旅游劇場聲學(xué)設(shè)計(jì)初探
——以炎帝大劇院為例

饒紫云，胡小明，王凡

（中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

1 引言

隨著旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，旅游演藝成為其中不可或缺的內(nèi)容。諸多旅游景區(qū)、主題樂園內(nèi)紛紛設(shè)置以游客為主體觀眾的各種類型的劇場。文化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WH/T 59《演出場館設(shè)備技術(shù)術(shù)語 劇場》將這類劇場定義為旅游劇場（或游樂劇場）。

旅游劇場的演出富有旅游景區(qū)的特色或者切合主題樂園的主題需要，演出類型多樣，如舞蹈、音樂、雜技、戲曲、多媒體及新科技手段演示等，大多數(shù)是專劇專演，長年演出較為固定的劇目。旅游劇場的投資往往沒有專業(yè)劇場投資高，并且大部分的投資用于舞臺燈光、視頻和聲效，而對于建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)不太重視，導(dǎo)致不能達(dá)到很好的音質(zhì)效果。筆者以神農(nóng)架景區(qū)炎帝大劇院為例，提出建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為旅游劇場聲學(xué)設(shè)計(jì)提供參考。

2 劇場概況

炎帝大劇院是為《神農(nóng)秘境》劇目而建設(shè)，以反映當(dāng)?shù)氐淖匀伙L(fēng)光、風(fēng)土人情和擴(kuò)大當(dāng)?shù)芈糜斡绊懥橹饕康?。劇場?nèi)的建筑、裝飾風(fēng)格和舞臺工藝都圍繞劇情設(shè)計(jì)。舞臺和觀眾廳有關(guān)參數(shù)見表1、表2。劇場平剖面圖見圖1、圖2。

表1 舞臺參數(shù)

圖1 炎帝大劇院平面圖

圖2 炎帝大劇院剖面圖

3 建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于旅游劇場以擴(kuò)聲使用為主，因此建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)主要是為擴(kuò)聲的使用提供良好的先天條件。建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要是：1）控制合適的混響時(shí)間和背景噪聲限值；2）觀眾廳內(nèi)不出現(xiàn)回聲、顫動回聲和聲聚焦等音質(zhì)缺陷。

炎帝大劇院建筑特點(diǎn)：1）觀眾廳未設(shè)置樓座，從表2可以看出，觀眾廳縱向長度、橫向?qū)挾群褪覂?nèi)凈高都偏大。而劇場合適的縱向長度≤30 m[1]，橫向?qū)挾取?7 m[1]，室內(nèi)凈高≤8.5 m[1]。過寬、過高的體型容易導(dǎo)致側(cè)墻面和頂面的反射聲線形成回聲，因此，側(cè)墻和頂面應(yīng)考慮吸聲或者擴(kuò)散構(gòu)造。2）觀眾廳未設(shè)置吊頂。考慮表演和觀眾的互動氛圍，廳內(nèi)設(shè)置威亞，方便雜技演員在觀眾廳內(nèi)表演，如此導(dǎo)致觀眾廳內(nèi)每座容積偏大于正常值一倍。這對控制混響時(shí)間及其頻率特性的難度加大，特別是低頻混響時(shí)間難以控制。并且觀眾廳需要布置較多吸聲材料，極大地增加聲學(xué)相關(guān)工程造價(jià)。3）舞臺空間較大。由于劇場有多個(gè)場景切換，演員數(shù)量較多，如此會導(dǎo)致舞臺的空調(diào)送風(fēng)距離較遠(yuǎn)且舞臺的空調(diào)噪聲偏高，空調(diào)的氣流噪聲控制難度大。主舞臺空調(diào)噪聲過大會影響觀眾席前區(qū)觀眾觀演。

表2 觀眾廳參數(shù)

3.2 聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)

由于劇場以擴(kuò)聲系統(tǒng)使用為主，為保證擴(kuò)聲的效果，觀眾廳中頻混響時(shí)間設(shè)計(jì)值略低，頻率特性良好，廳內(nèi)無聲缺陷現(xiàn)象。確定的主要建聲設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 建聲設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

3.3 音質(zhì)設(shè)計(jì)

3.3.1 體型設(shè)計(jì)

劇場平面為鐘形平面，臺口側(cè)墻根據(jù)聲學(xué)要求設(shè)置成凸弧形擴(kuò)散構(gòu)造，一是使側(cè)向反射聲的延遲時(shí)間較短；二是增加擴(kuò)散度。根據(jù)劇情需要，舞美專業(yè)在臺口側(cè)墻設(shè)置大量凹凸假山造型，假山造型面積約占馬道以下側(cè)墻面的三分之二。為使假山造型起到擴(kuò)散效果，聲學(xué)提供假山造型的擴(kuò)散突出和寬度尺度要求，并提出面密度大于40 kg/m2的要求。

