定西市文化藝術(shù)中心大劇院的聲學(xué)設(shè)計(jì)

楊志剛

【摘 要】 介紹定西市文化藝術(shù)中心大劇院的建筑概況、功能定位、建聲設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)、觀眾廳的體型分析與調(diào)整、觀眾 廳表面裝修用材的聲學(xué)設(shè)計(jì)要求。并對(duì)方案實(shí)施后的主要建聲參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析，結(jié)果基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】 劇院工程；聲學(xué)設(shè)計(jì)；技術(shù)指標(biāo)；體型調(diào)整；測(cè)試

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2016.06.009

【Abstract】This paper introduces the acoustic design of the great theatre in Dingxi Culture and Arts Center， including its architectural status， function orientation， acoustic design specifications， analysis and adjustment of the audience hall etc..The results of the measurement test after completion also have been discussed.

【Key Words】theatre project； acoustic design； technical index； shape adjustment； test

1 工程概述

定西市位于甘肅省中部，通稱(chēng)“隴中”，是古代絲綢之路和新歐亞大陸橋的必經(jīng)之地。定西市文化藝術(shù)中心位于新城區(qū)行政內(nèi)環(huán)南、北路之間，西靠行政中心綜合辦公樓，東臨新城大道，南與定西市展覽館相呼應(yīng)（見(jiàn)圖1），功能性質(zhì)是以劇院、文化館、圖書(shū)館、美術(shù)館為載體的群眾性文化藝術(shù)活動(dòng)中心。

文化藝術(shù)中心原創(chuàng)設(shè)計(jì)為打開(kāi)的鋼琴造型（見(jiàn)圖2），建筑面積23 191 m2，包括可容納1 142人（池座869；樓座273）的大劇院、容納300人的多功能廳、藏書(shū)量10萬(wàn)冊(cè)的圖書(shū)館，概算總投資1.24億元。其主體高度19.35 m，地上四層，設(shè)有半地下室。地上一層為劇場(chǎng)、多功能廳和書(shū)庫(kù)；二至四層設(shè)有開(kāi)架閱覽室和電子閱覽室，可供816人同時(shí)閱讀；半地下室設(shè)有車(chē)庫(kù)和升降舞臺(tái)安裝臺(tái)倉(cāng)。

筆者主要介紹定西市文化藝術(shù)中心大劇院的聲學(xué)設(shè)計(jì)。

2 大劇院建筑概況

定西市文化藝術(shù)中心大劇院的觀眾廳尺寸長(zhǎng)28.3 m，寬31 m，平均高約15.4 m；舞臺(tái)開(kāi)口為17.2 m×9 m，舞臺(tái)面高度為0.93 m，舞臺(tái)標(biāo)高為1.000 m（見(jiàn)圖3和圖4）。池座觀眾席為全臺(tái)階形式，共20排，第一排標(biāo)高為0.190 m，最后一排標(biāo)高為2.830 m，前后高差（總起坡）為2.640 m，平均起坡為0.14 m；末排視角5.5°（見(jiàn)圖5）。樓座共6排，第一排標(biāo)高為6.520 m，最后一排標(biāo)高為8.145 m，前后高差（總起坡）為1.625 m，平均起坡為0.325 m；末排視角15°（見(jiàn)圖6）。樓座末排到達(dá)視點(diǎn)最遠(yuǎn)視距約31.6 m。池座前兩排為貴賓位置，座椅間距和排距為580 mm×1 100 mm；其余座椅間距和排距為580 mm×900 mm。

觀眾席前部設(shè)升降樂(lè)池，開(kāi)口尺寸約為最長(zhǎng)19 m，最寬4.4 m。舞臺(tái)包括主舞臺(tái)和側(cè)舞臺(tái)，主舞臺(tái)尺寸長(zhǎng)18 m，深20.7 m，高26 m（到柵頂）；側(cè)舞臺(tái)尺寸長(zhǎng)12 m，深20.7 m，高17.9 m（建筑層高）；主舞臺(tái)柵頂三層天橋標(biāo)高分別為：13.300 m、18.900 m及22.800 m。

臺(tái)口兩側(cè)觀眾廳內(nèi)設(shè)置兩道耳光（見(jiàn)圖7）；天花設(shè)兩道面光天橋（見(jiàn)圖8）；劇場(chǎng)主揚(yáng)聲器設(shè)于臺(tái)口前部天花內(nèi)，為暗藏式。

3 大劇院的主要功能和建聲設(shè)計(jì)指標(biāo)

3.1 主要功能

大劇院主要供演出大型歌劇、舞劇（含芭蕾舞?。?，兼顧大型會(huì)議、音樂(lè)會(huì)及綜藝晚會(huì)的演出，具有優(yōu)良的觀演條件，為演出提供齊全的功能，以擴(kuò)聲系統(tǒng)為主要聲源。

3.2 主要建筑聲學(xué)技術(shù)指標(biāo)

