廈門(mén)滄江劇院建聲設(shè)計(jì)與音質(zhì)效果

余斌

【摘 要】 介紹廈門(mén)滄江劇院改造項(xiàng)目的音質(zhì)設(shè)計(jì)思想、技術(shù)指標(biāo)及建聲措施，并運(yùn)用聲場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬軟件對(duì)劇院音質(zhì)進(jìn) 行模擬，模擬結(jié)果驗(yàn)證了聲學(xué)設(shè)計(jì)的有效性。

【關(guān)鍵詞】 廈門(mén)滄江劇院；建聲設(shè)計(jì)；聲場(chǎng)模擬；音質(zhì)測(cè)量

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.01.007

Architectural Acoustics Design and Acoustics Evaluation of Xiamen Cangjiang Theatre

YU Bin

（Shanghai Zhangkuisheng Acoustic Engineering Consultant Co.， Ltd.， Shanghai 200086， China）

【Abstract】An overview on main ideas and technical approaches of acoustics design of Xiamen Cangjiang Theatre is briefly introduced and acoustics simulation analysis was done with Odeon room acoustics program. Objective measurements results show that its acoustics is satisfied.

【Key Words】Xiamen Cangjiang Theatre； acoustics design； acoustics simulation； acoustics measurement

1 建筑概況

廈門(mén)滄江劇院（“滄江劇院”）位于廈門(mén)市海滄區(qū)，原名海滄文化中心影劇院，只能滿足影視放映和企業(yè)會(huì)議等功能。為此，對(duì)滄江劇院進(jìn)行全面改造和升級(jí)，打造成為東南地區(qū)國(guó)際化的精品劇院，成為注重發(fā)揮公益作用的區(qū)域文化標(biāo)桿和“海絲”文化、兩岸文化交流平臺(tái)。

改造前，滄江劇院觀眾廳內(nèi)混響時(shí)間偏短，局部位置音質(zhì)不佳，只能滿足影視放映等簡(jiǎn)單需求，期望通過(guò)改造升級(jí)，提升室內(nèi)音質(zhì)，使其滿足新的使用功能要求。此次改造主要包括觀眾廳和舞臺(tái)聲學(xué)及裝修改造，前廳及功能用房調(diào)整與裝修，舞臺(tái)燈光、音響、機(jī)械設(shè)備及使用功能改造提升，同時(shí)還對(duì)空調(diào)、消防、智能化等方面進(jìn)行維修改造。改造前劇院內(nèi)景見(jiàn)圖1，改造后的劇院內(nèi)景見(jiàn)圖2和圖3。

滄江劇院觀眾廳約850座，其中池座約560座，樓座約290座，無(wú)側(cè)包廂。池座長(zhǎng)約25 m，樓座后墻向后延伸約5 m；觀眾廳最寬處約28 m。側(cè)墻設(shè)兩道耳光，有專門(mén)的耳光室；天花設(shè)一道面光和一道追光。池座觀眾席和樓座觀眾席均為全臺(tái)階形式。舞臺(tái)開(kāi)口約14 m×7.7 m，舞臺(tái)面高度比第一排觀眾席高約1 m；舞臺(tái)包括主舞臺(tái)和一個(gè)側(cè)舞臺(tái)；劇場(chǎng)主擴(kuò)揚(yáng)聲器采用專用音響天橋；音控室設(shè)于池座后墻的中部。

改造升級(jí)后，滄江劇院以“精品話劇+音樂(lè)劇+舞劇”為定位，實(shí)現(xiàn)以精品話劇演出為主，傳統(tǒng)戲劇、交響樂(lè)、室內(nèi)樂(lè)、舞劇、室內(nèi)演唱會(huì)等為輔的功能。滄江劇院的改造，在硬件設(shè)施、劇院功能及內(nèi)部空間利用等方面都將能夠承接國(guó)內(nèi)外主流演出項(xiàng)目和大型活動(dòng)。[1]

2 建聲設(shè)計(jì)

劇院觀眾廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)要確保整個(gè)觀眾席區(qū)域具有合適的混響，為電聲創(chuàng)造合適的建聲環(huán)境。另外，觀眾廳還需要有合理的體型條件，響度合適、聲場(chǎng)擴(kuò)散條件良好和本底噪聲足夠低，觀眾廳內(nèi)任何位置上不得出現(xiàn)顫動(dòng)回聲、多重回聲、聲聚焦和共振等可識(shí)別的聲缺陷等。為此，在綜合考慮劇場(chǎng)的使用功能和規(guī)模的基礎(chǔ)上，設(shè)定了表1所示的建聲技術(shù)指標(biāo)。

