敦煌大劇院的建聲設計

宋擁民

【摘 要】 概述敦煌大劇院的建筑概況，重點介紹1 200座大劇場的音質設計思想、技術指標及建聲措施，并對觀眾廳進 行了空滿場室內音質計算機模擬分析和1/20聲學縮尺模型試驗。

【關鍵詞】 敦煌大劇院；大劇場；音質計算機模擬；聲學縮尺模型試驗；音質評價

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.10.011

【Abstract】An overview on the architectural design of Dunhuang great theater was introduced. The main ideas and acoustic targets of acoustic design on 1 200-seats audience are introduced in detail. Then acoustic simulation analysis was done both in occupied and unoccupied hall. Meanwhile， 1/20 scale-model test of 200-seats audience was done.

【Key Words】great theater； computer acoustic simulation； scale-model test； acoustic evaluation

1 引言

敦煌大劇院位于龍行九洲敦煌絲綢之路國際會展中心廣場東北側，省道314線南側，背靠鳴沙山，總建筑面積31 200 m2，分地下二層（局部一層）、地上四層，主體建筑高度35 m。敦煌大劇院不僅可以滿足《絲路花雨》《大夢敦煌》等大型劇目演出，而且也可以舉行1 200人的大型會議。作為2016年9月20日開幕的首屆絲綢之路（敦煌）國際文化博覽會的演出場館，2016版《絲路花雨》就在大劇院隆重首演。

敦煌大劇院建筑形式[1]汲取了中國漢代建筑古樸敦厚的造型風格，采用了大坡屋頂、高塔、高臺基、墻體、古典窗格、柱梁斗拱等富有中國特色的建筑元素，并采用了現代建筑的造型方法，塑造了端莊的建筑形象。圖1所示為敦煌大劇院外景照片及夜景效果圖。

2 音質設計難點及重點

大劇院觀眾廳建筑平面類矩形，舞臺大幕線至觀眾廳最遠處33.4 m，觀眾廳最寬處30.7 m，最高點距地20.1 m。池座24排（不含樂池3排）最大高差5.65 m；樓座7排，最大高差2.42 m，兩側各三個包廂，合計36座。池座后部設有燈控室和音控室，樓座后部設有追光室，池座和樓座均采用鋼結構支撐。圖2和圖3分別為劇場觀眾廳平面及縱剖面。

2.1 音質設計原則及指標

敦煌大劇院專為絲路文博會打造，主要演出劇目包括《絲路花雨》和《大夢敦煌》。為此，劇院的聲光電設計均以《絲路花雨》劇組的要求為基礎。在業主和專家顧問的要求下，敦煌大劇院采用德國Vivace電子可調系統來調節劇場的聲場條件，以使劇場在滿足會議及歌舞演出的基礎上，能夠兼顧話劇、綜藝演出等。觀眾廳音質設計原則確定為“以擴聲演出為主”，所有演出形式均采用擴聲系統，而建聲設計只需要為擴聲系統創造良好的聲場環境即可。基于此，建聲設計要求做到體型合理、混響略短、廳內無聲缺陷及本底噪聲足夠低等。因此，音質設計將以混響時間RT、清晰度D50及背景噪聲級BNL作為最主要的技術指標。

依據劇場規模和容積，并參考相關規范[2]確定大劇場觀眾廳音質設計目標值如表1所示。

2.2 設計難點及重點

敦煌大劇院從建筑方案設計到交付使用僅有9個月的時間，因此，在設計及施工過程中要求滿足進度為第一要義。但作為首屆絲綢之路國際文化博覽會主表演場，其聲音質量也必須保證。為此，敦煌大劇院在設計之初就確定建造成國內繼大連國際會議中心之后第二座鋼結構劇場。顯然，鋼結構的采用對隔振提出了非常高的要求。同時，由于敦煌地處西北，風沙漫天，秋冬季節飛揚的砂礫對鋼結構屋面的撞擊也是需要在做隔聲設計時特別考慮的。

