甘肃大剧院剧场的建筑声学设计

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1、甘肃大剧院剧场的建筑声学设计杨志刚（上海现代建筑设计（集团） 章奎生声学设计研究所，上海 200041）【摘 要】 介绍甘肃大剧院剧场功能及建筑概况、主要建声设计技术指标、观众厅表面装修用材的声学设计要求、主要建声 测试结果，以及设计及施工中需要汲取的经验。【关键词】 甘肃大剧院；声学设计；混响时间；早期衰减时间；明晰度；清晰度；声场力度；侧向反射系数LF文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2011.11.010Acoustics Design for Gansu Grand TheatreYANG Zhi-gang(Zhang kui-sheng Acoustics

2、 Design and Research Studio, Shanghai Xian Dai Architectural Design (group) Co., Ltd., Shanghai 200041, China)【Abstract】Performance features and construction properties of Gansu Grand Theatre were introduced with the building soundindex, and acoustic requirement for surface decoration of auditorium.

3、 Meanwhile the main results of sound testing and experiences during the theatre design and construction were point out as well.【Key Words】Gansu Grand Theatre; acoustics design; reverberation time; early attenuation time; definition; sharpness; sound fieldstrength; lateral reflection coefficient1工程概述

4、甘肃会展中心建筑群项目，位于兰州市城关区盐场 堡中心滩中段，北侧为北滨河路，东西两侧为市政规划 路，南临黄河。项目总体平面图如图1所示，总体效果图如 图2所示。作为建国以来甘肃省大型公益性项目“一号工 程”，甘肃会展中心建筑群项目被誉为“承载全省2 600万 人民希望与梦想的工程”。甘肃大剧院兼会议中心于2008 年11月29日破土动工， 2011年6月20日通过竣工验收。甘肃 大剧院剧场交工后的实拍照片如图3、图4所示。该项目的投资方为甘肃省电力投资集团公司，项目占图1 项目总体平面图图2 项目总体效果图图3 剧场竣工后的照片之一图4 剧场竣工后的照片之二33演 艺 科 技ENTERTAIN

5、MENT TECHNOLOGY图5 观众厅池座平面图图6 观众厅二层楼座平面图2011年第十一期 总第64期 月刊No. 11, 2011 monthly No. 64地面积129 600 m2，总建筑面积177 000 m2，概算总投资15.24 亿元。项目中，最耀眼的当属甘肃大剧院兼会议中 心。这个“观演与会议合二为一”的建筑，总建筑面积33 000 m2，概算投资约3.1亿元，地上4层、地下3层，建筑 高度32 m。大剧院的主要厅堂为1 500座的剧场兼会堂；此 外，作为今后省、市政府人大、政协的固定会址，这里建 有1个300座的剧院式报告厅、1个200座的会议厅、1个120 座的圆形国

6、际会议厅、9个70座的中型会议厅、6个50座的 小型会议厅，以及新闻发布厅、贵宾休息厅，会见厅等， 可同时容纳3 000人参加会议或1 500人观看演出。观众席前部设升降乐池。舞台为品字形舞台，包括主舞台、侧舞台和后舞台；台唇呈圆弧形伸出台口线外。 剧场主扬声器设于台口前部天花主音箱桥内，为暗藏式。音控室、灯控室设于池座后墙的中部。 剧场观众厅池座平面图如图5所示，二层楼座平面图如图6所示，观众厅剖面图如图7所示。2大剧院的功能及建筑概况2.1 使用功能主要用于舞台剧、歌舞剧、戏剧等演出，并兼顾会议 功能。2.2 容座观众厅容座为1 500座，属大型剧场；其中，池座1 132座，二层楼座368

7、座（其中侧包厢46座）。2.3 建筑概况建筑平面略呈正方形。舞台开口：18 m11 m；舞台面标高为1.0 m，比池座 第一排高1.1 m。厅内建筑尺寸：舞台大幕线至池座后墙最大水平距离 为31.2 m（其中二层楼座后墙向前缩短3.32 m）；最大宽：31 m；平均高：13 m。 台口侧墙设两道耳光；天花设两道面光灯桥，投光角度均小于50。 观众席后部设1层挑台，两侧墙各设3个跌落式侧包厢。 楼座下开口高深比：3.7:5.1=1:1.37 ，符合规范要求1:1.5。池座观众席共26排，前后高差（总起坡）为5.45 m，平 均起坡为0.21 m。楼座共7排，前后高差（总起坡）为2.9 m，平均起

