福州海峽文化藝術(shù)中心室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)綜述

王靜波

同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司

海峽文化藝術(shù)中心位于福州市馬尾新城閔江江畔，項(xiàng)目采納芬蘭Pesark建筑事務(wù)所的競賽中標(biāo)方案，建筑由五幢形似茉莉花瓣的場館組成，分別為700座多功能廳、1 700座歌劇廳、1 000座音樂廳、藝術(shù)展覽廳和影院中心，通過中央文化大廳和上部的屋頂平臺連接。項(xiàng)目建筑面積為15.7萬m2，于2015年5月開工，歷經(jīng)三年多的建設(shè)，2018年8月主體完工，歌劇廳和音樂廳于2018年10月開業(yè)演出。

1 音樂廳

1.1 建筑內(nèi)部形態(tài)布局及室內(nèi)聲學(xué)考慮要點(diǎn)

1000座音樂廳用于各類音樂演出，包括大型交響樂、管風(fēng)琴音樂、室內(nèi)樂、器樂合奏獨(dú)奏，兼顧電子合成音樂、使用輕度擴(kuò)聲系統(tǒng)的音樂演出等。演奏臺面積足夠大，可容納超過110名樂師的大型樂隊(duì)，后方設(shè)有若干排座席區(qū)，兼做合唱席。此區(qū)域上方的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置了懸挑，且下部有結(jié)構(gòu)支撐的管風(fēng)琴室及其附屬用房。觀眾區(qū)域?yàn)榄h(huán)繞演奏臺的葡萄園式（Vineyard）布局，這種音樂廳最顯著的特征就是每一區(qū)域的觀眾均能接收到無遮擋的直達(dá)聲，而舞臺附近和每一區(qū)域前端的“矮墻”則為樂師及觀眾提供了足夠強(qiáng)的早期反射聲，觀眾與舞臺樂師之間聲學(xué)及視線上的親切感自然地建立了起來。

除了分隔每一塊觀眾區(qū)、向下傾斜的“矮墻”外，圍合觀眾廳空間的墻面均為曲率半徑55m左右球面的一部分，猶如大朵的“花瓣”環(huán)繞在觀眾區(qū)上方，這些向外凸出、向下傾斜的曲面墻體將產(chǎn)生足夠合適的早期側(cè)向反射聲覆蓋到觀眾區(qū)。音樂廳下部墻面之間的寬度約21m，上部墻面之間約28m，距離較窄，能為觀眾區(qū)提供較強(qiáng)的早期反射聲，從而使整個(gè)觀眾廳內(nèi)具有優(yōu)良的樂聲明晰度和清晰度。

為了獲得足夠長的混響時(shí)間，合適的聲學(xué)容積是必須的，以滿足交響樂和管風(fēng)琴音樂會（需要較強(qiáng)的后期空間響應(yīng)）演出所需要的聲學(xué)條件；同時(shí)也需要足夠強(qiáng)的早期反射聲，以獲得較高的明晰度，確保清晰的音樂表達(dá)和明晰的樂聲。

對于中型音樂廳，聲學(xué)容積隨著座位數(shù)的減少相應(yīng)地減小，但座位數(shù)減少到一定程度，容積的減小趨緩，甚至不再減小，這主要取決于音樂廳的使用功能定位。對于人數(shù)較少的音樂廳，需要更高的單人容積來平衡較高的響度，尤其是對于有大型交響樂隊(duì)演出的音樂廳。為了避免大型交響樂隊(duì)演出時(shí)，過強(qiáng)的響度影響到音樂家們的演奏效果從而影響整個(gè)樂隊(duì)演奏的聲音平衡，如低音、打擊樂器等的聲音會輕易地壓倒弦樂的聲音，需要首先考慮廳內(nèi)合適的聲學(xué)容積，表1即為若干大型和中型音樂廳的聲學(xué)容積等參數(shù)。

表中1～3為19世紀(jì)經(jīng)典音樂廳范例；4為音質(zhì)優(yōu)異的古典鞋盒式音樂廳，其聲學(xué)效果在Beranek的《Concert Halls and Opera Houses》一書中[1]列在“優(yōu)秀”一組，但正如書中提到的指揮家們的觀點(diǎn)，對于大型交響樂隊(duì)來說，其容積太??；5為世界首例葡萄園式音樂廳；6～10為美國Artec聲學(xué)顧問公司所設(shè)計(jì)的大中型音樂廳的成功典范，帶有鮮明的Artec聲學(xué)設(shè)計(jì)特征，除第10項(xiàng)外，其余音樂廳的側(cè)墻均設(shè)有耦合空間或頂部設(shè)有可升降的吊頂。除上述這些音樂廳外，當(dāng)今建造的音樂廳，特別是有大型交響樂演出功能的音樂廳，都擁有較大的容積，同時(shí)聲學(xué)方面具有可調(diào)整的措施，以滿足不同音樂作品、不同演出內(nèi)容、不同演出形式（自然聲或輕度擴(kuò)聲系統(tǒng)）對室內(nèi)聲學(xué)的要求，即具有廣泛的適用性。

