藝術(shù)與功能的融合，劇院聲學(xué)設(shè)計(jì)淺析

一 聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)解讀

本期標(biāo)準(zhǔn)：GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（見圖1）

本期重點(diǎn)：

（1）聲環(huán)境功能區(qū)分類

按區(qū)域的使用功能特點(diǎn)和環(huán)境質(zhì)量要求，聲環(huán)境功能區(qū)分為以下五種類型：

0 類聲環(huán)境功能區(qū)：指康復(fù)療養(yǎng)區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域。

1 類聲環(huán)境功能區(qū)：指以居民住宅、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、科研設(shè)計(jì)、行政辦公為主要功能，需要保持安靜的區(qū)域。

2 類聲環(huán)境功能區(qū)：指以商業(yè)金融、集市貿(mào)易為主要功能，或者居住、商業(yè)、工業(yè)混雜，需要維護(hù)住宅安靜的區(qū)域。

3 類聲環(huán)境功能區(qū)：指以工業(yè)生產(chǎn)、倉儲物流為主要功能，需要防止工業(yè)噪聲對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響的區(qū)域。

4 類聲環(huán)境功能區(qū)：指交通干線兩側(cè)一定距離之內(nèi)，需要防止交通噪聲對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響的區(qū)域，包括 4a 類和 4b 類兩種類型。4a 類為高速公路、一級公路、二級公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市軌道交通（地面段）、內(nèi)河航道兩側(cè)區(qū)域；4b 類為鐵路干線兩側(cè)區(qū)域。

（2）環(huán)境噪聲限值

各類聲環(huán)境功能區(qū)適用表 1 規(guī)定的環(huán)境噪聲等效聲級限值。

標(biāo)準(zhǔn)解讀：本標(biāo)準(zhǔn)對城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)不同聲環(huán)境功能的區(qū)域進(jìn)行了劃分，依據(jù)城市性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征、城市規(guī)劃及城市用地現(xiàn)狀等對城市內(nèi)不同聲環(huán)境功能劃分為5個(gè)類型，每個(gè)類型的環(huán)境噪聲限值不同，可以為防治噪聲污染，改善聲環(huán)境質(zhì)量，創(chuàng)造良好的生活、學(xué)習(xí)、工作環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的和諧發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。環(huán)境影響評價(jià)、環(huán)境工程設(shè)計(jì)、環(huán)境執(zhí)法等都可以按圖索驥、有據(jù)可查、有法可依。對于加強(qiáng)聲環(huán)境綜合整治、提高環(huán)境管理水平、創(chuàng)造安靜人居環(huán)境具有重要意義。

表1 環(huán)境噪聲限值

圖1 （GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》國家標(biāo)準(zhǔn)封面）

二 聲學(xué)基礎(chǔ)知識分享

1、混響時(shí)間：聲音已達(dá)到穩(wěn)態(tài)后停止聲源，平均聲能密度自原始值衰變到其百萬分之一（60dB）所需要的時(shí)間。可用以下公式計(jì)算：

式中：T60—混響時(shí)間（s）；

V—房間容積（m3）；

S—室內(nèi)總表面積（m2）；

m—空氣中聲衰減系數(shù)（m-1）。

2、直達(dá)聲：自聲源未經(jīng)反射直接傳到接收點(diǎn)的聲音。

3、混響聲：房間內(nèi)在穩(wěn)態(tài)時(shí)所有一次和多次反射聲相加的結(jié)果。

4、早期反射聲：在房間內(nèi)可與直達(dá)聲共同產(chǎn)生所需音質(zhì)效果的各反射聲。一般是指延遲50ms 以內(nèi)的反射聲。

5、A 計(jì)權(quán)聲級：A 計(jì)權(quán)聲級，簡稱A聲級，記作dB A。由于它與人們的主觀評價(jià)有較佳的相關(guān)性，因此被廣泛采用作為噪聲單值評價(jià)指標(biāo)。

三 空間聲環(huán)境設(shè)計(jì)

歌劇院聲學(xué)設(shè)計(jì)

