求真音樂廳建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)

王海玲

(中國(guó)電建集團(tuán)裝備研究院有限公司，上海 200233）

1 項(xiàng)目概況

2020年建成的求真音樂廳，是江西南昌某高校內(nèi)供師生使用的專業(yè)音樂廳。求真音樂廳總體建筑共計(jì)3層，主要建筑空間由1層的錄音棚、排練廳和2~3層的音樂廳組成。筆者團(tuán)隊(duì)在接到聲學(xué)設(shè)計(jì)任務(wù)后，分別從建筑布局與建筑體型調(diào)整優(yōu)化、室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)與噪聲控制等方面對(duì)其中的音樂廳進(jìn)行專項(xiàng)建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)，建成后的音樂廳各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)均達(dá)到理想效果。本文僅對(duì)音樂廳部分的建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要介紹（圖1~圖2）。

圖1 音樂廳竣工圖-1

圖2 音樂廳竣工圖-2

音樂廳位于建筑2~3層，建筑平面呈近似鞋盒形，舞臺(tái)設(shè)于盡端，廳內(nèi)最大長(zhǎng)度29.2 m，最大寬度16 m，水平投影面積約393 m2，裝飾吊頂以下平均高度為8.3 m，廳內(nèi)有效容積約3 256 m3。廳內(nèi)共有座位數(shù)284座，每座容積11.5 m3/座。音樂廳的主要功能為室內(nèi)樂演出及排練，兼顧部分文娛演出與音樂講座使用功能。

2 建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

音樂廳的演出方式以自然聲演出為主，極少使用電聲擴(kuò)聲。因此，在設(shè)計(jì)指標(biāo)的制定上，以實(shí)現(xiàn)充足早期反射聲、營(yíng)造良好空間感為主要目標(biāo)。根據(jù)使用功能，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，確定的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)[1-2]如下。

（1）中頻滿場(chǎng)混響時(shí)間：RTmid=1.7 s±0.1 s，頻率特性要求基本平直，允許低頻段適當(dāng)提升。

（2）音樂明晰度：C80為-3 dB～3 dB。

（3）低音比：BR為1.0～1.3。

（4）聲場(chǎng)不均勻度：△LP=±3 dB。

（5）本底噪聲：NR-25噪聲評(píng)價(jià)曲線要求。

2.2 設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)方案的制定，主要從建筑布局與體型優(yōu)化、室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)與背景噪聲控制三方面進(jìn)行。

2.2.1 建筑布局與體型優(yōu)化

在建筑布局方面，充分考慮功能使用需求及輔助空間配套，將琴房設(shè)置于舞臺(tái)區(qū)后方，并設(shè)置暗門，避免通道內(nèi)存在高差而引起運(yùn)輸困難，對(duì)鋼琴運(yùn)送通道路線給出優(yōu)化建議。通過改變機(jī)電設(shè)備用房開門方向，以及巧妙利用建筑空間增設(shè)聲閘構(gòu)造等方式，將門廳、設(shè)備機(jī)房等高噪聲空間與音樂廳進(jìn)行有效分離，做到“動(dòng)靜分離”。

建筑體型優(yōu)化方面，在空間建筑布局已定的情況下，通過裝飾手段優(yōu)化建筑體型，為觀眾席提供充足的早期反射聲。

眾所周知，音樂廳容積是影響音樂廳音質(zhì)的重要因素，世界三大著名音樂廳的空間容積與每座容積分別為：維也納金色大廳有效容積15 000 m3，可容納聽眾1 680座，每座容積8.9 m3/座；阿姆斯特丹音樂廳有效容積18 773 m3，可容納聽眾1 560座，每座容積8.5 m3/座；波士頓音樂廳有效容積18 740 m3，可容納聽眾2 631座，每座容積7.1 m3/座。

本項(xiàng)目建筑規(guī)模較小，從可行之處采取措施，有效增大建筑空間容積：觀眾廳地面采用座椅錯(cuò)排、各排升高的方式設(shè)計(jì)。在劇場(chǎng)內(nèi)，視線的無遮擋設(shè)計(jì)要求后一排觀眾視線穿過前排緊鄰觀眾的頭頂，根據(jù)JGJ57-2016《劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》，視線超高值不得低于0.12 m。因此，若采用座椅錯(cuò)排的布置方式，觀眾席臺(tái)階的升起高度就可以為隔排升起高度不小于0.12 m。即通過座椅錯(cuò)排的方式，有效減小臺(tái)階升起高度，進(jìn)而增大建筑空間有效容積。本項(xiàng)目原始相鄰臺(tái)階升起高度為0.19 m～0.41 m，采取座椅錯(cuò)排方式后，臺(tái)階升起高度減小為0.12 m～0.30 m，相較于原始建筑體型，音樂廳增大有效容積約156 m3。

2.2.2 音質(zhì)設(shè)計(jì)

