藝術(shù)與功能的融合，劇院聲學(xué)設(shè)計淺析

一 聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)解讀

本期標(biāo)準(zhǔn)：GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（見圖1）

本期重點：

（1）聲環(huán)境功能區(qū)分類

按區(qū)域的使用功能特點和環(huán)境質(zhì)量要求，聲環(huán)境功能區(qū)分為以下五種類型：

0 類聲環(huán)境功能區(qū)：指康復(fù)療養(yǎng)區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域。

1 類聲環(huán)境功能區(qū)：指以居民住宅、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、科研設(shè)計、行政辦公為主要功能，需要保持安靜的區(qū)域。

2 類聲環(huán)境功能區(qū)：指以商業(yè)金融、集市貿(mào)易為主要功能，或者居住、商業(yè)、工業(yè)混雜，需要維護(hù)住宅安靜的區(qū)域。

3 類聲環(huán)境功能區(qū)：指以工業(yè)生產(chǎn)、倉儲物流為主要功能，需要防止工業(yè)噪聲對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響的區(qū)域。

4 類聲環(huán)境功能區(qū)：指交通干線兩側(cè)一定距離之內(nèi)，需要防止交通噪聲對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響的區(qū)域，包括 4a 類和 4b 類兩種類型。4a 類為高速公路、一級公路、二級公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市軌道交通（地面段）、內(nèi)河航道兩側(cè)區(qū)域；4b 類為鐵路干線兩側(cè)區(qū)域。

（2）環(huán)境噪聲限值

各類聲環(huán)境功能區(qū)適用表 1 規(guī)定的環(huán)境噪聲等效聲級限值。

標(biāo)準(zhǔn)解讀：本標(biāo)準(zhǔn)對城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)不同聲環(huán)境功能的區(qū)域進(jìn)行了劃分，依據(jù)城市性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征、城市規(guī)劃及城市用地現(xiàn)狀等對城市內(nèi)不同聲環(huán)境功能劃分為5個類型，每個類型的環(huán)境噪聲限值不同，可以為防治噪聲污染，改善聲環(huán)境質(zhì)量，創(chuàng)造良好的生活、學(xué)習(xí)、工作環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟社會的和諧發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。環(huán)境影響評價、環(huán)境工程設(shè)計、環(huán)境執(zhí)法等都可以按圖索驥、有據(jù)可查、有法可依。對于加強聲環(huán)境綜合整治、提高環(huán)境管理水平、創(chuàng)造安靜人居環(huán)境具有重要意義。

表1 環(huán)境噪聲限值

圖1 （GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》國家標(biāo)準(zhǔn)封面）

二 聲學(xué)基礎(chǔ)知識分享

1、混響時間：聲音已達(dá)到穩(wěn)態(tài)后停止聲源，平均聲能密度自原始值衰變到其百萬分之一（60dB）所需要的時間。可用以下公式計算：

式中：T60—混響時間（s）；

V—房間容積（m3）；

S—室內(nèi)總表面積（m2）；

m—空氣中聲衰減系數(shù)（m-1）。

2、直達(dá)聲：自聲源未經(jīng)反射直接傳到接收點的聲音。

3、混響聲：房間內(nèi)在穩(wěn)態(tài)時所有一次和多次反射聲相加的結(jié)果。

4、早期反射聲：在房間內(nèi)可與直達(dá)聲共同產(chǎn)生所需音質(zhì)效果的各反射聲。一般是指延遲50ms 以內(nèi)的反射聲。

5、A 計權(quán)聲級：A 計權(quán)聲級，簡稱A聲級，記作dB A。由于它與人們的主觀評價有較佳的相關(guān)性，因此被廣泛采用作為噪聲單值評價指標(biāo)。

三 空間聲環(huán)境設(shè)計

歌劇院聲學(xué)設(shè)計

劇院的類型很多，有歌劇院（西洋歌劇、新歌?。?、地方戲劇院（如京劇院）、話劇院等。它們都有單獨的舞臺空間，以鏡框式臺口與觀眾廳相連，一般還有樂池。

歌劇院（見圖2、圖3）的聲學(xué)設(shè)計要解決演唱和樂隊演奏時聲音的豐滿度和唱詞的清晰兩方面的問題。歌劇院演出時不用擴聲，但由于劇情需要，有時會需要播放一些效果聲，同時演出前后需要播放音樂和通知等，因此歌劇院中仍需設(shè)置較完善的電聲系統(tǒng)。同音樂廳一樣，歌劇院規(guī)模也不宜過大，以2000 座以內(nèi)為宜。建議歌劇院每座容積可采用5-6m3/座，體積宜控制在12000m3以內(nèi)。

