劇院聲學(xué)設(shè)計(jì)
1．建聲設(shè)計(jì)目標(biāo)
按業(yè)主要求:滿足劇場(chǎng)演出和舞蹈表演，設(shè)計(jì)有特點(diǎn)。
2．建聲設(shè)計(jì)依據(jù)
? 《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)聲學(xué)特性指標(biāo)》
? 《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》
? 《劇場(chǎng)、電影院和多用途廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》
? 《客觀評(píng)價(jià)廳堂語(yǔ)言可懂度及RASTI法》
? 《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》
? 《廳堂擴(kuò)聲特性測(cè)量方法》
? 《建筑隔聲評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)》
? 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》
? 《室內(nèi)裝飾工程質(zhì)量規(guī)定》
? 《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》
? 《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》
現(xiàn)行建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、電氣等各項(xiàng)專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等（最新版本）以及相應(yīng)法規(guī)。
3.體型設(shè)計(jì)
對(duì)于演出的劇院來(lái)說(shuō)，體形設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它要解決響度（音量）、聲場(chǎng)分布、聲擴(kuò)散、早期反射聲的分布和消除音質(zhì)缺陷等問(wèn)題。
劇院平面如圖一所示。
圖一：觀眾廳池座平面圖
劇院的室內(nèi)設(shè)計(jì)階段，我方會(huì)積極協(xié)調(diào)解決聲學(xué)裝修工作的問(wèn)題，提出合理化建議和提供聲學(xué)方面的數(shù)據(jù)。
為對(duì)聲學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)劇院觀眾廳進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行室內(nèi)音質(zhì)預(yù)測(cè)。
計(jì)算機(jī)模擬通過(guò)建立三維模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬軟件對(duì)大劇院觀眾廳的室內(nèi)音質(zhì)進(jìn)行模擬分析。
EASE模擬計(jì)算分析：
（待中...）
3.1 觀眾廳聲學(xué)設(shè)計(jì)和室內(nèi)各界面材料控制
根據(jù)劇院觀眾廳的混響時(shí)間要求，在聲學(xué)設(shè)計(jì)初期，根據(jù)室內(nèi)裝修中使用材料和構(gòu)造的聲學(xué)特性進(jìn)行分析，選擇合適的數(shù)據(jù)進(jìn)行混響時(shí)間計(jì)算。
觀眾廳兩側(cè)墻面采用15mm厚木飾面高密度板，為減小材料的低頻吸聲特性，建議安裝過(guò)程中，增加龍骨密度，以增強(qiáng)板材的剛度。在臺(tái)口兩側(cè)部分采用18mm厚高密度板，表面安裝50mmX100mm木飾面條。該做法有兩個(gè)用途，一是起到裝飾美觀的效果，二是增加板材的剛度，減小低頻吸收。
觀眾廳吊頂設(shè)計(jì)
