大劇院主劇場建筑聲學設計

1 工程概況

為迎接第九屆陜西省藝術節(jié)，讓廣大人民群眾共享文化惠民成果，同時提升寶雞市文化軟實力和綜合競爭力，故興建寶雞大劇院。寶雞大劇院項目選址位于寶雞市金臺區(qū)新東嶺城市綜合體范圍內(nèi)（圖1），于2020年10月投入使用。

寶雞大劇院建筑方案深化設計、內(nèi)裝方案及深化設計、建筑聲學設計，均由天津大學建筑設計規(guī)劃研究總院有限公司獨立承擔。寶雞大劇院總占地面積約30 000 m2，主體建筑總面積約40 906 m2。其中，地上三層建筑面積約25 500 m2，地下一層建筑面積約15 400 m2。寶雞大劇院內(nèi)設一個約1 205座的主劇場和一個500座的多功能劇場，以及合唱排練廳和音樂排練廳等其他配套房間（圖2）。本文主要介紹主劇場的建筑聲學設計。

2 劇場功能及建筑概況

寶雞大劇院主劇場主要以演出國內(nèi)外各類音樂劇、交響樂、地方戲曲等舞臺類演出，以及舉辦大型會議為主。主劇場座位數(shù)約1 205座，其中池座870座，臨時座椅90座，二層樓座225座，包廂20座；有效容積約10 309 m³，每座容積8.5 m³/座。主劇場建筑平面略呈馬蹄形，樓座由觀眾廳后部延伸至兩側(cè)，良好的體型為建筑聲學提供了較好的聲場環(huán)境。舞臺呈品字形，包含主舞臺、側(cè)舞臺和后舞臺，舞臺總面積1 768 m2，舞臺開口為16 m×10 m；舞臺臺口線至池座和樓座后墻最大水平距離為32 m；觀眾廳最大寬度為29.2 m；樓座下開口高深比5.2:7.3=1:1.4≥1:1.5，符合規(guī)范要求。池座觀眾席共22排（圖3），前后高差（總起坡）為5.5 m, 平均起坡為0.26 m；樓座觀眾共7排（圖4），前后高差（總起坡）為2.98 m，平均起坡為0.5 m。舞臺設有活動音樂罩，觀眾席前部設升降樂池。劇場主揚聲器設于臺口前部天花主揚聲器橋內(nèi)，拉聲像揚聲器位于臺口八字墻區(qū)域，所有揚聲器均為暗藏式；音控室、燈控室設于池座后墻的中部。圖5~圖6為觀眾廳剖面圖及實景圖。

3 主要聲學設計指標

根據(jù)主劇場使用功能及規(guī)模的不同，同時參考業(yè)主方的使用要求，確定觀眾廳內(nèi)聲學的音質(zhì)參量指標，并作為聲學設計及室內(nèi)設計必須考慮的原則。此外，根據(jù)業(yè)主使用需求，主劇場以演出歌舞劇為主，所以，設計指標以不使用舞臺音樂罩工況為準。

根據(jù)以上情況，對于寶雞大劇院主劇場，各項聲學設計技術指標如下。

混響時間RT：要求滿場1.5 s±0.1 s，空場1.7 s±0.1 s，頻率特性見表1。
聲場不均勻度：在自然聲源的條件下，最大與最小聲級差值≤6 dB?8 dB。
音樂明晰度C80：1 dB~3 dB。
語言清晰度D50：≥0.45。
語言傳輸指數(shù)STI：≥0.45。

4 建筑體型設計

4.1
八字墻形狀設計

主劇場觀眾廳平面整體呈馬蹄形，能提供良好的聲場效果。主劇場同時承擔音樂演出的需求，需要以自然聲進行演出，舞臺八字墻設計尤為重要。舞臺八字墻能為觀眾席前區(qū)提供前次反射聲，提高該區(qū)域觀眾的觀演效果。圖7為調(diào)整前的臺口八字墻聲線分析圖，可以看出，圖中藍色區(qū)域，即觀眾廳前中區(qū)缺少前次反射聲。對八字墻形狀進行調(diào)整后的聲線分析見圖8，前次反射聲能覆蓋觀眾席中前區(qū)，保證觀眾席區(qū)域觀眾能夠獲得很好的豐滿感。

4.2
吊頂形式設計

觀眾廳剖面設計取決于兩個因素。一是規(guī)范規(guī)定的每座容積，它能確定觀眾廳吊頂?shù)拇蟾鸥叨龋欢怯^眾廳剖面聲線分析，它能確定吊頂?shù)淖罱K形式。結(jié)合上述兩個因素，最終確定的吊頂形式如圖9、圖10所示?？梢钥闯?，經(jīng)吊頂反射的聲音能覆蓋觀眾席的所有區(qū)域，其分布均勻，能達到良好的聲場效果。

5 觀眾廳表面裝修材料的聲學設計

根據(jù)確定的混響時間值，對主劇場觀眾廳進行聲學材料布置，同時遵循室內(nèi)聲學材料布置原則，確定觀眾廳空間以下部位的材料及構(gòu)造做法。

（1）觀眾廳地坪及走道

主劇場主體結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)，由于工期問題，觀眾廳樓面基層采用纖維水泥壓力板，基層下采用排布緊密的小鋼柱起支撐作用，為了盡可能減小人員走動產(chǎn)生的振動噪聲，采用兩層共48 mm厚纖維水泥壓力板（單層面密度≥40 kg/m2）、兩層之間鋪設1.2 mm厚隔聲氈作為樓面基層材料。同時，為了避免剛性連接，在鋼柱與地下一層鋼筋混凝土樓面之間布置16 mm厚減振層。觀眾廳地坪材料采用“15 mm厚實木地板+15 mm厚松木毛地板”。為了進一步降低人員走動產(chǎn)生的振動噪聲，在觀眾廳的主要通道（即走道位置）鋪設地毯，具體構(gòu)造為“10 mm厚阻燃地毯+20 mm厚松木毛地板”。

