剧场的声学设计

第五章剧场的声学设计

厅堂的形状、体积、边界面的布置和表面处理、地面起坡、座位排列、观众容量以及装修材料的选择等，在很大程度上影响着观众厅的声学效果。因此声学处理不应当是建筑设计的追加手段，而应该融于建筑整体设计之中。

第一节室内声波传播特性

声波在传播过程中，当遇到障碍物，如墙、孔洞等，将产生反射、吸收、穿透、绕射现象，在室内由于多次反射会引起混响。

声波的反射

声波在传播过程中遇到不同的介质时，波速将发生突变（空气中为340m/s,砖和砼中约为4000m/s）。在波速突变的分界面上，入射波的一部分返回原介质继续传播，这部分叫反射波。这种现象叫做波的反射。◇反射声比直达声总是要延迟一定的时间到达接收处，其延迟的时间叫做时差。

◇时差在5毫秒以内的反射声叫做短延时反射声，能使人产生声源位移的感觉。

◇延迟时差为5~50毫秒，即声程差~17米的反射声，叫做前次反射声。这种反射声好象使原来直达声的延续，听起来相当于加强了直达声的强度。这是影剧院建筑中所需要的。

◇反射声的延迟时差超过50毫秒，且声压级较强，能听到两个声音，这就是回声，应避免。

◇延迟时差虽然超过50毫秒，但声压级较低，湮没在一个接一个的反射声中，分辨不出单个声音，也就是听不到回声，称为混响声。在影剧院建筑中，根据观众厅的容积等情况，需要保证一定的时间。

吸声系数和吸声量

不同介质对声的吸收是不同的，吸声能力较高的建筑材料称为吸声材料，一般，坚硬光滑，结构紧密和重的材料吸声能力差；反射能力强；粗糙松软，具相互贯穿的内外微孔的多孔材料则相反，如玻璃棉、矿棉、泡沫塑料、木丝板、微孔砖等，都是这类材料。

吸声系数：是表示材料吸声能力大小的量，用〆表示。

〆=吸收声能/入射声能数值在0~1。

〆同样也表示某材料单位面积的吸声量。

吸声量：用A表示。A=S•〆单位：m2

厅堂音质要求与实现方法

各种厅堂音质要求与实现方法

室内所有座位，都有足够的声音响度

控制体积；

合理的体型设计，使观众席尽可能靠近声源；

观众席起坡，抬高声源位置；

提供充足的前次反射声。

使内声音分布均匀

良好的体型和恰当的声扩散处理。

具有最佳混响特性

控制适当的每座容积；

正确选择，布置吸声或反声材料。

室内不出现音质缺陷

合理的体型；

利用声吸收，声扩散和声反射，消除不良体型带来的音质缺陷。

室内各区域没有或尽可能少的噪声和振动干扰

合理选择用地，合理布置不同功能的用房；

做好隔声设计。

观众厅的容积和体型设计

观众厅的容积大小直接影响声音的响度和混响时间。

最大总容积的限制

讲演：2000~3000m3 话剧、戏剧对白：6000 m3

戏剧、歌剧、乐器独奏：10000 m3 大型交响乐演出：20000 m3

厅堂实际容积的确定

不同功能的厅堂其最佳混响时间建议值T60要求不同，预测厅堂混响时间的赛宾公式表达为：

T60=A

式中V——厅堂总容积，m3

A——厅堂内吸声量，m2，由观众的吸声量和内表面及设备的吸声量组成。

观众吸声量在总吸声量A中所占比例较大，通常可达到1/2~2/3，故总容积与观众座位数之比（即每座容积）对混响时间影响相当大。适当的每座容积可使厅堂在尽量少用吸声材料的前提下获得最佳混响效果，最大程度地节约了房间内表面处理费用。

不同用途厅堂的每座容积建议值：（单位：m3/座）

话剧、戏剧：~

歌舞剧：~

音乐厅：~

多用途：根据主要用途确定

观众厅的体型设计

体型设计主要涉及直达声和前次反射声的控制和利用问题，设计应满足以下三方面要求：

充分利用直达声

声波是一种能量，直达声能按距离的平方衰减得很快。

a.缩短传播距离

加宽观众厅；设置楼座；偏座区设置声反射面。

b.避免直达声被遮挡和吸收

提高C值标准，大地面坡度，采取错位布置，后区采用散座式布置。

有效控制前次反射声

前次反射声通常由靠近声源的反射面

形成。

一般剧场中、后部，尤其是楼座后部，

音质效果往往比池座中部好，因为大

部分界面都把反射声送到后部，并由

于直达声的声程长，使许多反射声的

时差小于50ms。

因此要在设计中均匀分布前次反射

声，消除前次反射声空白区，就要求

合理确定厅的高度和跨度并调整好反

射界面的大小和倾斜度，保证声场分

布均匀。

台口上部顶棚和两侧墙面，离声源近，观众厅顶棚形式（纵剖面）基本类型

是提供前次反射声的有效部位，顶棚不宜太高，两侧墙面不宜离得太远。大型厅堂宜加声反射板。

楼座挑台不可过长，保证开口高度和深度之比大于1：2，最好满足2：3，并使挑台下部吊顶适当朝舞台方向翘起，以获得一定的反射声。

利用声扩散体，使声场分布更加均匀，充分利用一些凹凸不平的物体来增加扩散反射，如圆柱面、包厢挑台拦板、装饰构件、灯具等。

消除可能产生的声缺陷

主要指一般剧场由于某些部位的界面角度不当而产生的回声以及采用凹曲面天棚或墙面时出现的声聚焦或反射不均匀的现象。

处理方法：调整反射面的角度，以及采取扩散和吸声的处理，后部顶棚和墙面可改变其角度，使之前倾，把声波反射至池座后部。

方案设计阶段可通过几何声学作图法来检验和调整观众厅的剖面形式和各个界面的设计。

后墙和挑台下顶棚适当倾斜，使反射声落入挑台下观众席。