音質(zhì)效果優(yōu)異的音樂廳，舞臺演奏家們能夠聽清自己演奏樂器的聲音、聽清其他樂師演奏的聲音，并且能夠聽到、感受到音樂廳空間的聲學(xué)響應(yīng)；對于聽眾而言，能夠聽到自然、清晰、平衡、響度合適的聲音，且不同座位區(qū)域有一致的音質(zhì)效果。對于中型音樂廳，控制好合適的響度，對于大型樂隊(duì)的演出效果尤為重要。

海峽文化藝術(shù)中心音樂廳聲學(xué)容積為17 000m3，每座容積為17m3。在上部花瓣?duì)钋鎵Φ慕ㄖo(hù)墻體外設(shè)置了數(shù)量足夠的電動聲學(xué)簾幕，以調(diào)整廳內(nèi)的混響時(shí)間和其他聲學(xué)參數(shù)，滿足不同音樂作品、自然聲或擴(kuò)聲系統(tǒng)使用狀態(tài)下的音樂演出要求，使該音樂廳具有聲學(xué)意義上的廣泛適用性。對于音樂廳的主要使用功能，滿場中頻混響時(shí)間一般要求如下：

1.6～1.8s：小規(guī)模的管弦樂及器樂獨(dú)奏表演；

1.8～2.0s：大型交響樂；

≥2.0s：管風(fēng)琴音樂；

≤1.6s：使用擴(kuò)聲系統(tǒng)的音樂演出。

音樂廳頂部在鋼結(jié)構(gòu)屋架下設(shè)置了視覺不可見的聲學(xué)頂，聲學(xué)頂下方懸掛了若干球切面狀的聲反射體，其中舞臺上空有5只大的聲反射體，各自的高度及傾斜角度可自由調(diào)整，能夠?yàn)椴煌?guī)模的樂隊(duì)、不同音樂類型的演出提供最合適的聲學(xué)條件，幫助演奏家建立良好的聽聞環(huán)境，同時(shí)也為觀眾區(qū)提供早期反射聲。其余32只聲反射體分布在觀眾區(qū)域上空，較小的球切面聲反射體能夠?yàn)橛^眾區(qū)域提供均勻的早期反射聲，這些球切面聲反射體同時(shí)也作為觀眾廳內(nèi)的照明燈具。

1 外景鳥瞰

2 音樂廳平面圖

3 音樂廳剖面圖

池座區(qū)域的矮墻及上部的花瓣?duì)顗γ婢捎枚ㄖ圃O(shè)計(jì)的陶瓷板，固定于GRG基層板上，足夠厚實(shí)牢固，起到有效的聲反射作用。環(huán)繞舞臺及觀眾區(qū)的墻面，能夠提供有效早期反射聲及早期側(cè)向反射聲的部位，主要分布在各塊面墻體的中部特定區(qū)域，這樣一來，矮墻及上部花瓣?duì)顗w傾斜角度的改變，只會導(dǎo)致有效聲反射塊面上下平移。對于能夠向觀眾區(qū)域提供早期反射聲的墻體部位采用平整、光滑的面，以形成更好的定向聲反射作用，使聽眾能夠更好地感受到音質(zhì)的明晰度、清晰度及環(huán)繞感和聲音的現(xiàn)場感等空間響應(yīng)效果。

4 音樂廳內(nèi)景

所有這些“矮墻”和“花瓣”塊面中的特定區(qū)域起到向觀眾區(qū)域提供有益的早期反射聲的作用，但也要考慮產(chǎn)生后期反射聲的部位，特別是回聲出現(xiàn)的可能性。對于存在長延時(shí)反射聲的塊面部位，需要做適當(dāng)?shù)奈U(kuò)散處理，但也要避免過度的聲擴(kuò)散處理對室內(nèi)音質(zhì)效果的負(fù)面影響。

