劇場建筑聲學設計淺析

【摘 要】隨著文化設施建設高潮的到來，各地紛紛興建劇場等觀演類建筑，建筑聲學設計則是劇場設計中建筑師的重要任務，是劇場設計成敗的關鍵。建筑聲學設計的工作內容主要包括室內音質設計和噪聲控制兩大部分。室內音質設計和噪聲控制則主要依靠吸聲和隔聲實現。

【關鍵詞】劇場；建筑聲學；混響時間；噪聲控制；吸隔聲

引言

近年來，隨著經濟水平的提升和文化事業的繁榮，文化設施建設得到了較快的發展。各地在以省會城市為主的大城市興建了一批大型劇場、音樂廳、戲劇院等文化藝術中心。在這些建筑中有很多非常優秀的作品，但也有一些不太成功的案例。我有幸參加了幾個劇場的聲學裝修設計，雖然一些項目建成后得到了業主的認可，但回過頭來看還是有不少的遺憾和不足。在此以華亭劇場為例，對以往所作聲學設計的成敗做個總結，同時也談一些我對劇場建筑聲學設計的一些粗淺認識。

1 劇場建筑聲學設計的工作內容

劇場設計的根本任務是為觀眾提供理想的視聽享受場所。作為聽音場所，劇場、音樂廳等廳堂建筑的聽音質量是第一重要的，其效果的好壞直接決定了該建筑設計的成敗，而建筑聲學設計是聲學設計的基礎，更是做好擴聲系統的基礎。沒有合理的建聲環境，再高檔的后期裝修，再先進的電聲設施也無法彌補先天的聲音缺陷，從而導致使用效果的大打折扣。一般而言，建筑聲學設計的工作內容主要包括室內音質設計和噪聲控制兩大部分。

1.1 音質設計

混響時間是目前音質設計中能定量估算的重要評價指標。 它直接影響廳堂音質的效果?；祉憰r間是指聲音自穩定狀態聲壓級衰減60dB所經歷的時間。某頻率的混響時間是指室內聲音達到穩定狀態，聲源停止發聲后殘余的聲音在房間內反復經吸聲材料吸收，平均聲能密度自原始值衰變到百萬分之一（聲能密度衰減60dB）所需要的時間。記作T60或RT，單位是秒（s）。房間混響時間長短是由它的吸音量和體積大小所決定的，體積大且吸音量小的房間，混響時間長，吸音量大且體積小的房間，混響時間就短。混響時間過短，聲音發干，枯燥無味，不親切自然；混響時間過長，聲音就會變得模糊不清楚。只有合適的混響時間才能使聲音圓潤動聽。那多長的混響時間才適合呢？不同功能的劇場廳堂所需要的混響時間也不盡相同。如表1-1所示：

表1-1 不同功能劇場T60（s）500HZ~1000HZ

話劇場戲劇場歌舞劇場音樂廳綜合類劇場

0.9~1.21.0~1.41.2~1.61.5~2.01.5~2.0

由此表可以看出混響時間的長短與語言清晰度要求有關，對語言清晰度要求高的廳堂混響時間較短些，音色優美圓潤的廳堂要求混響時間較長些。控制混響時間是進行室內音質設計的主要內容。

1.2 背景噪聲控制

建筑聲學設計的另一個重要任務就是進行背景噪聲控制。背景噪聲也稱為本底噪聲，是指在發生、檢查、測量、記錄系統中與有用信號無關的一切干擾。在環境影響評價（EZA）中，背景噪聲是指除研究對象以外所有噪聲的總稱。如劇場外汽車的鳴笛聲、飛機的轟鳴聲、女士高跟鞋敲擊地板的聲音、劇場外人的喧嘩聲，甚至還有相鄰劇場演出的聲音。背景噪聲控制就是要屏蔽掉這些和劇場演出內容無關的聲音，讓劇場內演出有一個純凈的聲學環境。

那么如何運用建筑聲學的手段來控制混響時間、降低背景噪聲呢？背景噪聲的控制主要依靠做好劇場的隔聲與吸聲，而混響時間的長短主要與吸聲和觀眾廳容積有關。

華亭影劇院位于甘肅省平涼市華亭縣西城區，是為全縣市民服務的兼電影放映、演出、會議功能的多用途劇場?？偨ㄖ娣e：9497平方米，固定座位1170個。建筑高度：26.5m ，建筑層數：地上1層(局部2層)，地下1層，結構形式：鋼筋混凝土剪力墻結構，屋頂為鋼網架結構。

