深圳南山文體中心大劇院的聲學設計

楊志剛

（華東建筑設計研究院有限公司章奎生聲學設計研究所，上海 200041）

1 工程概述

深圳南山文體中心項目位于深圳市南山區中部，總用地面積達39 586.98 m2，項目包括劇院、體育館、游泳館三個相對獨立的建筑單體，以及由其與已建成的藝術博物館及圖書館圍合而成的城市廣場。該項目由匈牙利Zoboki-Demeter聯合建筑設計所和中建國際（深圳）設計顧問有限公司合作設計，邀請了巴黎Federico Cruz Barney- Studio DAP擔任國外聲學顧問，中方聲學顧問則分別邀請了華南理工大學（設計單位聘請）和華東建筑設計研究院有限公司章奎生聲學設計研究所（業主單位聘請），舞臺機械施工單位是浙江大豐實業股份有限公司。

通過調節觀眾廳吊頂高度來改變觀眾廳體積，以達到改變劇院混響時間和其他聲學參量的效果，從而讓劇院能夠滿足不同劇目的最佳聲學效果，這項技術有一定的難度，造價也比較昂貴，所以實際上采用的并不多, 這項技術在國內還是首次應用。如，巴西圣保羅音樂廳就是通過調節吊頂高度來調節體積的，它是世界上第一個用電機控制上下升降天花板的音樂廳，其天花板由15塊可以分別控制的板塊組成，這些板塊同步升降時可以改變觀眾廳的總體積，獨自升降時可以形成耦合空間，升降范圍為15.5 m～22 m，以適應不同演出曲目的要求。還有其他體積可調的劇院則是通過設在觀眾廳四周的混響室實現的，如美國達拉斯Meyerson交響樂中心、英國伯明翰國際會展中心交響樂大廳瑞士盧塞恩文化和會議中心音樂廳、芬蘭拉蒂西貝柳斯會議和音樂廳、美國費城Kimmel演藝中心音樂廳、新加坡濱海藝術中心音樂廳以及蘇州文化藝術中心大劇院等。

2 大劇院的功能及建筑概況

深圳南山文體中心大劇院主要承接大型歌劇、舞劇、音樂劇、綜藝晚會的演出，并兼顧電聲音樂、交響樂、會議和語言類節目的需要，具備承接國際演出團隊演出的基本功能和條件。聲學設計上，通過調節觀眾廳吊頂的高度來改變觀眾廳的體積，調節觀眾廳側墻、池座后墻和二層樓座后墻的吸聲簾幕來改變觀眾廳內的吸聲量，以達到調節劇院混響時間和其他聲學參量的效果，滿足不同劇目最佳聲學效果的需求。

劇院包括1個1 338座的大劇院和1個356座的小劇院。大劇院觀眾廳共三層，內景如圖1所示，其中觀眾廳一層設645個座椅，二層設341個座椅，三層設352個座椅。觀眾廳吊頂由四周的固定吊頂和中間的可升降部分構成，其中可升降部分包括4塊可升降吊頂和3塊可升降面光橋，通過調節可升降部分的高度來改變觀眾廳的聲學容積，以適用不同演出模式的需要。交響樂演奏時舞臺設置聲學反射罩，反射罩的寬度為14 m～17.3 m，深度為6.55 m，包絡面積較小，只有102 m2，需要樂池升起作為舞臺的一部分才能容納四管制的交響樂隊。

大劇院池座長約26.85 m，一層樓座后墻向后延伸約7.35 m，二層樓座后墻向后延伸約12.65 m；觀眾廳最寬處約26 m，池座的寬度為17.3 m～23.4 m。耳光采用明吊的方式，臺口側墻未設置專門的耳光室；天花設三道面光天橋；一層樓座下開口高度與出挑深度的比值為1:1.3；二層樓座下開口高度與出挑深度的比值為1:1.12。池座觀眾席和樓座觀眾席均為全臺階形式，池座固定坐席共15排，第一排標高為-0.89 m，最后一排標高為1.05 m，平均起坡為0.13 m；一層樓座共10排，第一排標高為4.20 m，最后一排標高為7.80 m，平均起坡為0.36 m；二層樓座共10排，第一排標高為11.40 m，最后一排標高為16.35 m，平均起坡為0.495 m；各層觀眾席末排的視點俯角分別為池座6°，一層樓座16°，二層樓座26°。升降樂池的活動座椅的排距為0.9 m，池座前排座椅為的排距為0.97 m～1.04 m，池座后排和樓座座椅的排距為1.05 m，較為舒適。觀眾廳側墻設有四層側包廂。池座觀眾席前部設有兩塊大小不一的升降樂池，可形成大、小兩種規模的樂池，樂池總面積約150°。舞臺包括主舞臺和兩個側舞臺，舞臺開口為17.4 m×10.4 m；主舞臺長29 m，深25 m，高約32.9 m（到梁底）；主舞臺面積約725 m2；主舞臺一層柵頂標高為25.2 m，二層柵頂標高為28.3 m；三層馬道標高分別為11.40 m、15.00 m及20.40 m；舞臺上設升降舞臺等機械化舞臺。劇院主揚聲器采用明吊式安裝。音控室、燈控室設于一層樓座后墻的中部。大劇院的池座、一層樓座、二層樓座的平面圖分別如圖2、圖3、圖4所示。