8、坡为0.4 m。各层观众席末排的视点俯角分别为池座13 、楼座25。34演 艺 科 技ENTERTAINMENT TECHNOLOGY图7 观众厅剖面图演出场馆建设 建筑声学 Building of E ntertainment Stadium 的清晰度两者相互矛盾的要求。音乐的丰满要求长混响，而唱词的清晰度则要求短混响，而这一矛盾出现在同一演 出过程中，因此，对于剧场的混响指标通常采用折衷的办 法，即在音乐丰满与唱词清晰的最佳值之间取值。参照JGJ57-2000剧场建筑设计规范及世界著名类似 厅堂的音质参量，建声设计确定的满场最佳混响时间为1.4 s（0.1 s），这样既可保证剧场有较好的唱

9、词清晰度，同时 也保证了音乐的丰满度，从而获取优良的音质效果。根据剧场观众厅的音质计算，在观众厅的声学装修设 计中，中高频吸声材料主要依靠观众厅的座椅和走道上的 薄地毯，而低频吸声则主要借助于大天花吊顶、挑台天花 吊顶及侧墙面和后墙面等处不同材质及厚度的板共振所起 的吸声作用，各界面所用材料如下。4.1 观众厅内地坪及走道观众厅内地坪采用新型软木地板面层，龙骨间隙用陶 粒填实，以避免地板共振吸收低频，同时，可以起到保温 和降低脚步走动噪声的作用。4.2 池座及楼座后墙面观众厅内后墙除门及观察窗，应考虑作声扩散处理。 这样既可以合理控制观众厅的混响时间，又可以避免产生 回声等音质缺陷。音控室的观

10、察窗可以开启，以使调音师 能直接听到观众厅内的声场情况。实际装修设计中，后墙 除门及观察窗均做可升降的风琴式吸声帘幕，表面作木格 栅装饰处理。4.3 侧墙面侧墙面均做硬的反射面，采用 GRG 板（面密度 40 kg/m2），以避免对低频声能的吸收。声学要求：首先 是空腔尽可能小，如30 mm左右；第二是龙骨间距宜控制在200 mm 400 mm之间，且大小不等，随机排列，以避免固 定间距对某一固定频率吸收太多。4.4 观众厅吊顶首先观众厅的吊顶应是一个封闭面，以避免产生耦合 效应。吊顶在建声上会起到重要的前次反射声作用，本设 计采用GRG板（面密度40 kg/ m2）吊顶。4.5 挑台栏板挑台

11、栏板是厅内容易在前区造成回声的部位，建筑及表1 混响时间频率特性3大剧院主要建声设计技术指标（1）中频满场混响时间：RT=1.4 s0.1 s。（2）混响时间频率特性：低频比重BR：1.1 1.3（提 高低频RT可增强音乐丰满度）。因存在空气吸声，故允许 高频混响时间适当降低。混响时间频率特性如表1所示。（3）侧向反射系数 LFE4：15% 35。（4）声场力度 Gmid：-1.0 dB 2.0 dB。（5）初始时间延迟间隙 ITDG：23 ms。（6）音乐明晰度 C80（3）：1.03.0。（7）本底噪声：NR-30 （建议该剧院可按照甲等剧 院，将本底噪声定为NR-25）。（8）每座容积：

12、7 m3/座 9 m3/座。4剧场观众厅表面装修用材的声学设计要求本剧场主要用于戏剧、歌舞剧等演出，并要求兼顾 大型会议厅功能。此类表演项目厅堂的音质要求与音乐厅 不同，这主要表现在兼顾演唱和乐队伴奏的丰满度与唱词35演 艺 科 技ENTERTAINMENT TECHNOLOGY中心频率（Hz）1252505001 k2 k4 k混响时间T (s)1.601.501.41.41.31.2混响比T / T500 1.141.071.01.00.930.862011年第十一期 总第64期 月刊No. 11, 2011 monthly No. 64室内设计中都应予以注意。本剧场的挑台栏板结合表面装饰

13、作扩散造型，以有利于扩散声波，不至于产生回声。具 体声学构造做法同侧墙，装修层的面密度40 kg/ m2。4.6 舞台墙面的声学要求由于舞台包括1个主舞台、2个侧舞台和1个后舞台，空 间体积比较大，大大超过了剧场观众厅体积。为了避免舞 台空间与观众厅空间之间因耦合空间而产生的不利影响， 声学设计要求舞台空间内的混响时间应基本接近观众厅的 混响时间。 声学设计要求在舞台（包括主舞台、侧舞台及 后舞台）一层天桥（标高为11.5 m）以下墙面做吸声处理。 建议做法：25厚防撞木丝吸声板（刷黑色水性涂料）+75系 列轻刚龙骨（空腔）+原有粉刷墙体。4.7 声闸的声学要求为了防止走廊的噪声通过门传入观众