該觀眾廳的吊頂造型設(shè)計(jì)兼顧劇院的其他功能（如音箱橋、面光橋等）和聲學(xué)要求。可暫定為折線型吊頂。通過(guò)調(diào)整吊頂?shù)膬A角，達(dá)到前部吊頂為池座中前部觀眾席提供有益的早期反射聲；中后部吊頂增強(qiáng)后部觀眾席聲級(jí)?？刂频蹴敇?biāo)高，防止出現(xiàn)長(zhǎng)延時(shí)反射聲；將近次反射聲相對(duì)于直達(dá)聲的初始時(shí)間間隙控制在35ms以內(nèi)。為了避免低頻被吊頂吸收，觀眾廳的吊頂可采用了35mm厚增強(qiáng)型反聲板。
3.2臺(tái)口側(cè)墻設(shè)計(jì)
臺(tái)口側(cè)墻采用大號(hào)角形，可以將演員聲反射并導(dǎo)向觀眾席，讓池座中前區(qū)觀眾席得到較多的早期反射聲；另外利于耳光、揚(yáng)聲器的布置。
3.3后墻設(shè)計(jì)
觀眾廳后墻使用弧形擴(kuò)散吸聲構(gòu)造，一是控制廳內(nèi)混響時(shí)間，二是防止舞臺(tái)發(fā)出的聲音從觀眾廳后墻反射回前排觀眾席和舞臺(tái)，形成回聲或擴(kuò)聲系統(tǒng)的反饋嘯叫。該劇院的后墻為多媒體報(bào)告廳，后墻隔聲重中之重，需做到互不關(guān)擾。并保證互鄰兩場(chǎng)所的聲學(xué)性能。場(chǎng)所后墻為容易有太強(qiáng)的回聲，且引起音質(zhì)缺陷。廳堂后墻聲學(xué)處理方法主要有以下三種方法：1）吸聲處理；2）擴(kuò)散處理；3）通過(guò)后部?jī)A斜加強(qiáng)后座聲級(jí)。三種方法適應(yīng)不同的情況，就該劇場(chǎng)，應(yīng)當(dāng)在后墻上設(shè)計(jì)復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)。
觀眾廳內(nèi)座椅吸聲占有最大的比例，因此座椅的選擇尤其重要。在混響時(shí)間計(jì)算中，根據(jù)以往座椅吸聲量測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬預(yù)估設(shè)計(jì)。當(dāng)劇院觀眾廳裝修基本完成后，對(duì)觀眾廳進(jìn)行混響時(shí)間測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)調(diào)整座椅吸聲量，達(dá)到控制觀眾廳混響時(shí)間目的。
表一：設(shè)計(jì)空?qǐng)龌祉憰r(shí)間
頻率 125 250 500 1000 2000 4000
混響時(shí)間 2.83 1.63 1.51 1.54 1.45 1.40
4.舞臺(tái)聲學(xué)設(shè)計(jì)
舞臺(tái)的聲學(xué)條件會(huì)對(duì)演出產(chǎn)生很大影響。如果舞臺(tái)的聲學(xué)條件不佳，演員和樂(lè)師將難以控制演唱的力度和演奏的平衡。因此良好的舞臺(tái)聲環(huán)境對(duì)劇院的正常使用至關(guān)重要。舞臺(tái)的聲學(xué)設(shè)計(jì)包括控制混響時(shí)間和消除音質(zhì)缺陷等兩方面內(nèi)容。
通常演藝廳主舞臺(tái)的高度會(huì)比觀眾廳高，因此容積比較大，混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)對(duì)觀眾廳產(chǎn)生耦合效應(yīng)，影響到觀眾廳的音質(zhì)，側(cè)臺(tái)之間距離過(guò)長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生回聲，影響舞臺(tái)的聲環(huán)境。主舞臺(tái)、側(cè)臺(tái)和后臺(tái)均需進(jìn)行吸聲處理，使舞臺(tái)混響時(shí)間接近觀眾廳混響時(shí)間。同時(shí)還有舞美設(shè)計(jì)等，此類物品的吸聲量均應(yīng)予以綜合考慮都會(huì)影響到舞臺(tái)的混響時(shí)間。
音樂(lè)演出時(shí)，在舞臺(tái)上面設(shè)置活動(dòng)音樂(lè)反射罩，它的功能是隔離舞臺(tái)、節(jié)約聲能，為樂(lè)師創(chuàng)造良好的相互聽(tīng)聞環(huán)境，同時(shí)為觀眾廳提供更多的早期反射聲，從而增加親切感。
6.噪聲控制
