敦煌大劇院的建聲設(shè)計(jì)

宋擁民

【摘 要】 概述敦煌大劇院的建筑概況，重點(diǎn)介紹1 200座大劇場(chǎng)的音質(zhì)設(shè)計(jì)思想、技術(shù)指標(biāo)及建聲措施，并對(duì)觀眾廳進(jìn) 行了空滿場(chǎng)室內(nèi)音質(zhì)計(jì)算機(jī)模擬分析和1/20聲學(xué)縮尺模型試驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】 敦煌大劇院；大劇場(chǎng)；音質(zhì)計(jì)算機(jī)模擬；聲學(xué)縮尺模型試驗(yàn)；音質(zhì)評(píng)價(jià)

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.10.011

【Abstract】An overview on the architectural design of Dunhuang great theater was introduced. The main ideas and acoustic targets of acoustic design on 1 200-seats audience are introduced in detail. Then acoustic simulation analysis was done both in occupied and unoccupied hall. Meanwhile， 1/20 scale-model test of 200-seats audience was done.

【Key Words】great theater； computer acoustic simulation； scale-model test； acoustic evaluation

1 引言

敦煌大劇院位于龍行九洲敦煌絲綢之路國(guó)際會(huì)展中心廣場(chǎng)東北側(cè)，省道314線南側(cè)，背靠鳴沙山，總建筑面積31 200 m2，分地下二層（局部一層）、地上四層，主體建筑高度35 m。敦煌大劇院不僅可以滿足《絲路花雨》《大夢(mèng)敦煌》等大型劇目演出，而且也可以舉行1 200人的大型會(huì)議。作為2016年9月20日開(kāi)幕的首屆絲綢之路（敦煌）國(guó)際文化博覽會(huì)的演出場(chǎng)館，2016版《絲路花雨》就在大劇院隆重首演。

敦煌大劇院建筑形式[1]汲取了中國(guó)漢代建筑古樸敦厚的造型風(fēng)格，采用了大坡屋頂、高塔、高臺(tái)基、墻體、古典窗格、柱梁斗拱等富有中國(guó)特色的建筑元素，并采用了現(xiàn)代建筑的造型方法，塑造了端莊的建筑形象。圖1所示為敦煌大劇院外景照片及夜景效果圖。

2 音質(zhì)設(shè)計(jì)難點(diǎn)及重點(diǎn)

大劇院觀眾廳建筑平面類(lèi)矩形，舞臺(tái)大幕線至觀眾廳最遠(yuǎn)處33.4 m，觀眾廳最寬處30.7 m，最高點(diǎn)距地20.1 m。池座24排（不含樂(lè)池3排）最大高差5.65 m；樓座7排，最大高差2.42 m，兩側(cè)各三個(gè)包廂，合計(jì)36座。池座后部設(shè)有燈控室和音控室，樓座后部設(shè)有追光室，池座和樓座均采用鋼結(jié)構(gòu)支撐。圖2和圖3分別為劇場(chǎng)觀眾廳平面及縱剖面。

2.1 音質(zhì)設(shè)計(jì)原則及指標(biāo)

敦煌大劇院專(zhuān)為絲路文博會(huì)打造，主要演出劇目包括《絲路花雨》和《大夢(mèng)敦煌》。為此，劇院的聲光電設(shè)計(jì)均以《絲路花雨》劇組的要求為基礎(chǔ)。在業(yè)主和專(zhuān)家顧問(wèn)的要求下，敦煌大劇院采用德國(guó)Vivace電子可調(diào)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)劇場(chǎng)的聲場(chǎng)條件，以使劇場(chǎng)在滿足會(huì)議及歌舞演出的基礎(chǔ)上，能夠兼顧話劇、綜藝演出等。觀眾廳音質(zhì)設(shè)計(jì)原則確定為“以擴(kuò)聲演出為主”，所有演出形式均采用擴(kuò)聲系統(tǒng)，而建聲設(shè)計(jì)只需要為擴(kuò)聲系統(tǒng)創(chuàng)造良好的聲場(chǎng)環(huán)境即可。基于此，建聲設(shè)計(jì)要求做到體型合理、混響略短、廳內(nèi)無(wú)聲缺陷及本底噪聲足夠低等。因此，音質(zhì)設(shè)計(jì)將以混響時(shí)間RT、清晰度D50及背景噪聲級(jí)BNL作為最主要的技術(shù)指標(biāo)。

