求真音樂廳建筑聲學設計

王海玲

(中國電建集團裝備研究院有限公司，上海 200233）

1 項目概況

2020年建成的求真音樂廳，是江西南昌某高校內供師生使用的專業音樂廳。求真音樂廳總體建筑共計3層，主要建筑空間由1層的錄音棚、排練廳和2~3層的音樂廳組成。筆者團隊在接到聲學設計任務后，分別從建筑布局與建筑體型調整優化、室內音質設計與噪聲控制等方面對其中的音樂廳進行專項建筑聲學設計，建成后的音樂廳各項設計指標均達到理想效果。本文僅對音樂廳部分的建筑聲學設計做簡要介紹（圖1~圖2）。

圖1 音樂廳竣工圖-1

圖2 音樂廳竣工圖-2

音樂廳位于建筑2~3層，建筑平面呈近似鞋盒形，舞臺設于盡端，廳內最大長度29.2 m，最大寬度16 m，水平投影面積約393 m2，裝飾吊頂以下平均高度為8.3 m，廳內有效容積約3 256 m3。廳內共有座位數284座，每座容積11.5 m3/座。音樂廳的主要功能為室內樂演出及排練，兼顧部分文娛演出與音樂講座使用功能。

2 建筑聲學設計

2.1 設計指標

音樂廳的演出方式以自然聲演出為主，極少使用電聲擴聲。因此，在設計指標的制定上，以實現充足早期反射聲、營造良好空間感為主要目標。根據使用功能，結合項目特點，確定的主要設計指標[1-2]如下。

（1）中頻滿場混響時間：RTmid=1.7 s±0.1 s，頻率特性要求基本平直，允許低頻段適當提升。

（2）音樂明晰度：C80為-3 dB～3 dB。

（3）低音比：BR為1.0～1.3。

（4）聲場不均勻度：△LP=±3 dB。

（5）本底噪聲：NR-25噪聲評價曲線要求。

2.2 設計方案

設計方案的制定，主要從建筑布局與體型優化、室內音質設計與背景噪聲控制三方面進行。

2.2.1 建筑布局與體型優化

在建筑布局方面，充分考慮功能使用需求及輔助空間配套，將琴房設置于舞臺區后方，并設置暗門，避免通道內存在高差而引起運輸困難，對鋼琴運送通道路線給出優化建議。通過改變機電設備用房開門方向，以及巧妙利用建筑空間增設聲閘構造等方式，將門廳、設備機房等高噪聲空間與音樂廳進行有效分離，做到“動靜分離”。

建筑體型優化方面，在空間建筑布局已定的情況下，通過裝飾手段優化建筑體型，為觀眾席提供充足的早期反射聲。

眾所周知，音樂廳容積是影響音樂廳音質的重要因素，世界三大著名音樂廳的空間容積與每座容積分別為：維也納金色大廳有效容積15 000 m3，可容納聽眾1 680座，每座容積8.9 m3/座；阿姆斯特丹音樂廳有效容積18 773 m3，可容納聽眾1 560座，每座容積8.5 m3/座；波士頓音樂廳有效容積18 740 m3，可容納聽眾2 631座，每座容積7.1 m3/座。

本項目建筑規模較小，從可行之處采取措施，有效增大建筑空間容積：觀眾廳地面采用座椅錯排、各排升高的方式設計。在劇場內，視線的無遮擋設計要求后一排觀眾視線穿過前排緊鄰觀眾的頭頂，根據JGJ57-2016《劇場建筑設計規范》，視線超高值不得低于0.12 m。因此，若采用座椅錯排的布置方式，觀眾席臺階的升起高度就可以為隔排升起高度不小于0.12 m。即通過座椅錯排的方式，有效減小臺階升起高度，進而增大建筑空間有效容積。本項目原始相鄰臺階升起高度為0.19 m～0.41 m，采取座椅錯排方式后，臺階升起高度減小為0.12 m～0.30 m，相較于原始建筑體型，音樂廳增大有效容積約156 m3。

2.2.2 音質設計

音樂廳音質設計方面，以提供早期反射聲、增強聲擴散為主。早期反射聲設計主要通過墻面和頂面的造型加以實現：頂部在考慮面光燈功能使用要求前提下，對剖面造型給出聲學優化設計（圖3）；墻面裝飾造型優化以避免舞臺區聲能浪費、將舞臺區演出聲均勻反射至觀眾席為設計原則（圖4）。結合項目體型特點與裝飾效果需求，設計出大、中、小三種尺度的擴散造型：大尺度造型對應尺寸為8 m～12 m，主要應用位置為吊頂的前區與后區、墻面舞臺區（3 m以下高度）；中尺度造型對應尺寸為3 m～5 m，主要應用位置為吊頂中區、墻面區域（廳內3 m以上高度墻面與觀眾席3 m以下高度墻面）；小尺度造型對應尺寸為30 mm～80 mm，主要應用位置為廳內3 m以下高度位置墻面。

圖3 頂面聲線分析圖

圖4 側墻面聲線分析圖

觀眾席墻面擴散造型設計如圖5所示，距離地面3 m以下高度為中尺度與小尺度復合型擴散構造，距離地面3 m以上高度墻面為交錯異形構造。

圖5 墻面擴散造型設計處理

混響時間控制方面，除座椅外不做額外吸聲，為保證觀眾舒適度，座椅選用劇院專用軟座椅。同時考慮聲學性能效果、裝飾造型等因素，廳內擴散造型材質采用30 mm厚GRG。此外，為有效控制廳內木地板低頻吸聲，同時避免腳踏時較大聲響，在木地板龍骨內滿填陶粒。但是，在施工后期，受造價限制及施工條件影響，部分GRG被簡單雙層石膏板取代，使得廳內低頻吸聲過量，低音比稍低。

