昆山文化艺术中心大剧院建筑声学设计.doc

昆昆山文化艺术中心大剧院建筑声学设计山文化艺术中心大剧院建筑声学设计张三明，王 觅，李 程，何海霞，陈志刚（浙江大学建筑技术研究所，浙江 杭州 310058）【摘 要】 昆山文化艺术中心大剧院观众厅为创新的不规则平面，观众厅内部空间效果独特，装修风格统一。本文介绍了建筑声学设计如何在保证声学效果的同时协助建筑师实现对建筑造型艺术的追求。重点介绍了大剧院观众厅体 形设计、混响时间控制、舞台活动声反射罩设计、室内噪声控制，提供了室内音质测试结果。【关键词】 昆山文化艺术中心；大剧院；建筑声学；建筑设计 文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2013.12.005Acoustical Design of The Grand Theater of Kunshan Culture and Art CenterZHANG San-ming, WANG Mi, LI Cheng, HE Hai-xia, CHEN Zhi-gang（Architectural Technology Institute of Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310058, China）【Abstract】The grand theater is main part of Kunshan Culture and Art Center, differ from most theater, the audience hall of thegrand theater is asymmetric, and has a special space, this paper introduced how acoustic consultant assisted the architect to realize his idea under principle of acoustic. Shape design, reverberation time realized and noise control of the theater were presented. The measured data of reverberation time and background noise level were provided.【Key Words】Kunshan Culture and Art Center; grand theater; architectural acoustic; architectural design深48 m。台口前部为升降乐池，面积约为110 m2，开口面积约为95 m2。由于观众厅座椅布置的特殊性，以及观众席排 距较大，观众厅容积较大，约为12 700 m3，每座容积为9.3 m3。图1为昆山文化艺术中心建筑总平面。1 项目概况江苏昆山文化艺术中心包括一座大剧院、一座昆曲场 和一个多厅电影院。艺术中心南为昆山城市主干道前进西 路，西为体育场路，东侧为配套公共绿地及水面，北为待 建的城市馆，场地环境噪声主要为前进西路交通噪声。大 剧院是文化艺术中心的主体，功能定位为满足大型歌剧、 舞剧、交响乐、戏曲等文艺演出，同时兼顾大型会议。大剧院观众厅为不规则平面，宽33 m，最后排观众席 到大幕线的距离为32.5 m（水平投影距离）。观众席分多个 标高分区布置。设计观众席1 362席，其中包括残疾人座椅4 个，观众席排距950 mm（其中3排贵宾席排距1 150 mm）。舞台口宽18 m，高12 m，品字形舞台。舞台总宽74 m，总2 建筑声学设计目标大剧院建筑声学设计目标是：在使用舞台声反射罩 时，完全采用自然声演出；歌剧演出时，对有实力的剧 团，具备自然声演出条件；其他用途如话剧、地方戏剧、 会议等，使用时采用扩声系统。追求清晰度与丰满度的平 衡，保证清晰度的前提下，有良好的丰满度。在音乐演出 时，使用声反射罩，将获得更好的丰满度。声音亲切自 23演 艺 科 技ENTERTAINMENT TECHNOLOGY图1 昆山文化艺术中心建筑总平面图2 声学设计观众厅一层平面2013年第十二期 总第91期 月刊No. 12, 2013 monthly No. 91然，明亮而有温暖感，有良好的空间感。