依據(jù)劇場(chǎng)規(guī)模和容積，并參考相關(guān)規(guī)范[2]確定大劇場(chǎng)觀眾廳音質(zhì)設(shè)計(jì)目標(biāo)值如表1所示。

2.2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及重點(diǎn)

敦煌大劇院從建筑方案設(shè)計(jì)到交付使用僅有9個(gè)月的時(shí)間，因此，在設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中要求滿足進(jìn)度為第一要義。但作為首屆絲綢之路國(guó)際文化博覽會(huì)主表演場(chǎng)，其聲音質(zhì)量也必須保證。為此，敦煌大劇院在設(shè)計(jì)之初就確定建造成國(guó)內(nèi)繼大連國(guó)際會(huì)議中心之后第二座鋼結(jié)構(gòu)劇場(chǎng)。顯然，鋼結(jié)構(gòu)的采用對(duì)隔振提出了非常高的要求。同時(shí)，由于敦煌地處西北，風(fēng)沙漫天，秋冬季節(jié)飛揚(yáng)的砂礫對(duì)鋼結(jié)構(gòu)屋面的撞擊也是需要在做隔聲設(shè)計(jì)時(shí)特別考慮的。

由于敦煌大劇院的建造時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于大連國(guó)際會(huì)議中心，因此，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)中必須預(yù)留一定的施工質(zhì)量余量，才能保證最終的質(zhì)量。為此，在確保工期的前提條件下，如何選擇設(shè)計(jì)余量實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性價(jià)比是各個(gè)專(zhuān)業(yè)都面臨的最大挑戰(zhàn)。而對(duì)于聲學(xué)專(zhuān)業(yè)而言，此劇場(chǎng)異于其他劇場(chǎng)之處體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）固定安裝振源的隔振要求

鋼結(jié)構(gòu)梁柱本身并不會(huì)振動(dòng)，但是固定安裝的機(jī)組設(shè)備的振動(dòng)卻可以沿著鋼結(jié)構(gòu)快速傳遞出去。由于鋼的衰減量很小，機(jī)組設(shè)備振動(dòng)在鋼結(jié)構(gòu)樓板上的振動(dòng)較常規(guī)混凝土樓板的振動(dòng)要大。因此，固定安裝的設(shè)備機(jī)組隔振的要求就更高。本劇院±0以下的地下層采用混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，而地上層采用鋼結(jié)構(gòu)，因此，地上層和地下層的設(shè)備機(jī)組隔振需采用不同的隔振形式，地上層設(shè)備機(jī)組全部采用彈簧加橡膠浮筑的雙隔振措施。

（2）活動(dòng)振源隔振處理的特別需要

除了機(jī)電設(shè)備會(huì)激發(fā)振動(dòng)外，人員活動(dòng)也會(huì)激發(fā)振動(dòng)，譬如高跟鞋撞擊地面、拖拉辦公桌椅等。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的劇院而言，這些活動(dòng)所激發(fā)的振動(dòng)也會(huì)反過(guò)來(lái)影響劇場(chǎng)的正常使用。為此，需要對(duì)可能激發(fā)振動(dòng)的活動(dòng)場(chǎng)地以及振源進(jìn)行必要的隔振處理。在本劇場(chǎng)內(nèi)，對(duì)劇場(chǎng)使用造成振動(dòng)干擾的活動(dòng)場(chǎng)地主要包括舞臺(tái)上方的舞蹈排練廳及觀眾廳坐席。

對(duì)于舞蹈排練廳，人員活動(dòng)時(shí)可能存在跳動(dòng)，其振動(dòng)沖擊較大，設(shè)計(jì)采用浮筑樓板隔振方式來(lái)隔絕活動(dòng)時(shí)的振動(dòng)對(duì)正下方劇場(chǎng)的影響，具體浮筑構(gòu)造如圖4所示。

對(duì)于坐席區(qū)，考慮到結(jié)構(gòu)載荷問(wèn)題，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易浮筑構(gòu)造來(lái)隔振，如圖5所示。

（3）鋼結(jié)構(gòu)梁柱隔振

考慮到隔振系統(tǒng)并不能夠完全將振動(dòng)隔離，因此，尚存在振動(dòng)沿著鋼結(jié)構(gòu)梁柱傳遞的風(fēng)險(xiǎn)。為此，在鋼結(jié)構(gòu)梁與結(jié)構(gòu)柱的連接處也進(jìn)行相應(yīng)的隔振處理。首先，所有的鋼結(jié)構(gòu)柱采用現(xiàn)澆混凝土包覆；其次，鋼結(jié)構(gòu)柱與鋼結(jié)構(gòu)梁連接處盡量不采用焊接，而采用帶彈性墊的螺栓連接。endprint

