學(xué)術(shù)報(bào)告廳建筑聲學(xué)環(huán)境的細(xì)部設(shè)計(jì)
——以湖南省博物館學(xué)術(shù)報(bào)告廳為例

張晟熙

(湖南建工集團(tuán)裝飾工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410001)

學(xué)術(shù)報(bào)告廳要求具備良好的聲學(xué)環(huán)境。隨著建筑聲學(xué)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)的出現(xiàn)，建筑隔聲與吸聲研究取得了很多成果[1-4]。但聲學(xué)環(huán)境與裝修構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)存在銜接不順的問(wèn)題，致使施工后達(dá)不到建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)效果[5-6]，影響廳堂正常使用。為此，本研究結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，參照文獻(xiàn)[7]～[8]的要點(diǎn)重新梳理設(shè)計(jì)過(guò)程，將聲學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)與裝飾構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)相統(tǒng)一，以湖南省博物館學(xué)術(shù)報(bào)告廳項(xiàng)目的建筑聲學(xué)環(huán)境細(xì)部設(shè)計(jì)為例，分析報(bào)告廳的聲學(xué)環(huán)境細(xì)部設(shè)計(jì)要求與方法，探討聲學(xué)環(huán)境施工細(xì)節(jié)問(wèn)題。

圖1 學(xué)術(shù)報(bào)告廳

1 工程概況

湖南省博物館位于湖南省長(zhǎng)沙市烈士公園西北角，學(xué)術(shù)報(bào)告廳(見(jiàn)圖1)位于博物館建筑的大屋頂內(nèi)，屬多用途廳堂。觀眾廳面積280 m2，舞臺(tái)面積150 m2。共有247個(gè)座位(含活動(dòng)座位)，有效容積為3 010 m3，平均每座占7.9 m3。其聲學(xué)設(shè)計(jì)與施工要求保證語(yǔ)言清晰度，廳內(nèi)各處需有合適的相對(duì)強(qiáng)感和均勻度；觀眾廳內(nèi)任何位置上不能出現(xiàn)回聲、多重回聲、顫動(dòng)回聲、聲聚焦和共振等缺陷，且不能受設(shè)備噪聲、機(jī)房噪聲及外界環(huán)境噪聲的干擾。

2 位置選擇

為避免噪聲干擾，學(xué)術(shù)報(bào)告廳需遠(yuǎn)離入口大廳、交通走廊、展廳、設(shè)備機(jī)房、車(chē)庫(kù)等處所。為此，將學(xué)術(shù)報(bào)告廳布置在博物館頂層的鋼結(jié)構(gòu)“大屋頂”內(nèi)。其在建筑平面中的位置如圖2所示。

圖2 學(xué)術(shù)報(bào)告廳在建筑平面中的位置

3 音質(zhì)設(shè)計(jì)

音質(zhì)設(shè)計(jì)需貫穿項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收全過(guò)程[9]。音質(zhì)設(shè)計(jì)包括體型設(shè)計(jì)、響度和混響時(shí)間計(jì)算。依據(jù)GB/T 50356-2005《劇場(chǎng)、電影院和多用途廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》，觀眾廳和舞臺(tái)內(nèi)無(wú)人占用時(shí)，在通風(fēng)、空調(diào)設(shè)備和放映設(shè)備等正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，學(xué)術(shù)報(bào)告廳的噪聲限值為：自然聲時(shí)不宜超過(guò)NR-30，采用擴(kuò)聲系統(tǒng)時(shí)不宜超過(guò)NR-35；自然聲狀態(tài)下，廳內(nèi)早期反射聲聲場(chǎng)應(yīng)均勻分布，觀眾席的早期反射聲相對(duì)于直達(dá)聲的延遲時(shí)間應(yīng)≤50 ms(相當(dāng)于聲程差17 m)[10]。

3.1 體型設(shè)計(jì)

圖3 學(xué)術(shù)報(bào)告廳室內(nèi)體型

體型設(shè)計(jì)要充分利用空間和各個(gè)裝修面，使聽(tīng)眾獲得較多的有效聲能(包括直達(dá)聲及直達(dá)聲后35 ms以?xún)?nèi)的前幾次反射聲，它能增加響度和清晰度)，減少直達(dá)聲的損失，盡量縮短聲音的行程，避免聲能被遮擋或吸收。

該學(xué)術(shù)報(bào)告廳的室內(nèi)體型如圖3所示。它采用“類(lèi)扇形”平面，寬19.5 m，舞臺(tái)上檐(無(wú)實(shí)體舞臺(tái)與臺(tái)口)至后排距離為12 m，上檐兩側(cè)的墻和頂部均為傾斜面。