14、厅，因此，入观 众厅的门均需采用双道隔声门以形成声闸，声闸的整体隔 声量要求50 dB（A）。声闸墙面和吊顶均需作吸声处理，墙面吸声做法为：50系列轻钢龙骨（内填50厚48 kg/m3离心玻璃棉）18厚 木条纹吸声板。声闸内吊顶建议采用矿棉吸声板或穿孔铝 板吸声板（铝板穿孔率为20%，板后贴SoundTex吸声无纺 布）。所有隔声门周边应采用高质量的密封，尤其隔声门 的中间接缝处以及底部与地面接缝处，底部应采用底框可 自动升降的接缝处理（隔声门关闭时底框自动升起，和门 的下缘密封好；隔声门开启时底框自动下降，和地面平 齐）。声闸的内部门（靠近观众厅）：隔声量应30 dB（A）， 厚度不小于50

15、 mm，没有金属锁件，只有推拉把手，这样可 以保证进出观众厅时不产生太大响声。声闸的外部门采用 防火隔声门，隔声量应35 dB（A），厚度不小于40 mm， 可采用金属锁件。4.8 观众席座椅的要求在选择观众厅座椅时，既要考虑其用料、色彩、装饰及舒适性，同时，也应重视座椅本身的声学性能，因为座椅的吸声量占整个观众厅总吸声量的比例最大（通常占到1/2 2/3左右），对观众厅内的混响时间指标起到决定性因 素。为此，对观众厅内座椅提出以下声学要求。（1）单个座椅的吸声量宜控制在表2所列数据范围内。（2）要求座椅在空座和有人坐时，其吸声量化尽可能 较小，以减少不同上座率条件下，观众厅混响时间变化不 明

16、显。座椅靠背的上边及两侧边宜留一段装饰木框边，以 减少声吸收。（3）建议座椅采用木靠背及硬木扶手，靠背内软垫层 尽可能薄一些，面积小一些。（4）座椅的底面宜做吸声处理，底面选用穿孔板。（5）座椅垫翻动时应不产生噪声，也无碰撞声。4.9 乐池的声学要求乐池的声学要求是将音乐清晰而无畸变地投向大厅 中去，平衡和融洽更好，没有音色失真。为使歌唱和乐队 有良好的融洽，歌唱者一定要能听到清晰而平衡的乐队声 音，这样才能恰当地调节他们的歌喉；乐池中乐师之间能 够很好地相互听闻，同时，乐师们也要能听到歌唱声以保 持良好的融洽。视觉要求上，演唱者和乐师们均能很方便 地看到指挥。乐池内缩进部分声压级如果过响，不

17、仅对乐师的听力 有损害，而且会产生干扰，乐师听不到台上歌唱者的声音 而难以沟通。因此，在缩进部分作一些吸声处理，部位可 在两侧墙和部分后墙，简单做法为1/3到1/2墙面面积做25厚织物软包定型吸声板实贴。5建声测试结果5.1 建声测试仪器系统图、测点布置图建声测试仪器系统图如图8所示，测点布置图如图9、 图10所示。5.2 主要建声测试结果主要建声测试结果如表3 所示，本底噪声测试结果如表2 单个座椅吸声量36演 艺 科 技ENTERTAINMENT TECHNOLOGY频率（Hz）1252505001 k2 k4 k单个座椅吸声量0.25 0.350.30 0.400.40 0.500.40

18、 0.550.40 0.550.40 0.55图8 建声测试仪器系统图图9 池座测点布置图图10 二层楼座测点布置图图11 本底噪声频率曲线图演出场馆建设 建筑声学 Building of E ntertainment Stadium 表3 主要建声测试结果表4 本底噪声测试结果表4所示，本底噪声频率曲线如图11所示。5.3 主要建声测试结果分析（1）混响时间是剧院建声设计中最重要的音质评价指 标。由于空场测量时，观众厅后墙的吸声帘幕无法全部收 起，只收起约2/3面积，而且座椅吸声性能较好（见图12及 表5），因此，满场混响时间和空场混响时间会比较接近。 混响特性曲线的低频有一定提升，低音比B