（4）鋼結(jié)構(gòu)屋面撞擊聲隔聲

因?yàn)槎鼗偷牡乩砦恢眉捌錃夂驐l件，在大劇院建造過(guò)程中需要考慮屋面撞擊聲隔聲。為此，聲學(xué)設(shè)計(jì)在建筑方案設(shè)計(jì)之初就介入，和建筑設(shè)計(jì)師一起，結(jié)合漢唐風(fēng)，將敦煌大劇院設(shè)計(jì)為內(nèi)外兩層表皮。外層結(jié)構(gòu)完全為建筑風(fēng)格服務(wù)，采用鋼結(jié)構(gòu)體系。而內(nèi)部的劇院則盡量與外部結(jié)構(gòu)脫離。平面上，劇院墻體通過(guò)各層的公共連梁與外表皮連接，而頂部則完全與外結(jié)構(gòu)脫開(kāi)。敦煌大劇院近一年的使用實(shí)踐證明，雙層體系構(gòu)造很好地解決了屋面撞擊聲隔聲的難題。

3 音質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)措施

因混響控制的需要，觀眾廳墻面需要布置比較多的吸聲材料，而室內(nèi)設(shè)計(jì)師想要墻頂連體的視覺(jué)效果?？紤]到頂面防火需求，頂面不做任何吸聲處理。而側(cè)墻對(duì)劇場(chǎng)前中區(qū)而言是十分重要的早期聲反射面，這些墻面能向池座前區(qū)的觀眾席提供足夠的早期反射聲能，提高觀眾位置上聽(tīng)音的空間感。聲學(xué)要求該部位的墻面盡可能厚實(shí)、堅(jiān)硬，主要起聲反射作用，充分利用聲能而盡可能減少聲吸收。因此，吸聲材料首先選擇在后墻安裝，其次考慮池座部分側(cè)墻。為營(yíng)造墻頂連體的視覺(jué)效果，在耳光室及其前部墻面以上及二層樓座側(cè)墻和頂面全部采用增強(qiáng)纖維預(yù)制石膏板（即GRG板），板的面密度實(shí)際達(dá)到45 kg/m2以上。而池座其他部分墻面及樓座后墻均選擇與GRG板顏色相近的木條紋穿孔吸聲板。圖6為大劇場(chǎng)內(nèi)景效果圖。

為驗(yàn)證聲學(xué)裝修方案的科學(xué)性及可靠性，先后采用廳堂音質(zhì)計(jì)算機(jī)模擬及聲學(xué)縮尺模型試驗(yàn)兩種輔助設(shè)計(jì)手段進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1 觀眾廳音質(zhì)計(jì)算機(jī)模擬

在觀眾廳的音質(zhì)設(shè)計(jì)中采用了聲場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬的輔助設(shè)計(jì)手段，目的是進(jìn)一步優(yōu)化平剖面體型、計(jì)算音質(zhì)參量并對(duì)聲學(xué)裝修方案作音質(zhì)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)。選用Odeon12.12室內(nèi)聲學(xué)模擬軟件，它兼有聲像法和聲線法的功能。圖7為計(jì)算機(jī)模擬中聲學(xué)模型的效果圖，圖中顏色深淺代表表面材料吸聲性能的優(yōu)劣。表2和表3分別為劇場(chǎng)觀眾廳空?qǐng)黾皾M場(chǎng)條件下各音質(zhì)參量的模擬結(jié)果。

從表3可知，計(jì)算機(jī)模擬的各個(gè)聲學(xué)參量均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。這說(shuō)明觀眾廳的體形設(shè)計(jì)、材料選擇均是合適的。同時(shí)，從測(cè)點(diǎn)反射聲序列的模擬結(jié)果看，廳內(nèi)反射聲組織也比較合理，前50 ms內(nèi)有足夠的反射聲。

3.2 聲學(xué)縮尺模型試驗(yàn)