由于敦煌大劇院的建造時間遠遠短于大連國際會議中心，因此，設計師在設計中必須預留一定的施工質量余量，才能保證最終的質量。為此，在確保工期的前提條件下，如何選擇設計余量實現最優性價比是各個專業都面臨的最大挑戰。而對于聲學專業而言，此劇場異于其他劇場之處體現在以下幾個方面。

（1）固定安裝振源的隔振要求

鋼結構梁柱本身并不會振動，但是固定安裝的機組設備的振動卻可以沿著鋼結構快速傳遞出去。由于鋼的衰減量很小，機組設備振動在鋼結構樓板上的振動較常規混凝土樓板的振動要大。因此，固定安裝的設備機組隔振的要求就更高。本劇院±0以下的地下層采用混凝土現澆結構，而地上層采用鋼結構，因此，地上層和地下層的設備機組隔振需采用不同的隔振形式，地上層設備機組全部采用彈簧加橡膠浮筑的雙隔振措施。

（2）活動振源隔振處理的特別需要

除了機電設備會激發振動外，人員活動也會激發振動，譬如高跟鞋撞擊地面、拖拉辦公桌椅等。對于鋼結構的劇院而言，這些活動所激發的振動也會反過來影響劇場的正常使用。為此，需要對可能激發振動的活動場地以及振源進行必要的隔振處理。在本劇場內，對劇場使用造成振動干擾的活動場地主要包括舞臺上方的舞蹈排練廳及觀眾廳坐席。

對于舞蹈排練廳，人員活動時可能存在跳動，其振動沖擊較大，設計采用浮筑樓板隔振方式來隔絕活動時的振動對正下方劇場的影響，具體浮筑構造如圖4所示。

對于坐席區，考慮到結構載荷問題，設計簡易浮筑構造來隔振，如圖5所示。

（3）鋼結構梁柱隔振

考慮到隔振系統并不能夠完全將振動隔離，因此，尚存在振動沿著鋼結構梁柱傳遞的風險。為此，在鋼結構梁與結構柱的連接處也進行相應的隔振處理。首先，所有的鋼結構柱采用現澆混凝土包覆；其次，鋼結構柱與鋼結構梁連接處盡量不采用焊接，而采用帶彈性墊的螺栓連接。endprint

（4）鋼結構屋面撞擊聲隔聲

因為敦煌的地理位置及其氣候條件，在大劇院建造過程中需要考慮屋面撞擊聲隔聲。為此，聲學設計在建筑方案設計之初就介入，和建筑設計師一起，結合漢唐風，將敦煌大劇院設計為內外兩層表皮。外層結構完全為建筑風格服務，采用鋼結構體系。而內部的劇院則盡量與外部結構脫離。平面上，劇院墻體通過各層的公共連梁與外表皮連接，而頂部則完全與外結構脫開。敦煌大劇院近一年的使用實踐證明，雙層體系構造很好地解決了屋面撞擊聲隔聲的難題。

3 音質設計技術措施

因混響控制的需要，觀眾廳墻面需要布置比較多的吸聲材料，而室內設計師想要墻頂連體的視覺效果。考慮到頂面防火需求，頂面不做任何吸聲處理。而側墻對劇場前中區而言是十分重要的早期聲反射面，這些墻面能向池座前區的觀眾席提供足夠的早期反射聲能，提高觀眾位置上聽音的空間感。聲學要求該部位的墻面盡可能厚實、堅硬，主要起聲反射作用，充分利用聲能而盡可能減少聲吸收。因此，吸聲材料首先選擇在后墻安裝，其次考慮池座部分側墻。為營造墻頂連體的視覺效果，在耳光室及其前部墻面以上及二層樓座側墻和頂面全部采用增強纖維預制石膏板（即GRG板），板的面密度實際達到45 kg/m2以上。而池座其他部分墻面及樓座后墻均選擇與GRG板顏色相近的木條紋穿孔吸聲板。圖6為大劇場內景效果圖。

