定西市文化艺术中心大剧院的声学设计

1 工程概述 定西市位于甘肃省中部，通称“陇中”，是古代丝绸之路和新欧亚大陆桥的必经之地。定西市文化艺术中心位于新城区行政内环南、北路之间，西靠行政中心综合办公楼，东临新城大道，南与定西市展览馆相呼应（见图1），功能性质是以剧院、文化馆、图书馆、美术馆为载体的群众性文化艺术活动中心。 文化艺术中心原创设计为打开的钢琴造型（见图2），建筑面积23 191 m2，包括可容纳1 142人（池座869；楼座273）的大剧院、容纳300人的多功能厅、藏书量10万册的图书馆，概算总投资1.24亿元。其主体高度19.35 m，地上四层，设有半地下室。地上一层为剧场、多功能厅和书库；二至四层设有开架阅览室和电子阅览室，可供816人同时阅读；半地下室设有车库和升降舞台安装台仓。 笔者主要介绍定西市文化艺术中心大剧院的声学设计。 图1 定西市文化艺术中心总体效果图 图2 定西市文化艺术中心外观优化效果图 2 大剧院建筑概况 定西市文化艺术中心大剧院的观众厅尺寸长28.3 m，宽31 m，平均高约15.4 m；舞台开口为17.2 m×9 m，舞台面高度为0.93 m，舞台标高为1.000 m（见图3和图4）。池座观众席为全台阶形式，共20排，第一排标高为0.190 m，最后一排标高为2.830 m，前后高差（总起坡）为2.640 m，平均起坡为0.14 m；末排视角5.5°（见图5）。楼座共6排，第一排标高为6.520 m，最后一排标高为8.145 m，前后高差（总起坡）为1.625 m，平均起坡为0.325 m；末排视角15°（见图6）。楼座末排到达视点最远视距约3 1.6 m。池座前两排为贵宾位置，座椅间距和排距为580 mm×1 100 mm；其余座椅间距和排距为580 mm×900 mm。 观众席前部设升降乐池，开口尺寸约为最长19 m，最宽4.4 m。舞台包括主舞台和侧舞台，主舞台尺寸长18 m，深20.7 m，高26 m（到栅顶）；侧舞台尺寸长12 m，深20.7 m，高17.9 m（建筑层高）；主舞台栅顶三层天桥标高分别为：13.300 m、18.900 m及22.800 m。 台口两侧观众厅内设置两道耳光（见图7）；天花设两道面光天桥（见图8）；剧场主扬声器设于台口前部天花内，为暗藏式。 3 大剧院的主要功能和建声设计指标 3.1 主要功能 大剧院主要供演出大型歌剧、舞剧（含芭蕾舞剧），兼顾大型会议、音乐会及综艺晚会的演出，具有优良的观演条件，为演出提供齐全的功能，以扩声系统为主要声源。 3.2 主要建筑声学技术指标 （1）中频满场混响时间RT：1.25 s～1.45 s （2）混响时间频率特性见表1（相对于中频500 Hz～1 000 Hz的比值） （3）背景噪声：≤NR-35 噪声评价曲线（4）每座容积：7 m3/人～9 m3/人 图3 大剧院正面照片 图4 大剧院侧面照片 图5 大剧院池座平面图 图6 大剧院楼座平面图 图7 大剧院观众厅剖面图 图8 大剧院天花平面图 表1 混响时间频率特性 4 大剧院观众厅的体型调整 4.1 舞台墙体的调整 大剧院观众厅的原建筑图纸中，台口侧墙处为简单的折线，经过声线分析，发现观众厅前部和中部（红色波浪线包围区域）缺乏由侧墙传来的第一次反射声（见图9）。声学设计中对剧场台口形状进行调整，将台口从原来的简单折线改为由两段弧线组成的渐变弧线（见图10），其中两段弧线分别标为A段弧和B段弧。A段弧线可以用于放置音频和视频设备，B段弧线主要用于控制一次反射声分布。 图10为墙体调整后的声线分析结果，可以发现调整后的反射声线更均匀地分布于观众区，无遗漏区域，并且反射声到达观众区的声程更短。这有利于缩短直达声和第一次反射声之间的时间间隙，对于观众的听觉感受是有利的。 图9 原设计观众厅建筑平面声线分析图 图10 墙体调整后观众厅建筑平面声线分析图 图11 观众厅内设计方案平面声线分析图 图12 观众厅内设计方案剖面声线分析图 图13 观众厅声学设计调整后的平面图 图14 观众厅声学设计调整后的剖面图 4.2 观众厅的改进 由于建筑已经建设完成，台口的墙体不能改动。