劇院的類型很多，有歌劇院（西洋歌劇、新歌劇）、地方戲劇院（如京劇院）、話劇院等。它們都有單獨(dú)的舞臺空間，以鏡框式臺口與觀眾廳相連，一般還有樂池。

歌劇院（見圖2、圖3）的聲學(xué)設(shè)計(jì)要解決演唱和樂隊(duì)演奏時(shí)聲音的豐滿度和唱詞的清晰兩方面的問題。歌劇院演出時(shí)不用擴(kuò)聲，但由于劇情需要，有時(shí)會需要播放一些效果聲，同時(shí)演出前后需要播放音樂和通知等，因此歌劇院中仍需設(shè)置較完善的電聲系統(tǒng)。同音樂廳一樣，歌劇院規(guī)模也不宜過大，以2000 座以內(nèi)為宜。建議歌劇院每座容積可采用5-6m3/座，體積宜控制在12000m3以內(nèi)。

圖2 歌劇院

圖3 歌劇院

歌劇院觀眾廳的體形，應(yīng)根據(jù)容量大小分別進(jìn)行考慮：大容量觀眾廳的傳統(tǒng)形式是馬蹄形平面和柱廊式多層包廂。歌劇院的容量比較大時(shí)，采用多層包廂并圍繞著舞臺，按馬蹄形布置座位，不僅視距短、視覺好，同時(shí)，又可以大大縮短后排聽眾至舞臺的距離，從而獲得較強(qiáng)的直達(dá)聲，使聲場分布均勻。對于小容量的歌劇院，應(yīng)該采用較為簡單的體形，如矩形、鐘形或側(cè)墻傾角較小的扇形平面，再通過設(shè)置跌落包廂、擴(kuò)散結(jié)構(gòu)獲得良好的聲擴(kuò)散。

針對觀眾區(qū)容易出現(xiàn)的掠射吸收現(xiàn)象，必須重視觀眾席的起坡度尺寸設(shè)置。一般情況下，池座前后排高差不小于8cm，樓座前后排高差不小于10cm。如果出于功能需求，觀眾席必須是水平的，可考慮抬高聲源位置減少掠射吸收，并利用反射面給后排提供前次反射聲，彌補(bǔ)后排聲壓級的不足；或做成可升降地面。

歌劇院觀眾廳要考慮音樂和唱詞的豐滿度，同時(shí)又要求唱詞有足夠的清晰度。建議歌劇院的混響時(shí)間，可取1.2-1.5s。歌劇院設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意對其可能產(chǎn)生回聲的后墻部位作少量強(qiáng)吸聲或擴(kuò)散處理，以免對舞臺上的演員形成回聲干擾。同時(shí)，整個(gè)觀眾廳應(yīng)注意取得良好的聲擴(kuò)散效果。歌劇院的背景噪聲級同樣要求很低，可采用NR-20 的標(biāo)準(zhǔn)。

樂池的聲學(xué)特性也必須注意：一是要保持樂池內(nèi)各聲部聲音的平衡；二是不使觀眾廳內(nèi)聽到的樂池中的伴奏聲壓倒舞臺上的演員聲。這要求樂池的開口與進(jìn)深保持適當(dāng)?shù)谋壤瑯烦厣喜康奶旎ㄓ羞m當(dāng)?shù)男螤钆c傾角，樂池上方的臺口頂部設(shè)置反射面，使樂池內(nèi)的聲音傳至后座聽眾。

四 聲學(xué)材料介紹

材料名稱：AGG聚砂無縫吸聲系統(tǒng)

AGG 聚砂無縫吸聲系統(tǒng)(見圖4)表面的AGG 聚砂涂層形成的是一種亞光的二氧化硅顆粒表面，閃亮如晶，潤澤如玉。與時(shí)尚的內(nèi)裝設(shè)計(jì)相互呼應(yīng)。從晶瑩剔透的色澤到色彩、紋理、質(zhì)感的最富有想象力的創(chuàng)新，都顯示了AGG 聚砂無縫吸聲系統(tǒng)的高貴和典雅。產(chǎn)品問世以來廣受建筑工程師、聲學(xué)設(shè)計(jì)師及業(yè)主的青睞與推崇，是時(shí)下流行于歐美等發(fā)達(dá)國家的新型高端吸聲材料。產(chǎn)品造型多樣，可以做成各種異型的吸音吊頂/墻面可以安裝成曲面、弧形等形狀。由于系統(tǒng)的熱膨脹系數(shù)僅為2.0×10-6/℃，在正常的室溫變化下幾乎沒有溫度變形。這就意味著在高達(dá)500m2的空間無需設(shè)置伸縮縫，圓形、拱形和圓頂?shù)仍O(shè)計(jì)都可以實(shí)現(xiàn)，幾乎無限的設(shè)計(jì)方案。

