳總?cè)葑鶠?68座，其中池座561座，兩側(cè)升起包廂78座，后部樓座129座。音樂廳的總體積約為11 000 m3，單座容積約為14m3/人。

觀眾廳的建筑平面呈橢圓形，前部盡端式演奏臺平面呈扇形，寬12 m ～ 22 m，深度為11.66 m。演奏臺面比池座第一排地面高0.6 m。演奏后墻至池座后墻水平距離40 m；觀眾廳最大寬度27 m。池座觀眾席為全臺階起坡升起形式，共21排，前后高差（總起坡）為5.3 m，平均起坡為0.265 m；4個圓弧形側(cè)包廂各設2排觀眾席，前后高差（總起坡）為0.3 m，平均起坡為0.3 m；樓座共4排觀眾席，前后高差（總起坡）為1.365 m，平均起坡為0.455 m； 池座、樓座和側(cè)包廂觀眾席末排的視點俯角分別為12°、21°和24°；挑臺開口高深比為4:5.3 = 1:1.3；音控室、燈控室設于池座后墻的中部。圖2、圖3為音樂廳的平、剖面圖。演奏臺的折線形后墻、展斜形兩側(cè)墻及弧形的前部吊頂構(gòu)成了音樂反射罩的形式。

圖2 音樂廳平面圖

圖3 音樂廳剖面圖

3 音樂廳主要音質(zhì)指標

根據(jù)音樂廳的容座規(guī)模、單座容積及使用功能，建聲設計確定的主要音質(zhì)指標如表1所示。

4 建聲設計措施

在確保音樂廳內(nèi)的音質(zhì)指標達到設計預期要求方面，除了平剖面體形起到較為重要的先天作用，觀眾廳內(nèi)各個界面的材料選擇、構(gòu)造做法以及座椅的吸聲性能也與音樂廳的音質(zhì)密切相關(guān)。具體建聲設計目標要求和技術(shù)措施如下：

（1）合理控制混響時間，并有足夠的低音比

觀眾廳地坪采用木地板彈性實貼的方法，木地板和混凝土樓板之間不設木龍骨，即聲學要求不能有空腔。具體做法：砂漿找平層＋底涂專用膠＋專用彈性粘接膠＋泡沫墊＋專用彈性粘接膠＋木地板。

建聲設計要求演奏臺斜側(cè)墻、后墻和觀眾廳下部側(cè)墻的聲擴散體后部不能有空腔，具體做法為擴散體后部的空腔用細石混凝土搗實，裝飾面層為18厘夾板貼實木皮，用專用膠粘貼在混凝土上。

觀眾廳上部側(cè)墻和吊頂均為GRG板，聲學要求GRG的面密度為50 kg/m2。

（2）使墻面和頂面均具有高擴散性

具體表現(xiàn)在：中部頂面前后共由4塊大的弧形板構(gòu)成，且弧形板表面有微擴散處理，兩邊的吊頂均向下傾斜形并呈弧形，以利聲音向廳內(nèi)中部擴散反射；演奏臺周圍側(cè)墻均安裝深度為50 mm ～ 300 mm不等的折線形聲擴散體；觀眾廳的下部側(cè)墻由大弧形墻面構(gòu)成且墻的表面又布置深度為50 mm的鋸齒形擴散體，上部GRG側(cè)墻由大鋸齒形墻面構(gòu)成且墻的表面有波浪形微擴散處理；觀眾廳的后墻采用散射系數(shù)較大的QRD擴散體；挑臺欄板的表面做50 mm深度的鋸齒形擴散體，除了演奏臺的后墻和挑臺欄板，其余墻面和頂面沒有布置任何吸聲材料。圖4、圖5為音樂廳內(nèi)景照片。

表1 音樂廳主要建聲設計指標

（3）噪聲控制

合理設計音樂廳的總體建筑布局，讓設備機房盡量遠離聲學用房；音樂廳墻體采用雙墻，出入音樂廳的門均為聲閘，以有效隔絕外界噪聲；音樂廳內(nèi)所有空調(diào)管道均進行最不利風管條件計算，合理配置消聲器和減振器，嚴格控制風管和風口的氣流速度，以降低氣流噪聲，并強調(diào)選用低噪聲設備。

5 聲學采用的技術(shù)手段

為了確保音樂廳的音質(zhì)效果達到預期的設計目標，本音樂廳的音質(zhì)設計采用了混響控制計算、計算機聲場模擬分析和縮尺模型音質(zhì)試驗等3種設計技術(shù)手段，相互驗證，取長補短，使音質(zhì)設計更具科學性，音質(zhì)效果也更有可靠性。

5.1 混響控制計算

混響控制計算是廳堂音質(zhì)設計的主要環(huán)節(jié)，其目的是要達到設計預定的廳內(nèi)混響時間及其頻率特性的目標值。其關(guān)鍵是如何設計選定廳內(nèi)聲學材料、構(gòu)造及配置位置和面積，特別是正確合理地確定廳內(nèi)各個表面的吸聲系數(shù)取值?；祉憰r間的控制計算采用的公式為Eyring公式：