體型設(shè)計(jì)要做到不用電聲擴(kuò)聲時(shí)，報(bào)告廳內(nèi)各點(diǎn)的音質(zhì)條件接近，聲場(chǎng)分布均勻，最大程度地避免因體型缺陷而造成有害聲。有害聲主要包括：(1)因聲場(chǎng)不均勻所造成的聲聚焦，它在音質(zhì)上主要表現(xiàn)為聲音轟鳴而模糊；(2)由于某一墻面的反射所引起的回聲，它取決于反射聲與直達(dá)聲延遲時(shí)間之差；(3)顫動(dòng)回聲，它常產(chǎn)生在一對(duì)有高度反射性能的平行墻之間或殼頂；(4)沿邊反射，它常發(fā)生在圓形或大的凹面體型中；(5)聲影區(qū)，即由于阻擋而形成的聲音不足的區(qū)域。

3.2 響度設(shè)計(jì)

學(xué)術(shù)報(bào)告廳應(yīng)有足夠的響度和均勻的聲場(chǎng)分布，一般演講者聲音比環(huán)境噪聲大5～10 dB響度為滿(mǎn)意。采用EASE軟件計(jì)算該學(xué)術(shù)報(bào)告廳聲場(chǎng)分布和混響聲最大聲壓級(jí)，結(jié)果如圖4～5所示。

圖4 聲場(chǎng)分布圖

圖5 125～4 000 Hz總聲壓級(jí)圖

由圖5可得聲場(chǎng)均勻度分析表,具體如表1所示。

表1 聲場(chǎng)均勻度分析表

可見(jiàn)，該學(xué)術(shù)報(bào)告廳125～4 000 Hz全頻帶模式總聲壓級(jí)最小為137.28 dB，不均勻度≤8 dB，優(yōu)于多用途類(lèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)聲學(xué)特性指標(biāo)的國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)——在額定通帶內(nèi)最大聲壓級(jí)SPL大于或等于103 dB，1 000、4 000 Hz時(shí)穩(wěn)定聲場(chǎng)的不均勻度分別為≤6 dB、≤8 dB[11]。

3.3 混響時(shí)間的計(jì)算

該學(xué)術(shù)報(bào)告廳的室內(nèi)基本吸聲量和混響時(shí)間的計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 室內(nèi)基本吸聲量和混響時(shí)間計(jì)算結(jié)果

3.4 RASTI語(yǔ)言清晰度分析

EASE的語(yǔ)言清晰度計(jì)算是采用RASTI法計(jì)算得出期望值指數(shù)(基于建聲上接近混響時(shí)間頻響曲線(xiàn)和電聲上選用的所有揚(yáng)聲器都處在正常的工作狀態(tài)下)。RASTI法是客觀評(píng)價(jià)廳堂語(yǔ)言可懂度的快速語(yǔ)言傳輸指數(shù),它的計(jì)算應(yīng)用需滿(mǎn)足以下幾項(xiàng)要求：(1)基本上是線(xiàn)性語(yǔ)言傳輸(無(wú)削波等)；(2)采用寬帶語(yǔ)言傳輸(典型值為200～6 000 Hz)，因?yàn)榇朔椒ㄊ且约俣ɑ旧鲜菬o(wú)限制的語(yǔ)言譜為基礎(chǔ)的；(3)背景噪聲中不包含純音，在倍頻帶頻譜中，無(wú)明顯的峰或谷；(4)背景噪聲無(wú)脈沖特征；(5)混響時(shí)間隨頻率變化不太大時(shí)。語(yǔ)言清晰度指數(shù)(STI)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為：0.40≤STI<0.45為可以，0.45≤STI<0.50為好，0.50≤STI<0.55為良好，0.55≤STI<0.60優(yōu)良，0.60≤STI<0.90為優(yōu)秀。從圖6可知，學(xué)術(shù)報(bào)告廳RASTI指數(shù)的平均值為0.645，即聲音質(zhì)量的等級(jí)為優(yōu)秀。

圖6 學(xué)術(shù)報(bào)告廳RASTI語(yǔ)言清晰度計(jì)算分析圖

4 噪聲控制

4.1 設(shè)計(jì)建議

1)隔聲減噪設(shè)計(jì)。可將吸聲材料裝置在報(bào)告廳的墻面、頂棚和地面等部位，使噪聲碰到這些材料時(shí)被部分吸收，從而達(dá)到降低噪聲的目的。學(xué)術(shù)報(bào)告廳應(yīng)防止各項(xiàng)噪聲源對(duì)觀眾廳的干擾，這些噪聲源包括建筑物內(nèi)設(shè)備噪聲、外界穿入觀眾廳的噪聲和與本建筑相關(guān)設(shè)施的其他噪聲源。