劇院的音質(zhì)效果主要決定于其接收到的直達(dá)聲與反射聲的時(shí)間和空間分布狀況。一個(gè)較好的觀眾廳體型（吊頂和墻面形狀）和表面的聲學(xué)性質(zhì)，可以保證廳內(nèi)聲場(chǎng)時(shí)間和空間的均勻分布，也就決定了劇院的優(yōu)良音質(zhì)效果。在演出時(shí)，觀眾廳內(nèi)任何位置上不得出現(xiàn)可識(shí)別的聲缺陷，如：直達(dá)聲與強(qiáng)反射聲的聲程差不應(yīng)超過(guò)17 m，否則易造成回聲；避免凹弧形墻面或吊頂造成局部聲聚焦；平行墻面造成顫動(dòng)回聲；裝修面層與龍骨之間安裝不牢靠易產(chǎn)生共振等聲學(xué)缺陷。其中臺(tái)口側(cè)墻和吊頂?shù)男螤钐貏e重要。

（1）合理的形狀能為觀眾廳前中區(qū)提供有效的早期反射聲；早期反射聲聲場(chǎng)分布均勻，使該區(qū)域既能看得好，同時(shí)也能聽(tīng)得好。

（2）臺(tái)口側(cè)墻和吊頂?shù)牡胤绞遣贾脫P(yáng)聲器的位置，因此臺(tái)口側(cè)墻和吊頂?shù)男螤顟?yīng)滿足擴(kuò)聲設(shè)計(jì)的要求，保證揚(yáng)聲器的投射效果和指向性不受影響。

（3）由于吊頂上還要布置面光橋（有時(shí)也會(huì)布置頂光、追光），因此吊頂?shù)男螤顟?yīng)滿足燈光設(shè)計(jì)的要求，保證面光（頂光、追光）的投射角度不受影響。此外，觀眾廳的吊頂應(yīng)是一個(gè)有良好聲反射作用的封閉面。

基于此，對(duì)觀眾廳的側(cè)墻和吊頂形狀進(jìn)行聲線分析和調(diào)整（見(jiàn)圖4）。經(jīng)過(guò)與室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)者的多次溝通及方案修改，觀眾廳的側(cè)墻和吊頂形狀變得合理，一次反射聲可以均勻有效地覆蓋整個(gè)觀眾席區(qū)域。側(cè)墻的角度合理，一次反射聲能有效覆蓋觀眾席大部分區(qū)域（見(jiàn)平面聲線分析圖）。吊頂?shù)男螤詈徒嵌群线m，來(lái)自吊頂?shù)囊淮畏瓷渎暷軌蚋采w觀眾席的絕大部分區(qū)域（見(jiàn)剖面聲線分析圖）。此外，眺臺(tái)欄板的形狀由兩段平折線改為兩段弧線后能有效發(fā)散投射到其表面的聲能，避免在舞臺(tái)區(qū)域產(chǎn)生回聲干擾。

為了控制觀眾廳內(nèi)的混響時(shí)間在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的聲學(xué)計(jì)算，建議觀眾廳池座后墻和樓座后墻做吸聲處理，具體構(gòu)造為木格柵護(hù)面的復(fù)合吸聲構(gòu)造，木格柵內(nèi)填100 mm厚32 kg/m3離心玻璃棉板，離心玻璃棉板采用玻璃絲布包覆，后墻吸聲構(gòu)造圖見(jiàn)圖5。

由于舞臺(tái)空間的體積比較大，為了避免舞臺(tái)空間與觀眾廳空間之間因耦合效應(yīng)而產(chǎn)生的不利影響，聲學(xué)設(shè)計(jì)要求舞臺(tái)空間內(nèi)的混響時(shí)間應(yīng)基本接近觀眾廳的混響時(shí)間。聲學(xué)設(shè)計(jì)要求在舞臺(tái)一層天橋以下墻面做吸聲處理。

（1）距舞臺(tái)面3 m以下的舞臺(tái)墻面：20 mm厚防撞木絲吸聲板（刷黑色水性涂料）+100 mm厚空腔（內(nèi)填50 mm厚32 kg/m3袋裝離心玻璃棉）+原有粉刷墻體，以增加抗撞擊強(qiáng)度。

（2）距舞臺(tái)面3 m至第一道馬道的舞臺(tái)墻面：10 mm厚穿孔FC板（穿孔率≥18%）+100 mm厚空腔（內(nèi)填50 mm厚32 kg/m3袋裝離心玻璃棉）+原有粉刷墻體。

3 室內(nèi)聲場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬

為驗(yàn)證建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和有效性，對(duì)劇院進(jìn)行了室內(nèi)音質(zhì)計(jì)算機(jī)模擬，預(yù)測(cè)觀眾廳內(nèi)的各項(xiàng)音質(zhì)設(shè)計(jì)指標(biāo)，所采用的室內(nèi)音質(zhì)計(jì)算機(jī)模擬軟件是Odeon 12.12，兼有聲像法和聲線法的功能。