噪聲及振動(dòng)控制是劇場(chǎng)聲學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)非常重要的方面,對(duì)自然聲使用的劇場(chǎng)尤為重要。噪聲及振動(dòng)控制又包括室外噪聲及振動(dòng)控制和室內(nèi)噪聲及振動(dòng)控制兩部分。
規(guī)范要求，專業(yè)劇院觀眾廳的噪聲限值為NR25。經(jīng)過(guò)分析，該劇場(chǎng)觀眾廳可能的噪聲源主要包括以下幾個(gè)：一是空調(diào)的噪聲；二是燈具及舞臺(tái)設(shè)備的噪聲；三是內(nèi)部走廊、前廳等處通過(guò)出入口傳入的噪聲；四是室外傳入的噪聲；五樓上樓下。要使總噪聲達(dá)到規(guī)范要求的NR25就必須將各噪聲源傳入觀眾廳內(nèi)的噪聲控制在NR20左右。首先我們來(lái)討論室外噪聲及振動(dòng)控制。
6.1室外噪聲及振動(dòng)控制
本劇場(chǎng)選址藝術(shù)學(xué)院內(nèi)部，為學(xué)校區(qū)域。估算室外環(huán)境噪聲約為70dBA。關(guān)于室外噪聲控制，我們主要從平面?zhèn)髀暦矫婵紤]，對(duì)應(yīng)的采取了如下防護(hù)措施：
（1）將觀眾廳入口做聲閘，隔絕室外噪聲的進(jìn)入，同進(jìn)在墻面做隔音處理。保證進(jìn)入觀眾廳的聲壓級(jí)小于NR20。
6.2 室內(nèi)噪聲及振動(dòng)控制
室內(nèi)噪聲主要包括空調(diào)設(shè)備噪聲，各類燈具噪聲，舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備噪聲，休息廳及走廊的人流噪聲等。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)即觀眾廳的背景噪聲要低于NR25，因此以上每種噪聲傳到觀眾席的限值為NR20。對(duì)此我們采取了如下措施：
（1）對(duì)空調(diào)噪聲的限值提出為NR20，并配合空調(diào)專業(yè)人員對(duì)空調(diào)噪聲進(jìn)行處理。
（2）使用低噪聲燈具和舞臺(tái)設(shè)備。
（3）觀眾廳周圍采用雙層墻結(jié)構(gòu)，并在出入口設(shè)計(jì)帶有雙層隔音門的聲閘。
（4）在劇場(chǎng)的頂棚上設(shè)置復(fù)合隔聲層
6.3空調(diào)系統(tǒng)消聲減振設(shè)計(jì)
現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的新建劇院項(xiàng)目均采用座椅下送風(fēng)系統(tǒng)屬于“下送上回”的置換送風(fēng)方式。與常規(guī)的“上送下回”的頂棚送風(fēng)方式相比，置換送風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)在于，一方面每個(gè)風(fēng)口有針對(duì)性地向人體周圍送風(fēng)，使得送風(fēng)均勻、風(fēng)量平衡，另一方面。重點(diǎn)保障人體周圍的舒適溫度，避免了能量在巨大空間中的耗散，對(duì)節(jié)能非常有利。
但是，由于風(fēng)口距離人體很近，必須消除風(fēng)口噪聲對(duì)觀眾聽(tīng)聞的影響，而且，人腳踝處是全身對(duì)風(fēng)最敏感之處，還要防止“冷風(fēng)吹腿”之感。嚴(yán)格控制送風(fēng)器的最大送風(fēng)速度在0.2m/s以下，控制送風(fēng)器噪聲不對(duì)室內(nèi)背景噪聲產(chǎn)生影響。
在觀眾席下方設(shè)置巨大的送風(fēng)靜壓箱用于調(diào)整風(fēng)速和均勻送風(fēng)的作用。但是由于靜壓箱的存在，大大縮短了空調(diào)機(jī)房和靜壓箱之間的距離，為消聲設(shè)計(jì)增加難度。經(jīng)過(guò)與中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院空調(diào)專業(yè)協(xié)調(diào)，在空調(diào)機(jī)組端增加靜壓箱和消聲器，在座椅下送風(fēng)靜壓箱內(nèi)壁慢粘100mm厚離心玻璃棉外包密實(shí)玻璃絲布。