根据室内设计方案的平面声线分析，②号弧线（见图11）对反射声有一定的改善，但是还不够；③号折线方向不对，反射声都反到侧边观众席了。根据室内设计方案的剖面声线分析，声线反射基本合理，B段和F段弧线（见图12）声反射的方向不对，建议调整。 声学设计在尽量保持原室内设计风格的前提下，针对上述分析出现的问题进行适当调整，如图13和图14所示。在保证台口显示屏尺寸前提下增加了一段弧线④，使声能尽量反射到中间观众区。③号折线方向进行了调整使反射声向中间反射。最终的室内设计施工图见图3～图6，基本按照声学设计要求进行了调整。 5 大剧院观众厅表面装修用材的声学设计要求 根据音质计算结果，确定了观众厅各界面的声学装修材料、配置及构造，具体要求如下。 （1）观众厅内地坪及走道 剧院的观众厅内地坪用料为木地板，龙骨间隙填实，以避免地板共振吸收低频。 （2）侧墙面 观众厅墙面选用GRG板，装修材料的面密度为40 kg/m2，表面做微扩散处理（见图15）。 （3）后墙面 观众厅后墙面选用穿孔GRG板（穿孔率约20%，板后贴无纺布），空腔内填充40 mm厚48 kg/m3离心玻璃棉（外包玻璃丝布）（见图16）。 （4）天花 声学设计要求天花采用反射材料，室内设计采用面密度为40 kg/m2的GRG板（见图17）。 （5）舞台墙面 由于舞台包括1个主舞台、2个侧舞台，空间体积比较大。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）一层天桥以下墙面做吸声处理（见图18）。 具体做法为：3 m以下墙面采用25 mm厚防撞木丝吸声板（刷黑色水性涂料）+75系列轻钢龙骨（内填50 mm厚48 kg/m3离心玻璃棉板，外包玻璃丝布）+原有粉刷墙体；3 m以上墙面采用6 mm厚穿孔KT板，穿孔率20%（刷黑色水性涂料）+75系列轻钢龙骨（内填50 mm厚48 kg/m3离心玻璃棉板，外包玻璃丝布）+原有粉刷墙体。 6 竣工后的建声测试结果和评价 6.1 主要建声参量测试结果 华东建筑设计研究院有限公司声学及剧院专项设计研究所于2016年5月9日对新建成的定西市文化艺术中心大剧院进行了空场建声测试工作。 测试的仪器和软件为丹麦B＆K 7 8 4 1——DIRAC Room Acoustics Software建声测试分析软件、丹麦B＆K 2250B声学频谱分析仪、德国SENNHEISER MKH800无线测试传声器（可调指向性）、德国SENNHEISER SKP500无线发射系统、德国SENNHEISER EW500无线接收系统、丹麦B＆K 4292L无指向球面声源、丹麦B＆K 2734测试功率放大器等。 主要建声测试结果见表2。 6.2 主要建声测试结果分析 对剧院进行声学设计时首先要确定的就是声学技术指标，确定声学技术指标国内可参照的只有JGJ57-2000《剧场建筑设计规范》，其中只对混响时间及其频率特性、背景噪声、每座容积有明确规定。 图15 观众厅侧墙面微扩散造型图 表2 大剧院声学参量的空场测试结果 图16 观众厅后墙面GRG穿孔板 图17 观众厅天花造型图 图18 舞台墙面吸声处理图 为全面了解大剧院的声学特性，参照世界著名声学家白瑞纳克写的《音乐厅和歌剧院》声学参量建议值进行比较分析，大剧院的声学参量测试结果汇总表见表3。 表3 大剧院声学参量的空场测试结果与优选范围对比分析表注：RTmid为中频500 Hz、1 kHz两个倍频带的T30平均值；EDTmid为中频500 Hz、1 kHz两个倍频带的EDT平均值；C80,3为500 Hz、1 kHz、2 kHz三个倍频带的C80平均值；Gmid为中频500 Hz、1 kHz两个倍频带的G平均值；G125为125 Hz的G值；LFE4为125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 kHz四个倍频带的0 ms～80 msLF平均值；（1-IACCE3）为500 Hz、1 kHz、2 kHz三个倍频带的0 ms～80 ms（1-IACCE）平均值。? 