方案建筑声学技术在剧院装修施工过程中的应用及合理化建议

建筑声学技术在剧院装修施工过程中的应用及合理化建议
本工程为XX市XX大剧院内装修工程施工，施工内容主要包括XX大剧院的内装修施工，XX大剧院建筑面积约35220.1m2,地上四层，局部地下二层，施工区域主要包括大厅、观众厅、乐池、舞台等内容。

为保证建筑声学设计的实际效果，尤其是剧院声学设计的实际效果，在设计过程中通过计算机仿真模拟技术和比例缩尺模型模拟技术对建筑声学设计的效果进行模拟测试，根据测试结果采取进一步的声学处理措施，以求获得最好实用效果。

同时，我们通过电声的方法来弥补空间声学特性上的不足使整个系统的声学特性更完善。

室内造型、装修材料各方面的措施力求符合声音效果。

一、计算机模拟和实物缩尺模型试验的应用
在剧场类观演建筑中，建筑声学设计作为建筑设计的重要组成部分，主要针对建筑自身形制进行研究，通过建声设计来克服由于建筑自身形制所带来的声缺陷，以及利用建筑自身形制尽可能的有效利用声能，并将声能在剧场内均匀分布，这一对看似矛盾的设计思路将贯穿整个建声设计的全过程。

在建声设计中对建筑自身形制的研究，主要通过计算机模拟和实物缩尺模型试验，通过以上两种模拟手段，可以对建筑声学参量进行计算，通过调整建筑形制，使各声学参量达到设计目标。

建筑形制的调整包含建筑造型调整和建筑装修调整两部分，建筑装修调整在建声设计中较为普遍，应用得也较多；但对于那些通过装修调整无法解决的建声问题，只能通过建筑造型调整来克服，以上两种建筑形制的调整方式在本剧院中均有体现。

1计算机仿真模拟技术
随着软件技术的发展，使用计算机进行声场的模拟研究成为现实。

计算机声场模拟分析技术是近年来受到声学界，特别是室内声学和虚拟声学领域普遍关注、且发展很快的一项新技术。

通常以声学、数学及信号处理理论数值模拟为基础，利用计算机软、硬件来实现对三维空间声场的模拟和预测。

计算机声场模拟分析技术的原理主要是在计算机中建立剧场的三维数学模型，然后根据需要设定声源点、接收点、声反射要求次数和取定时间，进而分析剧场的平剖面设计的合理性，再通过专用声学软件预测出混响时间特性、声场均匀度、声场分布图及前次反射声序列图等音质指标，并可及时发现有否声学缺陷。

大大提高声学设计的科学性和可靠性。

2.比例缩尺模型模拟技术在声学设计中的应用
比例缩尺模型模拟技术在室内声学中应用较早，但早期模型比较简单，无法得到定量结果。

20世纪60年代，随着模拟理论、测试技术等逐渐发展完善，在进行大量研究和实践后，比例模型模拟技术在客观指标的测量方面已经基本达到了实用化。

现在，声源、麦克风、模拟声学材料已经可以和实物对应，仪器的频带也扩展了，混响时间、声压级分布、脉冲响应等常用指标的模拟精度已经满足实用的要求。

比例缩尺模型的原理是相似性原理，根据库特鲁夫的推导，对于1：10的模型来讲，房间尺度缩小10倍后，如果波长同样缩短10倍,即频率提高10倍时，若模型界面上的吸声系数与实际相同，那么对应位置的声压级参量不变，时间参量缩短10倍。

