武漢市中南劇場(chǎng)建筑聲學(xué)解決方案
2016-04-15 聲泰電子商務(wù)部 佛山聲泰聲學(xué)
武漢中南劇場(chǎng)外景
     中南劇場(chǎng)是為“中國(guó)第八屆藝術(shù)節(jié)”服務(wù)的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng) 目，是國(guó)內(nèi)少有的專(zhuān)業(yè)話劇院，該劇院地處于京漢大道和規(guī)劃的新馬路的交叉口，距京漢大道15米，距軌道一號(hào)線約30 米，臨近規(guī)劃的新馬路?？傆玫孛娣e約5 505m2，總建筑面 積14 419m2，總投資近1.5億元。
     中南劇場(chǎng)的功能以演出話劇為主，兼顧歌舞類(lèi)節(jié)目的多功能使用。該劇場(chǎng)觀眾廳采用鐘形平面，其容量為810座(其中池座580座、樓座186座及包廂44座）。觀眾廳的有效容積為4 750m3,相應(yīng)的每座容積為5.9m3/座。觀眾廳寬為22m，池座后墻距大幕線為21.5m；樓座后墻距大幕線為 24m。觀眾廳兩側(cè)設(shè)置有跌落包廂。樓座下開(kāi)口的高深比為 1:1.2。該劇場(chǎng)舞臺(tái)由主臺(tái)和側(cè)臺(tái)組成，其臺(tái)口寬14m,高 8m,進(jìn)深為18m,并設(shè)有轉(zhuǎn)臺(tái)、車(chē)臺(tái)等演出設(shè)備。
       
       2 建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及技術(shù)要求
       演藝建筑的聲學(xué)設(shè)計(jì)策略有下面三種：1)自然聲為主；2)電聲為主；3)自然聲電聲兼顧。每種策略適用于功能不同的演藝建筑。中南劇場(chǎng)的主要功能是演出話劇，話劇演出以自然聲方式最佳，電聲演出往往達(dá)不到理想效果。原因是：演員在舞臺(tái)上的活動(dòng)范圍較大，靠固定于臺(tái)口的傳聲器不能滿足要求；而在舞臺(tái)進(jìn)深處懸吊傳聲器不僅給換景造成困難，同時(shí)靠近傳聲器時(shí)聲級(jí)明顯提高，反之降低，導(dǎo)致聲音過(guò)大的起伏，缺乏真實(shí)感與層次感；使用無(wú)線話筒時(shí)，頻響特性較差，會(huì)改變演員的音色。于是確定了“自然聲為主，電聲為輔”的音質(zhì)設(shè)計(jì)原則。一個(gè)以自然聲方式演出話劇的專(zhuān)業(yè)劇場(chǎng)，其觀眾廳的音質(zhì)設(shè)計(jì)有如下特點(diǎn)和要求：
       (1）要保證演出時(shí)語(yǔ)言清晰，就需要控制混響時(shí)間。
       (2) 觀眾廳內(nèi)要有足夠的響度，即要有足夠的直達(dá)聲和近次反射聲，這主要通過(guò)控制觀眾廳進(jìn)深、坐席的升起（C 值）、吊頂及側(cè)墻的聲反射來(lái)實(shí)現(xiàn)。
 
       （3）廳內(nèi)聲場(chǎng)要均勻，有良好的擴(kuò)散，因而廳內(nèi)需設(shè)置擴(kuò)散體，如沿側(cè)墻布置包廂，設(shè)計(jì)凸弧型擴(kuò)散反射面等。
       （4）觀眾席區(qū)域內(nèi)的頻率響應(yīng)要趨近平直，允許低頻有適當(dāng)?shù)奶嵘?，低、中、高頻要適度平衡。
       （5）廳內(nèi)背景噪聲要足夠得低，防止噪聲對(duì)演出聲產(chǎn)生掩蔽作用。需嚴(yán)格控制內(nèi)部和外部的環(huán)境噪聲傳入廳內(nèi)。
        用一句話概括就是：“觀眾廳體型合理，響度足夠，語(yǔ)言清晰，聲場(chǎng)均勻，有足夠的近次反射聲及低的背景噪聲”。根據(jù)上述要求，我們確定了觀眾廳的幾項(xiàng)主要的聲學(xué)技術(shù)指標(biāo)，詳見(jiàn)表1。
      下面分觀眾廳每座容積確定、體型設(shè)計(jì)、混響時(shí)間控制、噪聲及振動(dòng)控制和聲學(xué)測(cè)量五部分分別論述該劇場(chǎng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)。
 