觀眾廳由于未設(shè)置吊頂，結(jié)構(gòu)頂較高（超過20 m），頂面的反射聲易形成回聲。另外，觀眾廳的馬道底部為鋼板硬反射面，因此利用馬道底部和容易產(chǎn)生不利聲反射的頂面設(shè)置鋁板網(wǎng)吸聲構(gòu)造，考慮增加構(gòu)造的低頻吸聲性能，采用100 mm厚，容重48 kg/m3的憎水玻璃棉包裹黑色玻纖布。

3.3.2 混響時(shí)間控制

觀眾廳混響時(shí)間設(shè)計(jì)指標(biāo)是按照多用途劇場確定為中頻（500 Hz、1 000 Hz）1.3 s。后期隨著劇場的演出形式明確，擴(kuò)聲系統(tǒng)除了采用線陣列揚(yáng)聲器，還在側(cè)墻、后墻增加了若干效果聲全頻揚(yáng)聲器，為保證擴(kuò)聲系統(tǒng)的還音效果，混響時(shí)間設(shè)計(jì)指標(biāo)按照多用途劇場低限考慮，調(diào)整混響時(shí)間為中頻（500 Hz、1 000 Hz）1.1 s。

根據(jù)表2，劇場的每座容積偏大許多，低頻（125 Hz、250 Hz）混響時(shí)間控制比較困難。采用低頻吸聲特性較優(yōu)越的防火穿孔板，根據(jù)共振頻率公式計(jì)算，確定共振頻率[2]在低頻125 Hz～250 Hz的穿孔吸聲構(gòu)造，穿孔率不大于5%，板后空腔不小于150 mm，經(jīng)計(jì)算防火穿孔板共振頻率[2]在200 Hz，較好地解決了低頻混響時(shí)間偏長的問題。另外，低頻聲無指向性，低頻吸聲防火穿孔板設(shè)置在觀眾廳側(cè)墻后區(qū)和馬道以上的臺口墻面。

式中：

L——板后空腔深度（mm）；

t——板的厚度（mm）；

d——孔徑（mm）；

C——聲速（mm/s）；

P——穿孔率（穿孔面積/全面積×100%）。

觀眾廳后墻為主揚(yáng)聲器朝向的墻面，后墻的不利聲反射會在觀眾廳前區(qū)、舞臺形成回聲。觀眾廳后墻采用穿孔率大于20%的穿孔鋁板強(qiáng)吸聲構(gòu)造。觀眾廳平均自由程大，頂部吸聲材料的吸聲效率[3]較低，且距離聲源越遠(yuǎn)效率越低[4]，因此，頂部吸聲材料設(shè)置在馬道底部，盡量靠近主揚(yáng)聲器。觀眾廳的頂板為多個(gè)坡屋頂連續(xù)的造型，朝向舞臺的頂面容易產(chǎn)生不利聲反射返回至舞臺，形成回聲。綜合吸聲特性、施工的便易性和經(jīng)濟(jì)性，采用25 mm有機(jī)纖維吸聲噴涂，吸聲噴涂容重不小于50 kg/m3。

3.3.3 舞臺音質(zhì)設(shè)計(jì)

舞臺和觀眾廳形成耦合空間，舞臺空間的長混響對觀眾廳會造成不利聲耦合，因此舞臺采取強(qiáng)吸聲措施[5]，舞臺混響時(shí)間應(yīng)盡量和觀眾廳保持一致。炎帝大劇院較其他類型劇場大不相同，舞臺上除大幕外，天幕、邊幕、檐幕等均采用LED大屏代替。幕布具有中高頻吸聲特性，而LED屏幾乎為反射面，因此，不能只是在主舞臺局部墻面做吸聲處理，需要舞臺的所有墻面采用強(qiáng)吸聲構(gòu)造。墻面3 m以下采用防撞木絲吸音板，3 m以上采用穿孔FC板，穿孔率18.5%，板后預(yù)留空腔150 mm，空腔內(nèi)填充50 mm厚，容重48 kg/m3玻璃棉，玻璃棉包裹無紡吸音布。

3.3.4 噪聲控制設(shè)計(jì)

