基于觀眾廳典型照明方式下的空間亮度調(diào)研分析

葛文靜，徐 風(fēng),2，周 峻，楊 秀

(1.同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司，上海 200092；2.同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海 200092)

引言

觀演建筑是一個時代文化精神的藝術(shù)殿堂，間接反映建筑的技術(shù)水平。最早的觀演建筑多為露天廣場，出現(xiàn)于古希臘，利用山勢的自然退落建造而成[1,2]。中國近代觀演建筑的建造多是模仿西方劇場的建設(shè)形制，改革開放后，觀演建筑拉開建設(shè)的高潮，20世紀(jì)末到21世紀(jì)初是劇場建設(shè)的高潮時期[3-5]。據(jù)統(tǒng)計，我國演出市場總體經(jīng)濟呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的趨勢，預(yù)測2023 年將達到652 億元[6]。

觀眾廳是觀演建筑的核心功能空間[7,8]，其行為活動圍繞“觀”與“演”展開，均依靠高品質(zhì)的光環(huán)境來實現(xiàn)。觀眾廳有不同的照明模式，包括演出模式、會議模式、進場/退場模式、清潔模式等[9-11]，目前不同國家對于觀眾廳的照度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值存有較大差異，國內(nèi)《民用建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ133-90)對劇院觀眾廳的0.75 m 水平面處分別設(shè)定低(50 lx)、中(75 lx)、高(100 lx)[12]三個標(biāo)度，《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)對劇院觀眾廳的0.75 m 水平面處照度設(shè)計標(biāo)定值為150 lx[13]。北美照明學(xué)會《The Lighting Handbook》中規(guī)定觀眾席區(qū)與走道區(qū)進散場模式下地面水平照度需滿足100 lx(25～65歲)[14]，演出模式下水平地面照度需滿足2 lx(25～65歲)。對于視覺要求較高的觀眾廳，僅通過提高照度來提升空間明亮程度將不可避免地造成能耗的增加[15]。越來越多追求舒適、健康的照明設(shè)計和研究開始關(guān)注空間視亮度(spatial brightness perception)，即人們對空間光環(huán)境明亮程度的主觀感受[16]。

觀演建筑按演出方式與內(nèi)容分為音樂廳、歌劇院、戲劇院、實驗劇場、演藝中心、中國戲臺等類型[17,18]，音樂廳的表演形式多樣，且受眾群體更廣泛。本團隊在基于“基于視亮度的觀演建筑室內(nèi)照明設(shè)計研究”課題的研究基礎(chǔ)上，選擇音樂廳作為調(diào)研主體，針對上海東方藝術(shù)中心與上海交響音樂廳的觀眾廳進行了光環(huán)境的深度調(diào)查與對比分析，實測了不同照明方式下天花、墻面、地面的照度與亮度關(guān)系，探索了不同照明方式、不同空間界面亮度比例對觀眾可能產(chǎn)生的視覺的影響。

1 觀眾廳的照明方式分類

經(jīng)過對國內(nèi)外著名音樂廳的觀眾廳進行匯總調(diào)研和總結(jié)，照明方式可分為以直接照明為主、以間接照明為主，以及直接間接相結(jié)合三種。早期建設(shè)的觀眾廳一般以直接照明為主，突出座池和舞臺空間，從而使觀眾的視線聚焦于座池與舞臺空間。近年來間接照明方式開始被廣泛應(yīng)用，上海交響樂團音樂廳的觀眾廳即是采用間接照明的典型代表，并為觀眾塑造了較好的光環(huán)境體驗。不同的照明方式不僅滿足觀眾區(qū)進散場與演出模式下的地面功能照明，同時凸顯出觀眾廳室內(nèi)特有裝潢風(fēng)格或特色構(gòu)件，如空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件、聲音反射板、特色吸聲材料等。