2 隔聲

2.1 空氣傳聲的隔絕

空氣傳聲的隔絕主要依靠建筑維護結構，包括墻壁、樓板、門窗等，都具有隔絕空氣聲的作用。維護結構的隔聲性能，主要由他的質量、強度、阻尼和頻率等因素決定。當頻率在125HZ~4000HZ的范圍內時，則質量起主要控制作用。維護結構的隔聲量是隨頻率和質量的增加而增加的，這通常成為“質量定律”。

以往，我國劇場的維護結構以磚墻為主，240厚480kg/㎡的磚墻（雙面粉刷，下同）的平均隔聲量約為53dB， 370厚700kg/㎡的磚墻的隔聲量約為56dB， 490厚840kg/㎡的磚墻的隔聲量約為61dB。現在隨著抗震要求的提高，框架結構被廣泛采用，490厚的磚墻840kg/㎡的重量讓框架結構不勝重負。

華亭影劇院前期建筑設計采用了200mm厚鋼筋混凝土剪力墻結構，屋頂為鋼網架結構上覆120厚彩鋼板混凝土疊合屋頂。200mm厚度的現澆實心鋼筋混凝土墻的隔聲量與240mm粘土磚墻的隔聲量接近，約為53 dB；網架上架覆鋼筋混凝土疊合屋面，其性能基本與普通鋼筋混凝土板屋面相同。鋼筋混凝土剪力墻和彩鋼板混凝土疊合屋頂為華亭影劇院隔聲設計提供了良好的基礎。

門窗是圍護結構隔聲的弱點，特別是華亭影劇院集會議、文娛、休閑為一體，所以隔聲門為雙層，雙層門之間設“聲閘”。聲閘內做強吸聲處理，兩側墻體均貼附50厚玻璃棉外封穿孔埃特板，并做0.8厚白色穿孔金屬板上覆50厚玻璃棉吸聲吊頂。聲閘的設置使隔聲效果大為提高并能防止亮光直接射入劇場內部。劇場中觀眾廳和舞臺部分除觀察窗與放映窗以外不開設窗戶。

2.2 固體傳聲的隔絕

固體傳聲是由振動物體直接撞擊結構（樓板或墻）使之產生振動，并沿著結構傳播開去而產生的噪聲。這些噪聲的振動源包括空調設備、給排水設備、變壓器、某些燈光設備、舞臺機械以及來自相鄰房間通過空氣及固體傳聲傳入的噪聲和振動等，都將對觀眾廳的安靜造成干擾。將觀眾廳設雙層墻，并將下面的鋼筋混凝土梁也分成雙梁，是隔絕固體振動聲傳播的最理想措施。同時進入觀眾廳和舞臺的各種管線最好集中布置，穿墻管線周圍縫隙要用玻璃棉賽嚴。劇場內嚴禁開洞進線，避免降低隔聲效果。

華亭影劇院由于出于節省投資和施工便利的原因沒有設置雙層墻。在聲學裝修設計時為了隔絕固體傳聲，我們緊貼觀眾廳和舞臺主體混凝土墻內側做了輕質隔聲墻，采用50輕鋼龍骨12厚兩層石膏板錯縫拼接內填玻璃棉的做法；觀眾廳和舞臺屋頂網架下做了12厚雙層石膏板隔聲吊頂，上覆50厚玻璃棉外包黑色玻璃絲布。這兩項措施和混凝土墻和疊合屋頂結合形成雙層維護，有效解決了固體傳聲的問題，同時也加強了空氣聲的隔絕。后期在聲學測試時證明這種做法達到了背景噪聲控制在NR-25（相當于30dBA）的設計預期。除此之外，設備基礎做隔振處理，從聲源處杜絕固體聲的傳播。

3 吸聲

劇場建聲設計中，舞臺部分一般做強吸聲處理，避免有多次反射聲到達觀眾席，使聲音混亂模糊；而觀眾廳前部要做一些反射體，讓演出的首次反射聲盡量多的到達觀眾席；觀眾廳后部則以吸聲為主，以減少多次反射聲，避免混響時間過長而影響聲音的清晰度。吸聲處理可以有效的降低廳堂內的聲壓級，調整適合的混響時間，以達到滿意的聽音效果。一般，首先根據功能需要確定劇場的混響時間，然后可以用賽賓公式（3-1）反算求得各頻段的總吸聲量。

