天津市光華劇院的聲學改造

徐立軍　馬蕙

【摘 要】 介紹天津市光華劇院的聲學改造，根據(jù)改造前聲學現(xiàn)場測試以及分析確定聲學設計上存在的主要問題，進而通 過調(diào)整觀眾廳的體型，以及有針對性的吸聲、反射和擴散設計，使音質(zhì)效果達到比較理想的狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】 光華劇院；改造；聲學設計；混響時間；語言清晰度；音質(zhì)效果

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.08.015

Acoustic Redesign of the Guanghua Theater in Tianjin

XU Li-jun，MA Hui

（School of Architecture， Tianjin University， Tianjin 300072， China）

【Abstract】The main contents of the acoustic redesign of the Guanghua Theater in Tianjin were introduced in this paper. According to the acousticmeasurement and analysis before the reconstruction， the main problems in the acoustic redesign of the Guanghua Theater were determined. Through adjusting the shape of the auditorium and making use of sound absorption， soundreflection and sounddiffusion design， desirable acoustic effect of Guanghua Theater was achieved.

【Key Words】Guanghua theatre； reconstruction； acoustic design； reverberation time； speech articulatio； sound effect

兒童戲劇作為一種讓兒童觀看或參與表演的舞臺藝術(shù)形式，是兒童精神文化生活的重要組成部分，因此，提供滿足兒童劇表演形式需求的演出場所是非常必要的。天津市光華劇院是一個以兒童劇演出為主的劇院，筆者主要分析了光華劇院當前存在的聲學問題，結(jié)合光華劇院主要演出的功能需求，有針對性地進行了聲學改造。

1 項目概況

光華劇院位于天津市河西區(qū)，劇院造型新穎、構(gòu)思獨特，為五波流水式建筑。光華劇院集演出、辦公、排練等功能為一體，劇院內(nèi)觀眾廳平面呈多邊形，面積785 m2，頂棚高度22.8 m，容積7 162 m3，可以容納坐席929 座，劇院每座容積7.7 m3/座，遠遠超出了理想值；舞臺面積951 m2，舞臺容積23 014 m3。光華劇院以兒童劇演出為主，這要求劇院具備良好的聲學條件，既要混響時間適當，同時聲場應盡量均勻，保證整個觀眾廳各個位置的觀眾有足夠的響度和清晰度。但是經(jīng)過長時間的使用，設備、管道和電路等有不同程度的老化，同時也存在一些聲學問題，需要對劇院內(nèi)觀演廳進行適當?shù)穆晫W改造。

2 現(xiàn)存音質(zhì)問題

進行觀演建筑的聲學改造之前，要充分了解現(xiàn)狀，通過現(xiàn)狀分析明確現(xiàn)存的主要問題，從而有針對性地提出聲學改造建議和方案。在光華劇院改造工程啟動的初期階段，項目組對光華劇院進行了建聲音質(zhì)水平檢測，并對光華劇院原有的體型進行聲學分析，發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題。

（1）測試結(jié)果顯示，光華劇院觀眾廳各頻段混響時間均高于規(guī)范要求。光華劇院觀眾廳容積為7 162 m3，結(jié)合GB/T 50356-2005《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學設計規(guī)范》的要求，兼顧光華劇院的實際使用要求，建議其500 Hz～1 000 Hz最佳滿場混響時間為0.9 s～1.1 s之間。通過計算得出500 Hz～1 000 Hz理想空場混響時間的為1.1 s～1.3 s之間；而通過分析測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，觀眾廳混響時間各頻段均高于規(guī)范要求的數(shù)值0.5 s左右（見表1）。作為以話劇演出為主要功能的劇院，這容易造成話劇演員語言聲模糊，降低聲音的清晰度和可懂度，從而影響話劇的演出效果。通過分析發(fā)現(xiàn)，造成光華劇院混響時間過長的主要原因是：①觀眾廳每座容積高于規(guī)范值，《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學設計規(guī)范》推薦話劇院觀眾廳每座容積為4 m3/座～6 m3/座，而光華劇院觀眾廳每座容積為7.7 m3/座；②觀眾廳內(nèi)吸聲材料布置不足，觀眾廳內(nèi)裝以弧形反射板為主，只在后墻布置木質(zhì)吸聲板。