上部花瓣?duì)顗w的頂部與聲學(xué)頂之間為垂直的建筑圍護(hù)墻體，表面進(jìn)行水泥砂漿抹平處理，形成良好的聲學(xué)反射面。墻體與聲學(xué)頂交界處設(shè)置垂直升降的聲學(xué)簾幕，簾幕前端設(shè)置木飾面裝飾效果的金屬格柵。頂部視覺上不可見的聲學(xué)頂為足夠厚實(shí)且固定在一起的多層石膏板，起到有效的聲反射作用，空調(diào)和消防風(fēng)管等設(shè)備均設(shè)置在聲學(xué)頂與結(jié)構(gòu)屋面之間，以避免產(chǎn)生不必要的負(fù)面聲學(xué)效應(yīng)。

觀眾廳與演奏臺地面均為木地板，演奏臺木地板的硬度和光滑度合適，以便于大提琴和低音提琴的支撐，避免打滑。同時(shí)，演奏臺木地板的做法應(yīng)具有較好的聲音反射共鳴，有利于聲音的成長，避免聲音被吸收。演奏臺周邊的墻體為厚實(shí)、光滑的復(fù)合竹木板，并設(shè)有木飾面效果的裝飾格柵，格柵后設(shè)有可水平移動的聲學(xué)簾幕，可根據(jù)演出的節(jié)目內(nèi)容或使用方式進(jìn)行調(diào)整。

5 音樂廳墻面陶瓷板細(xì)部

6 音樂廳墻面典型聲線分析

1.2 竣工后聲學(xué)測試

筆者及其聲學(xué)團(tuán)隊(duì)于2018年9月11日對音樂廳進(jìn)行了竣工后空場聲學(xué)測試，并于2019年3月20日進(jìn)行了空場和滿場的聲學(xué)測試。滿場聲學(xué)測試安排在2019年3月20日晚上的鋼琴獨(dú)奏音樂會，聲學(xué)簾幕根據(jù)演出的內(nèi)容設(shè)置在特定的位置，并在下午的空場及晚上的滿場聲學(xué)測試中保持不變。滿場測試時(shí)，觀眾區(qū)的上座率約為40%。部分聲學(xué)指標(biāo)的測試結(jié)果見表2。

中頻混響時(shí)間的空場可調(diào)幅度為0.7s，整個(gè)頻率范圍內(nèi)均有較大的可調(diào)幅度，相對平坦的混響時(shí)間頻率特性非常符合音樂作品所要求的明晰、準(zhǔn)確的音質(zhì)效果。與較為流行的觀念相反，低頻混響時(shí)間偏長，會造成音質(zhì)的失真，即低頻聲染色現(xiàn)象，使得聲音模糊。

明晰度C80、聲場強(qiáng)度G及側(cè)向能量因子LF（80）均與設(shè)計(jì)預(yù)期值吻合，其中聲場強(qiáng)度G遠(yuǎn)高于筆者負(fù)責(zé)聲學(xué)設(shè)計(jì)的與本廳座位數(shù)量接近的其他中型音樂廳（如西安音樂學(xué)院音樂廳、中國音樂學(xué)院音樂廳）。這些聲學(xué)參數(shù)在很大程度上與本廳傾斜的墻體有關(guān)，特別是較高的聲場強(qiáng)度。這也從另一個(gè)角度說明，本廳聲學(xué)設(shè)計(jì)考慮相對較大的容積，既是為了達(dá)到較長的混響時(shí)間和空間響應(yīng)，同時(shí)也是為了避免大型交響樂隊(duì)演出時(shí)過高的響度所帶來的負(fù)面影響。

室內(nèi)聲學(xué)方面的可調(diào)整特性是本音樂廳最顯著的特征，其客觀室內(nèi)聲學(xué)指標(biāo)變化幅度較大，與聲學(xué)設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)完全吻合。近20年來，境外新建的許多音樂廳都具備聲學(xué)上可變的特性，以滿足不同演出內(nèi)容及使用方式對室內(nèi)聲學(xué)的要求。

2 歌劇廳

2.1 建筑內(nèi)部形態(tài)布局及室內(nèi)聲學(xué)考慮要點(diǎn)

1700座歌劇廳采用了自由形態(tài)的馬蹄形平面，相對平緩的池座區(qū)域兩側(cè)和后部設(shè)置了分區(qū)，使池座區(qū)域的建筑平面布局在形式上更為豐富。觀眾廳設(shè)有兩層樓座，并向舞臺方向延伸，在視覺上形成了很強(qiáng)的圍合感，營造出視覺和聲學(xué)上獨(dú)特的親切感（Intimacy）。親切感是演藝建筑最為重要的特質(zhì)和核心要素，能夠加強(qiáng)演員與觀眾、觀眾與觀眾之間的交流，國際上不少近年來新建的、廣受贊譽(yù)的歌劇院，無一例外地繼承了傳統(tǒng)歌劇院的這一特質(zhì)。