1.1 以直接照明為主的照明方式

在調(diào)研的國內(nèi)外著名音樂廳中，華特迪士尼音樂廳、易北愛樂音樂廳、冰島Harpa音樂廳、上海東方藝術(shù)中心等音樂廳的觀眾廳是以直接照明為主。以華特·迪士尼音樂廳為例，該建筑坐落在美國洛杉磯，是由建筑師法蘭克·蓋里設(shè)計，其音樂主廳平面形制為山地葡萄園式，可容納2265席；主廳天花運用波浪形線條設(shè)計，配合暖黃色的木質(zhì)裝潢為觀眾營造一個華麗的環(huán)形音樂殿堂；主廳內(nèi)無包廂空間設(shè)計，觀眾席位呈階梯環(huán)形式，且不同的席位位置均能滿足無視線遮擋的要求。室內(nèi)設(shè)計亮點是舞臺背后的巨型落地窗與舞臺后的管風(fēng)琴，落地窗日間為主廳提供自然采光，管風(fēng)琴夜間配合演出用彩色光點綴為主廳增添別樣光環(huán)境。主廳進散場照明模式主要依靠舞臺上方弧形天花以及觀眾區(qū)天花嵌入筒燈為觀眾席提供直接的下照功能照明(圖1、圖2)，演出模式時僅開啟舞臺上方的各種舞臺燈光，此外該音樂廳配合落地天窗與管風(fēng)琴構(gòu)件，在恰當(dāng)?shù)难莩瞿Ｊ綍r加入彩色光進行點綴(圖3)，使演出空間光環(huán)境色彩更生動，光色環(huán)境更豐富。

圖1 進散場模式-主廳(來源網(wǎng)絡(luò))Fig.1 Entry and exit mode-main hall

圖2 進散場模式-天花(來源網(wǎng)絡(luò))Fig.2 Entry and exit mode-ceiling

圖3 演出模式-主廳(來源網(wǎng)絡(luò))Fig.3 Performance mode-main hall

1.2 以間接照明為主的照明方式

經(jīng)調(diào)研和分析，法國巴黎愛樂音樂廳、波蘭什切青愛樂音樂廳、葡萄牙波爾圖音樂廳、中國愛樂音樂廳、上海交響樂團音樂廳等建筑的觀眾廳均采用以間接照明為主的照明方式。以法國巴黎愛樂音樂廳為例，該建筑是由建筑師讓努維爾(Jean Nouvel)設(shè)計，音樂主廳平面形制同華特迪士尼音樂廳，為山地葡萄園式，可容納2400席；天花是室內(nèi)設(shè)計與聲學(xué)設(shè)計的亮點，由懸臂式外伸露臺與“浮云”吊頂組成；觀眾席位被設(shè)計成環(huán)形并圍繞主廳中央的舞臺，觀眾與舞臺的最遠(yuǎn)距離不超過32 m，增強了表演者與觀眾的親切感；觀眾廳內(nèi)的照明主要以設(shè)置在“浮云”背后的間接照明方式為主(圖4、圖5)，依靠反射板背后的投光燈進行二次反射后，為觀眾席提供功能與環(huán)境照明；演出模式時以開啟舞臺上部的舞臺燈光為主(圖6)。