2)隔震措施。為控制振動(dòng)環(huán)境，學(xué)術(shù)報(bào)告廳的地面采用復(fù)合木地板，基層鋼骨架的連接支座與建筑樓板間采用隔震橡膠墊。

3)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的噪聲控制。為控制通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的噪聲，學(xué)術(shù)報(bào)告廳周邊的采暖、通風(fēng)和空調(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)須安裝消聲裝置，機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)進(jìn)行噪聲源的控制，以隔聲隔震為主，吸聲為輔。管道穿過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，管道周?chē)p隙應(yīng)填充彈性材料。

4.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

1)天花吊頂。臺(tái)口前面的天花吊頂建議采用反射結(jié)構(gòu)，以使反射聲音到達(dá)前排，形成對(duì)前排聽(tīng)眾的前次反射聲，改善聽(tīng)眾席位置的音質(zhì)；后排的天花吊頂，建議輔以吸聲材料，以減少回聲干擾。

2)舞臺(tái)后墻。在主席臺(tái)后墻采用強(qiáng)吸聲結(jié)構(gòu)，以消除主席臺(tái)后墻形成的聲聚焦和回聲，提高傳聲增益，減少話(huà)筒嘯叫。

3)大廳后墻。大廳后墻建議采用強(qiáng)吸聲結(jié)構(gòu)，以控制由后墻引起的回聲，并減少混響時(shí)間。

4)大廳兩側(cè)。側(cè)墻的前次反射聲，對(duì)提高聲音的豐滿(mǎn)度及溫感大有幫助，能極大地改善音質(zhì)，所以建議側(cè)墻采用吸聲及擴(kuò)散相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，對(duì)聲音形成吸聲和擴(kuò)散反射，改善音質(zhì)。同時(shí)，墻體上輔以吸聲處理結(jié)構(gòu)，以控制大廳的混響時(shí)間。

4.3 構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)

1)墻面構(gòu)造。學(xué)術(shù)報(bào)告廳的外圍隔墻采用75系列輕鋼龍骨雙面雙層12 mm厚紙面石膏板，內(nèi)填50 mm厚100 kg·m-3巖棉，隔聲量可達(dá)50 dB，其構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)見(jiàn)圖7。裝飾面層材料采用3 mm厚鋁合金條形板，呈凹凸形式排列，其構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)見(jiàn)圖8。

圖7 外圍隔墻構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)圖

圖8 裝飾面構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)圖

2)天花構(gòu)造。天花鋼骨架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上滿(mǎn)鋪50 mm厚100 kg·m-3巖棉，裝飾面層材料為3 mm厚微孔鋁合金條板，條板之間留有15 mm寬的凈縫，以使吸聲系數(shù)滿(mǎn)足聲學(xué)要求。其細(xì)部設(shè)計(jì)如圖9所示。

圖9 天花構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)圖

3)地面構(gòu)造。木地板地面設(shè)計(jì)中，鍍鋅方管與樓地面的支撐腳采用20 mm厚160 mm×160 mm方形隔震橡膠墊，并滿(mǎn)鋪巖棉，以有效保證地面的隔聲減震要求。其細(xì)部設(shè)計(jì)見(jiàn)圖10。

圖10 地面構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)圖

5 結(jié)語(yǔ)

學(xué)術(shù)報(bào)告廳建筑聲學(xué)環(huán)境細(xì)部設(shè)計(jì)一般分為建筑聲學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)和細(xì)部設(shè)計(jì)2個(gè)環(huán)節(jié)，通常由2個(gè)單位分別進(jìn)行，給兩者的綜合與成型造成不便。本研究將聲學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)與裝飾構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)相統(tǒng)一，從位置選擇、音質(zhì)設(shè)計(jì)、噪聲控制3個(gè)方面展開(kāi)，通過(guò)聲場(chǎng)場(chǎng)分布的模擬，混響聲最大聲壓級(jí)數(shù)據(jù)和混響時(shí)間的計(jì)算，語(yǔ)言清晰度的分析等過(guò)程，確定學(xué)術(shù)報(bào)告廳建筑聲學(xué)細(xì)部設(shè)計(jì)指標(biāo)，確保了學(xué)術(shù)報(bào)告廳良好的音質(zhì)：125～4 000 Hz全頻帶模式總聲壓級(jí)最小為137.2 dB，穩(wěn)定聲場(chǎng)的不均勻度≤8 dB，中頻(500～1 000 Hz)混響時(shí)間范圍是0.9～1.1 s，RASTI指數(shù)的平均值為0.645。這種將建筑聲學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)和細(xì)部設(shè)計(jì)兩個(gè)環(huán)節(jié)一體化，并同步介入施工構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)的做法，簡(jiǎn)化了建筑聲學(xué)環(huán)境細(xì)部設(shè)計(jì)流程，也實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)施工的一體化。