A＝0.16V/ T60 （3-1）

（式中：A —— 為總吸聲量，V —— 為實際容積，T60—— 為混響時間）

華亭影劇院業主定性為：以會議為主要使用功能，兼顧文藝演出及電影放映的綜合劇場。鑒于業主對會議功能的重視，混響時間定為比綜合類劇場混響時間略低的1.4s左右（125-4000Hz）。確定了合理的混響時間后我們通過計算得出了各頻段的總吸聲量，再通過計算得出各種吸聲材料和構造的面積比例，確定最終的裝修方案。

華亭影劇院主要采用以下吸聲材料和構造：

3.1 多孔吸聲材料

多孔吸聲材料有玻璃棉、巖棉、礦棉等，這些材料內部纖維蓬松交錯，存在大量微小的孔隙，是典型的多孔性吸聲材料，具有良好的吸聲特性?？梢灾瞥蓧Π?、天花板、空間吸聲體等，可以大量吸收房間內的聲能，降低混響時間，減少室內噪聲。多孔吸聲材料對聲音中高頻有較好的吸聲性能。

華亭影劇院在聲裝中大量采用了50厚32KG/M3玻璃棉作為背襯吸聲材料，這種構造做法有效加強了表層材料的吸聲性能。由于玻璃棉為松散的多孔材料，在使用時有諸多不便，所以將玻璃棉加工成玻璃棉氈，并且外包玻璃絲布。

3.2 穿孔板吸聲結構

在各種薄板上穿孔，背后設置空腔形成穿孔吸聲結構。薄板本身并不具有良好的吸聲性能，但穿孔后并安裝成帶有一定厚空腔的吊頂或貼面墻則可形成“亥姆霍茲共振”吸聲結構，因而獲得較大的吸聲能力。這種穿孔板吸聲結構廣泛地應用于廳堂音質及吸聲降噪等聲學工程中。穿孔板的穿孔率一般為2%-17%。

如果在穿孔板后空腔內填充多孔吸聲材料時，空氣分子在共振時的摩擦阻力增大，各個頻率的吸聲性能都將有明顯提高，這就兼有多孔吸聲材料和穿孔吸聲結構兩者特點的穿孔板組合吸聲結構。

華亭影劇院觀眾廳后部穿孔石膏板吊頂和木質穿孔板墻面、舞臺后墻穿孔木質吸音板墻面以及放映室、聲控室穿孔金屬板吊頂背襯玻璃棉均屬于這種吸聲構造，實踐證明這種構造各頻段的吸聲效果都比較理想。穿孔板的另一個優點就是有多種材質可供選擇，可以設計出不同的裝修風格。

3.3 薄板共振吸聲結構

將各種薄板，例如：木膠合板、塑料板、水泥纖維板、各種金屬板等不透氣無空隙的薄板，四周固定在墻或頂棚的龍骨架上，板背后留有一定深度空氣層，就構成了薄板共振吸聲結構。板后空氣層必須密閉，以使板具有彈性，這就要求板不是透氣的，板周邊與龍骨必須緊密牢固的結合，施工時一定要注意板的安裝不應隨時間的推移而出現松動現象。由于薄板的共振頻率較低，一般為80HZ~300HZ，因此低頻聲比高頻聲容易激發薄板的共振，所以薄板共振吸聲結構具有吸收低頻聲的特性。

華亭影劇院在墻裙部分采用了這種結構。觀眾廳后墻墻裙為600高櫻桃木飾面板，400厚空腔，主要為了解決穿孔板和多孔材料低頻吸音率偏低的問題。

另外，華亭影劇院聲反射體主要布置在觀眾廳前部。臺口兩側和耳光干掛20厚米黃大理石，40寬斜拼角接縫；聲橋和觀眾廳前部2/3吊頂為輕鋼龍骨紙面石膏板，白色乳膠漆飾面，讓首次反射聲盡量多的到達觀眾席。

4 結論

華亭影劇院聲學設計基本成功，投入使用后得到了業主的好評，但在設計中還是有一些遺憾和不足，例如觀眾廳吊頂為了造型的需要做的較平，樓座后兩排的音質較差一些。

通過幾次工程實踐，個人認為建筑聲學設計需要豐富的聲學知識和實際工程經驗，并把聲學要求融入建筑形體和裝修設計中，把聲學功能與藝術創作有機地結合為一體，才能使劇院成為音質優異的藝術殿堂。

參考文獻

[1]《建筑設計資料集2》（第二版）第8章P133-159

[2]《建筑設計資料集4》（第二版）第5章P71

作者簡介：

陳瑞剛，出生于1978年6月2日，性別：男，漢族，現就職于北京城建設計研究總院有限責任公司，工程師，大學本科學歷，主要從事劇場類建筑和軌道交通沿線開發的建筑設計及研究工作。