如10倍频率的混响时间为实际频率混响时间的1/10。

比例模型是现阶段所知唯一能够较好模拟室内声场波动特性的实用方法。

二、声音扩散技术
为使剧场获得更好声音效果，我们分析剧场的扩散效果，力求声音能够朝着许多方向发生不规则的反射、折射和衍射，从而在室内均匀的声场。

我们拟在大剧院的顶棚、侧墙与后墙的表面设立了扩散体。

根据声波特点，设计采用不同几何形状和不同材质的扩散体，扩散体的构造均满足了声学要求，与音乐罩形成了完美的声音扩散体系。

扩散体的使用与建筑美观要求完美的结合，体现了剧场独特的艺术形式。

本工程采用MS1扩散体及新型的QRD扩散体。

MS1扩散体为现场加工制作、安装而成；新型的QRD扩散体由成品安装而成。

扩散体系统采用了良好的扩散体，通过施工中严格质量控制，达到了良好的音质效果和美观要求。

在剧场内形成了均匀的声场，在各点的声强相同，声波传播呈无规律状态。

三、电声设计
本工程在施工前期要根据现场情况进行专业的电声设计。

根据建设单位提出的要求，以国际上或国内获得优质“音质效果”的剧场为参照，确定本工程建筑声学设计的主要声学指标。

剧场的声学设计最主要的是扩声系统的设计。

扩声系统是为舞台表演艺术服务的，应该最大限度地、准确地体现出完整的舞台艺术表现力。

因此，扩声系统是一个为表演艺术服务的高品质声音重放展示平台。

对扩声系统而言，应该摆脱传统的工程设计理念，提升到工程与艺术相结合的层次，所有的工程都为表演艺术服务，尽量全方位地满足表演艺术的使用需要。

根据整个项目的规模定位及功能要求，确定扩声系统的主要设计内容包括大剧院的扩声系统和多功能小剧场的扩声系统。

1.以实现高质量声音重放和还原作为扩声系统的核心目标
基于对人听觉生理及心理特性的研究成果，如何在大型观演建筑中让所有观众能获得“自然”、“真实”、“优美”的听觉艺术享受是建筑声学和电声学研究者与设计者所共同关注的问题。

正是我们设计所追求的最终目标，在设计中，充分使用最新声学领域中的研究成果和技术手段，以充分体现现代科技带给人们的更先进的艺术享受。

2.采用新技术使扩声系统的管理和控制精确化与简单化，彰显人性化设计。

科技不断进步与发展，新技术层出不穷，供选择配置的设备名目繁多，功能各异，在满足设计要求的前提下，应该使管理者和操作者的工作更加简单可靠。

因此，坚持“人性化”设计是我们的基本设计理念。

3.系统设计及设备选型，要兼顾剧院专业性要求和多样化经营的需求。

在满足观众对艺术表现品质、管理操作者对系统的操控要求的同时，从演艺中心将来的经营角度出发，对系统的构成、产品的选型配置均应体现出对多种用途的适应性。

4.通过可调混响时间和空间耦合的方式以满足不同演出形式的需要。

在很多的情况下，建筑艺术很难与建筑声学特性相统一，有时候必须牺牲一方来满足另一方的需求；但是如何能使得整个房间既有建筑的艺术性，又能有高品质的声音重放，针对这种情况就必须从电声角度来弥补建声环境上的不足。

目前的电声解决方案主要是通过一个DSP数字处理系统矩阵根据现场的实际房间特性参数模拟一个虚拟的空间与现实的空间进行耦合，从而可以改变房间原有的声学特性，达到理想的或者所需求的房间声学特性；并且可以通过该系统模拟近次反射声和混响声。

四、保证剧场声学合理化建议
XX大剧院的声学设计始终把音质效果放在首位，以继承传统剧场的良好品质，而又能满足剧场多功能使用的需求为设计的宗旨。

孟子大剧院在进行方案设计时，就利用建筑声学原理对建筑的空间体型、体量及观众厅布置作了详细的推敲，以满足产生良好声学效果的必要条件。

为保证建筑声学设计的实际效果，尤其是剧院声学设计的实际效果，我们针对剧院涉及及施工中可能影响剧院声学效果的因素提出以下几点建议，是否合理希望能在施工过程中与建设单位、设计单位、监理单位、专业厂家等各位专家共同探讨，以便确保本工程在声学上达到最佳效果
1.观众区扩声音箱的辐射区域内进行有效的吸声处理
本剧院的大量节目会采用近距离麦克风拾音的扩声系统，在这种情况下听众听到的声源是功率大，指向性强的扬声器箱，听众会感到声音的清晰
度远远高于同一声源非扩声的情况。