2.2.3 噪聲控制

噪聲控制設計，從外界噪聲隔離與室內噪聲控制兩方面展開。

外界噪聲隔離從橫向和縱向兩個方面展開。橫向是指水平方向（同樓層）內建筑隔聲，主要措施是通過創設聲閘構造，將音樂廳與高噪聲空間（門廳、設備機房等）進行有效隔離。縱向主要為垂直方向建筑隔聲，本項目位于建筑2～3層，上方無建筑空間，為建筑坡頂，且無機電設備等高噪聲源，樓板采用100 mm厚鋼筋混凝土構造，已基本滿足隔聲需求。值得一提的是，為避免1層的錄音棚、排練廳與音樂廳之間產生噪聲相互干擾，特采取以下措施。

（1）建筑布局上，將錄音棚與音樂廳在垂直面建筑布局上錯開，將對噪聲要求較低的排練廳、錄音棚控制室與音樂廳進行上下相鄰布置。

（2）出于結構荷載要求與成本控制考慮，音樂廳與排練廳之間建筑樓板選用100 mm厚鋼筋混凝土樓板，音樂廳坐席區由于座椅下送風設計，在樓板開設了諸多送風口，隔聲能力大大下降，故在此區域設計成消聲靜壓箱，靜壓箱底部采用隔聲吸聲復合構造。排練廳和錄音棚控制室內部均做獨立裝飾吊頂，根據兩個空間不同的效果需求，采取特殊設計。錄音棚控制室背景噪聲及音質設計要求較高，采用隔聲構造封閉吊頂，并結合裝飾效果要求做擴散造型設計；排練廳內背景噪聲要求較低，且音樂廳有重要演出功能時，一般不會安排使用排練廳，故以廳內音質控制為主，采用吸聲吊頂。

項目施工完成后，現場對其隔聲量進行檢測，結果表明，音樂廳內噪聲級達到90 dB（A）時，錄音棚控制室內背景噪聲依然符合NR-25噪聲評價曲線要求；音樂廳與排練廳之間聲壓級差達到50 dB（A），基本達到隔聲設計要求。

室內噪聲控制主要包括以下兩項。

（1）暖通機電設備噪聲是廳內主要噪聲源，主要控制方法為：機房內設備噪聲振動與控制隔離——送回風管走向優化與合理消聲設計——管道隔聲封堵措施——風口風速控制與風口形式設計選型。

（2）其它設備噪聲控制，主要有燈光設備、監控設備等，此類設備噪聲主要集中在高頻段，是設計極易忽略的噪聲控制點，在設備選型時應引起足夠重視。

3 聲學模擬與主觀預評價

為驗證聲學設計的合理性與科學性，對音樂廳進行三維建模與音質模擬（圖6），通過仿真計算，預測廳內各項音質指標是否滿足設計要求。此外，為進一步將音質指標“可聽化”，在設計過程中，將仿真計算得到的脈沖響應與消聲室內錄制得到的音頻信號進行卷積，預制音樂廳建成后的音頻信號，然后借助多聲道還聲系統建立“虛擬聲場”，讓聽者在音樂廳建成之前切身感受其音質效果。本項目利用的是8.1通道還聲系統，可基本正確反映直達聲與早期反射聲的方位。

圖6 ODEON模擬聲學模型

模擬計算結果表明，音樂廳中頻（500 Hz~1 kHz）滿場混響時間約為1.7 s，音樂明晰度為-1 dB~2 dB，均在設計范圍要求內。廳內音質主觀預評價方面，除設計人員外，邀請業主、使用方與第三方人員對音樂廳音質效果進行主觀預評價，結果良好。

4 竣工驗收檢測

音樂廳竣工后，設計團隊對音樂廳進行聲學檢測[3]（空場狀態）。廳內主要音質指標測量結果如表1所示。

根據表1可以看出，音樂廳主要音質參量：空場中頻混響時間RT=1.9 s，早期雙耳聽覺互相關系數IACCE,3=0.24，低音比BR=1.0，音樂明晰度C80=-0.7 dB，說明廳內音樂明晰，有較好的空間感與環繞感。對比國內外優秀音樂廳[4]的主要音質指標，也有較好的一致性。

表1 觀眾席音質參量檢測結果

背景噪聲方面，在空調關閉狀態下，廳內背景噪聲符合NR-20噪聲評價曲線要求，空調系統開啟狀態下，廳內背景噪聲符合NR-25噪聲評價曲線要求，均達到設計標準要求。

舞臺區主要音質指標測量結果如表2所示。

表2 舞臺區音質參量檢測結果

5 結語

通過采用各種專業技術手段，對音樂廳做出合理聲學設計，得到業主方和使用方的一致認可。期待學生們能在此獲得良好的觀感體驗，創作出更好的音樂作品。

致謝：本項目方案設計由筆者與同濟大學劉海生老師、上海市聲學學會王東老師、江西中盛音樂國際文化傳媒有限公司謝郁游老師、上海英波聲學工程技術股份有限公司高衛明工程師共同完成，在此表示感謝。