图19 空洞内无纺布喷满油漆 图20 舞台上设置会议桌和LED屏 测试结果分析： 由于考虑到会议功能，业主要求满足开会时语言清晰度要求，因此混响时间调整为1.25 s～1.45 s，且以扩声系统为主，自然声为辅。因此实测声学参量与歌剧院的优选范围有一定差别是正常的。 实测空场中频混响时间为1.65 s，根据实践经验，满场混响时间约为1.5 s，略长于要求的1.25 s～1.45 s。原因主要是装修施工单位在为GRG表面喷涂油漆或涂料时把空洞内透声无纺布也进行了全部的喷涂，见图19，结果无纺布透声效果变差，直接影响了空腔内吸声棉的吸声效果。因此声学设计已要求把孔后被油漆封堵的布捅开，再往孔洞里塞颜色相近和孔径尺寸一样的海绵，这样既不影响装饰效果，又能满足声学要求。预计改进后中频满场混响时间将为1.4 s左右，符合声学设计要求。 亲切感ITDG为26 ms，但是从建筑图纸分析应该为35 ms左右，可能是舞台上来自会议桌的反射声所致。 舞台上天幕的后面设有LED屏，这样来自LED屏（见图20）的反射声会提高观众席的声场力度，这也就是响度和低音力度偏大的缘故。 2013年，国家主席习近平在哈萨克斯坦纳扎尔巴耶夫大学作重要演讲，提出共同建设“丝绸之路经济带”的战略构想。“丝绸之路经济带”是在“古丝绸之路”概念基础上形成的一个新的经济发展区域，包括西北五省区（陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆）和西南四省区市（重庆、四川、云南、广西）。定西市是古代丝绸之路和新欧亚大陆桥的必经之地，定西市文化艺术中心的建成必将提高“丝绸之路经济带”沿线城市人民的文化素质，丰富“丝绸之路经济带”沿途的文化氛围，真正打造出向西开放的战略平台。 1 工程概述 定西市位于甘肃省中部，通称“陇中”，是古代丝绸之路和新欧亚大陆桥的必经之地。定西市文化艺术中心位于新城区行政内环南、北路之间，西靠行政中心综合办公楼，东临新城大道，南与定西市展览馆相呼应（见图1），功能性质是以剧院、文化馆、图书馆、美术馆为载体的群众性文化艺术活动中心。 文化艺术中心原创设计为打开的钢琴造型（见图2），建筑面积23 191 m2，包括可容纳1 142人（池座869；楼座273）的大剧院、容纳300人的多功能厅、藏书量10万册的图书馆，概算总投资1.24亿元。其主体高度19.35 m，地上四层，设有半地下室。地上一层为剧场、多功能厅和书库；二至四层设有开架阅览室和电子阅览室，可供816人同时阅读；半地下室设有车库和升降舞台安装台仓。 笔者主要介绍定西市文化艺术中心大剧院的声学设计。 图1 定西市文化艺术中心总体效果图 图2 定西市文化艺术中心外观优化效果图 2 大剧院建筑概况 定西市文化艺术中心大剧院的观众厅尺寸长28.3 m，宽31 m，平均高约15.4 m；舞台开口为17.2 m×9 m，舞台面高度为0.93 m，舞台标高为1.000 m（见图3和图4）。池座观众席为全台阶形式，共20排，第一排标高为0.190 m，最后一排标高为2.830 m，前后高差（总起坡）为2.640 m，平均起坡为0.14 m；末排视角5.5°（见图5）。楼座共6排，第一排标高为6.520 m，最后一排标高为8.145 m，前后高差（总起坡）为1.625 m，平均起坡为0.325 m；末排视角15°（见图6）。楼座末排到达视点最远视距约3 1.6 m。池座前两排为贵宾位置，座椅间距和排距为580 mm×1 100 mm；其余座椅间距和排距为580 mm×900 mm。 观众席前部设升降乐池，开口尺寸约为最长19 m，最宽4.4 m。舞台包括主舞台和侧舞台，主舞台尺寸长18 m，深20.7 m，高26 m（到栅顶）；侧舞台尺寸长12 m，深20.7 m，高17.9 m（建筑层高）；主舞台栅顶三层天桥标高分别为：13.300 m、18.900 m及22.800 m。 