此时观众席声能衰减曲线不再遵循SABINE理论，而应利用使用扩声系统的有效混响时间理论进行分析和设计。

利用该理论可以得到如下定性的结论：为了保证扩声的清晰度，只须将观众区扩声音箱的辐射区域内（观众席及其走道、观众区墙身下部墙裙）进行有效的吸声处理即可，侧墙中部上部都可以不作额外的吸声处理。

这样，既能有效地降低工程造价，又可兼顾非扩声节目的自然混响声场要求和录音效果，一举两得。

2.后墙作宽频带强吸声处理以减少有害声反射
由于较长的路程，扩声或非扩声的表演声经观众区现有的竖直后墙反射后会在表演区形成明显的回音（反射声延迟大于50ms）,影响表演区演员的发挥和录音效果。

在后墙上还有隔声观察窗，同样会产生有害声反射。

为了避免回音的形成，我们建议施工中将后墙作宽频带强吸声处理。

对于隔声观察窗，要保证其隔声量，要做好阻尼防止产生受激共振噪声，还要把靠厅的一面玻璃做成向下倾斜。

3.有演区侧墙增设活动凸斜面活动反射墙避免有害的颤动回声
大剧院尤其是表演区现有的平行侧墙会产生有害的颤动回声，影响录音和表演。

我们建议在有演区侧墙增设活动凸斜面活动反射墙（每边侧墙三块），破坏平行面，给观众区提供良好的早期侧向反射声。

同时，这些反射板也是灯光造型用构件，一举多得。

由于节目表演的声凌晨主要来自表演区，为了降低造价，观众区侧墙不作过多复杂处理，只是在做水泥拉毛工序时做出小坡度的锯齿和劈尖，既美观，又可改善声波的有利反射和扩散。

4.对灯光设备和暖通空调系统的吸声处理
厅内的灯光和暖通空调设备除了在工作时本身会辐射一定量的噪声，还很可能在节目声音激发下产生可闻的受激辐射噪声。

各灯具对频率较高的声波而言是不规则的反射扩散体；而对频率较低的声波而言又是薄板和空腔共振吸声体；某些灯具在使用中会产生可闻的交流声；在节目声音激发下各种灯具通常都会产生可闻的受激辐射噪声;另外，整个灯光系统是一个强电磁干扰辐射源，电磁兼容做得不好时会对现场电声设备产生干扰。

我们建议在施工过程中对有问题的设备加装阻燃阻尼件，以避免出现上述辐射噪声，确保剧院的声学效果。

空调系统和灯光控制系统噪声指标的优劣，是保证剧院噪声能否达到设计要求的重要环节。

对于空调系统，为了减少送风时的空气噪声，适当增加风管壁厚，风管外壁加配角铁加强筋，防止送风时产生机械振动；风管内壁贴50mm厚的超细玻璃棉毡，外包玻璃丝布，再用钢板网压紧；穿墙的风管采用软连接，穿墙管道的四周填充50mm厚玻璃棉毡；控制送风速度，使出风口的风速小于15m∕s
5.充分考虑舞美布景对声学效果的影响
某些舞美设计可能会破坏声学效果。

电视舞美布景通常用金属框架、夹板、玻璃、有机玻璃、泡沫塑料等薄板或塑料幕布、纺织帘幕等材料做成。

纺织帘幕对中高频声能有较大吸收，当其与前面之间有空气层时吸声能力可扩展至低频段；薄板材料和塑料幕布通常会对某个较低的频段声能产生较大的吸收，同时对声波，尤其是中高频又有明显的反射作用，处理得当，有利于声场的营造，反之可能会出现声音上的问题。