為進(jìn)一步檢驗(yàn)觀眾廳的音質(zhì)效果，制作了1：20的聲學(xué)縮尺模型。模型的頂面、地面及墻面均采用GRG制作，GRG干燥后在需要吸聲處理的側(cè)墻面和后墻面實(shí)貼吸聲材料。為確?？s尺模型內(nèi)所使用的聲學(xué)材料的聲學(xué)性能與實(shí)際廳堂材料的聲學(xué)性能具有可比性，特意制作了1：20的縮尺混響室。在縮尺混響室內(nèi)對(duì)墻面吸聲材料進(jìn)行吸聲測(cè)試，并將其換算成實(shí)際混響室內(nèi)的吸聲性能，確認(rèn)所選材料的吸聲性能滿足實(shí)際廳堂的聲學(xué)要求后才布置在縮尺觀眾廳內(nèi)。對(duì)于座椅，首先按1：20比例用亞克力制作骨架，再在1：20模型混響室對(duì)座椅坐墊及靠背材料進(jìn)行測(cè)試，使座椅的吸聲性能符合設(shè)計(jì)要求。通常，一種材料或構(gòu)造是很難保證幾個(gè)頻帶的吸聲性能都符合設(shè)計(jì)要求的。顯然，只要不斷更換座椅的材料，是可以進(jìn)行全頻帶縮尺模型試驗(yàn)的，但材料遴選的工作量實(shí)在太大，為此，本模型試驗(yàn)僅對(duì)500 Hz的各聲學(xué)參量進(jìn)行測(cè)試。圖8為大劇場(chǎng)1：20縮尺模型完工后的內(nèi)景圖。

在此縮尺模型內(nèi)參照相關(guān)規(guī)范[3]利用高頻空氣吸收進(jìn)行縮尺模型試驗(yàn)，并對(duì)高頻空氣吸收進(jìn)行補(bǔ)償[4]，模型試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果如表4所示。反射聲序列也是廳堂縮尺模型試驗(yàn)中一個(gè)重要的測(cè)量項(xiàng)目，為此，在模型縱軸線單側(cè)布置了12個(gè)測(cè)點(diǎn)，圖9所示分別為池座和樓座典型測(cè)點(diǎn)的反射聲序列圖。

對(duì)照表3和表4可以看出，縮尺模型試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果誤差在允許范圍內(nèi)；同時(shí)，圖9也顯示出歌劇廳內(nèi)并不存在聲學(xué)缺陷，這再次驗(yàn)證了觀眾廳的體形設(shè)計(jì)、材料選擇均是合理的。

4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

2016年8月23日～26日，設(shè)計(jì)師按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[5] [6]的要求對(duì)大劇院進(jìn)行了音質(zhì)參量的空?qǐng)鰷y(cè)試，結(jié)果如表5、表6所示。

由表5可知，劇院空?qǐng)鲋蓄l混響時(shí)間為1.37 s，與計(jì)算機(jī)模擬的空?qǐng)鼋Y(jié)果完全一致?？紤]到滿場(chǎng)演出時(shí)，樂(lè)隊(duì)和1 200名觀眾會(huì)有一定吸聲增量，預(yù)計(jì)滿場(chǎng)中頻混響時(shí)間為1.1 s～1.2 s之間，完全符合設(shè)計(jì)要求。劇院D50值達(dá)到0.57，說(shuō)明觀眾廳內(nèi)有足夠高的語(yǔ)言清晰度。而表6則表明劇場(chǎng)觀眾廳內(nèi)實(shí)測(cè)本底噪聲低于NR-25噪聲評(píng)價(jià)曲線。

5 結(jié)語(yǔ)

敦煌大劇院作為首屆絲綢之路國(guó)際文化博覽會(huì)的主表演場(chǎng)館，是西北地區(qū)乃至全國(guó)重要的專(zhuān)業(yè)演出場(chǎng)館之一，承擔(dān)了敦煌文博會(huì)開(kāi)幕式演出的重任，它可滿足現(xiàn)場(chǎng)電視直播和大型歌舞劇、音樂(lè)會(huì)、戲曲、雜技、話劇、會(huì)議等多種活動(dòng)需求。

自2016年9月19日的《絲路花雨（2016版）》成功首演起，敦煌大劇院先后經(jīng)歷了“一節(jié)三季”四個(gè)板塊文化演出的檢驗(yàn)，經(jīng)過(guò)近200場(chǎng)演出，敦煌大劇院的音質(zhì)效果得到了專(zhuān)家及演出團(tuán)隊(duì)的一致認(rèn)可。2017年9月，中國(guó)舉行了以“雙創(chuàng)促升級(jí)、壯大新動(dòng)能”為主題的2017年全國(guó)雙創(chuàng)活動(dòng)，敦煌大劇院工程成功入圍雙創(chuàng)工程，在上海主會(huì)場(chǎng)進(jìn)行了專(zhuān)題介紹與宣講。endprint