无声学缺陷，无噪声干扰。大剧院满场混响时间设计值见表1，当采用舞台 活动声反射罩时，预计混响时间有一定的增长。大剧院观 众厅背景噪声：NR25。条件最好的观众席前区也有丰富的早期反射声，在观众厅靠近舞台的墙面及吊顶均设计强反射面，在池座分区设置 观众席，利用观众席侧面栏板向中部观众席提供早期侧向 反射声。考虑到文化艺术中心建筑造型为飘逸的弧线，声 学设计采用弧线造型的观众厅体形，声学设计观众厅一层 平面、二层平面、观众厅吊顶分别见图2、图3和图4。为 减少耳光对早期侧向反射声的遮挡，耳光室采用内凹的方 式。实施方案：观众厅内部贯彻了整栋建筑的造型风格， 采用弧线造型，观众席采用分区交叉布置，形成多个不同 标高的观众席区块，使观众厅获得非常丰富的空间效果。 上述声学设计思路中，关于反射声控制的措施也得到了落 实。观众厅吊顶经过多轮修改完善，也采用弧线造型，总 体保持水平，使顶部反射声合理分布。观众厅下部平面、 上部平面、吊顶平面分别见图5、图6和图7。3.2 观众厅剖面观众厅剖面中，顶部紧靠舞台口采用了大块的弧形强反射面，为观众席中前区提供早期反射声。中间部分吊顶3 观众厅体形设计在剧场音质设计中，观众厅体形设计是最为关键的。 观众厅体形影响直达声的强弱，并直接决定早期反射声的 强度、数量和方向。观众厅体形及观众席布置，决定了剧 场的观演氛围，好的剧场设计具有良好的观演关系，并对 舞台上的演员产生激励。观众厅体形也是建筑和装修设计 的重点，声学设计师需要与建筑师和装修设计师沟通协 调，把声学设计融入到建筑和装修中。最好的声学设计是 解决了所有声学要求，创造了优良的音质效果，但在观众 厅看不到声学痕迹，本项目就是在这样的指导思路下进行 建筑声学设计。3.1 观众厅平面为使整个观众席都有丰富的早期反射声，特别是视线表1 大剧场满场混响时间设计值24演 艺 科 技ENTERTAINMENT TECHNOLOGY倍频程中心频率f （Hz）1252505001 0002 0004 000混响时间（s）1.81.651.501.501.401.30图3 声学设计观众厅二层平面图5 观众厅下部平面图6 观众厅上部平面图4 声学设计观众厅吊顶演出场馆建设 建筑声学 Building of E nt er tainment Stadium 由很多块基本水平的弧面组成，形成丰富的造型，并在其中设置了两道面光。在总体的水平吊顶设计中，使吊顶提 供的反射声合理分布在整个观众席。交叉升起的观众席给地面升起设计增加了难度，为防止视线和声音遮挡，建立了三维观众厅模型进行校验，根据分析结果，对地面升起 进行调整完善。图8为上部右侧区块观众席第4排第4座地面 升起调整前后视线分析图，图9为观众厅剖面。观众厅体形基本确定后，采用室内声场模拟软件Odeon对大厅进行了模拟，部分模拟结果见表2。 由于剧场观众厅造型十分复杂丰富，为预测观众厅音25演 艺 科 技ENTERTAINMENT TECHNOLOGY图7 观众厅吊顶平面图8 上部右侧观众席地面升起调整前后视线分析图调整前调整后图9 观众厅剖面表2 大剧院观众厅声学计算机模拟结果倍频程中心频率f （Hz） 125 250 500 1 000 2 000 4 000 混响时间（s） 1.71 1.58 1.49 1.49 1.40 1.30 早期混响时间EDT （s） 1.63 1.45 1.22 1.11 1.09 0.92 强度指数G 0.7 0.4 0.3 0.1 0.1 0.1表3 大剧院声学缩尺模型试验混响时间测试结果倍频程中心频率f （Hz） 125 250 500 1 000 2 000 4 000 混响时间（座椅改进前）（s） 2.51 2.14 2.00 1.66 1.21 - 混响时间（座椅改进后）（s） 1.85 1.72 1.58 1.52 1.20 -2013年第十二期 总第91期 月刊No. 12, 2013 monthly No. 91粘，吸声增大，房间混响时间与设计基本相符。表3为座椅吸声改进前后模型试验混响时间测试结果，图10为观众厅 缩尺模型内部，有关模型试验的详细情况拟另文介绍。在建筑、装修设计及施工中，声学设计措施得到了较 好的落实，图11图14为建成后观众厅内部效果。3.3 声扩散为获得良好的声扩散，观众厅吊顶均采用凸弧面。 