       3 觀眾廳每座容積確定
       所謂每座容積就是觀眾廳裝修完成后的容積與觀眾人數(shù)之比，話劇演出時(shí)話劇演員的聲功率是有限的，觀眾廳的容積小一點(diǎn)，聲能密度就會(huì)大一些，觀眾聽(tīng)到的聲音響度就會(huì)高一些。從此角度看，每座容積宜小不宜大。另一方面，每座容積太小，混響時(shí)間會(huì)短，音質(zhì)會(huì)變差，大廳的空間感會(huì)狹窄，給人壓抑感。所以每座容積又不能太小。《劇場(chǎng)、電影院和多用途廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，話劇院的每座容積為4~6m3/座。
       中南劇場(chǎng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)貫穿了該工程的全過(guò)程，在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)我們通過(guò)調(diào)整臺(tái)口尺寸，樓座及包廂標(biāo)高；在裝修設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)調(diào)整吊頂標(biāo)高，最終將總?cè)莘e控制在4 750m3, 即對(duì)應(yīng)的每座容積為5.9m3，達(dá)到了話劇演出的要求。
       4 觀眾廳的體型設(shè)計(jì)
       觀眾廳體形設(shè)計(jì)要從聲學(xué)和視覺(jué)兩方面考慮。單就聲學(xué)方面，它與廳堂聲音的響度、聲場(chǎng)的均勻度、聲音的音質(zhì)有關(guān)，還與是否存在聲學(xué)缺陷有關(guān)。體形設(shè)計(jì)包括觀眾廳的平剖面設(shè)計(jì)。對(duì)以自然聲演出話劇的劇院，體型設(shè)計(jì)猶為重要。
       4.1 觀眾廳的平面設(shè)計(jì)
       中劇場(chǎng)是一座810座的中型劇場(chǎng)，經(jīng)過(guò)分析，觀眾廳確定采用鐘形平面（圖1)。原因有二：1)它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絕大多數(shù)觀眾席有良好的視角，均在人聲的指向性范圍內(nèi)；2) 該劇院容量不大，觀眾廳跨度控制在22m以?xún)?nèi)，側(cè)墻能夠提供較強(qiáng)和覆蓋面較大的側(cè)向早期反射聲。
 
圖1 中南劇場(chǎng)平面圖
       4.2 觀眾廳的剖面設(shè)計(jì)
       觀眾廳的剖面設(shè)計(jì)主要包括C值的控制，觀眾廳進(jìn)深控制，側(cè)墻和后墻的聲學(xué)處理，臺(tái)口及吊頂設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題。
   
                        圖2 中南劇場(chǎng)剖面圖
       4.2.1 c值的控制
       在以自然聲方式演出話劇的觀眾廳，每排座位升高應(yīng)使 任一位聽(tīng)眾的雙耳充分暴露在直達(dá)聲范圍之內(nèi)，并不受任何障礙物的遮擋。應(yīng)盡可能大于等于視線所需的C值（視線所 需的c值為120mm)。c值太小，前面的觀眾就會(huì)對(duì)后面的 觀眾產(chǎn)生掠射吸聲，影響后排觀眾聽(tīng)到的聲音的聲級(jí)。該劇 場(chǎng)觀眾席的c值均大于120,后面觀眾席的c值接近200。
     圖4 觀眾廳c值控制圖
 
       4.2.2 觀眾廳吊頂設(shè)計(jì)
       該觀眾廳的吊頂造型設(shè)計(jì)兼顧劇院的其他功能（如音箱橋、面光橋等）和聲學(xué)要求。幾經(jīng)修改最后確定為折線型吊頂。通過(guò)調(diào)整吊頂?shù)膬A角，達(dá)到前部吊頂為池座中前部觀眾席提供有益的早期反射聲；中后部吊頂增強(qiáng)后部觀眾席聲級(jí)。控制吊頂標(biāo)高，防止出現(xiàn)長(zhǎng)延時(shí)反射聲；將近次反射聲相對(duì)于直達(dá)聲的初始時(shí)間間隙控制在35ms以?xún)?nèi)。為了避免低頻被吊頂吸收，觀眾廳的吊頂采用了35mm厚GRG增強(qiáng)型反聲板。
圖5 觀眾廳吊頂聲線分析圖
武漢市中南劇場(chǎng)觀眾廳效果圖
                          