（1）中頻滿(mǎn)場(chǎng)混響時(shí)間RT：1.25 s～1.45 s

（2）混響時(shí)間頻率特性見(jiàn)表1（相對(duì)于中頻500 Hz～1 000 Hz的比值）

（3）背景噪聲：≤NR-35 噪聲評(píng)價(jià)曲線(xiàn)

（4）每座容積：7 m3/人～9 m3/人

4 大劇院觀眾廳的體型調(diào)整

4.1 舞臺(tái)墻體的調(diào)整

大劇院觀眾廳的原建筑圖紙中，臺(tái)口側(cè)墻處為簡(jiǎn)單的折線(xiàn)，經(jīng)過(guò)聲線(xiàn)分析，發(fā)現(xiàn)觀眾廳前部和中部（紅色波浪線(xiàn)包圍區(qū)域）缺乏由側(cè)墻傳來(lái)的第一次反射聲（見(jiàn)圖9）。聲學(xué)設(shè)計(jì)中對(duì)劇場(chǎng)臺(tái)口形狀進(jìn)行調(diào)整，將臺(tái)口從原來(lái)的簡(jiǎn)單折線(xiàn)改為由兩段弧線(xiàn)組成的漸變弧線(xiàn)（見(jiàn)圖10），其中兩段弧線(xiàn)分別標(biāo)為A段弧和B段弧。A段弧線(xiàn)可以用于放置音頻和視頻設(shè)備，B段弧線(xiàn)主要用于控制一次反射聲分布。

圖10為墻體調(diào)整后的聲線(xiàn)分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)整后的反射聲線(xiàn)更均勻地分布于觀眾區(qū)，無(wú)遺漏區(qū)域，并且反射聲到達(dá)觀眾區(qū)的聲程更短。這有利于縮短直達(dá)聲和第一次反射聲之間的時(shí)間間隙，對(duì)于觀眾的聽(tīng)覺(jué)感受是有利的。

4.2 觀眾廳的改進(jìn)

由于建筑已經(jīng)建設(shè)完成，臺(tái)口的墻體不能改動(dòng)。根據(jù)室內(nèi)設(shè)計(jì)方案的平面聲線(xiàn)分析，②號(hào)弧線(xiàn)（見(jiàn)圖11）對(duì)反射聲有一定的改善，但是還不夠；③號(hào)折線(xiàn)方向不對(duì)，反射聲都反到側(cè)邊觀眾席了。根據(jù)室內(nèi)設(shè)計(jì)方案的剖面聲線(xiàn)分析，聲線(xiàn)反射基本合理，B段和F段弧線(xiàn)（見(jiàn)圖12）聲反射的方向不對(duì)，建議調(diào)整。

聲學(xué)設(shè)計(jì)在盡量保持原室內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)格的前提下，針對(duì)上述分析出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如圖13和圖14所示。在保證臺(tái)口顯示屏尺寸前提下增加了一段弧線(xiàn)④，使聲能盡量反射到中間觀眾區(qū)。③號(hào)折線(xiàn)方向進(jìn)行了調(diào)整使反射聲向中間反射。最終的室內(nèi)設(shè)計(jì)施工圖見(jiàn)圖3～圖6，基本按照聲學(xué)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了調(diào)整。

5 大劇院觀眾廳表面裝修用材的聲學(xué)設(shè)計(jì)要求

根據(jù)音質(zhì)計(jì)算結(jié)果，確定了觀眾廳各界面的聲學(xué)裝修材料、配置及構(gòu)造，具體要求如下。

（1）觀眾廳內(nèi)地坪及走道

劇院的觀眾廳內(nèi)地坪用料為木地板，龍骨間隙填實(shí)，以避免地板共振吸收低頻。

（2）側(cè)墻面

觀眾廳墻面選用GRG板，裝修材料的面密度為40 kg/m2，表面做微擴(kuò)散處理（見(jiàn)圖15）。

（3）后墻面

觀眾廳后墻面選用穿孔GRG板（穿孔率約20%，板后貼無(wú)紡布），空腔內(nèi)填充40 mm厚48 kg/m3離心玻璃棉（外包玻璃絲布）（見(jiàn)圖16）。

（4）天花

聲學(xué)設(shè)計(jì)要求天花采用反射材料，室內(nèi)設(shè)計(jì)采用面密度為40 kg/m2的GRG板（見(jiàn)圖17）。

（5）舞臺(tái)墻面

由于舞臺(tái)包括1個(gè)主舞臺(tái)、2個(gè)側(cè)舞臺(tái)，空間體積比較大。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)）一層天橋以下墻面做吸聲處理（見(jiàn)圖18）。

具體做法為：3 m以下墻面采用25 mm厚防撞木絲吸聲板（刷黑色水性涂料）+75系列輕鋼龍骨（內(nèi)填50 mm厚48 kg/m3離心玻璃棉板，外包玻璃絲布）+原有粉刷墻體；3 m以上墻面采用6 mm厚穿孔KT板，穿孔率20%（刷黑色水性涂料）+75系列輕鋼龍骨（內(nèi)填50 mm厚48 kg/m3離心玻璃棉板，外包玻璃絲布）+原有粉刷墻體。