音樂廳音質(zhì)設(shè)計(jì)方面，以提供早期反射聲、增強(qiáng)聲擴(kuò)散為主。早期反射聲設(shè)計(jì)主要通過墻面和頂面的造型加以實(shí)現(xiàn)：頂部在考慮面光燈功能使用要求前提下，對(duì)剖面造型給出聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)（圖3）；墻面裝飾造型優(yōu)化以避免舞臺(tái)區(qū)聲能浪費(fèi)、將舞臺(tái)區(qū)演出聲均勻反射至觀眾席為設(shè)計(jì)原則（圖4）。結(jié)合項(xiàng)目體型特點(diǎn)與裝飾效果需求，設(shè)計(jì)出大、中、小三種尺度的擴(kuò)散造型：大尺度造型對(duì)應(yīng)尺寸為8 m～12 m，主要應(yīng)用位置為吊頂?shù)那皡^(qū)與后區(qū)、墻面舞臺(tái)區(qū)（3 m以下高度）；中尺度造型對(duì)應(yīng)尺寸為3 m～5 m，主要應(yīng)用位置為吊頂中區(qū)、墻面區(qū)域（廳內(nèi)3 m以上高度墻面與觀眾席3 m以下高度墻面）；小尺度造型對(duì)應(yīng)尺寸為30 mm～80 mm，主要應(yīng)用位置為廳內(nèi)3 m以下高度位置墻面。

圖3 頂面聲線分析圖

圖4 側(cè)墻面聲線分析圖

觀眾席墻面擴(kuò)散造型設(shè)計(jì)如圖5所示，距離地面3 m以下高度為中尺度與小尺度復(fù)合型擴(kuò)散構(gòu)造，距離地面3 m以上高度墻面為交錯(cuò)異形構(gòu)造。

圖5 墻面擴(kuò)散造型設(shè)計(jì)處理

混響時(shí)間控制方面，除座椅外不做額外吸聲，為保證觀眾舒適度，座椅選用劇院專用軟座椅。同時(shí)考慮聲學(xué)性能效果、裝飾造型等因素，廳內(nèi)擴(kuò)散造型材質(zhì)采用30 mm厚GRG。此外，為有效控制廳內(nèi)木地板低頻吸聲，同時(shí)避免腳踏時(shí)較大聲響，在木地板龍骨內(nèi)滿填陶粒。但是，在施工后期，受造價(jià)限制及施工條件影響，部分GRG被簡(jiǎn)單雙層石膏板取代，使得廳內(nèi)低頻吸聲過量，低音比稍低。

2.2.3 噪聲控制

噪聲控制設(shè)計(jì)，從外界噪聲隔離與室內(nèi)噪聲控制兩方面展開。

外界噪聲隔離從橫向和縱向兩個(gè)方面展開。橫向是指水平方向（同樓層）內(nèi)建筑隔聲，主要措施是通過創(chuàng)設(shè)聲閘構(gòu)造，將音樂廳與高噪聲空間（門廳、設(shè)備機(jī)房等）進(jìn)行有效隔離?？v向主要為垂直方向建筑隔聲，本項(xiàng)目位于建筑2～3層，上方無建筑空間，為建筑坡頂，且無機(jī)電設(shè)備等高噪聲源，樓板采用100 mm厚鋼筋混凝土構(gòu)造，已基本滿足隔聲需求。值得一提的是，為避免1層的錄音棚、排練廳與音樂廳之間產(chǎn)生噪聲相互干擾，特采取以下措施。

（1）建筑布局上，將錄音棚與音樂廳在垂直面建筑布局上錯(cuò)開，將對(duì)噪聲要求較低的排練廳、錄音棚控制室與音樂廳進(jìn)行上下相鄰布置。

（2）出于結(jié)構(gòu)荷載要求與成本控制考慮，音樂廳與排練廳之間建筑樓板選用100 mm厚鋼筋混凝土樓板，音樂廳坐席區(qū)由于座椅下送風(fēng)設(shè)計(jì)，在樓板開設(shè)了諸多送風(fēng)口，隔聲能力大大下降，故在此區(qū)域設(shè)計(jì)成消聲靜壓箱，靜壓箱底部采用隔聲吸聲復(fù)合構(gòu)造。排練廳和錄音棚控制室內(nèi)部均做獨(dú)立裝飾吊頂，根據(jù)兩個(gè)空間不同的效果需求，采取特殊設(shè)計(jì)。錄音棚控制室背景噪聲及音質(zhì)設(shè)計(jì)要求較高，采用隔聲構(gòu)造封閉吊頂，并結(jié)合裝飾效果要求做擴(kuò)散造型設(shè)計(jì)；排練廳內(nèi)背景噪聲要求較低，且音樂廳有重要演出功能時(shí)，一般不會(huì)安排使用排練廳，故以廳內(nèi)音質(zhì)控制為主，采用吸聲吊頂。