台口两侧观众厅内设置两道耳光（见图7）；天花设两道面光天桥（见图8）；剧场主扬声器设于台口前部天花内，为暗藏式。 3 大剧院的主要功能和建声设计指标 3.1 主要功能 大剧院主要供演出大型歌剧、舞剧（含芭蕾舞剧），兼顾大型会议、音乐会及综艺晚会的演出，具有优良的观演条件，为演出提供齐全的功能，以扩声系统为主要声源。 3.2 主要建筑声学技术指标 （1）中频满场混响时间RT：1.25 s～1.45 s （2）混响时间频率特性见表1（相对于中频500 Hz～1 000 Hz的比值） （3）背景噪声：≤NR-35 噪声评价曲线（4）每座容积：7 m3/人～9 m3/人 图3 大剧院正面照片 图4 大剧院侧面照片 图5 大剧院池座平面图 图6 大剧院楼座平面图 图7 大剧院观众厅剖面图 图8 大剧院天花平面图 表1 混响时间频率特性 4 大剧院观众厅的体型调整 4.1 舞台墙体的调整 大剧院观众厅的原建筑图纸中，台口侧墙处为简单的折线，经过声线分析，发现观众厅前部和中部（红色波浪线包围区域）缺乏由侧墙传来的第一次反射声（见图9）。声学设计中对剧场台口形状进行调整，将台口从原来的简单折线改为由两段弧线组成的渐变弧线（见图10），其中两段弧线分别标为A段弧和B段弧。A段弧线可以用于放置音频和视频设备，B段弧线主要用于控制一次反射声分布。 图10为墙体调整后的声线分析结果，可以发现调整后的反射声线更均匀地分布于观众区，无遗漏区域，并且反射声到达观众区的声程更短。这有利于缩短直达声和第一次反射声之间的时间间隙，对于观众的听觉感受是有利的。 图9 原设计观众厅建筑平面声线分析图 图10 墙体调整后观众厅建筑平面声线分析图 图11 观众厅内设计方案平面声线分析图 图12 观众厅内设计方案剖面声线分析图 图13 观众厅声学设计调整后的平面图 图14 观众厅声学设计调整后的剖面图 4.2 观众厅的改进 由于建筑已经建设完成，台口的墙体不能改动。根据室内设计方案的平面声线分析，②号弧线（见图11）对反射声有一定的改善，但是还不够；③号折线方向不对，反射声都反到侧边观众席了。根据室内设计方案的剖面声线分析，声线反射基本合理，B段和F段弧线（见图12）声反射的方向不对，建议调整。 声学设计在尽量保持原室内设计风格的前提下，针对上述分析出现的问题进行适当调整，如图13和图14所示。在保证台口显示屏尺寸前提下增加了一段弧线④，使声能尽量反射到中间观众区。③号折线方向进行了调整使反射声向中间反射。最终的室内设计施工图见图3～图6，基本按照声学设计要求进行了调整。 5 大剧院观众厅表面装修用材的声学设计要求 根据音质计算结果，确定了观众厅各界面的声学装修材料、配置及构造，具体要求如下。 （1）观众厅内地坪及走道 剧院的观众厅内地坪用料为木地板，龙骨间隙填实，以避免地板共振吸收低频。 （2）侧墙面 观众厅墙面选用GRG板，装修材料的面密度为40 kg/m2，表面做微扩散处理（见图15）。 （3）后墙面 观众厅后墙面选用穿孔GRG板（穿孔率约20%，板后贴无纺布），空腔内填充40 mm厚48 kg/m3离心玻璃棉（外包玻璃丝布）（见图16）。 （4）天花 声学设计要求天花采用反射材料，室内设计采用面密度为40 kg/m2的GRG板（见图17）。 （5）舞台墙面 由于舞台包括1个主舞台、2个侧舞台，空间体积比较大。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）一层天桥以下墙面做吸声处理（见图18）。 具体做法为：3 m以下墙面采用25 mm厚防撞木丝吸声板（刷黑色水性涂料）+75系列轻钢龙骨（内填50 mm厚48 kg/m3离心玻璃棉板，外包玻璃丝布）+原有粉刷墙体；3 m以上墙面采用6 mm厚穿孔KT板，穿孔率20%（刷黑色水性涂料）+75系列轻钢龙骨（内填50 mm厚48 kg/m3离心玻璃棉板，外包玻璃丝布）+原有粉刷墙体。 