圖4 進散場模式-主廳(來源網(wǎng)絡(luò))Fig.4 Entry and exit mode-main hall

圖5 進散場模式-天花(來源網(wǎng)絡(luò))Fig.5 Entry and exit mode-ceiling

圖6 演出模式-主廳(來源網(wǎng)絡(luò))Fig.6 Performance mode-main hall

1.3 直接與間接照明相結(jié)合的照明方式

經(jīng)調(diào)研與分析，圣安東尼奧托賓藝術(shù)表演中心、香港戲曲中心(Revery Architecture + RLP)、中國愛樂音樂廳、蓋達爾·阿利耶夫(Heydar Aliyev)中心、荷蘭阿姆斯特丹音樂廳、塞納河音樂廳(La Seine Musicale)、哥本哈根音樂廳(DR Koncerthuset)等建筑的觀眾廳均采用直接與間接照明相結(jié)合的方式。以圣安東尼奧托賓藝術(shù)表演中心為例，該擴建項目包含圣安東尼奧城市的多方面文化特征，立面照明與室內(nèi)表演廳從城市色彩、圖案、慶典文化汲取色彩要素來源并在室內(nèi)光色呈現(xiàn)中進行演繹實現(xiàn)。觀演廳平面形制為鞋盒式，可容納1768席。主廳室內(nèi)設(shè)計亮點是半透明彩色繪畫欄板，借助不同照明方式與不同彩色光以營造不同演出模式下的光色環(huán)境，欄板包括線型燈(背側(cè)欄板隱藏)與投光燈(外側(cè)間接照明)兩種間接照明方式。進散場與演出模式均采用直接與間接照明相結(jié)合的照明方式，進散場模式(圖7、圖8)包括天花筒燈下照、欄板與墻面的間接照明三種照明方式；演出模式(圖9)包括舞臺照明以及欄板背側(cè)隱藏線型燈相結(jié)合的照明方式。

圖7 進散場模式-天花(來源網(wǎng)絡(luò))Fig.7 Entry and exit mode-ceiling

圖8 進散場模式-觀眾席(來源網(wǎng)絡(luò))Fig.8 Entry and exit mode-auditorium

圖9 演出模式-主廳(來源網(wǎng)絡(luò))Fig.9 Performance mode-main hall

2 以直接照明為主的觀眾廳照明調(diào)研分析——以東方藝術(shù)中心為例

2.1 東方藝術(shù)中心觀眾廳概況

該觀眾廳可滿足合唱團、交響樂團、音樂獨奏等演出要求，席位為1953座。觀眾廳平面形制為橢圓形，建筑墻體由八個魚形的鋼筋混凝土筒體圍合而成，空間呈現(xiàn)前高后低的變化趨勢。側(cè)墻面上分布34塊橢圓形透明玻璃材質(zhì)的側(cè)向定向聲音反射板，表面處理成毛面，以避免二次反射光線對演員和觀眾視覺造成眩光影響。觀眾廳墻面主色調(diào)為赭石色，從低處到高處呈現(xiàn)出暖紅色到黃色的變化。在光的呈現(xiàn)下，舞臺燈光強化舞臺峽谷般的空間位置，天花筒燈表現(xiàn)暗色山丘狀般的觀眾席位空間位置[19]。天花筒燈(圖10)滿足觀眾進散場時的地面功能照明，墻角投光燈作為補充照明滿足散場時的功能照明，舞臺上側(cè)的舞臺投光燈(圖11)根據(jù)演出內(nèi)容和形式進行變化調(diào)整。

圖10 進散場模式—觀眾廳Fig.10 Entry and exit mode-auditorium

圖11 演出模式-觀眾廳Fig.11 Performance mode-auditorium

2.2 照明方式分析

觀眾廳燈具包括天花下照筒燈、側(cè)壁投光燈、舞臺投光燈三種燈具類型，是典型的直接下照的功能照明方式。進場散場模式與演出模式的燈具開啟方式如下：1)進散場模式(圖12)開啟天花下照筒燈與側(cè)壁投光燈，為觀眾提供進場與散場時直接下照的功能照明；2)演出模式(圖13)僅開啟舞臺投光燈，觀眾視線集聚在舞臺區(qū)域。

圖12 進散場模式—觀眾廳剖面示意Fig.12 Entry and exit mode-section of auditorium

2.3 光度數(shù)據(jù)實測

2.3.1 照度數(shù)據(jù)實測

東方藝術(shù)中心觀眾廳的測試關(guān)鍵點位如圖14所示，測量模式包括進散場模式和演出模式，測量高度為觀眾區(qū)域的地面0.75 m高度，測量內(nèi)容包括照度、相關(guān)色溫、CRI、R9。

圖13 演出模式—觀眾廳剖面示意Fig.13 Performance mode-section of auditorium

圖14 東方藝術(shù)中心觀眾廳測量點位置示意Fig.14 Location of measuring points in the auditorium of Oriental Art Center

