中國音樂學院音樂廳聲學設計綜述

王靜波，章奎生

（上?，F代建筑設計（集團）有限公司 章奎生聲學設計研究所，上海 200041）

1 引言

中國音樂學院是以中國民族音樂教育和研究為特色的綜合性高等音樂學府，位于北京北四環(huán)健翔橋畔。學院于2005年籌建排演廳及綜合教學樓工程，綜合樓內包括937座的音樂廳、300座的演奏廳、錄音棚及排練廳等，同時還設有國樂展廳、圖書閱覽室等公共空間。該工程項目中各專業(yè)的初步設計于2005年10 月完成，之后進行了施工圖設計，2008年8月工程建設基本完成，其中的音樂廳、演奏廳于2008年10月投入使用。

作為國內著名音樂學府的音樂廳，其功能定位于專業(yè)交響樂和室內樂演出、各類民族和西洋樂器的演奏。院方與歐美及亞太地區(qū)的一些音樂院校有著廣泛的交流，因此，在建設過程中，無論是學院領導還是專業(yè)教師，都對這座新建音樂廳的聲學效果給予并提出了很高的期望和要求。

音樂廳室內聲學設計采用了室內聲學計算機模擬分析這一輔助設計工具，對聲場特性及其對應各項音質的物理參量進行了模擬分析計算，對聲學初步設計所提出的音質設計方案進行了論證，為音樂廳的室內聲學設計提供了優(yōu)化和調整的依據。本文對上述內容進行介紹，并對完工后的聲學測試結果和使用后的主觀音質效果進行闡述。

2 功能及建筑概況

937座的音樂廳在規(guī)模上屬于中型音樂廳，該廳以音樂演出為主要功能，為中國音樂學院排演廳及綜合教學樓工程的一項重要組成部分。音樂廳平面形狀呈橢圓形，觀眾廳池座長度約36 m，最大寬度約28 m。觀眾坐席環(huán)繞演奏區(qū)布置，包括一個有起坡的、由欄板分隔的池座區(qū)和一層樓座區(qū)及兩邊側包廂。音樂廳的建筑平面及剖面圖如圖1a、圖1b和圖2所示，圖3為音樂廳內室內裝修完工后的圖片。

音樂廳舞臺演奏區(qū)的寬度約18 m，最大深度約10.5 m，面積約150 m2，可滿足一般交響樂團樂隊演出。廳內聲學有效體積約8 750 m3，每座容積9.3 m3。通過合理的室內聲學設計，使音樂廳具有良好的音質效果，在各類使用功能條件下，均有較好的主觀音質效果。

3 室內聲學設計

3.1 觀眾廳平面、剖面形式的確定

音樂廳內部的平面形狀呈橢圓形，按照基本的幾何聲學原理，橢圓形內凹的“硬質”墻面對聲音反射均勻地分布是不利的，聲音往往匯聚在特定的區(qū)域，形成局部聲聚焦，使得聲場分布不均勻，表現為廳內不同位置處，聲音的響度及音質的主觀感受差別很大。當今音樂廳設計，所關注的已不僅僅是混響時間的把握（混響取決于空間的體積、形狀和材料構造等），盡管這是非常重要的；同時，需將注意力放在建筑幾何學和其他一些聲學概念上，如響度、明晰度、聲音的自然親切感和舒適感，以及聲音的擴散感、反射聲的紋理等等；所有這一切都會影響音樂廳最終的音質整體效果。在建筑方案階段，聲學設計就建筑內部的形體、廳的寬度及長度的最佳范圍向建筑師提出了一些建議，并對音樂廳的側墻、兩端端墻的幾何形式進行了優(yōu)化設計，以期望在三維的空間內，有效地將早期反射聲引導到觀眾區(qū)的主要區(qū)域，合理的觀眾廳寬度尺度，有利于向觀眾區(qū)提供足夠的早期側向反射聲。對于中型音樂廳，需要有效地控制廳內的聲場力度，因此，合適的體量是非常重要的。特別是大規(guī)模的交響樂隊演出，為了降低樂隊產生的高聲功率級的聲音，取得很好的音樂融合、平衡的效果，足夠的體積是絕對必須的。如不能提供足夠的體量，往往會在演奏臺的后方開放一些空間，以吸收低音樂器和定音鼓等的聲能量。因此，不少新建的大型音樂廳都在演奏臺區(qū)域考慮一些構造或空間形態(tài)可變的形式。作為音樂學院的音樂廳，由于投資或建筑空間本身的限制，對于演奏臺區(qū)域還是以常規(guī)固定的方式處理，而重點考慮的是確保音樂廳內有足夠體量的聲學有效空間。