       4.2.3 觀眾廳后墻處理
       該劇院的后墻呈微凹弧行，容易引起回聲等音質(zhì)缺陷。廳堂后墻聲學(xué)處理方法主要有以下三種方法：1)吸聲處理；2)擴(kuò)散處理；3)通過(guò)后部?jī)A斜加強(qiáng)后座聲級(jí)。三種方法適應(yīng)不同的情況，就該劇場(chǎng)，我們選用了第一種方法，在后墻上布置了復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)（圖6)。
       圖6 觀眾廳后墻構(gòu)造
       4.2.4 臺(tái)口側(cè)墻設(shè)計(jì)
       臺(tái)口側(cè)墻采用大號(hào)角形，可以將演員聲反射并導(dǎo)向觀眾席，讓池座中前區(qū)觀眾席得到較多的早期反射聲；另外利于耳光、揚(yáng)聲器的布置。
       4.2.5 樓座和包廂
       (1)為了壓縮后排觀眾距舞臺(tái)的距離，增強(qiáng)直達(dá)聲的強(qiáng)度，我們?cè)O(shè)置了樓座。樓座欄板設(shè)計(jì)成下傾凸弧面，能給觀眾席提供擴(kuò)散反射聲。為了防止在樓座下的觀眾席范圍內(nèi)形成聲影區(qū)，我們將樓座下開(kāi)口的高深比控制為1:1.2，完全滿足規(guī)范規(guī)定的自然聲演出的劇院樓座下開(kāi)口的高深比不大于1:1.5的要求。
       (2)觀眾廳有大片平行的側(cè)墻，我們?cè)谄渖显O(shè)置了跌落的包廂和傾斜的聲反射板。前者不僅有利于消除平行墻面之間的顫動(dòng)回聲，而且增強(qiáng)觀眾廳的聲擴(kuò)散，提高聲場(chǎng)的均勻度；后者針對(duì)中后部定向反射聲能。
圖7—a  觀眾廳一層側(cè)墻擴(kuò)散反射分析圖

 5 混響時(shí)間控制
       5.1 觀眾廳混響時(shí)間的控制
       觀眾廳的混響時(shí)間長(zhǎng)短取決于觀眾廳的每座容積、座椅吸聲、觀眾廳內(nèi)配置的吸聲材料與結(jié)構(gòu)等因素。中南劇場(chǎng)是專(zhuān)業(yè)話劇院，觀眾廳容積較小，觀眾席本身就能提供可觀的吸聲量，但是話劇演出要求混響時(shí)間較短，經(jīng)過(guò)計(jì)算，仍需配置吸聲材料。我們采用了吸聲量和觀眾相近的座椅，其各頻率吸聲系數(shù)見(jiàn)表2。結(jié)合消除音質(zhì)缺陷，在容易產(chǎn)生回聲的后墻布置了寬頻吸聲結(jié)構(gòu)。其余的部位采用聲反射或聲擴(kuò)散材料與結(jié)構(gòu)（如吊頂與側(cè)墻面均采用GRG反聲板）。根據(jù)中劇場(chǎng)的演出功能設(shè)計(jì)確定中頻混響時(shí)間為1.2(1±10%) s,各頻率的混響時(shí)間相對(duì)于中頻的比值如表3。