照度分布解析(表1)：四個測量點的照度測量值存有差異，這可能與不同區(qū)域地面對應(yīng)的燈具安裝高度不同相關(guān)，燈具安裝高度較低的位置測量點④的照度明顯高于其余測量點的照度；觀眾廳多點測量的距離地面0.75 m高度處平均照度約96 lx，根據(jù)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)對劇院觀眾廳的0.75 m 水平面處照度設(shè)計標(biāo)定值為150 lx的標(biāo)準(zhǔn)，明顯低于現(xiàn)行規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)值。演出模式下的地面照度幾乎為0，演出期間暫時離場的觀眾需由工作人員的引導(dǎo)。

表1 觀眾廳光度數(shù)據(jù)測量結(jié)果

2.3.2 空間亮度數(shù)據(jù)

亮度是指反射到人眼中單位投影面積上的發(fā)光強度，與不同空間界面的粗糙度、材料屬性、色彩明度、反射率密切相關(guān)[20]。當(dāng)觀眾在觀眾大廳中時，視覺捕獲的并不是某一界面的明暗變化，而是不同界面組合而成的空間亮度?？臻g亮度受天花、墻面、地面的平均亮度的影響，并對觀眾視覺帶來不同的視覺觀感與明暗體驗。以下表格中的亮度數(shù)據(jù)對于觀眾廳進散場與演出兩種模式下的天花、墻面、地面的亮度，包括扣除光源的平均亮度、以及未扣除光源的平均亮度進行了實測與分析。

表2 觀眾廳空間亮度數(shù)據(jù)測量及匯總

平均亮度(扣除光源，見圖15；未扣除光源，見圖16)解析：1)扣除光源表面較大亮度后，進散場時的天花(2.534 cd/m2)、墻面(2.204 cd/m2)、地面(2.572 cd/m2)比例接近1∶1∶1，該空間亮度分布下，空間界面明暗差異不大，觀眾雖能較為清楚地看到空間界面，但不能對空間界面有較為明顯的亮度差異感知；2)未扣除光源時，進散場時的天花(7.169 cd/m2)、墻面(2.204 cd/m2)、觀眾席地面(2.572 cd/m2)的平均亮度數(shù)值比例接近3∶1∶1，由于計算光源亮度，使得天花平均亮度較高，并暗示了燈具安裝位置；3)演出模式下，扣除光源亮度后的天花、墻面、地面的平均亮度與未扣除光源平均亮度幾乎相同，天花、墻面、地面的平均亮度分別為0.323 4 cd/m2、0.3804 cd/m2、6.774 cd/m2，比例接近1∶1∶17，觀眾視覺比較容易集中于舞臺附近，而長時間呆在明暗差異較大的觀眾廳容易造成視覺疲勞。

圖15 扣除光源亮度時的空間界面亮度Fig.15 Brightness of spatial interface deducting light source

圖16 未扣除光源亮度時的空間界面亮度Fig.16 Brightness of spatial interface without deducting light source

3 以間接照明為主的觀眾廳照明調(diào)研分析——以上海交響樂團音樂廳為例

3.1 上海交響樂團觀眾廳概況

上海交響樂團音樂廳平面采用葡萄園式平面布局，可使觀眾在觀看演出時較好地感受到飽滿充實的聲量感、親臨現(xiàn)場的視覺感、柔和豐富的音域感；內(nèi)部采用竹編敷面的反射板和用北海道柏木制成的舞臺地板。觀眾廳廳內(nèi)的照明燈具類型包括反聲板后隱藏?zé)魩А?cè)墻與天花的反聲板暗藏投光燈、天花下照舞臺燈三種類型(圖17、圖18)。在進散場模式下，該觀眾廳是典型的間接照明方式。