表2 AGG聚砂無縫吸聲系統(tǒng)主要物理性能

圖4 AGG 聚砂吸聲板

圖5 AGG 聚砂安裝

材料詳情：AGG 聚砂無縫吸聲系統(tǒng)是由吸聲基層和面層材料組成，AGG 系統(tǒng)具有吸聲、防火、環(huán)保、不開裂、色彩款式繁多的特性（見表2）。吸聲基層有天然沙漠砂板、強(qiáng)化玻纖吸聲板和縫紉纖維吸聲板三種，天然沙漠砂吸聲板基層采用AGG聚合技術(shù)將無機(jī)二氧化硅改性材料為聚合劑，將天然砂砂粒與砂粒接觸處像焊在一起一樣聚合粘連，通過高溫高壓模壓成形；強(qiáng)化玻纖吸聲基層板采用熱壓技術(shù)熱壓成型，基板強(qiáng)度高，吸聲性能好，環(huán)保且防火性能優(yōu)越，強(qiáng)化玻纖吸聲板密度范圍80-300kg/m3；縫紉纖維吸聲基層利用縫紉技術(shù)對玻璃纖維板進(jìn)行編織成型，基板抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度高，吸聲性能好，可滿足任意造型。表面涂裝AGG 聚砂涂層達(dá)到無縫吸聲效果。

材料特點(diǎn)：聲學(xué)性能NRC ≥0.90（見表3），高、中、低頻率吸聲特性的可調(diào)節(jié)；結(jié)合空腔使用吸聲性能優(yōu)越；平板工藝，易造型；具有優(yōu)異的保溫性、環(huán)保性、耐潮濕、耐高溫、抗變形；符合中國建筑材料防火檢測中心A 級不燃標(biāo)準(zhǔn)，E1 級環(huán)保等級。適用于會議中心、報(bào)告廳、文體中心、游泳館、工業(yè)廠房等公共場所建筑空間墻面與天花使用，裝飾效果佳，耐候性強(qiáng)。

常 用 厚 度：8mm、15mm、20mm、25mm、50mm 厚，常規(guī)尺寸為600mm×1200mm。

安裝工藝有4 個(gè)步驟（見圖5）：

1、采用螺釘將AGG 吸聲基層板固定在龍骨或者石膏板之上。

2、滿鋪網(wǎng)格布進(jìn)行防開裂處理。

3、AGG 聚砂涂層滿刮找平。

4、AGG 聚砂涂層進(jìn)行面層工藝處理。

AGG聚砂吸聲板吸聲系數(shù)和吸聲特性曲線（見表3、 表4）

檢測報(bào)告試件規(guī)格：8mm AGG 聚砂吸聲板（容重300kg/m3）+2mmAGG 聚砂涂層+50mm 玻璃棉（容重32Kg/m3，外包玻璃絲布）+100mm 空腔。（報(bào)告包含邊緣效應(yīng)）

表4 AGG聚砂吸聲板吸聲系數(shù)和吸聲特性曲線

圖6 聲學(xué)施工節(jié)點(diǎn)1

五 常用室內(nèi)裝飾聲學(xué)施工節(jié)點(diǎn)

圖6 節(jié)點(diǎn)說明：此節(jié)點(diǎn)為無縫吸聲天花常規(guī)構(gòu)造，底板使用聚砂吸聲基板，使用自攻螺絲直接固定在吊頂龍骨之上，龍骨間距300＊600，頂上部分空間全部為吸聲空腔，最大限度提升AGG 無縫吸聲材料的聲學(xué)性能，這種構(gòu)造是最常見的無縫吸聲構(gòu)造，適合于大型廳堂和大空間天花和墻面吸聲裝飾工程。

圖7 節(jié)點(diǎn)說明：此節(jié)點(diǎn)為無縫吸聲天花構(gòu)造，底板使用9.5mm 厚穿孔石膏板（石膏板孔徑3mm，穿孔率15%），使用自攻螺絲釘直接固定在吊頂龍骨之上，龍骨間距按照石膏板吊頂安裝即可。石膏板背后建議放置50mm 厚32K 玻璃棉輔助吸聲，石膏板表面貼附防火玻纖透聲布，再進(jìn)行AGG 聚砂涂層噴涂，石膏板后空間全部為吸聲空腔，能最大限度提升吸聲材料的性能，降噪系數(shù)NRC ≥0.70。此吸聲構(gòu)造性價(jià)比較高，適合改造翻新項(xiàng)目施工。

圖7 聲學(xué)施工節(jié)點(diǎn)2