計算表明本音樂廳的混響時間及其頻率特性可以達到設計預定的指標。

5.2 計算機聲場模擬分析

計算機聲場模擬分析既可驗證體型設計，更可預測各項音質(zhì)參量。目前，廳堂音質(zhì)的計算機模擬軟件已經(jīng)較為成熟，廣泛地應用于廳堂音質(zhì)設計、音質(zhì)評價、聲場特性研究等領域。與實物模型（縮尺模型）相比，它克服了模型制作和測試中的困難，而且它的模型的建立和修改快捷，大大地節(jié)約了時間和費用。特別是在最近十幾年，計算機聲場模擬分析已經(jīng)成為廳堂良好音質(zhì)設計中重要的輔助設計技術(shù)。聲場的計算機模擬是通過建立實際廳堂的數(shù)學模型，然后按幾何聲學法則來模擬聲波在廳堂內(nèi)的傳播規(guī)律。本項目采用的聲學模擬軟件ODEON 9.2兼有聲像法和聲線法的功能，并可采用Lambert散射算法，使模擬的過程愈加逼真，計算的結(jié)果也更加接近實測值。圖6為音樂廳計算機模型內(nèi)景圖，圖7 ～ 圖11為5個聲學參量的模擬結(jié)果圖。

圖7 混響時間T30的模擬結(jié)果圖

圖4 音樂廳內(nèi)景照片一

圖5 音樂廳內(nèi)景照片二

圖6 音樂廳計算機模型內(nèi)景圖

圖8 早期衰變時間EDT的模擬結(jié)果圖

圖9 明晰度C80的模擬結(jié)果圖

圖10 側(cè)向反射聲能比LF的模擬結(jié)果圖

圖11 響度G的模擬結(jié)果圖

5.3 縮尺音質(zhì)模型試驗

本音樂廳縮尺模型試驗由華南理工大學建筑技術(shù)研究所完成，模型按照1:10的縮尺比例制作。整個模型的外框用5 mm厚夾板封閉，表面抹灰打磨噴漆。音樂廳內(nèi)墻面用8 mm厚夾板制作，表面抹灰打磨噴漆。音樂廳后墻的QRD擴散體用2 mm ABS板制作，表面噴漆。舞臺反射板用3 mm ABS板，表面噴漆。音樂廳吊頂用5 mm安迪板制作，表面噴漆?？s尺模型內(nèi)景照片見圖12、圖13?？s尺模型試驗結(jié)果表明，音樂廳無明顯音質(zhì)缺陷。

6 竣工后的音質(zhì)檢測

2009年7月，廈門國際會議中心音樂廳竣工后，章奎生聲學設計研究所和華南理工大學建筑技術(shù)研究所先后分別進行了空場和滿場條件下的建聲測試，兩個單位的實測數(shù)據(jù)基本一致，測試儀器和軟件均為B&K系列產(chǎn)品，表明測試結(jié)果正確可靠，現(xiàn)以章奎生聲學設計研究所測試數(shù)據(jù)為參考進行分析。

圖12 縮尺模型內(nèi)景照一

圖13 縮尺模型內(nèi)景照二

表2 混響時間（滿場）測量數(shù)據(jù)

參照美國聲學專家白瑞納克著作《音樂廳和歌劇院》中關(guān)于音樂廳的客觀評價方法，對廈門國際會議中心音樂廳的EDT、（1-IACCE3）、Gmid、tI、BR、SDI等6個互不相關(guān)的聲學參數(shù)進行結(jié)果匯總，并與世界上音質(zhì)評價等級為A+和A的音樂廳進行比較，具體結(jié)果如下：

6.1 混響感

有3個參量混響時間RT、早期衰變時間EDT和明晰度C80與人的混響感相關(guān)，但EDT相關(guān)性更好。

混響時間RT是音樂廳聲學設計中最重要的音質(zhì)評價指標，世界上評價等級為A+和A音樂廳的中頻滿場混響時間平均值為2.0 s，混響時間的優(yōu)選值為1.8 s ～ 2.0 s。從廈門國際會議中心音樂廳混響時間（滿場）測量數(shù)據(jù)可以得出，中頻500 Hz和1 000 Hz的平均混響時間為2.04 s（預計整改后滿場中頻混響時間約為1.95 s），如表2所示。改造前滿場混響特性曲線為：低頻有足夠提升，中高頻基本平直，符合設計預期要求。EDT的優(yōu)選值為2.0 s ～ 2.3 s，廈門國際會議中心音樂廳的空場實測中頻EDT為2.34。明晰度C80（3）的優(yōu)選值為-1 ～ -4之間，從廈門國際會議中心音樂廳12個測點的實測C80的平均值計算可得C80（3）為-1.74。

6.2 空間感

空間感即視在聲源寬度ASW，有2個參量LFE4和（1-IACCE3）與空間感有關(guān)，但（1-IACCE3）可靠性大。世界上評價等級為A+和A音樂廳的LFE4值范圍為0.17 ～ 0.23，（1-IACCE3）值范圍為0.62 ～ 0.71。廈門國際會議中心音樂廳的LFE4實測值為0.30，計算得到（1-IACCE3）為0.72。