观众厅墙面结合装饰做成凹凸造型，起到了一定的扩散作 用。在观众席弧形栏板设计了扩散结构，但这部分没有实 施。3.4 声反射罩为满足音乐演出需要，舞台设计了活动声反射罩，考 虑到声学效果及使用方便，声学设计提供了整体式声反射 罩设计方案，笔者设计的这种反射罩形式曾在河南艺术中 心获得好评。综合考虑多种因素，最终采用了美国温格尔 公司的拼装式声反射罩。反射罩面板采用反射性能良好的 铝合金蜂窝板。为获得更好的反射效果，与国内其他剧场的温格尔反射罩不同，设计中提高了反射罩高度，与舞台质效果，并防止可能出现的缺陷，设计制作了1:10大尺寸声学缩尺模型，第一次测试混响时间偏长，主要由于座椅吸 声偏小导致，实验采用的座椅软面由3层绒布叠合而成，由 于制作时采用整面胶膜粘贴绒布，透气性变差，即使多层 叠合，吸声性能也不够大；其后座椅软面绒布叠合采用点26演 艺 科 技ENTERTAINMENT TECHNOLOGY图10 观众厅缩尺模型内部图11 观众厅侧面及舞台口图12 从舞台向后看观众厅情景图13 从观众席向舞台看观众厅情景图14 观众厅侧后部演出场馆建设 建筑声学 Building of E nt er tainment Stadium 音得到充分利用。昆山文化艺术中心大剧院观众厅每座容积超过9 m3，需要做部分吸声结构，为防止可能出现的回 声，观众厅后墙布置吸声结构。为获得统一完整的室内装 修效果，吸声结构面层采用墙面相同的GRG板开孔，建成 后效果良好（参见图14）。为控制低频共振吸声，墙面及吊顶均采用30 mm厚GRG 板，观众厅木地板不留空腔。座椅和人是观众厅最大吸声体，声学设计要求座椅吸 声量适中，坐人与否吸声量变化不大。为此，要求座椅软 面厚度适中；空椅时，座椅座板与靠背有一定角度。大剧 院座椅是定制的，为防止出现意外，座椅批量生产前，在 浙江大学建筑技术研究所建筑声学实验室进行了吸声量测 试。图15为大剧院座椅。4.2 舞台舞台在使用中，吸声量经常发生变化，混响时间不能口有更好的结合；在反射罩前沿增加一块小尺寸出跳板，使舞台口附近反射面更加完整。4 混响时间控制4.1 观众厅观众厅混响时间控制原则：在尽量少用吸声结构的情况下，使观众厅获得设计所需的混响时间，以使演员的声27演 艺 科 技ENTERTAINMENT TECHNOLOGY图15 大剧院座椅表4 大剧场观众厅混响时间测试结果倍频程中心频率f （Hz） 125 250 500 1 000 2 000 4 000 观众厅空场2.16 1.67 1.68 1.69 1.69 1.35 观众厅满场1.73 1.55 1.47 1.58 1.57 1.30混响时间 观众厅空场，舞台使用 2.21 2.01 2.09 2.11 2.20 1.82（s） 声反射罩观众厅空场，防火幕关 闭2.03 1.86 1.90 2.05 1.94 1.432013年第十二期 总第91期 月刊No. 12, 2013 monthly No. 91火卷帘门，经试用，隔声效果可以满足要求。舞台上部侧面有设备机房，为防止设备振动及噪声影 响，设备机房整体做浮筑楼面，并对设备进行隔振。6 声学测试结果及分析大剧院建成后，进行了多次声学测试。混响时间测试 采用脉冲信号法，脉冲声源采用发令枪，接收采用B&K 4190传声器、B&K 2690-OS2 NEXUS适调放大器、B&K ZE0948 USB声卡，数据分析采用dirac4.0声信号分析软件。 大剧院观众厅不同工况下混响时间及频率特性见表4。 从测试结果可知，观众厅满场混响时间达到了设计值。从 测试结果发现，使用舞台声反射罩后，空场混响时间达到2.0 s以上，与没有声反射罩空场相比，中高频混响时间增长 约0.4 s0.5 s，比以往测试结果好很多。这可能是由于声反 射罩密闭性好、与舞台口接合紧密，为今后舞台声反射罩 设计提供了参考。在空调系统开启情况下，观众厅背景噪声为NR22。精确控制，声学设计要求舞台具有与观众厅大致相当的混响时间。具体措施是舞台一层天桥以下墙面全部做吸声结 构，采用6 mm厚穿孔硅钙板面层。穿孔硅钙板2/3为20%穿 孔率，为全频吸声结构；1/3为3%穿孔率，用于吸收低频。 吸声结构内部吸声材料采用50 mm厚20 kg/m3阻燃麻丝，吸 声材料后部留50 mm空腔。舞台上部墙面为水泥砂浆抹面， 表面深色涂料。后记昆山文化艺术中心建设过程中，