大同大劇院大劇場(chǎng)的音質(zhì)控制

夏 媛，車奕辰

（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200070）

圖1 大同大劇院外觀

1 大同大劇院簡(jiǎn)介

大同大劇院（圖1）由建筑大師磯崎新+胡倩工作室完成建筑內(nèi)外設(shè)計(jì)，華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司承擔(dān)聲學(xué)顧問工作。整個(gè)劇院連綿起伏的大屋頂，使人們聯(lián)想到繚繞云霧和連綿山脈，與大同的恢弘名勝云岡石窟和諧相稱。大同大劇院作為大同市第一個(gè)大劇院，是市民翹首以盼的文化提升項(xiàng)目。

大同大劇院內(nèi)設(shè)大小2個(gè)劇場(chǎng)，用于綜藝演出、大型歌舞劇、大型會(huì)議等；舞臺(tái)上設(shè)置樂罩的情況下，可以滿足交響樂演奏。本文介紹其中大劇場(chǎng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)。

2 聲學(xué)設(shè)計(jì)及音質(zhì)控制

2.1 體型的聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)

大劇場(chǎng)容座1 508座，觀眾廳呈扇形，舞臺(tái)開口尺寸為18 m×12 m。觀眾廳吊頂為懸浮式吊頂，吊頂上部的空間形成耦合空間，這樣觀眾廳的體積為13 500 m3。圖2和圖3為大劇場(chǎng)建筑平面圖和剖面圖，圖4和圖5為大劇場(chǎng)內(nèi)部實(shí)景圖。

大劇場(chǎng)的內(nèi)裝方案有別于其他大劇院，整個(gè)觀眾廳墻面在金屬網(wǎng)的襯托下，墻頂可視作連貫的懸浮式裝飾層。在體型分析時(shí)，分別對(duì)懸浮裝飾層和金屬網(wǎng)聲學(xué)措施進(jìn)行研究。

（1）大劇場(chǎng)墻面基本是由鋼絲網(wǎng)做飾面層，由于鋼絲網(wǎng)所處墻面的角度和聲學(xué)要求的反射面角度有差距，聲學(xué)設(shè)計(jì)在鋼絲網(wǎng)后設(shè)置了聲學(xué)反射體，用來優(yōu)化觀眾廳側(cè)墻反射聲分布情況（圖6）。

圖2 大劇場(chǎng)平面圖

圖3 大劇場(chǎng)剖面圖

（2）鋼絲網(wǎng)透空率≥50%，避免鋼絲網(wǎng)對(duì)聲學(xué)反射體的遮擋。

（3）懸浮裝飾體由于是折板造型，角度對(duì)反射聲不利，經(jīng)過三維分析反射聲情況（圖7），建議將懸浮裝飾體底部上移，不遮擋鋼絲網(wǎng)后面聲學(xué)反射體的側(cè)墻反射聲。

同時(shí)，調(diào)整頂面的角度，使得頂面反射聲較均勻完備。

此外，對(duì)欄板造型也進(jìn)行了聲學(xué)分析，避免欄板的反射聲直接返回舞臺(tái)，或者集中反射到局部觀眾席區(qū)域，造成聲缺陷。

2.2 音質(zhì)指標(biāo)設(shè)計(jì)

結(jié)合大劇場(chǎng)的使用功能和體積，確定建筑聲學(xué)技術(shù)指標(biāo)如下。

（1）中頻滿場(chǎng)混響時(shí)間RT：1.50±0.10 s。

考慮到交響樂為兼顧情況，舞臺(tái)上加設(shè)樂罩時(shí)（演奏交響樂）中頻滿場(chǎng)混響時(shí)間RT：1.80±0.10 s。

（2）混響時(shí)間頻率特性：低頻混響比重為1.1 s～1.3 s（提高低頻RT可增強(qiáng)音樂豐滿度）；高頻混響比重為0.8 s～0.9 s（降低高頻RT可提高語言清晰度）。

（3）側(cè)向反射系數(shù)LF：15%～35%。

（4）初始時(shí)間延遲間隙tI≤30 ms。

（5）聲場(chǎng)力度Gmid：-1 dB～2 dB。

（6）音樂明晰度C80（空?qǐng)觯?.0～3.0。

（7）本底噪聲NR-25。

（8）每座容積7 m3/人～9 m3/人。

（9）廳內(nèi)任何位置上不得出現(xiàn)回聲、多重回聲、顫動(dòng)回聲、聲聚焦和共振等聲學(xué)缺陷。

圖4 大劇場(chǎng)內(nèi)部實(shí)景前視圖

圖5 大劇場(chǎng)內(nèi)部實(shí)景側(cè)視圖

圖6 大劇場(chǎng)側(cè)墻反射體示意圖

圖7 大劇場(chǎng)側(cè)墻反射聲分析圖

2.3 用材選擇和安裝處理

根據(jù)音質(zhì)計(jì)算和Odeon模擬，通過控制室內(nèi)用材及其安裝處理，滿足大劇場(chǎng)的聲學(xué)指標(biāo)。結(jié)合建筑方對(duì)劇場(chǎng)美觀設(shè)計(jì)的理念，最終的用材如下。