（2）觀眾廳吊頂

為了保證足夠的反射聲，以及結(jié)合吊頂異形造型的需求，吊頂材質(zhì)采用GRG，建議厚度不低于30 mm，體密度不低于1 800 kg/m3。

（3）觀眾廳側(cè)墻前區(qū)

該區(qū)域需要將聲音反射到觀眾席區(qū)域，因此，需采用硬質(zhì)材料，結(jié)合內(nèi)裝設計方案，此區(qū)域采用與吊頂相同的GRG材料。

（4）觀眾廳側(cè)墻中區(qū)

該區(qū)域同樣需進行反射處理，結(jié)合內(nèi)裝設計方案，在此區(qū)域布置15 mm厚實木板。

（5）觀眾廳側(cè)墻后區(qū)、觀眾廳后墻

觀眾廳側(cè)墻后區(qū)及后墻區(qū)域材料需以強吸聲為主，避免產(chǎn)生回聲，結(jié)合混響時間設計，此區(qū)域采用木質(zhì)穿孔板吸聲構(gòu)造，具體做法為“15 mm厚穿孔木質(zhì)板（孔徑3 mm、孔距16 mm）+50 mm厚玻璃棉（容重32 kg/m3）”。其中，側(cè)墻區(qū)域反射、吸聲材料布置位置參考圖11。

6）樓座欄板

樓座欄板應避免垂直面，做吸聲或擴散處理。根據(jù)觀眾廳混響時間控制，以及結(jié)合內(nèi)裝裝飾效果，在欄板部分做弧形擴散處理，大樣示意見圖12。
7）舞臺
舞臺容積27 762 m³，大約是觀眾廳的3倍，混響時間要求與觀眾廳接近。因此，在舞臺工藝專業(yè)進行舞臺幕布布置的前提下，對舞臺進行混響時間設計。一層天橋以下采用12.5 mm厚穿孔石膏板，具體構(gòu)造為“12.5 mm厚穿孔石膏板（穿孔率13.1%，大小眼孔，孔徑12/8）+50 mm厚離心玻璃棉（容重32 kg/m3）+350 mm厚空腔”。為了防止道具等沖撞破壞墻體，建議5 m以下采用容重大于1 150 kg/m3的中密度埃特板、5 m至一層天橋采用12.5 mm厚石膏板，兩種材料構(gòu)造相同。一層天橋至二層天橋下采用12.5 mm厚石膏板，具體構(gòu)造為“12.5 mm厚石膏板+400 mm厚空腔”，進一步降低低頻混響時間。吊頂進行無機纖維噴涂，避免聲音經(jīng)此處反射，產(chǎn)生回聲。

6 計算機模擬分析

混響時間設計完成后，采用Odeon軟件對聲場環(huán)境進行模擬，對方案起到一定的校正作用。觀眾廳各部位吸聲系數(shù)見表2，圖13為模擬軟件中三維模型圖，圖14~圖18為各參數(shù)的模擬結(jié)果，表3為各測點平均值。

7 測試結(jié)果及分析

根據(jù)混響時間測量規(guī)范，在觀眾廳內(nèi)共布置17個測點，對主劇場進行空場竣工檢測，各參數(shù)檢測結(jié)果見表4。

從檢測結(jié)果可以看出：
- 空場中頻混響時間平均值為1.67 s，同時考慮工程誤差，在設計要求范圍內(nèi)；低頻最高為2.04 s，不超出規(guī)范規(guī)定的限值范圍；中高頻混響時間平直，整個混響時間測試結(jié)果較為理想，滿足設計要求。
- 聲壓級檢測結(jié)果表明，17個測點的最大聲壓級為77.6 dB，最小聲壓級為73.95 dB，差值為3.65 dB，小于6 dB，說明廳堂內(nèi)聲壓級分布均勻。
- 音樂明晰度是評價音樂聲是否清晰的參數(shù)，所有倍頻程測量結(jié)果均大于1 dB，說明觀眾能很好地聽清音樂聲。
- 語言清晰度是評價廳堂語言聲是否清晰的參數(shù)，所有倍頻程測量結(jié)果均大于0.3，略小于要求的≥0.45，可能是由于空場環(huán)境缺少觀眾吸聲造成的。
- 語言傳輸指數(shù)同樣是評價語言聲的參數(shù)。參數(shù)越大，代表觀眾聽到的語言聲越清晰。測點測試結(jié)果均值為0.52，表明觀眾廳內(nèi)清晰度好。
8 結(jié)束語
作為寶雞市嶄新的文化地標建筑，寶雞大劇院是寶雞市市民共享文化盛宴的重要場所。本次建筑聲學設計，通過前期的建筑體型設計、混響時間設計、計算機輔助模擬，及后期聲學檢測，表明主劇場混響時間設計達到預期、混響時間特性曲線符合規(guī)范、聲場分布均勻、具有一定的豐滿度和清晰度，滿足表演劇種的功能使用要求。有理由相信，未來寶雞大劇院一定能肩負豐富人們精神文化生活的重任，為寶雞市市民帶來美好的視聽體驗。