建于19世紀，傳統(tǒng)的藻井式天花的古典音樂廳，如波士頓音樂廳（Boston，Symphony Hall）、阿姆斯特丹音樂廳（Amsterdam， Concertgebouw）、維也納愛樂之友金色大廳（Vienna， Grosser Musikvereinssaal）等，至今仍被譽為音質效果最好的音樂廳，其平緩的吊頂，能很好地將聲音均勻地送達廳內的各個部位，同時，還具有一定的幾何擴散和肌理擴散的反射作用。作為現代室內建筑裝修風格的音樂廳，本廳的吊頂采用常規(guī)的平緩形式，為外凸的圓弧狀天花排列，弧形輪廓內還配有條狀的凹槽，猶如鋼琴的琴鍵?？傮w上，這樣和緩的天花既有效地提高了廳內的體量、也能夠使得聲音均勻分布；從視覺效果來看，與中型音樂廳的建筑形態(tài)是非常和諧的。

音樂廳主要的特征參數：

聲學有效容積：約8 750 m3；

座位數：937座；

每座容積：9.3 m3；

最大寬度：約28 m；

池座長度：約36 m；

樓座最后排到演奏臺中心距離：約27 m。

3.2 室內聲學音質參數的計算機模擬分析

在建筑初步設計階段，配合建筑師對整個音樂廳的建筑形體基本確定后，聲學設計著手對音樂廳的室內聲學音質參數進行了計算機模擬分析。室內聲學設計中，采用了由丹麥技術大學開發(fā)的室內聲學模擬軟件Odeon，對觀眾廳內的混響時間、明晰度、側向反射能量因子、聲場強度等室內音質參量進行了分析；同時，對觀眾廳內特定參考點的反射聲序列的時間分布、相對強度等狀況進行了直觀的分析。圖4為部分室內聲學參數的模擬分析。

室內聲場計算機模擬分析在舞臺演奏區(qū)上方加裝聲反射板情形下，對舞臺及觀眾廳區(qū)域音質參量的影響進行了分析。

關于音樂廳演奏臺上方的聲反射板的作用，一般認為除了可加強表演者之間的相互聽聞、取得演奏時良好的聽聞平衡感，也對前中區(qū)的聽眾提供一定程度的早期反射聲。但也有觀點認為，演奏臺上方的聲反射板作用并不大，某些情況下甚至會有一些負面效果。根據音樂廳的規(guī)模、使用功能的不同，音樂廳演奏臺上方反射板的形式也存在不同的設計理念，形式上也有很大的不同。近年來比較有代表性的聲反射板設計是以美國Artec聲學和劇院顧問公司設計的模式，即演奏臺上方的聲反射板是由整體一塊巨大、可上下調節(jié)的反射板構成，在很多由Artec公司擔任聲學設計的大型、中型音樂廳中都可看到這一風格的聲反射板，如美國達拉斯梅耶森交響樂中心麥克德莫特音樂廳（Dallas, Eugene McDermontt Concert Hall in Morton H.Meyerson Symphony Center）、英國伯明翰音樂廳（Birmingham, Symphony Hall）、新加坡濱海藝術中心音樂廳（Concert Hall, Esplanade-Theatres on the Bay,Singapore），改建后的加拿大多倫多路易湯姆森音樂廳（Toronto, Roy Thompson Hall）,以及中等規(guī)模的加拿大溫哥華常順音樂廳（Chan Shun Concert Hal, Chan Center,University of British Columbia, Vancouver, Canada）等。

綜合考慮造價、土建結構、機械等方面的可行性，本音樂廳聲反射板采用比較傳統(tǒng)的形式，在演奏臺上方懸吊了12塊聚碳酸酯透明聲反射板。最初考慮做成矢徑 2 000 mm、矢高200 mm的球切面形式，但考慮到制作成本等因素，最終形式改為等邊梯形狀的15 mm ～ 20 mm厚Degussa Flexiglas聚碳酸酯透明聲反射板。各反射板之間保持較大的間距，反射板主要對中高頻的聲音起作用，而低頻聲則繞過反射板，由厚實的吊頂進行反射，并形成整個大廳的混響。

室內聲學模擬分析對有、無聲反射板的狀態(tài)進行了分析，并比較了反射板懸掛在不同高度時一些室內音質參數的變化情況。

以明晰度C80為例，隨著聲反射板高度降低，池座各測點的C80值均有增大的趨勢；而高度提升，C80值均有減小的趨勢。有聲反射板的C80值高于無聲反射板的C80值，各個測點均有這樣的特性。