圖2 歌劇院

圖3 歌劇院

歌劇院觀眾廳的體形，應(yīng)根據(jù)容量大小分別進(jìn)行考慮：大容量觀眾廳的傳統(tǒng)形式是馬蹄形平面和柱廊式多層包廂。歌劇院的容量比較大時，采用多層包廂并圍繞著舞臺，按馬蹄形布置座位，不僅視距短、視覺好，同時，又可以大大縮短后排聽眾至舞臺的距離，從而獲得較強的直達(dá)聲，使聲場分布均勻。對于小容量的歌劇院，應(yīng)該采用較為簡單的體形，如矩形、鐘形或側(cè)墻傾角較小的扇形平面，再通過設(shè)置跌落包廂、擴散結(jié)構(gòu)獲得良好的聲擴散。

針對觀眾區(qū)容易出現(xiàn)的掠射吸收現(xiàn)象，必須重視觀眾席的起坡度尺寸設(shè)置。一般情況下，池座前后排高差不小于8cm，樓座前后排高差不小于10cm。如果出于功能需求，觀眾席必須是水平的，可考慮抬高聲源位置減少掠射吸收，并利用反射面給后排提供前次反射聲，彌補后排聲壓級的不足；或做成可升降地面。

歌劇院觀眾廳要考慮音樂和唱詞的豐滿度，同時又要求唱詞有足夠的清晰度。建議歌劇院的混響時間，可取1.2-1.5s。歌劇院設(shè)計時，應(yīng)注意對其可能產(chǎn)生回聲的后墻部位作少量強吸聲或擴散處理，以免對舞臺上的演員形成回聲干擾。同時，整個觀眾廳應(yīng)注意取得良好的聲擴散效果。歌劇院的背景噪聲級同樣要求很低，可采用NR-20 的標(biāo)準(zhǔn)。

樂池的聲學(xué)特性也必須注意：一是要保持樂池內(nèi)各聲部聲音的平衡；二是不使觀眾廳內(nèi)聽到的樂池中的伴奏聲壓倒舞臺上的演員聲。這要求樂池的開口與進(jìn)深保持適當(dāng)?shù)谋壤?，樂池上部的天花有適當(dāng)?shù)男螤钆c傾角，樂池上方的臺口頂部設(shè)置反射面，使樂池內(nèi)的聲音傳至后座聽眾。

四 聲學(xué)材料介紹

材料名稱：AGG聚砂無縫吸聲系統(tǒng)

AGG 聚砂無縫吸聲系統(tǒng)(見圖4)表面的AGG 聚砂涂層形成的是一種亞光的二氧化硅顆粒表面，閃亮如晶，潤澤如玉。與時尚的內(nèi)裝設(shè)計相互呼應(yīng)。從晶瑩剔透的色澤到色彩、紋理、質(zhì)感的最富有想象力的創(chuàng)新，都顯示了AGG 聚砂無縫吸聲系統(tǒng)的高貴和典雅。產(chǎn)品問世以來廣受建筑工程師、聲學(xué)設(shè)計師及業(yè)主的青睞與推崇，是時下流行于歐美等發(fā)達(dá)國家的新型高端吸聲材料。產(chǎn)品造型多樣，可以做成各種異型的吸音吊頂/墻面可以安裝成曲面、弧形等形狀。由于系統(tǒng)的熱膨脹系數(shù)僅為2.0×10-6/℃，在正常的室溫變化下幾乎沒有溫度變形。這就意味著在高達(dá)500m2的空間無需設(shè)置伸縮縫，圓形、拱形和圓頂?shù)仍O(shè)計都可以實現(xiàn)，幾乎無限的設(shè)計方案。