6.3 響度

響度以中頻聲場力度Gmid表示。Gmid的優(yōu)選值為4 dB ～5.5 dB，廈門國際會議中心音樂廳的空場實測Gmid值為5.45 dB。

6.4 親切感

親切感以初始時延間隙tI表示。音樂廳中央位置的tI優(yōu)選值為≤20 ms，廈門國際會議中心音樂廳的中央位置（測點5）實測tI值為23 ms，略大于20 ms，預計演奏臺頂部安裝好聲反射板后，應會符合優(yōu)選值的要求。

6.5 溫暖感（豐滿感）

溫暖感用低音比BR來表示。對混響時間較長的廳堂優(yōu)選值為1.1 ～ 1.25，廈門國際會議中心音樂廳滿場BR為1.15。

6.6 表面擴散因子SDI

廈門國際會議中心音樂廳的墻面和頂面均具有高擴散性，因此，SDI值接近于1.0。SDI的最佳值為1.0，世界上評價等級為A+和A音樂廳的SDI的范圍為0.8 ～ 1.0。

6.7 其他聲學參量

觀眾廳內(nèi)空調(diào)正常運轉(zhuǎn)時實測本底噪聲為30 dB（A），符合噪聲評價曲線NR-20曲線。

音樂廳內(nèi)池座和2個樓座共58個測點各頻率的平均聲場不均勻度均≤±2.9 dB。音樂廳聲閘的一道隔聲門計權(quán)隔聲量為37 dB（A），雙道隔聲門計權(quán)隔聲量為58 dB（A）。

以上廈門國際會議中心音樂廳的現(xiàn)場客觀測量結(jié)果表明不僅全部達到了建聲設計預定的各項音質(zhì)指標，而且與國際上公認的幾個音質(zhì)效果最佳達到A+級著名音樂廳的音質(zhì)指標十分接近。與各音樂廳數(shù)據(jù)對比見表3，空調(diào)運轉(zhuǎn)時觀眾廳噪聲測試數(shù)據(jù)見表4。

表3 與著名音樂廳音質(zhì)指標對比

表4 空調(diào)運轉(zhuǎn)時觀眾廳噪聲測試

7 主觀音質(zhì)評價

2009年8月底，業(yè)主邀請國內(nèi)著名建聲專家、錄音師、指揮家和作曲家等，在廈門國際會議中心音樂廳聽了兩場音樂會并對音質(zhì)效果作了主觀聽音評價。聽音者認為廳內(nèi)混響適當，有較好的溫暖感、親切感和空間感，響度適中，廳內(nèi)本底噪聲足夠低，聲場分布均勻；但也有人認為混響時間偏長，清晰度有些影響；總體評價本音樂廳的音質(zhì)效果達到優(yōu)良水平。

2009年10月，章奎生聲學設計研究所又對音樂廳做了一些局部改進，具體措施為：在演奏臺后墻局部、均勻增加安裝織物軟包棱錐形裝飾吸聲體；二樓挑臺中段欄板局部加做吸聲和擴散處理；空場排練時每2 ～ 3排座椅加蓋一層吸聲布。改進后滿場混響時間由2 s縮短到1.95 s左右，減少了局部挑臺欄板的不利聲反射，減少排練和演出時的混響差別。

2009年9月7日，荷蘭海牙愛樂樂團在廈門國際會議中心音樂廳進行了一場演出，鋼琴師認為不管是排練和演出聲音都很清晰、但又不覺得干澀。同年12月31日晚，“中國2010新年音樂會”在廈門國際會議中心音樂廳隆重舉行。音樂會由中國愛樂樂團演奏，并特邀眾多名家和內(nèi)蒙五彩呼倫貝爾少年合唱團參與演出。杰出的中國指揮家之一、現(xiàn)任中國愛樂樂團藝術(shù)總監(jiān)和首席指揮余隆演出后認為音樂廳音質(zhì)效果很好。首席大提琴家趙云鵬認為清晰度很好，但又不干澀，包圍感很好，聲音親切、生動，聲音效果達到國內(nèi)一流水平。中國愛樂樂團的許多演奏人員認為該音樂廳的聲音效果很好。

如今廈門國際會議中心音樂廳已成為廈門愛樂樂團的駐團音樂廳，將為廈門人民帶來更多優(yōu)美動聽的音樂演出盛會，成為廈門市的一個嶄新而燦爛的文化亮點。

（編輯 潘 浪）

The Construction Audio Design and Sound Quality Evaluation for Musical Hall of Xiamen International Conference Centre

YANG Zhi-gang，ZHANG Kui-sheng
(Zhang kui-sheng Acoustic Design and Research Studio, Shanghai Xian Dai Architectural Design (Group) Co. Ltd., Shanghai 200041, China)

A bird's-eye view of building for Musical hall of Amoy International Conference Centre was got from the aspects of general situation of construction, technique parameters of audio design, numerical simulation analysis, testing result,sound quality and the like.

sound quality index; audio design; sound spread; noise control; numerical simulation for sound fi eld; testing of scale model on room acoustic design

10.3969/j.issn.1674-8239.2011.1.008