另外，缺少适当阻尼的金属框架和薄板材料会产生有害受激声辐射。

由于表演区舞美布景对声音的影响，在对大剧院进行声学设计时必须考虑其影响。

例如可将没有安装舞美景片的空场低频混响时间设计的稍长，安装景片后自然会降到较佳的状态。

6.活动式音乐罩和升降乐池的应用
为更好地保证大剧院多功能使用的音质效果，建议在大剧院舞台增设舞台音乐罩和升降乐池。

增设舞台音乐罩的H的主要是为适应自然声音乐演奏的需要。

因歌剧演出时，主要通过布景设计，在舞台上产生围合空间来保证音质效果，这主要由舞美设计师解决；而音乐演奏时，则需在舞台上设置活动的音乐罩以隔离舞台、节约自然声能，同时为乐师创造良好的相互听闻条件；以及给观众厅前区提供早期反射声，从而增加亲切感。

舞台音乐罩目前有轻型敞开活动式和重型闭合活动式两种。

本工程采用后者，理由是尽可能减少自然声能的损失和低频的声吸收。

配置方式是顶板和后墙板整体吊置，平时悬吊在舞台上空，侧板为设有轮子推动的拼装单元。

7.观众席座椅的选择建议
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到2/3左右)，因此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：
厂商应提供混响室实测座椅的吸声性能数据，被测座椅数量不能太少，否则由于座椅的边缘作用而使误差增大，通常要求16或20个座椅分4排按实际间距布置。

(2)要求座椅在空座和有人座时，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。

8.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的相互听闻，同时乐师们也要能听到歌唱声以保持良好的融洽。

至于视觉要求，演唱者和乐师们都要很方便地看到指挥。

乐池内缩进部分声压级会过响，不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。

因此在缩进部分做一些吸声处理，部位可在两侧墙和部分后墙。

为了保证乐池内缩进部分的乐队演奏声有效地传出来，需在乐池内缩进部分的部分后墙和顶部做声扩散体，在指挥的后墙也需做吸声和扩散处理。

声学设计将结合室内设计确定乐池内各墙面吸声和扩散体的具体做法，设计成既符合声学要求，同时又具有良好的装饰效果。

9.音乐反射罩的声学要求
舞台上设置活动的音乐反射罩。

其作用如下：
（1）隔离巨大的舞台空间，节约自然声能，防止声能在舞台上被吸收和逸散。

（2）便于乐师间的实时相互听闻，提高演奏的整体性。

（3）为观众厅池座的前中区座席提供早期反射声。

（4）由于音乐反射罩隔离了舞台，使音乐反射罩包络空间成为观众厅空间的组成部分，消除了台口的声吸收，同时增加了观众厅的容积，从而提高了厅内的混响时间（一般可提高0・广0.2秒），这对演奏音乐是有利的。

音乐反射罩的用材尽可能采用轻质、刚度大（不易引起共振），并应具有防火、防潮、不易变形等特性，所用板材面密度通常在15kg∕m2左右。

例如可以采用刚度很好的铝蜂窝板表面贴木饰面层,也可取得良好的声反射效果。

组装方式有两种：一种是顶板、后板和侧板全部储存在后台和侧台，演
出前移出吊装和拼装；另一种是顶板或顶板加后板平时整体吊挂于舞台上部，侧板移存于后台或侧台，演出前再拼装。

后板和侧板之间、后板和顶板之间应留有一定的空隙，以减少后部打击乐和铜管乐的声压级。

音乐反射罩的尺寸，通常按容纳四管制乐队再加120名合唱队所占的面积设计（约在200m2左右），也即以最大规模乐队设计，在使用时按实际乐队的规模进行调节。

音乐反射罩内的舞台上尚需配置台阶式的演奏台及合唱台。

声学设计将结合室内设计及舞台机械工艺，将音乐反射罩设计成既符合声学要求，同时又和观众厅的装修风格相近。