圖17 進散場模式—觀眾廳Fig.17 Entry and exit mode-auditorium

圖18 演出模式—觀眾廳Fig.18 Performance mode-auditorium

3.2 照明方式分析

觀眾廳的三種主要的類型燈具實現(xiàn)了間接照明的效果。進散場與演出模式時的燈具開啟方式如下：1)進散場模式時(圖19)空間內(nèi)反聲板背后以及地面的隱藏?zé)魩д樟涟咨珘γ?，并為空間提供均勻的間接反射光；側(cè)墻與天花的反聲板中暗藏在玻璃面板后的投光燈分別照亮了天花和側(cè)墻的表面，充分表達了空間照明的效果；2)演出模式時(圖20)天花下照舞臺燈為表演者提供舞臺照明，觀眾廳后側(cè)沿墻地面的隱藏?zé)魩ПＡ糸_啟，為演出時的觀眾區(qū)提供基礎(chǔ)的補光，低照度的環(huán)境滿足了功能需要和視覺舒適的要求。

圖19 進散場模式—觀眾廳剖面示意Fig.19 Entry and exit mode-section of auditorium

圖20 演出模式—觀眾廳剖面示意Fig.20 Performance mode-section of auditorium

3.3 光度數(shù)據(jù)實測

3.3.1 照度數(shù)據(jù)實測

上交音樂廳觀眾廳的測量位置如圖21所示，測量模式包括進散場模式和演出模式，測量高度為觀眾區(qū)域的地面0.75 m高度，測量內(nèi)容包括照度、相關(guān)色溫、CRI、R9。

圖21 上交音樂廳觀眾廳測量點位置示意Fig.21 Location of measuring points in the auditorium of Shanghai Symphony Hall

照度分布解析(表3)：從采樣數(shù)據(jù)可知，位置1、2、3的平均照度略低于100 lx，而位置4的照度達到191 lx，經(jīng)過對觀眾廳內(nèi)的主要位置的多點照度值測量的評估，其距地面0.75 m高的平均照度接近130 lx左右。根據(jù)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)對劇院觀眾廳的0.75 m 水平面處照度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值為150 lx，略低于規(guī)范要求。但對比IES《The Lighting Handbook》中觀演建筑演出前后觀眾廳-觀眾席照度標(biāo)定50 lx(≤25歲)、100 lx(25～65歲)、200 lx(≥65歲)，基本可以滿足大多數(shù)人的視覺需求。

表3 觀眾廳光度數(shù)據(jù)測量結(jié)果Table 3 Photometric data measurement results of auditorium

3.3.2 空間亮度數(shù)據(jù)

平均亮度解析(扣除光源，見圖22；未扣除光源，見圖23)：1)進散場模式在扣除光源亮度時，天花(10.17 cd/m2)、墻面(19.5 cd/m2)、地面(10.09 cd/m2)的平均亮度比值接近1∶2∶1；2)進散場模式在未扣除光源亮度時，天花(13.84 cd/m2)、墻面(20.31 cd/m2)、地面(10.09 cd/m2)的平均亮度比例接近1.4∶2∶1；3)演出模式在扣除光源亮度時，天花(3.593 cd/m2)、墻面(5.937 cd/m2)、地面(40.91 cd/m2)的平均亮度比值接近1∶1.6∶11；4)演出模式在未扣除光源亮度時，天花(3.763 cd/m2)、墻面(5.937 cd/m2)、地面(40.91 cd/m2)的平均亮度比值接近1∶1.6∶11。

圖22 扣除光源亮度時的空間界面亮度Fig.22 Brightness of spatial interface deducting light source

表4 觀眾廳空間亮度數(shù)據(jù)測量及匯總

圖23 未扣除光源亮度時的空間界面亮度Fig.23 Brightness of spatial interface without deducting light source

4 結(jié)果與討論

通過對觀眾廳照明方式的歸納總結(jié)，以及對東方藝術(shù)中心和上海交響樂團音樂廳的觀眾廳的實地調(diào)研及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出以下結(jié)論：

1)觀眾廳照明方式的分類：通過實地調(diào)研與著名觀演建筑案例的研究發(fā)現(xiàn)：a)觀眾廳的照明方式主要可分為直接照明為主、間接照明為主、以及直接與間接照明相結(jié)合的三種照明方式；b)直接照明燈具的安裝位置一般位于天花或墻面位置，燈具種類以筒燈等直接下照式燈具類型為主；間接照明的安裝位置包括天花、墻面、地面，燈具種類主要以投光燈、隱藏安裝的各類燈具為主，直接與間接照明相結(jié)合的照明方式是兩者的綜合應(yīng)用，光環(huán)境設(shè)計更加復(fù)雜，在具體項目中也較為常見。