表2 AGG聚砂無縫吸聲系統(tǒng)主要物理性能

圖4 AGG 聚砂吸聲板

圖5 AGG 聚砂安裝

材料詳情：AGG 聚砂無縫吸聲系統(tǒng)是由吸聲基層和面層材料組成，AGG 系統(tǒng)具有吸聲、防火、環(huán)保、不開裂、色彩款式繁多的特性（見表2）。吸聲基層有天然沙漠砂板、強化玻纖吸聲板和縫紉纖維吸聲板三種，天然沙漠砂吸聲板基層采用AGG聚合技術(shù)將無機二氧化硅改性材料為聚合劑，將天然砂砂粒與砂粒接觸處像焊在一起一樣聚合粘連，通過高溫高壓模壓成形；強化玻纖吸聲基層板采用熱壓技術(shù)熱壓成型，基板強度高，吸聲性能好，環(huán)保且防火性能優(yōu)越，強化玻纖吸聲板密度范圍80-300kg/m3；縫紉纖維吸聲基層利用縫紉技術(shù)對玻璃纖維板進(jìn)行編織成型，基板抗拉強度和抗折強度高，吸聲性能好，可滿足任意造型。表面涂裝AGG 聚砂涂層達(dá)到無縫吸聲效果。

材料特點：聲學(xué)性能NRC ≥0.90（見表3），高、中、低頻率吸聲特性的可調(diào)節(jié)；結(jié)合空腔使用吸聲性能優(yōu)越；平板工藝，易造型；具有優(yōu)異的保溫性、環(huán)保性、耐潮濕、耐高溫、抗變形；符合中國建筑材料防火檢測中心A 級不燃標(biāo)準(zhǔn)，E1 級環(huán)保等級。適用于會議中心、報告廳、文體中心、游泳館、工業(yè)廠房等公共場所建筑空間墻面與天花使用，裝飾效果佳，耐候性強。

常 用 厚 度：8mm、15mm、20mm、25mm、50mm 厚，常規(guī)尺寸為600mm×1200mm。

安裝工藝有4 個步驟（見圖5）：

1、采用螺釘將AGG 吸聲基層板固定在龍骨或者石膏板之上。

2、滿鋪網(wǎng)格布進(jìn)行防開裂處理。

3、AGG 聚砂涂層滿刮找平。

4、AGG 聚砂涂層進(jìn)行面層工藝處理。

AGG聚砂吸聲板吸聲系數(shù)和吸聲特性曲線（見表3、 表4）

檢測報告試件規(guī)格：8mm AGG 聚砂吸聲板（容重300kg/m3）+2mmAGG 聚砂涂層+50mm 玻璃棉（容重32Kg/m3，外包玻璃絲布）+100mm 空腔。（報告包含邊緣效應(yīng)）

表4 AGG聚砂吸聲板吸聲系數(shù)和吸聲特性曲線

圖6 聲學(xué)施工節(jié)點1

五 常用室內(nèi)裝飾聲學(xué)施工節(jié)點

圖6 節(jié)點說明：此節(jié)點為無縫吸聲天花常規(guī)構(gòu)造，底板使用聚砂吸聲基板，使用自攻螺絲直接固定在吊頂龍骨之上，龍骨間距300＊600，頂上部分空間全部為吸聲空腔，最大限度提升AGG 無縫吸聲材料的聲學(xué)性能，這種構(gòu)造是最常見的無縫吸聲構(gòu)造，適合于大型廳堂和大空間天花和墻面吸聲裝飾工程。

圖7 節(jié)點說明：此節(jié)點為無縫吸聲天花構(gòu)造，底板使用9.5mm 厚穿孔石膏板（石膏板孔徑3mm，穿孔率15%），使用自攻螺絲釘直接固定在吊頂龍骨之上，龍骨間距按照石膏板吊頂安裝即可。石膏板背后建議放置50mm 厚32K 玻璃棉輔助吸聲，石膏板表面貼附防火玻纖透聲布，再進(jìn)行AGG 聚砂涂層噴涂，石膏板后空間全部為吸聲空腔，能最大限度提升吸聲材料的性能，降噪系數(shù)NRC ≥0.70。此吸聲構(gòu)造性價比較高，適合改造翻新項目施工。

圖7 聲學(xué)施工節(jié)點2