      為了確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，我們對(duì)中劇場(chǎng)觀眾廳的混響時(shí)間進(jìn)行了估算，從表4可以看出設(shè)計(jì)值與估算值接近，在誤差允許范圍內(nèi)。
   5.2 舞臺(tái)混響時(shí)間的控制
       因?yàn)樵搫?chǎng)采用鏡框式舞臺(tái)，舞臺(tái)和觀眾廳是兩個(gè)不同的空間，通過(guò)臺(tái)口耦合為一體，而演員位于舞臺(tái)上，因此舞臺(tái)音質(zhì)對(duì)演員的演出有直接影響。該劇院舞臺(tái)容積大于觀眾廳，在沒(méi)做聲學(xué)處理的情況下，舞臺(tái)的混響時(shí)間將遠(yuǎn)長(zhǎng)于觀眾廳的滿場(chǎng)混響時(shí)間，會(huì)引起一系列問(wèn)題，如：1)由于舞臺(tái)與觀眾廳通過(guò)臺(tái)口藕合，聲能衰減的速度比觀眾廳慢，從而使聲能倒流，觀眾廳尾聲增長(zhǎng)，影響語(yǔ)言的清晰度；2)演員處于巨大的舞臺(tái)上，混響時(shí)間又長(zhǎng)，使演員難以掌握力度和平衡。
       對(duì)此，我們對(duì)舞臺(tái)空間進(jìn)行適當(dāng)吸聲處理，大幕下落及舞臺(tái)設(shè)備設(shè)置條件下，舞臺(tái)空間的中頻(500~1000 Hz)混響時(shí)間不宜超過(guò)觀眾廳空?qǐng)龌祉憰r(shí)間。
       為了確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求，我們對(duì)舞臺(tái)空間的混響時(shí)間進(jìn)行估算，估算結(jié)果如表5，從表中結(jié)果來(lái)看是滿足設(shè)計(jì)要求的。

 6 噪聲及振動(dòng)控制
       噪聲及振動(dòng)控制是劇場(chǎng)聲學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)非常重要的方面，對(duì)自然聲使用的劇場(chǎng)尤為重要。噪聲及振動(dòng)控制又包括室外噪聲及振動(dòng)控制和室內(nèi)噪聲及振動(dòng)控制兩部分。規(guī)范要求，專(zhuān)業(yè)話劇院觀眾廳的噪聲限值為NR25。經(jīng)過(guò)分析，該劇場(chǎng)觀眾廳可能的噪聲源主要包括以下幾個(gè)：一是空調(diào)的噪聲；二是燈具及舞臺(tái)設(shè)備的噪聲；三是內(nèi)部走廊、前廳等處通過(guò)出入口傳入的噪聲；四是室外傳入的噪聲。要使總噪聲達(dá)到規(guī)范要求的NR25就必須將各噪聲源傳入觀眾廳內(nèi)的噪聲控制在NR20左右。首先我們來(lái)討論室外噪聲及振動(dòng)控制。
       6.1 室外噪聲及振動(dòng)控制
       中南劇場(chǎng)選址于鬧市區(qū)，緊鄰京漢大道與軌道交通一號(hào)線。根據(jù)武漢新江城環(huán)境事務(wù)咨詢(xún)有限公司所做的評(píng)估報(bào)告，中南劇場(chǎng)室外環(huán)境噪聲約為70dBA，軌道一號(hào)線的振動(dòng)對(duì)中南劇場(chǎng)有一定影響。評(píng)估報(bào)告建議設(shè)置100米長(zhǎng)雙排連續(xù)粉噴樁隔振墻。此部分的設(shè)計(jì)已由專(zhuān)業(yè)公司負(fù)責(zé)，不屬于本設(shè)計(jì)考慮范圍。
       關(guān)于室外噪聲控制，我們主要從平面?zhèn)髀暫臀蓓攤髀晝煞矫婵紤]，對(duì)應(yīng)的采取了如下防護(hù)措施：
       (1)將觀眾廳布置在整個(gè)建筑的中央，周?chē)h(huán)布輔助房間及休息廳。
       (2)屋頂采用密實(shí)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆屋面。
       經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，采取上述措施后完全能保證室外噪聲傳入觀眾廳后聲壓級(jí)小于NR20。
       6.2 室內(nèi)噪聲及振動(dòng)控制
       室內(nèi)噪聲主要包括空調(diào)設(shè)備噪聲，各類(lèi)燈具噪聲，舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備噪聲，休息廳及走廊的人流噪聲以及中劇場(chǎng)與小劇場(chǎng)之間的相互干擾噪聲等。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)即觀眾廳的背景噪聲要低于NR25,因此以上每種噪聲傳到觀眾席的限值為NR20。