觀眾廳、舞臺(tái)、琴房的室內(nèi)噪聲指標(biāo)分別為NR25,NR20,NR20,錄音室更是高達(dá)NR15,故此類房間空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)在于噪聲控制。噪聲分為機(jī)外噪聲和管道噪聲。機(jī)外噪聲的主要控制手段為：采用噪聲及振動(dòng)較小的空調(diào)設(shè)備，本工程將空調(diào)系統(tǒng)盡量劃小，減小單臺(tái)空調(diào)箱送風(fēng)量，選用優(yōu)質(zhì)設(shè)備；加強(qiáng)空調(diào)機(jī)房的隔聲及設(shè)備的減振，空調(diào)箱設(shè)置柔性基礎(chǔ)，空調(diào)機(jī)房單獨(dú)作消聲設(shè)計(jì)；合理布置空調(diào)機(jī)房的位置，空調(diào)機(jī)房與被控房間留有一定距離，以便控制振動(dòng)及設(shè)置消聲設(shè)備，可以將機(jī)房分別設(shè)置于距離被控房間不小于20 m的區(qū)域內(nèi)，這樣既可以有效地控制噪聲及振動(dòng)的傳播，又不至于由于輸送距離過(guò)大而引起輸送能耗增加過(guò)大。管道噪聲的主要控制手段為：根據(jù)空調(diào)設(shè)備的分頻噪聲值合理地設(shè)置管道消聲設(shè)備(高中頻采用阻抗復(fù)合消聲器，低頻采用微孔板消聲器及擴(kuò)容比較大的靜壓箱)；合理布置空調(diào)機(jī)房的位置；根據(jù)室內(nèi)噪聲要求合理計(jì)算管道風(fēng)速；采用降噪性能好的送、回風(fēng)管道材料。
4聲學(xué)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)巡查
4.1 通過(guò)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)手段保障音質(zhì)效果
為保證最終音質(zhì)效果，驗(yàn)證聲學(xué)計(jì)算和計(jì)算機(jī)模擬以及施工中出現(xiàn)的偏差，可在施工過(guò)程中進(jìn)行聲學(xué)測(cè)試，內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：
一是對(duì)已選定的裝修材料進(jìn)行吸聲特性檢測(cè)，驗(yàn)證選用的材料能否滿足設(shè)計(jì)要求及相關(guān)的改進(jìn)措施。
二是在劇院吊頂和側(cè)墻基本完工、腳手架拆除、室內(nèi)進(jìn)行清掃后，進(jìn)行中期聲學(xué)測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容包括混響時(shí)間和聲場(chǎng)分布兩方面。根據(jù)測(cè)試結(jié)果復(fù)核計(jì)算竣工后的聲學(xué)指標(biāo)，座椅在中期測(cè)試完成后根據(jù)測(cè)試結(jié)果要求進(jìn)行生產(chǎn)。
三是座椅下送風(fēng)器噪聲聲功率測(cè)試。采用靜音均流風(fēng)口。風(fēng)口內(nèi)有均流和靜音結(jié)構(gòu)，不但氣流場(chǎng)均勻，而且噪聲極低。風(fēng)口在常規(guī)50m3/h的風(fēng)量下，垂直流場(chǎng)風(fēng)速低于0.2m/s，噪聲聲功率小于5dB(A)。
5混響時(shí)間控制
5.1 觀眾廳混響時(shí)間的控制
觀眾廳的混響時(shí)間長(zhǎng)短取決于觀眾廳的每座容積、座椅吸聲、觀眾廳內(nèi)配置的吸聲材料與結(jié)構(gòu)等因素。本劇場(chǎng)是專業(yè)話劇院，觀眾廳容積較小，觀眾席本身就能提供可觀的吸聲量，但是話劇演出要求混響時(shí)間較短，經(jīng)過(guò)計(jì)算，仍需配置吸聲材料。建議采用吸聲量和觀眾相近的座椅。（需要采集測(cè)試為表二）
結(jié)合消除音質(zhì)缺陷，在容易產(chǎn)生回聲的后墻布置了寬頻吸聲結(jié)構(gòu)。其余的部位采用聲反射或聲擴(kuò)散材料與結(jié)構(gòu)（如吊頂與側(cè)墻面均采用反聲板）。根據(jù)該劇場(chǎng)的演出功能設(shè)計(jì)確定中頻混響時(shí)間為1.2（1±10％）s，各頻率的混響時(shí)間相對(duì)于中頻的比值如表3。
空?qǐng)龌祉憰r(shí)間測(cè)試值與計(jì)算值表二.