（2）平面采用適宜話劇演出的寬平面，但通過分析發(fā)現(xiàn)，建成方案并未能充分地利用反射聲，導致反射聲在觀眾席內(nèi)的分布不夠均勻。主要問題有兩個：①光華劇院觀眾廳建成方案未能充分地利用側(cè)墻中前段對于聲能的反射（側(cè)墻反射聲覆蓋范圍見圖1），導致側(cè)向反射聲不能均勻地分布于整個觀眾席區(qū)域內(nèi)，使得大部分觀眾區(qū)缺乏側(cè)向反射聲；同時，大部分中前部觀眾區(qū)來自側(cè)墻的側(cè)向反射聲與直達聲時間間隔在50 ms以上，如果不進行聲學擴散設計，極易出現(xiàn)回聲等聲缺陷；②分析光華劇院觀眾廳頂棚反射聲覆蓋范圍（見圖2），其結(jié)果顯示頂棚前部反射聲集中于觀眾廳中部，觀眾廳前部缺乏反射聲，而后部反射聲則集中在觀眾區(qū)最后一排，這容易同時造成觀眾廳后部區(qū)域聲壓級不足以及聲場不均勻。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，由于側(cè)墻和頂棚并未能夠從聲學角度得到有效處理，造成觀眾廳內(nèi)聲壓級分布不均勻，在觀眾廳前部產(chǎn)生空間感缺失和回聲問題，影響聲音響度和觀眾的聽音效果。

（3）舞臺未作任何吸聲處理，會產(chǎn)生耦合效應，使得演員的聲音變得模糊，從而降低觀眾廳內(nèi)的語言清晰度，產(chǎn)生比較嚴重的聲缺陷。

3 設計目標

根據(jù)以上現(xiàn)有問題分析，參照《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學設計規(guī)范》的要求，確定此次光華劇院聲學改造目標如下：

（1）在每座容積過高的情況下，降低混響時間，這需要合理選擇光華劇院內(nèi)觀眾廳側(cè)墻、后墻以及吊頂?shù)膬?nèi)裝材料，適當增加觀眾廳內(nèi)吸聲量，使得觀眾廳內(nèi)各個頻率混響時間滿足規(guī)范要求，提高觀眾廳語言清晰度水平。

（2）調(diào)整觀眾廳側(cè)墻以及頂棚的體型，充分利用早期反射聲，使得反射聲能夠較為均勻地分布在坐席區(qū)，整體提升觀眾的主觀聽感。

（3）舞臺容積較大，為防止舞臺混響時間過長，需要進行聲學處理，使得舞臺混響時間與觀眾廳接近。

4 觀眾廳聲學設計

4.1 體型調(diào)整

為了充分利用早期反射聲，保證觀眾廳內(nèi)具有理想的聲場均勻度，對劇場原有觀眾廳側(cè)墻以及頂棚輪廓線進行調(diào)整。同時，為了保證墻體對聲音的擴散，并結(jié)合觀眾廳內(nèi)部視覺效果，將原來平直的輪廓線調(diào)整為連續(xù)弧形，經(jīng)過調(diào)整的光華劇院觀眾廳側(cè)墻輪廓線方案如圖3所示。對改造后的反射聲覆蓋范圍進行分析（見圖4），結(jié)果顯示側(cè)墻反射聲能較為均勻地分布于整個觀眾區(qū)域內(nèi)，反射效果良好，同時增加了聲擴散，避免出現(xiàn)回聲等聲學問題。為了增加觀眾區(qū)前部的早期反射聲，同時保證整個觀眾區(qū)聲場分布均勻，對觀眾廳頂棚輪廓進行調(diào)整，整過后的頂棚輪廓如圖5所示，經(jīng)過聲線分析（見圖6）發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)狀方案相比，更多的直達聲能被反射到觀眾廳坐席區(qū)前部以及后部，這能夠有效地改善坐席區(qū)后部的聲音強度和聽聞效果，同時頂棚反射聲分布較為均勻，保證整個觀眾廳的音質(zhì)效果。

4.2 觀眾廳混響時間計算

光華劇院觀眾廳容積為7 162 m3，以兒童話劇演出為主，因此其主要功能定位為語言類演出。根據(jù)《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學設計規(guī)范》，并兼顧擴聲需求，建議其500 Hz～1 000 Hz最佳滿場混響時間約為0.9 s～1.1 s之間，各中心頻率最佳滿場和空場混響時間如表2示。