（1）觀眾廳

觀眾廳采用座椅下送風(fēng)，廳內(nèi)能較好地控制送風(fēng)氣流噪聲。觀眾廳回風(fēng)口設(shè)置在觀眾廳側(cè)墻標(biāo)高5 m的位置，尺寸為5 m×0.5 m，百葉片長度超過2 m，回風(fēng)口風(fēng)速較低，不超過4 m/s，氣流噪聲控制較好。回風(fēng)口的產(chǎn)品質(zhì)量也會影響風(fēng)口噪聲，百葉片厚度太薄，會導(dǎo)致葉片抖動輻射噪聲，因此，聲學(xué)要求鋁百葉風(fēng)口的葉片厚度不小于2 mm。另外，由于空調(diào)機(jī)房設(shè)置在三層，并且均未緊鄰觀眾廳，觀眾廳送、回風(fēng)管段均經(jīng)過較長管段衰減，并且回風(fēng)管設(shè)置了多個(gè)消聲彎頭，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的噪聲經(jīng)管段衰減至回風(fēng)口經(jīng)消聲計(jì)算滿足觀眾廳內(nèi)背景噪聲限值要求。

（2）舞臺

主舞臺送、回風(fēng)口噪聲為舞臺主要噪聲源。舞臺臺口高度10 m，主舞臺寬度35.6 m，深度24.7 m，主舞臺送風(fēng)口距離地面約12.8 m，送風(fēng)口為噴口。由于送風(fēng)管經(jīng)過較長距離和多個(gè)彎頭的自然衰減作用，再加上房間的吸聲衰減作用，即便是送風(fēng)噴口風(fēng)速7.4 m/s，最終疊加的氣流噪聲值較低，也能滿足背景噪聲限值要求。

側(cè)舞臺和后舞臺風(fēng)口距離主舞臺演出區(qū)域較遠(yuǎn)，并且舞臺內(nèi)設(shè)置大量吸聲材料，經(jīng)計(jì)算，側(cè)舞臺和后舞臺風(fēng)口噪聲衰減至主舞臺區(qū)域時(shí)，各個(gè)頻率均衰減20 dB以上，因此，側(cè)舞臺和后舞臺的風(fēng)口噪聲對主舞臺和觀眾廳幾乎不會造成噪聲影響。

過渡季節(jié)排風(fēng)機(jī)的噪聲則可以通過設(shè)置片式消聲器和消聲彎頭使風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪聲沿管段衰減后滿足舞臺背景噪聲限值要求。

4 計(jì)算機(jī)模擬分析

根據(jù)計(jì)算機(jī)1:1仿真模擬，觀眾廳的三維模型和音質(zhì)模擬結(jié)果如下：

根據(jù)劇場的平剖面圖建立觀眾廳的三維聲學(xué)模型，共有4 604個(gè)包絡(luò)面圍成，見圖3。

圖3 計(jì)算機(jī)三維聲學(xué)模型圖

觀眾廳空場狀態(tài)下的主要聲學(xué)參量：T30云圖見圖4、圖5，接收點(diǎn)反射聲序列模擬分析圖見圖6～圖9。觀眾廳平面為左右對稱，取半場均勻布置15點(diǎn)，接收點(diǎn)布置圖見圖10。各接收點(diǎn)平均混響時(shí)間結(jié)果和空場計(jì)算值見圖11。

圖4 計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果T30云圖（500 Hz）

圖5 計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果T30云圖（1 000 Hz）

圖6 接收點(diǎn)R9（1 000 Hz）反射聲序列

圖9 接收點(diǎn)R14（1 000 Hz）反射聲序列

圖10 計(jì)算機(jī)仿真模擬接收點(diǎn)布置圖

圖11 混響時(shí)間計(jì)算機(jī)模擬值與計(jì)算值比較折現(xiàn)圖

從計(jì)算機(jī)仿真模擬結(jié)果可以看出，T30云圖分布較均勻，各接收點(diǎn)的平均混響時(shí)間中頻（500 Hz、1 000 Hz）平均值為1.14 s，空場計(jì)算值為1.16 s，計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果和計(jì)算結(jié)果較符合，混響時(shí)間頻率特性一致。并且從選取的接收點(diǎn)反射聲序列圖可以看出各點(diǎn)無回聲音質(zhì)缺陷。

圖7 接收點(diǎn)R10（1 000 Hz）反射聲序列

圖8 接收點(diǎn)R13（1 000 Hz）反射聲序列

5 建聲測試結(jié)果

劇場完工后，對觀眾廳和舞臺空場狀態(tài)下進(jìn)行建聲測試，各測點(diǎn)布置圖見圖12。

圖12 建聲測試測點(diǎn)布置圖

5.1 主要建聲指標(biāo)測試結(jié)果

測試時(shí)由于條件限制，滿場狀態(tài)無法測量，考慮座椅采用的是劇場專用座椅，坐墊和靠背局部有軟墊，且座椅底板穿孔處理，座椅坐人和不坐人的測試結(jié)果差距不大，故測試空場狀態(tài)數(shù)據(jù)。混響時(shí)間測量方法采用中斷聲源法，測試聲源采用廳內(nèi)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，測試信號采用粉紅噪聲，傳聲器位于距地面1.2 m處。傳聲器位置上的峰值聲壓級高于相應(yīng)頻段內(nèi)背景噪聲45 dB，滿足信噪比要求。混響時(shí)間和背景噪聲測量結(jié)果見圖13、圖14。