（1）觀眾廳的吊頂不封閉，懸浮吊頂板采用40 kg/m2的GRG板，在懸浮吊頂板上部加600 m2的50 mm厚吸聲板，避免產(chǎn)生耦合現(xiàn)象。

（2）觀眾廳的側(cè)墻，全部采用厚重的擴(kuò)散造型，材料為面密度40 kg/m2的GRG板（外附鋼絲網(wǎng)）。為了避免大面積使用該構(gòu)造后，場(chǎng)內(nèi)混響有偏差，對(duì)金屬網(wǎng)（透空率≥50%）+ GRG（面密度40 kg/m2）擴(kuò)散造型進(jìn)行聲學(xué)性能檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果見圖8。

（3）觀眾廳的后墻，除觀察窗下做了70 m2的吸聲軟包板，其余后墻均采用厚重的擴(kuò)散造型，材料為GRG（面密度40 kg/m2）擴(kuò)散造型。擴(kuò)散和吸聲材料外附鋼絲網(wǎng)。

（4）欄板采用材料為GRG（面密度40 kg/m2）擴(kuò)散造型，欄板面做成弧形，避免反射聲返回舞臺(tái)，干擾演出。

（5）觀眾廳采用實(shí)貼的木地板，以避免地板共振吸收低頻。

（6）座椅的吸聲系數(shù)均符合聲學(xué)要求。

（7）舞臺(tái)區(qū)域的墻面，在一層馬道下均做木絲板或者穿孔石膏板吸聲措施，確保舞臺(tái)的混響時(shí)間接近觀眾廳，防止耦合現(xiàn)象產(chǎn)生。

（8）觀眾廳和舞臺(tái)的圍合墻體采用雙層重質(zhì)砌塊墻體，隔聲量達(dá)到60 dB，保證劇場(chǎng)內(nèi)的安靜度。

（9）觀眾廳和舞臺(tái)均設(shè)置聲閘，采用雙道35 dB隔聲量的專業(yè)隔聲門。

圖9～圖13為滿場(chǎng)、舞臺(tái)上無樂罩時(shí)，相關(guān)聲學(xué)參量的模擬圖。

圖8 大劇場(chǎng)鋼絲網(wǎng)的吸聲系數(shù)

圖9 混響時(shí)間T30模擬圖

圖10 早期衰變時(shí)間EDT模擬圖

圖11 明晰度C80模擬圖

圖12 聲場(chǎng)力度G模擬圖

圖13 語言清晰度D50模擬圖

2.5 竣工后的音質(zhì)檢測(cè)

2019年9月10日，對(duì)大劇場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)建筑聲學(xué)測(cè)試工作，從客觀參量來看，混響時(shí)間比目標(biāo)值略低0.1 s；主觀感受來說，觀眾廳內(nèi)音質(zhì)效果較好。總體聲學(xué)效果能滿足各類使用需求。

混響時(shí)間偏短的原因分析如下。

（1）目前走道鋪設(shè)地毯，設(shè)計(jì)時(shí)是以木地板為對(duì)象。

（2）空?qǐng)鲎蔚奈曄禂?shù)偏大，參見表1。

（3）舞臺(tái)臺(tái)口的音響橋應(yīng)該按照音響尺寸封閉，不應(yīng)該是通長(zhǎng)一整條，增加了吸聲量（圖14）。

（4）觀眾廳頂面上部的耦合空間內(nèi)是否布置吸聲措施，對(duì)場(chǎng)內(nèi)混響時(shí)間影響較小。

表1 空?qǐng)鲎挝曄禂?shù)

表2 吊頂上部加設(shè)吸聲體時(shí)的T30（單位：s）

表3 吊頂上部加設(shè)吸聲體時(shí)的EDT（單位：s）

表4 吊頂上部不加吸聲體時(shí)的T30（單位：s）

表5 吊頂上部不加吸聲體時(shí)的EDT（單位：s）

表6 吊頂上部加設(shè)吸聲體時(shí)T30和EDT測(cè)試結(jié)果

表7 吊頂上部不加吸聲體時(shí)T30和EDT測(cè)試結(jié)果

圖14 現(xiàn)場(chǎng)音響橋狀態(tài)