6 竣工后的建聲測(cè)試結(jié)果和評(píng)價(jià)

6.1 主要建聲參量測(cè)試結(jié)果

華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司聲學(xué)及劇院專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)研究所于2016年5月9日對(duì)新建成的定西市文化藝術(shù)中心大劇院進(jìn)行了空?qǐng)鼋暅y(cè)試工作。

測(cè)試的儀器和軟件為丹麥B&K 7841——DIRAC Room Acoustics Software建聲測(cè)試分析軟件、丹麥B&K 2250B聲學(xué)頻譜分析儀、德國(guó)SENNHEISER MKH800無(wú)線(xiàn)測(cè)試傳聲器（可調(diào)指向性）、德國(guó)SENNHEISER SKP500無(wú)線(xiàn)發(fā)射系統(tǒng)、德國(guó)SENNHEISER EW500無(wú)線(xiàn)接收系統(tǒng)、丹麥B&K 4292L無(wú)指向球面聲源、丹麥B&K 2734測(cè)試功率放大器等。

主要建聲測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

6.2 主要建聲測(cè)試結(jié)果分析

對(duì)劇院進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定的就是聲學(xué)技術(shù)指標(biāo)，確定聲學(xué)技術(shù)指標(biāo)國(guó)內(nèi)可參照的只有JGJ57-2000《劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》，其中只對(duì)混響時(shí)間及其頻率特性、背景噪聲、每座容積有明確規(guī)定。

為全面了解大劇院的聲學(xué)特性，參照世界著名聲學(xué)家白瑞納克寫(xiě)的《音樂(lè)廳和歌劇院》聲學(xué)參量建議值進(jìn)行比較分析，大劇院的聲學(xué)參量測(cè)試結(jié)果匯總表見(jiàn)表3。

測(cè)試結(jié)果分析：

由于考慮到會(huì)議功能，業(yè)主要求滿(mǎn)足開(kāi)會(huì)時(shí)語(yǔ)言清晰度要求，因此混響時(shí)間調(diào)整為1.25 s～1.45 s，且以擴(kuò)聲系統(tǒng)為主，自然聲為輔。因此實(shí)測(cè)聲學(xué)參量與歌劇院的優(yōu)選范圍有一定差別是正常的。

實(shí)測(cè)空?qǐng)鲋蓄l混響時(shí)間為1.65 s，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，滿(mǎn)場(chǎng)混響時(shí)間約為1.5 s，略長(zhǎng)于要求的1.25 s～1.45 s。原因主要是裝修施工單位在為GRG表面噴涂油漆或涂料時(shí)把空洞內(nèi)透聲無(wú)紡布也進(jìn)行了全部的噴涂，見(jiàn)圖19，結(jié)果無(wú)紡布透聲效果變差，直接影響了空腔內(nèi)吸聲棉的吸聲效果。因此聲學(xué)設(shè)計(jì)已要求把孔后被油漆封堵的布捅開(kāi)，再往孔洞里塞顏色相近和孔徑尺寸一樣的海綿，這樣既不影響裝飾效果，又能滿(mǎn)足聲學(xué)要求。預(yù)計(jì)改進(jìn)后中頻滿(mǎn)場(chǎng)混響時(shí)間將為1.4 s左右，符合聲學(xué)設(shè)計(jì)要求。

親切感ITDG為26 ms，但是從建筑圖紙分析應(yīng)該為35 ms左右，可能是舞臺(tái)上來(lái)自會(huì)議桌的反射聲所致。

舞臺(tái)上天幕的后面設(shè)有LED屏，這樣來(lái)自L(fǎng)ED屏（見(jiàn)圖20）的反射聲會(huì)提高觀眾席的聲場(chǎng)力度，這也就是響度和低音力度偏大的緣故。

2013年，國(guó)家主席習(xí)近平在哈薩克斯坦納扎爾巴耶夫大學(xué)作重要演講，提出共同建設(shè)“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”的戰(zhàn)略構(gòu)想。“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”是在“古絲綢之路”概念基礎(chǔ)上形成的一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域，包括西北五省區(qū)（陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆）和西南四省區(qū)市（重慶、四川、云南、廣西）。定西市是古代絲綢之路和新歐亞大陸橋的必經(jīng)之地，定西市文化藝術(shù)中心的建成必將提高“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”沿線(xiàn)城市人民的文化素質(zhì)，豐富“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”沿途的文化氛圍，真正打造出向西開(kāi)放的戰(zhàn)略平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1] LEO BERANEK. CONCERT HALLS AND OPERA HOUSES [M]（First Edition）.

[2] LEO BERANEK. CONCERT HALLS AND OPERA HOUSES [M]（Second Edition）.