3 大劇院主要建聲設計技術指標

大劇院主要建聲設計技術指標和不同使用模式的可調狀態由華南理工大學根據業主和專家的意見確定，詳見表1和表2。

4 觀眾廳表面裝修用材的聲學設計要求

從建聲設計角度對觀眾廳各部位裝修用料、配置及構造設計進行說明。

4.1 觀眾廳地坪及走道

觀眾廳地坪用料為木地板，將龍骨間隙填實，以避免地板共振吸收低頻。

4.2 墻面

觀眾廳的池座、二層樓座后墻以及一層樓座的欄板，部分使用了厚度為25 mm的織物軟包吸聲板。其他觀眾廳的側墻和后墻均做木裝修，構造為7層厚度為5 mm的夾板加上厚度為3.6 mm的木飾面板，厚度共達38.6 mm，面密度約30 kg/m2，且整個觀眾廳墻面整體呈帶狀分布的波浪形擴散造型（波的最大深度約300 mm），可以使聲音較好地擴散。

表1 大劇院主要建聲設計技術指標

表2 不同使用模式的可調狀態

4.3 天花

在建筑聲學上，天花會起到重要的前次反射聲作用，因此，要求在屋架荷載允許的條件下，盡可能采用較為厚重的反射型天花，以避免過多的低頻聲能被吸收，因此，裝飾層采用3層厚度為10 mm的FC板，其面密度為30 kg/m2。

4.4 舞臺墻面

舞臺空間較大，為了避免其與觀眾廳空間之間因耦合空間而產生的不利影響，要求舞臺空間內的混響時間應基本接近觀眾廳的混響時間。因此，在舞臺（包括主舞臺、側舞臺）一層天橋以下墻面作吸聲處理，采用厚度為25 mm的防撞木絲吸聲板（刷黑色水性涂料）、75系列輕鋼龍骨（內填厚度為50 mm、密度為48 kg/m3的離心玻璃棉板，外包玻璃絲布）以及原有粉刷墻體。

5 建聲測試結果

5.1 建聲測試儀器系統圖及測點布置圖

大劇院空場測量在28℃～29℃、69%濕度的室內條件下進行。測量聲源選擇了無指向性揚聲器作點聲源，置于舞臺臺口中心線向內1 m處，高度為距離舞臺地面1.5 m，測試系統如圖8所示。測點布置如圖9～圖11所示，其中S為聲源點，R為傳聲器測點，ST為舞臺支持度測點。

5.2 主要建聲測試結果

建聲測試分別在不同演出模式下進行。

（1）交響樂狀態下的建聲測試包括狀態1和狀態2兩種情況，其中，狀態1下吊頂為聲學反射罩頂板的延伸，見圖12，狀態2下觀眾廳屋頂是高度約為18 m的平吊頂，見圖13。空場聲學參數的測試結果見表3～表5。

（2）歌舞劇狀態的空場聲學參量的測試結果見表6。

（3）電聲音樂（歌劇模式+吸聲簾幕）的空場聲學參量的測試結果見表7。

（4）語言類模式有兩種狀態，分別為狀態1（無吸聲簾幕）和狀態2（有吸聲簾幕）。語言類的空場聲學參量的測試結果見表8～表10。其中為了避免升降吊頂和二層樓座的閉合不夠嚴密而產生耦合效應，技術人員調整了升降吊頂，使二層樓座盡量閉合，設為狀態1-2，其測量數據見表9。