表三：測(cè)試空?qǐng)龌祉憰r(shí)間 單位（S）
頻率（dB）混響時(shí)間（S） 125 250 500 1000 2000 4000
觀眾廳 2.11 1.69 1.59 1.53 1.42 1.34
說(shuō)明：RTA840測(cè)試系統(tǒng)
舞臺(tái)混響時(shí)間的控制
因?yàn)樵搫?chǎng)采用鏡框式舞臺(tái)，舞臺(tái)和觀眾廳是兩個(gè)不同的空間，通過(guò)臺(tái)口耦合為一體，而演員位于舞臺(tái)上，因此舞臺(tái)音質(zhì)對(duì)演員的演出有直接影響。該劇院舞臺(tái)單位容積大于觀眾廳，在沒(méi)做聲學(xué)處理的情況下，舞臺(tái)的混響時(shí)間將遠(yuǎn)長(zhǎng)于觀眾廳的滿場(chǎng)混響時(shí)間，會(huì)引起一系列問(wèn)題，如：
1）由于舞臺(tái)與觀眾廳通過(guò)臺(tái)口藕合，聲能衰減的速度比觀眾廳慢，從而使聲能倒流，觀眾廳尾聲增長(zhǎng)，影響語(yǔ)言的清晰度；
2）演員處于巨大的舞臺(tái)上，混響間又長(zhǎng)，使演員難以掌握力度和平衡。
對(duì)此，我們對(duì)舞臺(tái)空間進(jìn)行適當(dāng)吸聲處理，大幕下落及舞臺(tái)設(shè)備設(shè)置條件下，舞臺(tái)空間的中頻(500～1000Hz)混響時(shí)間不宜超過(guò)觀眾廳空?qǐng)龌祉憰r(shí)間。為了確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求，我們對(duì)舞臺(tái)空間的混響時(shí)間進(jìn)行估算，估算結(jié)果如表5，從表中結(jié)果來(lái)看是滿足設(shè)計(jì)要求的。
6.廳內(nèi)噪聲水平
觀眾廳內(nèi)的噪聲級(jí)在無(wú)空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)下、背景噪聲水平：觀眾廳實(shí)測(cè)值滿足NR20要求。有空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)下、背景噪聲水平：觀眾廳實(shí)測(cè)值滿足NR25要求，舞臺(tái)滿足NR25要求。
7脈沖響應(yīng)相關(guān)指標(biāo)
通過(guò)脈沖相應(yīng)測(cè)試觀眾廳內(nèi)清晰度、明晰度等指標(biāo)。觀眾廳座席區(qū)語(yǔ)言清晰度指標(biāo)須在0.5以上。觀眾廳內(nèi)自然聲音質(zhì)要清晰明亮，能較好地滿足會(huì)議和文藝演出。觀眾廳坐席區(qū)池座、樓座音樂(lè)明晰度指標(biāo)須要滿足-4～1dB以內(nèi)，使廳內(nèi)音樂(lè)明晰度較好，有利于樂(lè)隊(duì)演出對(duì)音樂(lè)層次感的表現(xiàn)。觀眾席快速語(yǔ)言傳輸指數(shù)RASTI代表了傳聲過(guò)程中語(yǔ)言信息量的保真度達(dá)到0.5以上，使聲場(chǎng)信息保真度良好。
8.建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)需要各方協(xié)調(diào)配合
設(shè)計(jì)中，首先要使甲方理解聲學(xué)設(shè)計(jì)的重要性和設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)，在工程中必須與建筑師和室內(nèi)設(shè)計(jì)師及空調(diào)工程師、音響工程師等相互配合，把聲學(xué)設(shè)計(jì)融入建筑的體形設(shè)計(jì)和室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)中，把聲學(xué)功能和藝術(shù)創(chuàng)作有機(jī)地結(jié)合為一體，力爭(zhēng)聲學(xué)工程中沒(méi)有聲學(xué)痕跡。
劇院的聲學(xué)設(shè)計(jì)、竣工驗(yàn)收和試用主觀評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，聲學(xué)工程中聲學(xué)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、施工圖設(shè)計(jì)和工地巡查應(yīng)貫穿整個(gè)工程，全面控制、影響室內(nèi)聲環(huán)境的各種要素，最終才能創(chuàng)造出一個(gè)良好的聲環(huán)境。