6 竣工后的建声测试结果和评价 6.1 主要建声参量测试结果 华东建筑设计研究院有限公司声学及剧院专项设计研究所于2016年5月9日对新建成的定西市文化艺术中心大剧院进行了空场建声测试工作。 测试的仪器和软件为丹麦B＆K 7 8 4 1——DIRAC Room Acoustics Software建声测试分析软件、丹麦B＆K 2250B声学频谱分析仪、德国SENNHEISER MKH800无线测试传声器（可调指向性）、德国SENNHEISER SKP500无线发射系统、德国SENNHEISER EW500无线接收系统、丹麦B＆K 4292L无指向球面声源、丹麦B＆K 2734测试功率放大器等。 主要建声测试结果见表2。 6.2 主要建声测试结果分析 对剧院进行声学设计时首先要确定的就是声学技术指标，确定声学技术指标国内可参照的只有JGJ57-2000《剧场建筑设计规范》，其中只对混响时间及其频率特性、背景噪声、每座容积有明确规定。 图15 观众厅侧墙面微扩散造型图 表2 大剧院声学参量的空场测试结果 图16 观众厅后墙面GRG穿孔板 图17 观众厅天花造型图 图18 舞台墙面吸声处理图 为全面了解大剧院的声学特性，参照世界著名声学家白瑞纳克写的《音乐厅和歌剧院》声学参量建议值进行比较分析，大剧院的声学参量测试结果汇总表见表3。 表3 大剧院声学参量的空场测试结果与优选范围对比分析表注：RTmid为中频500 Hz、1 kHz两个倍频带的T30平均值；EDTmid为中频500 Hz、1 kHz两个倍频带的EDT平均值；C80,3为500 Hz、1 kHz、2 kHz三个倍频带的C80平均值；Gmid为中频500 Hz、1 kHz两个倍频带的G平均值；G125为125 Hz的G值；LFE4为125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 kHz四个倍频带的0 ms～80 msLF平均值；（1-IACCE3）为500 Hz、1 kHz、2 kHz三个倍频带的0 ms～80 ms（1-IACCE）平均值。? 图19 空洞内无纺布喷满油漆 图20 舞台上设置会议桌和LED屏 测试结果分析： 由于考虑到会议功能，业主要求满足开会时语言清晰度要求，因此混响时间调整为1.25 s～1.45 s，且以扩声系统为主，自然声为辅。因此实测声学参量与歌剧院的优选范围有一定差别是正常的。 实测空场中频混响时间为1.65 s，根据实践经验，满场混响时间约为1.5 s，略长于要求的1.25 s～1.45 s。原因主要是装修施工单位在为GRG表面喷涂油漆或涂料时把空洞内透声无纺布也进行了全部的喷涂，见图19，结果无纺布透声效果变差，直接影响了空腔内吸声棉的吸声效果。因此声学设计已要求把孔后被油漆封堵的布捅开，再往孔洞里塞颜色相近和孔径尺寸一样的海绵，这样既不影响装饰效果，又能满足声学要求。预计改进后中频满场混响时间将为1.4 s左右，符合声学设计要求。 亲切感ITDG为26 ms，但是从建筑图纸分析应该为35 ms左右，可能是舞台上来自会议桌的反射声所致。 舞台上天幕的后面设有LED屏，这样来自LED屏（见图20）的反射声会提高观众席的声场力度，这也就是响度和低音力度偏大的缘故。 2013年，国家主席习近平在哈萨克斯坦纳扎尔巴耶夫大学作重要演讲，提出共同建设“丝绸之路经济带”的战略构想。“丝绸之路经济带”是在“古丝绸之路”概念基础上形成的一个新的经济发展区域，包括西北五省区（陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆）和西南四省区市（重庆、四川、云南、广西）。定西市是古代丝绸之路和新欧亚大陆桥的必经之地，定西市文化艺术中心的建成必将提高“丝绸之路经济带”沿线城市人民的文化素质，丰富“丝绸之路经济带”沿途的文化氛围，真正打造出向西开放的战略平台。

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