2)空間亮度的實測和對比分析

a.照明方式對空間亮度均勻度的影響。不同照明方式使觀眾廳內(nèi)有不同的空間亮度分布，對于直接照明方式，燈具一般安裝在天花，光源承載界面為地面，天花、墻面、地面的亮度均勻度較差；而對于間接照明方式，燈具可安裝在天花、墻面或地面，照明充分利用光線的反射使天花、墻面、地面有較好的亮度均勻度。在進散場模式與未扣除光源亮度情況下，上海交響樂團音樂廳的天花、墻面、地面的平均亮度分別為13.84 cd/m2、20.31 cd/m2、10.09 cd/m2，數(shù)值比例為1.3∶2∶1，東方藝術(shù)中心的天花、墻面、地面的平均亮度分別為7.169 cd/m2、2.204 cd/m2、2.572 cd/m2，數(shù)值比例為3∶1∶1，可以發(fā)現(xiàn)上海交響樂團音樂廳的觀眾廳不同界面的亮度均勻度優(yōu)于東方藝術(shù)中心，這也說明了間接照明方式使空間界面亮度的差異性較小，視覺空間體驗感與飽滿度也會更好。

b.照明方式對空間中各界面亮度比例的影響。不同的照明方式使觀眾廳的天花、墻面、地面呈現(xiàn)不同的亮度明暗差異。進散場模式下扣除光源亮度的情況下，東方藝術(shù)中心觀眾廳的天花、墻面、地面的平均亮度比例為1∶1∶1，而上海交響樂團音樂廳為1∶2∶1。這兩個空間各界面的平均亮度比例差異可看出，在采用間接照明的上海交響音樂樂團音樂廳里，設(shè)計中照亮了墻面反射板，其亮度比其他界面更高，因此使得觀眾在空間中正?；顒又?，視野亮度也會更高，從而對空間亮度的感知也會更高。即使在未扣除光源亮度的情況下，這個亮度比例關(guān)系也類似。

c.平均照度對空間界面亮度的影響。在觀眾廳的進散場照明模式下，東方藝術(shù)中心觀眾廳距地面0.75 m處的平均照度約為96 lx，地面平均亮度為2.572 cd/m2；上交音樂廳0.75 m高的平均照度接近130 lx左右，地面平均亮度為10.09 cd/m2?？梢钥吹秸斩葦?shù)值差異較小的情況下，地面平均亮度分布存有較大差異，這可能是由于座椅和地面材料反射率的差異帶來的影響，更可能是由于上海交音樂廳的間接照明使得座池空間中光的分布更加均勻，因此總體亮度也更高，而東方藝術(shù)中心的直接照明下具有更強的明暗對比關(guān)系。

d.空間亮度分布對視覺亮度感知的影響?？臻g內(nèi)各個界面的亮度分布情況對于觀眾的正常視野范圍內(nèi)的亮度感知產(chǎn)生較大影響，甚至影響人對空間的視覺舒適度。現(xiàn)場實際調(diào)研時，上海交響樂團音樂廳的視覺亮度明顯高于東方藝術(shù)廳，一定程度上說明了間接照明對于觀眾廳視覺亮度感受的塑造更優(yōu)于直接照明的方式，間接照明使觀眾廳室內(nèi)的空間界面平均亮度更高，視覺體驗感更飽滿。雖然我們還沒有深入研究觀眾廳空間界面的平均亮度大小和亮度比例關(guān)系來對視覺舒適度的影響，但從調(diào)研人員在現(xiàn)場的感受，以及與觀眾的交談中可以得知上海交響樂團音樂廳的視覺舒適可能更高，但具體對視覺舒適度有什么樣的影響還需在后續(xù)研究中繼續(xù)深入評估。

致謝：感謝“基于視亮度的觀演建筑室內(nèi)照明設(shè)計研究”課題組各位同事的努力付出。