項(xiàng)目施工完成后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其隔聲量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，音樂廳內(nèi)噪聲級(jí)達(dá)到90 dB（A）時(shí)，錄音棚控制室內(nèi)背景噪聲依然符合NR-25噪聲評(píng)價(jià)曲線要求；音樂廳與排練廳之間聲壓級(jí)差達(dá)到50 dB（A），基本達(dá)到隔聲設(shè)計(jì)要求。

室內(nèi)噪聲控制主要包括以下兩項(xiàng)。

（1）暖通機(jī)電設(shè)備噪聲是廳內(nèi)主要噪聲源，主要控制方法為：機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備噪聲振動(dòng)與控制隔離——送回風(fēng)管走向優(yōu)化與合理消聲設(shè)計(jì)——管道隔聲封堵措施——風(fēng)口風(fēng)速控制與風(fēng)口形式設(shè)計(jì)選型。

（2）其它設(shè)備噪聲控制，主要有燈光設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等，此類設(shè)備噪聲主要集中在高頻段，是設(shè)計(jì)極易忽略的噪聲控制點(diǎn)，在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)引起足夠重視。

3 聲學(xué)模擬與主觀預(yù)評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證聲學(xué)設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性，對(duì)音樂廳進(jìn)行三維建模與音質(zhì)模擬（圖6），通過仿真計(jì)算，預(yù)測(cè)廳內(nèi)各項(xiàng)音質(zhì)指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求。此外，為進(jìn)一步將音質(zhì)指標(biāo)“可聽化”，在設(shè)計(jì)過程中，將仿真計(jì)算得到的脈沖響應(yīng)與消聲室內(nèi)錄制得到的音頻信號(hào)進(jìn)行卷積，預(yù)制音樂廳建成后的音頻信號(hào)，然后借助多聲道還聲系統(tǒng)建立“虛擬聲場(chǎng)”，讓聽者在音樂廳建成之前切身感受其音質(zhì)效果。本項(xiàng)目利用的是8.1通道還聲系統(tǒng)，可基本正確反映直達(dá)聲與早期反射聲的方位。

圖6 ODEON模擬聲學(xué)模型

模擬計(jì)算結(jié)果表明，音樂廳中頻（500 Hz~1 kHz）滿場(chǎng)混響時(shí)間約為1.7 s，音樂明晰度為-1 dB~2 dB，均在設(shè)計(jì)范圍要求內(nèi)。廳內(nèi)音質(zhì)主觀預(yù)評(píng)價(jià)方面，除設(shè)計(jì)人員外，邀請(qǐng)業(yè)主、使用方與第三方人員對(duì)音樂廳音質(zhì)效果進(jìn)行主觀預(yù)評(píng)價(jià)，結(jié)果良好。

4 竣工驗(yàn)收檢測(cè)

音樂廳竣工后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)音樂廳進(jìn)行聲學(xué)檢測(cè)[3]（空?qǐng)鰻顟B(tài)）。廳內(nèi)主要音質(zhì)指標(biāo)測(cè)量結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1可以看出，音樂廳主要音質(zhì)參量：空?qǐng)鲋蓄l混響時(shí)間RT=1.9 s，早期雙耳聽覺互相關(guān)系數(shù)IACCE,3=0.24，低音比BR=1.0，音樂明晰度C80=-0.7 dB，說明廳內(nèi)音樂明晰，有較好的空間感與環(huán)繞感。對(duì)比國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀音樂廳[4]的主要音質(zhì)指標(biāo)，也有較好的一致性。

表1 觀眾席音質(zhì)參量檢測(cè)結(jié)果

背景噪聲方面，在空調(diào)關(guān)閉狀態(tài)下，廳內(nèi)背景噪聲符合NR-20噪聲評(píng)價(jià)曲線要求，空調(diào)系統(tǒng)開啟狀態(tài)下，廳內(nèi)背景噪聲符合NR-25噪聲評(píng)價(jià)曲線要求，均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

舞臺(tái)區(qū)主要音質(zhì)指標(biāo)測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 舞臺(tái)區(qū)音質(zhì)參量檢測(cè)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

通過采用各種專業(yè)技術(shù)手段，對(duì)音樂廳做出合理聲學(xué)設(shè)計(jì)，得到業(yè)主方和使用方的一致認(rèn)可。期待學(xué)生們能在此獲得良好的觀感體驗(yàn)，創(chuàng)作出更好的音樂作品。

致謝：本項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)由筆者與同濟(jì)大學(xué)劉海生老師、上海市聲學(xué)學(xué)會(huì)王東老師、江西中盛音樂國(guó)際文化傳媒有限公司謝郁游老師、上海英波聲學(xué)工程技術(shù)股份有限公司高衛(wèi)明工程師共同完成，在此表示感謝。