表3 交響樂狀態1空場聲學參量的測試數據

表4 交響樂狀態2空場聲學參量的測試數據

5.3 主要建聲測試結果分析

5.3.1 交響樂狀態

表5 交響樂狀態1和狀態2舞臺支持度ST1的測試數據

表6 歌舞劇狀態空場聲學參量的測試數據

表7 電聲音樂狀態空場聲學參量的測試數據

表8 語言類狀態1-1（無吸聲簾幕）空場聲學參量的測試數據

表9 語言類狀態1-2（無吸聲簾幕）空場聲學參量的測試數據

由于實測交響樂狀態的混響時間比設計要求的偏短，測試人員建議將吊頂的標高調整到如圖13所示的狀態2，可調吊頂的平均高度約18 m。這也是因為借鑒世界上著名音樂廳的經驗，如維也納金色大廳為17.4 m，荷蘭阿姆斯特丹音樂廳為17.1 m，美國波士頓交響樂廳為18.6 m，德國柏林音樂廳為17.7 m等。測試結果與設計要求逐一比較分析如下：

表10 語言類狀態2（有吸聲簾幕）空場聲學參量的測試數據

（1）混響時間RT（1.9 s±0.1s）：調整吊頂標高后，中頻空場混響時間RT由1.86 s提高到1.97 s，約提高0.1 s。根據以往的測試經驗，空場和滿場的混響時間相差約0.3 s左右，因此，估計滿場混響時間約為1.7 s，與設計的中頻滿場混響時間 RT 1.9 s±0.1 s接近。事實上，測試人員已經建議將后墻和樓座挑臺欄板上的織物軟包吸聲板去掉，改為帶狀波浪形擴散造型，這樣混響時間也會適當提高，從而滿足設計要求。

（2）低音比 BR（1.0～1.3）：狀態1和狀態2的BR分別為0.92和0.90，都比設計要求偏小，這主要是因為國內聲學反射罩多采用鋁蜂窩板或紙蜂窩板（美國溫格爾），表面為木飾面或三聚氰胺貼面，這樣做是為了減輕反射板的重量，以避免移動時對舞臺地板造成損害。但是，由于反射板的重量較輕，所以低頻吸收較大，低音比小于1。這也是劇院（加聲學反射罩）演出交響樂和專業音樂廳的最大區別，即低頻力度不夠。因此，測試人員建議聲學反射罩應既考慮重量也兼顧聲學的要求，建議在鋁蜂窩板的表面貼2層厚度為9 mm的膠合板（表面做木飾面），適當增加反射板的面密度，盡可能減少低頻的吸收。

（3）強度指數G（≥2）：提高吊頂標高后中頻力度Gmid和低頻力度G125分別從3.83和3.05下降到1.26和1.08，強度指數G反而不符合設計要求。這是因為觀眾廳體積增大，聲能密度就會降低，強度指數G自然也會降低。將后墻和樓座挑臺欄板上的織物軟包吸聲板去掉后強度指數G會相應提高。

（4）明晰度 C80（-2～2）：狀態1和狀態2的C80分別為0.12和1.34，均符合設計要求。

（5）側向反射效率LF（0.2～0.3）：狀態1各個頻率的LF值均符合設計要求，而狀態2的低頻LF略低于0.2。

（6）舞臺支持ST1：從狀態1和狀態2的4個測點的測試數據可以看出，沒有聲學反聲罩的2個測點ST-3和ST-4明顯降低，舞臺支持度（即指揮與演奏人員、演奏人員與演奏人員之間的相互聽聞）變差。這主要是由于上部吊頂高度從約12 m上升到17 m，來自頂部的支持變差的緣故。

綜合分析，狀態1應該更適合交響樂演出，盡管其混響時間可能略低了一些。在劇院中演奏交響樂，混響時間略低是正常的，畢竟劇院還是以演出歌舞劇為主?？偟膩碚f，相對于大部分大劇院（非專業音樂廳），本劇院演出交響樂聲學效果較為滿意。

5.3.2 歌舞劇狀態

測試結果與設計要求逐一比較分析如下：

（1）混響時間RT（1.6±0.1s）：實測中頻空場混響時間RT為1.64 s。根據以往的測試經驗，空滿場的混響時間相差約0.2 s左右，因此，估計滿場混響時間約為1.44 s，與設計的中頻滿場混響時間 RT 1.6 s±0.1 s接近。預計將后墻和樓座挑臺欄板上織物軟包吸聲板改為帶狀波浪形擴散造型后混響時間將會完全滿足設計要求。