采用Odeon軟件進(jìn)行室內(nèi)音質(zhì)計(jì)算機(jī)模擬的步驟為：首先，建立實(shí)際廳堂符合聲學(xué)軟件要求的三維幾何模型，劇院三維聲學(xué)模型圖見(jiàn)圖6；然后，對(duì)三維幾何模型的所有面布置聲學(xué)材料，將材料聲學(xué)特性參數(shù)值輸入計(jì)算機(jī)軟件，包括吸聲系數(shù)和散射系數(shù)，就形成了三維聲學(xué)模型；最后，由軟件按幾何聲學(xué)法則，兼顧考慮材料的散射和吸聲特性來(lái)模擬聲波在廳堂內(nèi)的傳播規(guī)律，并得到聲場(chǎng)的特性。

模擬計(jì)算結(jié)果表明：中頻（500 Hz～1 kHz）滿場(chǎng)混響時(shí)間平均值為1.16 s；中頻清晰度D50平均值約為0.6；側(cè)向反射系數(shù)LF平均值約0.2；語(yǔ)言傳輸指數(shù)平均值約0.62，均在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)。此外，從觀眾席多個(gè)接收點(diǎn)滿場(chǎng)反射聲序列圖看出，未發(fā)現(xiàn)明顯的聲聚焦、聲共振等音質(zhì)缺陷，初始時(shí)延間隙ITDG均小于35 ms，廳內(nèi)有較好的親切感。

4 音質(zhì)測(cè)量

聲學(xué)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)于2016年7月27日對(duì)改造升級(jí)后的滄江劇院進(jìn)行了建筑聲學(xué)測(cè)量，測(cè)試在無(wú)樂(lè)罩的空?qǐng)鰲l件下進(jìn)行。測(cè)量聲源采用無(wú)指向性的12面體球面聲源，置于舞臺(tái)臺(tái)口中心線內(nèi)3 m處，距舞臺(tái)地面1.5 m高。因觀眾廳平面左右對(duì)稱，故測(cè)點(diǎn)均布置在一側(cè)的半場(chǎng)內(nèi)，池座選取了12個(gè)測(cè)點(diǎn)，樓座布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)高度均離地1.2 m。測(cè)量聲源信號(hào)采用掃頻信號(hào)（e-sweep）。建聲現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。觀眾廳125 Hz～4 kHz各倍頻帶的背景噪聲值見(jiàn)表3，滿足NR-30噪聲評(píng)價(jià)曲線的要求。觀眾廳混響時(shí)間頻率特性曲線見(jiàn)圖7。

混響時(shí)間為1.20 s，預(yù)計(jì)滿場(chǎng)中頻混響時(shí)間為1.10 s左右，基本符合設(shè)計(jì)要求。考慮到劇場(chǎng)以精品話劇演出為主，設(shè)計(jì)略短的混響時(shí)間有助于提高話劇演出的語(yǔ)言清晰度。清晰度D50參數(shù)主要用于評(píng)價(jià)觀眾廳內(nèi)的語(yǔ)言清晰度，測(cè)得本劇場(chǎng)觀眾廳內(nèi)中頻空?qǐng)鯠50值為0.57，表明話劇、地方戲或歌劇演出中，觀眾廳內(nèi)具有相對(duì)合適的語(yǔ)言清晰度。聲學(xué)上的親切感很大程度上取決于初始時(shí)延間隙，目前國(guó)際上最好的劇場(chǎng)中池座中心位置初始時(shí)延間隙范圍為15 ms～30 ms；本劇場(chǎng)測(cè)得的值為17 ms，在最佳值范圍內(nèi)。劇場(chǎng)觀眾廳內(nèi)實(shí)測(cè)本底噪聲不超過(guò)NR-30噪聲評(píng)價(jià)曲線，符合設(shè)計(jì)要求。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中還利用先進(jìn)的可調(diào)指向性測(cè)試傳聲器對(duì)劇場(chǎng)進(jìn)行了側(cè)向反射聲系數(shù)LF值的測(cè)量。LF中頻平均值為19%，表明側(cè)墻面起到了較好的側(cè)向擴(kuò)散反射作用，劇場(chǎng)空間感和環(huán)繞感也比較好。這也說(shuō)明劇院觀眾廳的平剖面體形設(shè)計(jì)和聲場(chǎng)擴(kuò)散處理是比較成功的。

測(cè)試結(jié)果表明，前期聲學(xué)設(shè)計(jì)合理，未發(fā)現(xiàn)明顯的音質(zhì)缺陷和聲學(xué)計(jì)算失誤。廳內(nèi)混響時(shí)間等主要音質(zhì)參量的控制符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用各種專業(yè)設(shè)計(jì)手段對(duì)滄江劇院進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)，克服了改造項(xiàng)目存在的各種限制，按期完成了聲學(xué)設(shè)計(jì)任務(wù)。聲場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明混響時(shí)間等主要音質(zhì)參量均滿足聲學(xué)設(shè)計(jì)要求，為電聲營(yíng)造了良好的建聲環(huán)境。劇院演出時(shí)具有良好的音質(zhì)效果，可以滿足業(yè)主的使用要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 滄江劇院建聲設(shè)計(jì)獲得一致贊譽(yù). http：//zadi-sh.cn/xwdt/gsdt/2016/0817/433.html.