基于數(shù)字化技術(shù)探究劇院工程的聲學(xué)設(shè)計(jì)

張世武，張曉勇（中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200122）

1 劇院工程技術(shù)簡(jiǎn)介

隨著時(shí)代的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)越來(lái)越多地被應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域。劇院工程由于其舞臺(tái)工藝的特殊性，被稱為建筑工程領(lǐng)域的“重工業(yè)”。傳統(tǒng)的劇院工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)與常規(guī)建筑并無(wú)區(qū)別，現(xiàn)在越來(lái)越多的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了劇院工程的可視化、可聽化，有效避免了盲目建設(shè)導(dǎo)致的拆改、返修現(xiàn)象的發(fā)生。

可用于劇院工程設(shè)計(jì)與施工的相關(guān)數(shù)字化軟件和技術(shù)可分為以下 2 類。

（1）方案設(shè)計(jì)與展示類：Auto CAD、Sketchup、3 D Max、Revit。

（2）廳堂音質(zhì)與舞臺(tái)機(jī)械相關(guān)：Odeon、INSUL、Zorba、Sedu、CadnaA。

下面詳細(xì)介紹劇院工程各階段的軟件作用，其中，方案設(shè)計(jì)與展示類的介紹省略。

2 劇院工程廳堂音質(zhì)分析技術(shù)

目前國(guó)際上做廳堂音質(zhì)分析的軟件有 Odeon、CATT、Raynoise、Soundmap 等軟件，公認(rèn)模擬精度較高的軟件是 Odeon。該軟件由丹麥技術(shù)大學(xué)研究，現(xiàn)在已發(fā)展至15.0 版本，可實(shí)現(xiàn)可聽化、可視化。

（1）建筑材料吸聲系數(shù)計(jì)算。采用澳大利亞馬歇爾戴公司研發(fā)的 Zorba 軟件，可計(jì)算多孔材料、穿孔材料、帶空腔的穿孔填棉材料的吸聲系數(shù)，計(jì)算降噪系數(shù) NRC 和 1/2 倍頻程的吸聲系數(shù)。本軟件可計(jì)算平板、圓形孔的穿孔板、條形板以及微穿孔板的吸聲系數(shù)。

（2）建立音質(zhì)分析模型。采用 AutoCAD 的 3 D face 命令，或用 Sketchup 軟件、犀牛 rhino 軟件，另存為 Dxf 文件。建立模型后，導(dǎo)入至 Odeon 軟件，使用該軟件聲線和聲粒子功能，查看模型是否完全閉合。漏聲超過(guò) 5% 以上，影響模擬精度，需要重新建立模型，完全閉合。

（3）開展音質(zhì)分析。首先定義聲源 Sound 位置，在舞臺(tái)口邊線 1.0 m 遠(yuǎn)的 1.5 m 高。定義傳聲增益 31 dB，球面體全發(fā)散的聲源。再設(shè)置典型座位區(qū)的接收點(diǎn)Microphone，每個(gè)接收點(diǎn)高 0.9 m。設(shè)置每個(gè)界面的吸聲系數(shù)，選擇合適的吸聲頻譜。重點(diǎn)部位的材料吸聲系數(shù)需要導(dǎo)入 Zorba 計(jì)算的數(shù)據(jù)。可通過(guò)軟件估算廳堂的容積和室內(nèi)總表面積。按 Job 功能進(jìn)行計(jì)算，可分析廳堂的混響時(shí)間RT、早期反射聲系數(shù) EDT、回聲指數(shù) ECHO、側(cè)向反射聲系數(shù) LEF、音樂(lè)明晰度 C 80、擴(kuò)散度 D 等值?？蓪?duì)比查看各個(gè)接收點(diǎn)的數(shù)值，使得廳堂音質(zhì)分布均勻。并可導(dǎo)出各點(diǎn)位的各頻譜的具體數(shù)值。使用 Job 功能進(jìn)行計(jì)算，可分析廳堂的混響時(shí)間 RT、早期反射聲系數(shù) EDT、回聲指數(shù) ECHO、側(cè)向反射聲系數(shù) LEF、音樂(lè)明晰度 C 80、擴(kuò)散度 D 等值?？蓪?duì)比查看各個(gè)接收點(diǎn)的數(shù)值，使得廳堂音質(zhì)分布均勻。并可導(dǎo)出各點(diǎn)位的各頻譜的具體數(shù)值。

（4）廳堂音質(zhì)分析小結(jié)。根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合廳堂容積，設(shè)計(jì)合理的混響時(shí)間取值。將模擬分析值與規(guī)范的上限下限進(jìn)行對(duì)比分析，調(diào)整材料吸聲系數(shù)和反射角度，確保設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)。最后進(jìn)行可聽化 Auralisation，對(duì)每個(gè)傳聲器點(diǎn)位的音質(zhì)實(shí)現(xiàn)試聽，為音質(zhì)分析預(yù)判提供依據(jù)。

3 劇院工程隔聲計(jì)算分析

采用 Zorba 軟件計(jì)算墻體、門窗、樓板和屋面的空氣聲及撞擊聲隔聲，減少實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)節(jié)，有效提高設(shè)計(jì)效率，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（1）門窗墻體隔聲計(jì)算。采用澳大利亞馬歇爾戴公司研發(fā)的 Insul 軟件，可計(jì)算各類墻體、天花、地板、屋面、玻璃、多孔材料的隔聲量，計(jì)算 Rw（C,Ctr）的頻譜隔聲量。尤其是材料庫(kù)可選擇不同的龍骨形式、隔聲材料如石膏板、砌塊、混凝土、多孔材料等各種材質(zhì)，并可調(diào)整單個(gè)材料的厚度和密度，自動(dòng)計(jì)算面密度。隔聲計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試分析值非常接近，具有良好的實(shí)用價(jià)值。

（2）屋面和樓板撞擊聲隔聲計(jì)算。屋面的雨噪聲、設(shè)備噪聲和普通樓板的撞擊聲隔聲，是各類工業(yè)建筑、民用建筑的隔聲薄弱點(diǎn)。將構(gòu)造輸入至 Insul 軟件，設(shè)置各層的具體構(gòu)造，可分析樓板撞擊聲隔聲 Lnw，確保滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。

（3）劇院交通噪聲計(jì)算分析。道路交通噪聲、航空噪聲和社會(huì)生活噪聲等均會(huì)對(duì)劇院工程產(chǎn)生噪聲干擾。通常需要開展交通噪聲分析，為外屋面、外墻、外窗的隔聲計(jì)算提供依據(jù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)代化的大型劇院工程追求新穎造型，外觀變化多樣。使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)難以建造現(xiàn)代劇院，數(shù)字化技術(shù)可有力支撐復(fù)雜的劇院設(shè)計(jì)與施工。本文提及的數(shù)字化技術(shù)軟件包括 AutoCAD、Sketchup、Auto Revit、Odeon、Insul、Zorba、Cadna 等軟件，各軟件之間有的能相互導(dǎo)入，有的需要另外儲(chǔ)存數(shù)據(jù)單獨(dú)輸入到相關(guān)軟件進(jìn)行計(jì)算。

未來(lái)，劇院工程的數(shù)字化技術(shù)將會(huì)更加綜合，實(shí)現(xiàn)“一模多算”，同一個(gè)軟件平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)軟件功能的串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能、采光、通風(fēng)、隔聲、音質(zhì)、交通噪聲、施工進(jìn)度的完整融合。