19、R值达1.08，中 高频基本平直特性、完全符合剧场声学设计规范和声学设 计预期要求。（2）实测D50参数主要用于评价观众厅内的语言清晰 度，测得剧场观众厅内中高频（500 Hz 4 kHz）平均D50值37演 艺 科 技ENTERTAINMENT TECHNOLOGY频率倍频程中心频率（Hz）计权声级（dB）631252505001 k2 k4 kA声级C声级测量值473729272217153052NR-255543352925211737声学测试参量倍频程中心频率（Hz）1252505001 k2 k4 k混响时间 T301.611.291.341.351.321.18早期衰减时间EDT1

20、.601.291.301.311.351.16明晰度C800.082.062.862.552.322.98清晰度D500.310.480.540.500.490.52声场力度G-1.08-1.760.06-1.13-0.70-1.08侧向反射系数LF0.120.210.240.250.300.36图12 实际选用座椅照片2011年第十一期 总第64期 月刊No. 11, 2011 monthly No. 6430 dB （A ）。完全符合噪声NR-25设计曲线标准，甚至已接近符合NR-20曲线，表明大剧场建筑隔声和空调系统的消 声设计均达到很好的效果。（8 ）通过对大剧场的建声测量和分析，总体

21、表明本 剧场观众厅内混响时间适当，混响特性良好，声场分布均 匀，厅内十分安静，有足够的清晰度、明晰度和一定声场 力度，这说明建声设计达到了预期的音质要求，总体音质 效果达到国内外同类剧场的先进水平。6设计及施工中需要汲取的经验国内剧院一般都有多功能的要求，因此从建筑声学 的角度考虑需要做可变吸声装置（一般很少采用体积可 调），多数会布置在后墙或侧墙上，但实际使用中，几乎 没有剧院管理人员使用过可变调吸声装置。主要是因为： 一是剧院管理人员不懂该如何使用；二是可变吸声装置调 整的混响时间幅度比较小（约0.2 s左右），一般人们感觉不 到其中的变化。甘肃大剧院因为后墙上设置门、观察窗和有效果扬声

22、器等，升降吸声帘幕划分比较碎，在加上升降电机的质量 不是太好，想升都升不起来。管理方曾表示待吸声帘幕升 起来后，不会再调整帘幕。所以，根据大量的工程经验，多功能剧院一般可不做 可变吸声装置，混响时间可做得长一些，如1.4 s 1.6 s。由 于现在扬声器的指向性和声压级都比较好，因此，并不会 影响演出时对白的清晰度。有一点遗憾是侧墙的微扩散处理不够。根据装修设计 的效果图，声学要求在侧墙表面上作微扩散处理，深度要 求5 cm。但是实际施工过程中，微扩散处理的深度没有达到 声学要求的5 cm，只是在侧墙表面上贴了比较薄的装饰条。 如果施工严格按照声学的要求，观众厅的微扩散效果会更好，音质效果也会

23、更柔和。表5 实际选用单个座椅吸声量测试结果达到0.51，表明观众厅内有足够的清晰度，符合本剧场演出和会议功能对清晰度的较高要求，达到设计预期目标。（3）从剧场明晰度指标C80值实测结果分析可见，大剧 场观众厅的C80（3）平均值为2.57 dB，符合设计要求，表明本 剧场有一定的音乐透明度，在音乐演出条件下也有一定的 丰满度。如将后墙吸声帘幕全部收上，舞台上若设置声反 射罩，则会达到更好的音乐演出效果。（4）剧场中频（500 Hz、1 kHz）声场力度Gmid的平均 值为-0.5，符合设计要求，表明本剧场在自然声演出的条件 下，声场力度也能满足演出要求。（5）本次现场测量利用先进的可调指向性

24、测试传声器 对观众厅进行了侧向反射声系数LF值的测量，结果表明全 频LF值达0.12 0.36，中频平均达0.25。这表明侧墙面起到 了良好的侧向扩散反射作用，丰富的侧向反射声能加强观 众欣赏音乐时的空间感和环绕感，这说明本剧场观众厅的 平剖面体形设计也是非常成功的。（6）剧场观众厅内池座和楼座共38 个测点各频率的 建声平均声场不均匀度为 3.2 dB ，优于通常要求的4 dB。接近设计预期的 3 dB，表明厅内声场不均匀度 甚是满意，也表明观众厅平剖面体形设计及室内装修的优 化扩散处理均达到预期效果。（ 7 ）剧场观众厅内空调开时实测本底噪声为 （编辑 潘 浪）38演 艺 科 技ENTERTAINMENT TECHNOLOGY频率（Hz）1252505001 k2 k4 k单个座椅吸声量0.330.530.560.570.640.70