與傳統(tǒng)歌劇院相比，近十幾年新建的歌劇院，如挪威奧斯陸國家歌劇院、丹麥歌本哈根歌劇院等均具有混響時(shí)間較長的特征，即混響時(shí)間適度，同時(shí)又具有較高的明晰度和清晰度。

觀眾廳需考慮合適的聲學(xué)容積，以達(dá)到混響時(shí)間的指標(biāo)要求，有效聲學(xué)容積由兩部分組成，即視覺上可見的頂部聲反射板下部的容積，以及聲反射板與結(jié)構(gòu)樓板下、視覺上不可見的聲學(xué)吊頂之間的容積。海峽文化藝術(shù)中心歌劇廳的觀眾廳有效聲學(xué)容積約為14 500m3，每座容積為8.5m3，中頻滿場混響時(shí)間的設(shè)計(jì)目標(biāo)值為1.5s，滿足以自然聲演出的歌劇及其他音樂類演出的要求。對于使用擴(kuò)聲系統(tǒng)的演出，裝飾吊頂上部周邊墻面設(shè)置了數(shù)量合適的電動聲學(xué)簾幕，以調(diào)整廳內(nèi)的混響時(shí)間及其他相關(guān)參數(shù)。

均勻覆蓋到所有池座和樓座觀眾區(qū)、足夠強(qiáng)的早期反射聲有益于獲得較高的明晰度，直達(dá)聲后80ms內(nèi)到達(dá)的早期反射聲（對于語言來說是50ms）被人耳整合到直達(dá)聲的聲能量中，有助于提高語言可懂度和增強(qiáng)表演者聲音的現(xiàn)場感。臺口區(qū)域及觀眾區(qū)域墻面、樓座欄板端面均與建筑師在設(shè)計(jì)階段密切合作，進(jìn)行了優(yōu)化考慮。

表1 若干大型和中型音樂廳的聲學(xué)容積

表2 音樂廳聲學(xué)測試結(jié)果

7 歌劇院平面圖

8 歌劇院剖面圖

9 歌劇院內(nèi)景

10 聲線跟蹤法顯示特定塊面的早期反射聲覆蓋區(qū)域

11 歌劇廳內(nèi)景

12 歌劇廳墻面陶瓷片細(xì)部

表3 歌劇院聲學(xué)測試結(jié)果

臺口部位（P1/P2/P3）需要整合聲學(xué)反射面、揚(yáng)聲器和演出燈光位置等諸多因素，由于靠近聲源，臺口區(qū)域的墻面是歌劇院最重要的聲學(xué)區(qū)域之一。側(cè)向挑臺前端面（F1/F2/F3）、側(cè)向底部面（U1/U2/U3）和聲學(xué)凸出塊面（B1/B2/B3）均按照聲學(xué)要求進(jìn)行了優(yōu)化，側(cè)向挑臺前端面之間的平均距離在21m內(nèi)，以產(chǎn)生較強(qiáng)的早期反射聲。

升降樂池上空的吊頂設(shè)置在距離舞臺臺面13m高的位置，起到有效的聲反射作用，將舞臺上的聲音反射到觀眾廳的大部分區(qū)域，同時(shí)也為樂池內(nèi)的演出提供反射聲的支持。觀眾廳上空的吊頂聲反射體設(shè)置在距離舞臺面標(biāo)高16m的位置，早期聲音部分被反射回觀眾區(qū)，部分透過到達(dá)上部的空間，將上部的空間藕合到觀眾廳的空間內(nèi)。

觀眾廳側(cè)墻、后墻及樓座欄板面均由8mm厚花瓣?duì)畹奶沾善M成，固定在GRG基層板上，均起很好的聲反射作用，具有特定肌理的陶瓷片按照一定方式排列，高頻具有很好的擴(kuò)散作用，避免光滑的陶瓷片表面使得聲音過于生硬刺耳。

視覺上的裝飾天花與結(jié)構(gòu)頂板之間的墻體設(shè)置了可垂直升降的聲學(xué)簾幕，沿臺口墻面、側(cè)墻及后墻布置，這些既是觀眾廳內(nèi)除座椅外主要的吸聲類材料，也是可變聲學(xué)的措施。

2.2 竣工后聲學(xué)測試

筆者及其聲學(xué)團(tuán)隊(duì)于2018年9月11日進(jìn)行了竣工后空場聲學(xué)測試，并于2019年3月20日進(jìn)行了空場和滿場的聲學(xué)測試。表3為3月20日空場及滿場測試的結(jié)果，考慮到當(dāng)天晚上的演出為綜藝節(jié)目并使用了擴(kuò)聲系統(tǒng)，頂部側(cè)墻聲學(xué)簾幕設(shè)置在一定的位置，并保持空場、滿場均不變的狀態(tài)。