（2）低音比 BR（1.0～1.2）：實測低音比BR為1.3，比設計要求偏高一點。這主要是考慮到交響樂演奏狀態聲學反聲罩會對低頻吸收過多，因此，聲學裝修設計時要求木裝修面密度為30 kg/m2（厚度約為38 mm），盡量減少低頻吸收的緣故。

（3）強度指數G（≥0）：各個頻率的強度指數均大于0，完全符合設計要求。

（4）明晰度 C80（≥2）：除低頻125 Hz外各個頻率的強度指數均大于2，符合設計要求。

5.3.3 電聲音樂狀態（歌劇模式+吸聲簾幕）

實測中頻空場混響時間RT為1.36 s。根據以往的測試經驗，空滿場的混響時間相差約0.1 s左右，因此估計滿場混響時間約為1.26 s，與設計的中頻滿場混響時間RT 1.2 s±0.1 s相符合。

5.3.4 語言類狀態

（1）語言類兩種狀態（有、無吸聲簾幕），實測中頻空場混響時間RT分別為1.48 s和1.35 s。根據以往的測試經驗，空滿場的混響時間相差約0.1 s左右，因此，估計滿場混響時間分別約為1.38 s和1.25 s，與設計的中頻滿場混響時間 RT 1.3 s±0.1s相符合。

（2）低音比 BR（1.0～1.2）：語言類兩種狀態實測低音比 BR分別為1.49和1.68，比設計要求的明顯偏大，這可能會對擴聲系統的調試帶來一定的困難。

（3）強度指數G（≥2）：語言類狀態1的強度指數均大于2，完全符合設計要求。語言類狀態2由于增加了吸聲面積，有些頻率小于2也正常。

（4）清晰度 D50（≥0.45）：語言類兩種狀態除低頻125 Hz外各個頻率的強度指數均大于0.45，符合設計要求，這也說明低頻125 Hz的混響時間偏長。

（5）由于耦合空間的開口并不大，并且耦合空間內的吸聲量比較大（352個座椅），混響時間比較短，根據實測結果可以看出，各項聲學指標基本一致。

6 總結

（1）與專業音樂廳相比，在大劇院（加聲學反聲罩）演奏交響樂的聲學效果還具有一定的差距，至少在低頻混響和低頻力度方面會有一定的損失。為了減少影響，聲學設計上要求聲學反聲罩（對舞臺地面磨損較小的前提下）的反射板不能太輕，建議在鋁蜂窩板的表面貼2層厚度為9 mm的膠合板（表面做木飾面），適當增加反射板的面密度，盡可能減少低頻的吸收。

（2）混響時間并不是交響樂或歌舞劇演出的惟一指標，在調整混響時間這一指標時，需要同時兼顧其他聲學指標（如聲場力度）。如交響樂狀態下，調整觀眾廳的體積，增加了混響時間，而聲場力度卻又降低，偏離了設計要求。

（3）當聲學反聲罩包絡面積較小、需要利用伸出舞臺時，伸出舞臺上部的吊頂不能太高（可控制在離舞臺13 m～14 m的高度），否則會影響舞臺支持度。

（4）大劇院低頻125 Hz混響時間在交響樂狀態1、交響樂狀態2、歌舞劇狀態、電聲音樂狀態（歌劇模式+吸聲簾幕）、語言類狀態1、語言類狀態2下分別為1.70、1.78、2.38、2.43、2.43、2.46，可以看出，除了交響樂

[1]孟子厚. 用耦合空間來調節聲學特性的音樂廳[J]. 藝術科技，2004（4）.

[2]LEO BERANEK. CONCERT HALLS AND OPERA HOUSES (Second Edition).狀態下由于聲學反聲罩的吸收低頻混響較低，其他狀態下體積變化對低頻125 Hz的混響影響并不大（小于0.1 s），甚至連吸聲簾幕也對低頻125 Hz的混響也沒什么影響，這很不正常。經過分析，測試人員認為有兩點原因：根據賽賓公式，混響時間和體積是正比關系，體積減少，各個頻率的混響時間都會減小，不可能只減小中高頻，而不減小低頻；為了增加對低頻的吸收，所選擇的吸聲簾幕為由專用吸聲布制作的風琴式吸聲簾幕（自帶空腔），其125 Hz頻率下的吸聲系數能達到0.5。