為驗證聲學裝修方案的科學性及可靠性，先后采用廳堂音質計算機模擬及聲學縮尺模型試驗兩種輔助設計手段進行驗證。

3.1 觀眾廳音質計算機模擬

在觀眾廳的音質設計中采用了聲場計算機模擬的輔助設計手段，目的是進一步優化平剖面體型、計算音質參量并對聲學裝修方案作音質預測評價。選用Odeon12.12室內聲學模擬軟件，它兼有聲像法和聲線法的功能。圖7為計算機模擬中聲學模型的效果圖，圖中顏色深淺代表表面材料吸聲性能的優劣。表2和表3分別為劇場觀眾廳空場及滿場條件下各音質參量的模擬結果。

從表3可知，計算機模擬的各個聲學參量均在設計要求范圍內。這說明觀眾廳的體形設計、材料選擇均是合適的。同時，從測點反射聲序列的模擬結果看，廳內反射聲組織也比較合理，前50 ms內有足夠的反射聲。

3.2 聲學縮尺模型試驗

為進一步檢驗觀眾廳的音質效果，制作了1：20的聲學縮尺模型。模型的頂面、地面及墻面均采用GRG制作，GRG干燥后在需要吸聲處理的側墻面和后墻面實貼吸聲材料。為確保縮尺模型內所使用的聲學材料的聲學性能與實際廳堂材料的聲學性能具有可比性，特意制作了1：20的縮尺混響室。在縮尺混響室內對墻面吸聲材料進行吸聲測試，并將其換算成實際混響室內的吸聲性能，確認所選材料的吸聲性能滿足實際廳堂的聲學要求后才布置在縮尺觀眾廳內。對于座椅，首先按1：20比例用亞克力制作骨架，再在1：20模型混響室對座椅坐墊及靠背材料進行測試，使座椅的吸聲性能符合設計要求。通常，一種材料或構造是很難保證幾個頻帶的吸聲性能都符合設計要求的。顯然，只要不斷更換座椅的材料，是可以進行全頻帶縮尺模型試驗的，但材料遴選的工作量實在太大，為此，本模型試驗僅對500 Hz的各聲學參量進行測試。圖8為大劇場1：20縮尺模型完工后的內景圖。

在此縮尺模型內參照相關規范[3]利用高頻空氣吸收進行縮尺模型試驗，并對高頻空氣吸收進行補償[4]，模型試驗的測試結果如表4所示。反射聲序列也是廳堂縮尺模型試驗中一個重要的測量項目，為此，在模型縱軸線單側布置了12個測點，圖9所示分別為池座和樓座典型測點的反射聲序列圖。

對照表3和表4可以看出，縮尺模型試驗結果與計算機模擬結果誤差在允許范圍內；同時，圖9也顯示出歌劇廳內并不存在聲學缺陷，這再次驗證了觀眾廳的體形設計、材料選擇均是合理的。

4 現場測試結果

2016年8月23日～26日，設計師按照相關標準[5] [6]的要求對大劇院進行了音質參量的空場測試，結果如表5、表6所示。

由表5可知，劇院空場中頻混響時間為1.37 s，與計算機模擬的空場結果完全一致。考慮到滿場演出時，樂隊和1 200名觀眾會有一定吸聲增量，預計滿場中頻混響時間為1.1 s～1.2 s之間，完全符合設計要求。劇院D50值達到0.57，說明觀眾廳內有足夠高的語言清晰度。而表6則表明劇場觀眾廳內實測本底噪聲低于NR-25噪聲評價曲線。

5 結語

敦煌大劇院作為首屆絲綢之路國際文化博覽會的主表演場館，是西北地區乃至全國重要的專業演出場館之一，承擔了敦煌文博會開幕式演出的重任，它可滿足現場電視直播和大型歌舞劇、音樂會、戲曲、雜技、話劇、會議等多種活動需求。

自2016年9月19日的《絲路花雨（2016版）》成功首演起，敦煌大劇院先后經歷了“一節三季”四個板塊文化演出的檢驗，經過近200場演出，敦煌大劇院的音質效果得到了專家及演出團隊的一致認可。2017年9月，中國舉行了以“雙創促升級、壯大新動能”為主題的2017年全國雙創活動，敦煌大劇院工程成功入圍雙創工程，在上海主會場進行了專題介紹與宣講。endprint