完工后對演奏臺上方聲反射板高度調整時，采用了一定規(guī)模樂隊進行實際演奏，根據表演者的主觀音質感受來確定聲反射板懸吊的高度。最終確定的高度與模擬分析中得出的合適高度完全一致。

3.3 竣工后的室內聲學音質測試

通過測試音樂廳內不同位置處傳聲器和測量聲源之間的脈沖響應，并對脈沖響應進行分析，得出所測的主要音質參量，同時對音樂廳的本底噪聲進行了測定，如圖5所示。主要音質參數測試結果如下：表1為接收點部分室內聲學參數模擬計算平均值，圖6音樂廳三種條件下混響時間頻率特性，圖7為音樂廳三種條件下明晰度C80頻率特性，圖8為音樂廳空場側向能量因子頻率特性，圖9為音樂廳空場聲場強度頻率特性。音樂廳本底噪聲頻率特性測量結果（空調系統(tǒng)正常運行）見表2。

從混響時間實測結果來看，音樂廳空場條件下，側墻可調吸聲簾幕在使用與非使用狀態(tài)下，中頻500 Hz平均混響時間分別為1.99 s和2.51 s，可調幅度為0.52 s，可見本音樂廳所設置的吸聲簾幕具有明顯的效果。這對于使用擴聲類的音樂活動或在其他電聲設備使用的情況下，通過墻面吸聲簾幕的使用，可以提高語言清晰度，這在使用電聲系統(tǒng)的條件下是必須的。

在接近滿場演出條件下（測試時的上座率約為70%），中頻500 Hz平均混響時間為2.0 s，如在完全滿座條件下，滿場混響時間估計約在1.85 s ～ 1.95 s，上述實測混響時間與設計預期值完全吻合，達到設計預期的混響時間指標。滿場混響時間的頻率特性也和設計預期相吻合。

實測音樂廳的明晰度C80結果表明，音樂廳空場，在墻面有、無吸聲簾幕的情況下，C80值的變化幅度非常明顯，中頻有1.3 dB左右的變化幅度，并且在整個頻率范圍內均有較為明顯的數值變化幅度，這表明墻面有、無吸聲簾幕對于廳內的明晰度C80有明顯的改變，這樣實際使用時，可很好地滿足特定使用場合下對音樂豐滿度和語言清晰度的不同要求。

側向能量因子LF的測量結果表明，該廳具有較好的側向反射聲分布，因而音質方面具有較好的空間感，這與該廳的合適的寬度、墻體有利于聲學的建筑形態(tài)是有直接關系的。

聲場強度G的測量結果表明，該廳具有非常合適的聲音自然響度，符合中型音樂廳聲場強度G的數值規(guī)律。對于中型音樂廳合適地控制聲場強度是非常重要的。

廳內本底噪聲測試表明，該廳本底噪聲達到設計要求，即NR-20噪聲曲線。

表2 音樂廳本底噪聲頻率特性測量結果（空調系統(tǒng)正常運行）

4 結語

本廳于2008年10月完工后即投入使用，先后舉行過2008北京國際低音提琴音樂節(jié)、中國音樂學院歌劇大師班匯報音樂會等多場演出活動，包括交響樂、室內樂、獨奏、獨唱等。據校方的介紹，音樂節(jié)期間，來自國內外的音樂人士對音樂廳的音質給予了很高的評價。荷蘭飛利浦唱片公司的錄音師聆聽了現場音樂會的效果后，向校方表示，擬投資一些錄音設備，將此音樂廳作為他們在北京現場錄音的場地。而一般非專業(yè)的人士認為，廳內不同位置的聲音效果都很好，即使在大廳的最后排，也能夠非常清晰地聽到臺上不同樂器的演奏，樂隊演出聲音的平衡感、融合度都非常好。

當然，客觀地評價一座音樂廳的室內音質，有待于在建成后相當長的一段時間內聽取各方的意見，這些人士包括熟悉世界各地不同音樂廳特點的樂隊指揮、演奏者、專業(yè)的音樂鑒賞家和評論家，以及有很好音樂素養(yǎng)的聽眾。

音樂廳的設計建造是一項多專業(yè)的協(xié)同設計，聲學專業(yè)理應從建筑方案階段就深入其中，協(xié)同建筑師尋求最佳的建筑、聲學方案，并在整個設計、施工過程中，關注所有與聲學相關的問題，尋求穩(wěn)妥并有創(chuàng)新的解決方案。

1.Cremer L., Mueller H.王季卿譯.室內聲學設計原理及其應用，上海：同濟大學出版社，1995

2.Leo Beranek.Concert Halls and Opera Houses.Second Edition