滿場測試時(shí)觀眾廳的上座率約為60%，中頻空場混響時(shí)間較滿場約長0.1～0.15s，測試結(jié)果與設(shè)計(jì)值吻合。歌劇廳的側(cè)墻、后墻及樓座欄板均為特殊定制的8mm厚花瓣?duì)钐沾善?，固定于GRG基層板上，均為聲反射類的材質(zhì)，高頻部分（大于8kHz）具有散射作用。廳內(nèi)除座椅外，唯一的吸聲材料就是裝飾吊頂上部周邊墻面處的聲學(xué)簾幕，考慮了足夠合適的安裝條件，簾幕全頻帶范圍內(nèi)均有很好的聲學(xué)性能，可以作為常態(tài)化使用的聲學(xué)裝置。當(dāng)所有簾幕收起時(shí)，廳內(nèi)的滿場混響時(shí)間將略長于此次測試結(jié)果。

歌劇廳具有較長混響時(shí)間的特征尤其適合以自然聲為主的音樂類演出，如舉辦交響音樂會，舞臺上設(shè)置了樂罩，觀眾廳的混響時(shí)間及聲場強(qiáng)度等參數(shù)均有一定程度的提高。同時(shí)，裝飾吊頂上部周邊墻面的聲學(xué)簾幕收起，綜合來看，預(yù)計(jì)觀眾廳的中頻滿場混響時(shí)間將會提升0.15～0.25s，即觀眾廳的中頻滿場混響時(shí)間可達(dá)到1.7～1.8s，同時(shí)其他聲學(xué)參數(shù)也有一定程度的改變，能夠更好地滿足以自然聲為主的音樂演出，特別是大型樂隊(duì)演出，如交響音樂會。而對于使用擴(kuò)聲系統(tǒng)的綜合文藝演出活動，展開頂部墻面周邊的聲學(xué)簾幕將有助于提高觀眾廳內(nèi)的語言清晰度，以及獲得更加合適的響度及音質(zhì)的平衡感。

3 結(jié)語

演藝建筑設(shè)計(jì)是一項(xiàng)多專業(yè)的協(xié)同工作，聲學(xué)專業(yè)應(yīng)從建筑方案階段就深入其中，將聲學(xué)設(shè)計(jì)的理念和具體措施完整地融入建筑設(shè)計(jì)中，這就要求聲學(xué)顧問與建筑師密切協(xié)作。筆者非常高興能夠得到此項(xiàng)目芬蘭原創(chuàng)主建筑師的推薦及業(yè)主的信任，參與到芬蘭和中國建筑師團(tuán)隊(duì)共同設(shè)計(jì)的這一大型演藝建筑工程中。演藝建筑的內(nèi)部演藝空間應(yīng)該是獨(dú)一無二的，需要考慮內(nèi)部建筑形態(tài)布局、界面聲學(xué)優(yōu)化、材料運(yùn)用及聲學(xué)要素、可變聲學(xué)措施等多方面因素，緊密配合建筑師尋求最佳的建筑與聲學(xué)完美結(jié)合的方案，并在整個(gè)設(shè)計(jì)建造過程中對與聲學(xué)相關(guān)的問題進(jìn)行充分溝通和討論，尋求可靠、穩(wěn)妥且富有創(chuàng)新的解決方案。音樂廳、歌劇院一類演藝廳堂的室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)，總的來說依賴設(shè)計(jì)者對所設(shè)計(jì)廳堂的功能與聲學(xué)品質(zhì)要求的理解、實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)視野和正確判斷，是一項(xiàng)細(xì)致而周密的工作。

客觀評價(jià)一座音樂廳或歌劇院的室內(nèi)音質(zhì)，應(yīng)在建成后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)聽取各方人士的意見，包括熟悉世界各地不同音樂廳或歌劇院特點(diǎn)的樂隊(duì)指揮、演奏家、專業(yè)的音樂鑒賞家和評論家，以及有很好音樂素養(yǎng)的觀眾。結(jié)合所有反饋意見，與音樂廳、歌劇院的管理者和技術(shù)人員對現(xiàn)有聲學(xué)設(shè)施進(jìn)行有針對性的調(diào)整，更好地滿足不同類型的演出。這些是聲學(xué)顧問在場館投入使用后的一段時(shí)間內(nèi)仍需要進(jìn)行的工作。