確定混響時間的主要目標后，結(jié)合觀眾廳的視覺效果與聲學要求，確定了廳內(nèi)各個界面的材質(zhì)分布。側(cè)墻前部主要為觀眾廳提供足夠的反射聲，因而側(cè)墻靠近舞臺的三段弧面墻采用36 mm厚的木質(zhì)反射板，具體做法詳見圖7。由于前三段側(cè)墻已經(jīng)足夠使早期反射聲能分布均勻，因此，后兩段側(cè)墻提供的側(cè)向反射作用很小，同時考慮到觀眾廳每座容積比較大，混響時間過長，需要足夠的吸聲面積，將側(cè)墻后兩段圓弧采用吸聲處理，這樣也為了避免產(chǎn)生聲源定位問題，吸聲部位為木制穿孔吸聲板（孔徑10 mm，孔距32 mm），板后附無紡布以及100 mm厚礦棉，礦棉后留100 mm空腔，具體做法詳見圖8，為了避免出現(xiàn)回聲，后墻同樣采用吸聲處理，具體的材料選擇與構(gòu)造做法與側(cè)墻后三段圓弧一致。

為了保證聲能的反射，吊頂前部采用G.R.G反射板面貼木皮。同時，為了縮短觀眾廳內(nèi)的混響時間，保證話劇演出的清晰度，在吊頂?shù)暮蟀氩糠謪^(qū)域采用雙層石膏板面貼木皮，其后附吸聲無紡布與100 mm厚礦棉板，從而增加吸聲量。整個觀眾廳的選材方案示意見圖9，改造后的混響時間計算詳見表3，可以看出改造方案可以實現(xiàn)劇院觀眾廳混響時間的設計目標，能夠滿足兒童劇演出的需求。

4.3 舞臺混響時間設計

光華劇院舞臺容積為14 900 m3，舞臺容積較大，容易出現(xiàn)混響聲能倒灌觀眾廳的問題，為了保證觀眾廳的音質(zhì)效果以及演員的現(xiàn)場聽覺感受，應對舞臺進行適當?shù)奈曁幚恚M量控制舞臺的混響時間，使其與觀眾廳混響時間保持一致。為了達到設計目標，綜合考慮整個舞臺的視覺效果，最終確定了舞臺的選材方案如表4所示。

對舞臺選材方案進行混響時間計算，結(jié)果如表5所示，結(jié)果顯示此選材方案能夠保證混響時間在設計目標之內(nèi)，低頻混響時間較低意味著能夠很好地控制以低頻為主的空調(diào)噪聲和設備噪聲，實現(xiàn)更好的音質(zhì)效果。

5 計算機模擬驗證

為了驗證設計效果，同時對音質(zhì)控制和體型改造提供分析手段與結(jié)果檢驗，采用聲學模擬軟件Odeon進行了計算機模擬。通過建立廳堂的三維模型（見圖10所示），對廳堂界面聲學特性進行模擬，調(diào)整后的方案能夠預測改造后廳堂內(nèi)任意位置的聲學指標變化，從而對室內(nèi)音質(zhì)進行控制。

5.1 聲場不均勻度模擬

通過Odeon模擬得出光華劇院坐席區(qū)調(diào)整后各頻率聲壓級分布（見圖11），結(jié)果顯示調(diào)整后坐席區(qū)各頻率聲壓級數(shù)值差距比較小，整個聲場不均勻度各頻率均在8 dB以內(nèi)，屬于合理范圍。因此，調(diào)整后的光華劇院的聲場分布比較均勻，坐席區(qū)后排能夠達到足夠的聲音強度和良好的音質(zhì)效果。

5.2 語言清晰度指數(shù)模擬

通過Odeon模擬得出光華劇院坐席區(qū)調(diào)整前語言清晰度指數(shù)分布，如圖12所示，結(jié)果顯示調(diào)整前坐席區(qū)語言清晰度較差，大部分區(qū)域語言清晰度指數(shù)都在0.55以下，屬于較差的音質(zhì)狀況。經(jīng)過調(diào)整后，進行語言清晰度指數(shù)計算機模擬，結(jié)果如圖13所示，調(diào)整后坐席區(qū)語言清晰度良好，大部分區(qū)域語言清晰度在0.6以上，屬于非常好的音質(zhì)狀況，部分區(qū)域語言清晰度在0.654以上，屬于極好的音質(zhì)。說明采取的調(diào)整措施能夠起到良好的效果，能夠保證光華劇院演出時的清晰度在較高的水平。

6 結(jié)語

光華劇院的聲學改造設計中，在每座容積比較大的情況下，通過調(diào)整體型，選擇合理的材料，進行有針對性的吸聲、反射和擴散設計，而后通過計算機模擬，驗證了設計效果。光華劇院目前已經(jīng)投入使用，根據(jù)反饋，改造過后劇院的音質(zhì)還是有了明顯的改善和提升，觀眾對劇院音質(zhì)效果比較滿意。