圖15 懸浮吊頂上有無吸聲體實(shí)景照片

3 總結(jié)和思考

大劇場(chǎng)有兩個(gè)值得參考的特點(diǎn)，以下進(jìn)行總結(jié)。

3.1 懸浮吊頂?shù)穆晫W(xué)措施

3.1.1 模擬加設(shè)吸聲體前后的對(duì)比結(jié)果

利用O d e o n模擬分析懸浮吊頂上部是否加設(shè)吸聲體（圖15）。

（1）懸浮吊頂上部加設(shè)600 m2的吸聲體，混響時(shí)間T30和早期衰變時(shí)間EDT的模擬結(jié)果見表2～表3。

（2）懸浮吊頂上部不加設(shè)600 m2的吸聲體，混響時(shí)間T30和早期衰變時(shí)間EDT的模擬結(jié)果見表4～表5。

3.1.2 加設(shè)吸聲體前后的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

（1）懸浮吊頂上部加設(shè)600 m2的吸聲體，混響時(shí)間T30和早期衰變時(shí)間EDT的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果見表6。

（2）懸浮吊頂上部不加600 m2的吸聲體，混響時(shí)間T30和早期衰變時(shí)間EDT的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果見表7。

3.1.3 懸浮吊頂聲學(xué)控制分析

懸浮吊頂上部體積和觀眾廳體積比例1:3，吊頂上部空間可以看作觀眾廳的耦合空間，是一種比較特別的劇場(chǎng)形式。

混響時(shí)間T30模擬值和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有偏差，早期衰變時(shí)間EDT模擬值和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相近。耦合空間是否加設(shè)吸聲體，需要結(jié)合耦合空間位置、開口和經(jīng)驗(yàn)來決定。

大劇場(chǎng)頂面耦合空間的做法，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來看，懸浮吊頂上部是否加設(shè)吸聲體，場(chǎng)內(nèi)混響時(shí)間基本接近，說明對(duì)混響時(shí)間基本沒有影響；不過，早期衰變時(shí)間EDT每個(gè)頻段基本相差0.1 s，略有差別，說明對(duì)早期衰變時(shí)間有影響。

測(cè)試時(shí)，筆者和另外幾位設(shè)計(jì)師共同的主觀感受是混響感有變化。移走吸聲體后感受到聲音的混響感變長(zhǎng)，特別是現(xiàn)場(chǎng)樓座區(qū)域、正對(duì)頂面開口區(qū)域，混響感變長(zhǎng)的感受更為明顯。

圖16 金屬網(wǎng)構(gòu)造節(jié)點(diǎn)

3.2 鋼絲網(wǎng)聲學(xué)性能的分析

根據(jù)建筑方的美觀設(shè)計(jì)理念，鋼絲網(wǎng)覆蓋整個(gè)觀眾廳墻面。聲學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)合建筑方的想法，把聲學(xué)材料布置在鋼絲網(wǎng)后面，側(cè)墻和后墻的做法為鋼絲網(wǎng)后布置GRG（面密度40 kg/m2）擴(kuò)散造型，構(gòu)造節(jié)點(diǎn)見圖16（摘自室內(nèi)施工圖）。對(duì)鋼絲網(wǎng)+GRG（面密度40 kg/m2）擴(kuò)散造型進(jìn)行了聲學(xué)性能檢測(cè)，從測(cè)試結(jié)果來看，金屬網(wǎng)+GRG擴(kuò)散造型的性能和GRG擴(kuò)散造型聲學(xué)性能類似，具體吸聲系數(shù)參見圖8。鋼絲網(wǎng)的厚度等因素需要結(jié)合使用的大小來確定。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試也未發(fā)現(xiàn)金屬共振音產(chǎn)生。

但是大面積鋼絲網(wǎng)使用時(shí)，需要考慮到觀眾人為碰觸鋼絲網(wǎng)發(fā)出的聲響。

大劇場(chǎng)試運(yùn)行的過程中，成功舉辦各類演出近二十場(chǎng)，演出類型囊括眾多舞臺(tái)藝術(shù)形式，包括民族歌劇、交響樂、音樂劇、話劇、芭蕾舞劇等，演出的聲音效果得到各演出團(tuán)隊(duì)和觀眾的贊賞?？傮w來說，大劇場(chǎng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)滿足功能需要。