圖13 混響時(shí)間實(shí)測與計(jì)算值比較折現(xiàn)圖

圖14 背景噪聲實(shí)測與設(shè)計(jì)指標(biāo)比較折現(xiàn)圖

5.2 建聲測試結(jié)果分析

（1）根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果可知，觀眾廳各頻段混響時(shí)間空場測量值與空場計(jì)算值基本接近，低頻（125 Hz、250 Hz）有一定提升，高頻略有下跌，測得的低音比BR值1.26，可以看出觀眾廳混響時(shí)間及其頻率特性良好。

（2）舞臺混響時(shí)間測試值和觀眾廳相比較略偏長，中頻（500 Hz、1 000 Hz）比觀眾廳偏長約0.31 s。位于觀眾廳第一排座席和舞臺口附近的R13～R15點(diǎn)測試數(shù)據(jù)并沒有比觀眾廳混響時(shí)間平均值偏長或有較大偏差。由此可見，舞臺空間混響時(shí)間偏長對于觀眾廳混響時(shí)間并未造成較大影響。綜合經(jīng)濟(jì)性和舞臺空間的實(shí)際狀況，舞臺空間的吸聲處理滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

（3）根據(jù)背景噪聲測試結(jié)果可以看出，在空調(diào)開啟的狀態(tài)下，觀眾廳和舞臺測得的倍頻帶聲壓級明顯優(yōu)于設(shè)計(jì)目標(biāo)NR 35噪聲評價(jià)曲線。觀眾廳背景噪聲滿足NR 25噪聲評價(jià)曲線，舞臺背景噪聲滿足NR 30噪聲評價(jià)曲線。

炎帝大劇院已經(jīng)于2021年10月正式竣工首演，建設(shè)方邀請當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的職工、當(dāng)?shù)鼐用窈透鲄⒔▎挝挥^看演出，參與演出的演員和觀眾對劇場的音質(zhì)十分滿意。該項(xiàng)目最終聲學(xué)效果能夠達(dá)到甚至高于設(shè)計(jì)目標(biāo)，很大程度是業(yè)主對建筑聲學(xué)非常重視，聲學(xué)相關(guān)裝修采取專項(xiàng)分包，并且要求施工單位嚴(yán)格按照聲學(xué)顧問的設(shè)計(jì)選擇聲學(xué)材料，實(shí)施聲學(xué)構(gòu)造。聲學(xué)顧問根據(jù)擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)整相適應(yīng)的建聲設(shè)計(jì)目標(biāo)。最終劇場聲環(huán)境能取得較優(yōu)的效果，達(dá)到各方滿意的結(jié)果。

6 結(jié)語

（1）旅游劇場不同于其他類型劇場，混響時(shí)間設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)根據(jù)表演的形式、聲效的要求，適當(dāng)降低混響時(shí)間，以保證擴(kuò)聲的還音要求。

（2）旅游劇場聲學(xué)在做體型設(shè)計(jì)時(shí)，一般受到演出形式、舞美特殊要求的限制，往往達(dá)不到較優(yōu)的體型，需要采取額外的聲學(xué)措施，避免回聲、多重回聲等音質(zhì)缺陷、混響時(shí)間過長等問題。

（3）旅游劇場一般容積較大，吸聲材料運(yùn)用量大，聲學(xué)相關(guān)工程造價(jià)較高。但遇到劇場投資有限，并且裝飾效果要求不高、業(yè)主不重視時(shí)，聲學(xué)措施的實(shí)施難度很大，常常導(dǎo)致觀演效果不理想。

（4）旅游劇場若是專劇專演，劇目的演出要求應(yīng)盡早明確，聲學(xué)專業(yè)宜盡早介入，建筑、舞臺工藝、聲學(xué)和舞美等相關(guān)專業(yè)在方案階段充分溝通，提高各專業(yè)融合度，避免聲學(xué)專業(yè)出現(xiàn)無法挽回的音質(zhì)缺陷。

（5）旅游劇場演出時(shí)氣氛熱烈，背景音樂歡快熱烈，觀眾廳內(nèi)背景噪聲不影響觀眾觀看演出即可，一般可按照規(guī)范中低限選擇。