中国音乐学院音乐厅声学设计综述

王静波，章奎生

（上海现代建筑设计（集团）有限公司 章奎生声学设计研究所，上海 200041）

1 引言

中国音乐学院是以中国民族音乐教育和研究为特色的综合性高等音乐学府，位于北京北四环健翔桥畔。学院于2005年筹建排演厅及综合教学楼工程，综合楼内包括937座的音乐厅、300座的演奏厅、录音棚及排练厅等，同时还设有国乐展厅、图书阅览室等公共空间。该工程项目中各专业的初步设计于2005年10 月完成，之后进行了施工图设计，2008年8月工程建设基本完成，其中的音乐厅、演奏厅于2008年10月投入使用。

作为国内著名音乐学府的音乐厅，其功能定位于专业交响乐和室内乐演出、各类民族和西洋乐器的演奏。院方与欧美及亚太地区的一些音乐院校有着广泛的交流，因此，在建设过程中，无论是学院领导还是专业教师，都对这座新建音乐厅的声学效果给予并提出了很高的期望和要求。

音乐厅室内声学设计采用了室内声学计算机模拟分析这一辅助设计工具，对声场特性及其对应各项音质的物理参量进行了模拟分析计算，对声学初步设计所提出的音质设计方案进行了论证，为音乐厅的室内声学设计提供了优化和调整的依据。本文对上述内容进行介绍，并对完工后的声学测试结果和使用后的主观音质效果进行阐述。

2 功能及建筑概况

937座的音乐厅在规模上属于中型音乐厅，该厅以音乐演出为主要功能，为中国音乐学院排演厅及综合教学楼工程的一项重要组成部分。音乐厅平面形状呈椭圆形，观众厅池座长度约36 m，最大宽度约28 m。观众坐席环绕演奏区布置，包括一个有起坡的、由栏板分隔的池座区和一层楼座区及两边侧包厢。音乐厅的建筑平面及剖面图如图1a、图1b和图2所示，图3为音乐厅内室内装修完工后的图片。

音乐厅舞台演奏区的宽度约18 m，最大深度约10.5 m，面积约150 m2，可满足一般交响乐团乐队演出。厅内声学有效体积约8 750 m3，每座容积9.3 m3。通过合理的室内声学设计，使音乐厅具有良好的音质效果，在各类使用功能条件下，均有较好的主观音质效果。

3 室内声学设计

3.1 观众厅平面、剖面形式的确定

音乐厅内部的平面形状呈椭圆形，按照基本的几何声学原理，椭圆形内凹的“硬质”墙面对声音反射均匀地分布是不利的，声音往往汇聚在特定的区域，形成局部声聚焦，使得声场分布不均匀，表现为厅内不同位置处，声音的响度及音质的主观感受差别很大。当今音乐厅设计，所关注的已不仅仅是混响时间的把握（混响取决于空间的体积、形状和材料构造等），尽管这是非常重要的；同时，需将注意力放在建筑几何学和其他一些声学概念上，如响度、明晰度、声音的自然亲切感和舒适感，以及声音的扩散感、反射声的纹理等等；所有这一切都会影响音乐厅最终的音质整体效果。在建筑方案阶段，声学设计就建筑内部的形体、厅的宽度及长度的最佳范围向建筑师提出了一些建议，并对音乐厅的侧墙、两端端墙的几何形式进行了优化设计，以期望在三维的空间内，有效地将早期反射声引导到观众区的主要区域，合理的观众厅宽度尺度，有利于向观众区提供足够的早期侧向反射声。对于中型音乐厅，需要有效地控制厅内的声场力度，因此，合适的体量是非常重要的。特别是大规模的交响乐队演出，为了降低乐队产生的高声功率级的声音，取得很好的音乐融合、平衡的效果，足够的体积是绝对必须的。如不能提供足够的体量，往往会在演奏台的后方开放一些空间，以吸收低音乐器和定音鼓等的声能量。因此，不少新建的大型音乐厅都在演奏台区域考虑一些构造或空间形态可变的形式。作为音乐学院的音乐厅，由于投资或建筑空间本身的限制，对于演奏台区域还是以常规固定的方式处理，而重点考虑的是确保音乐厅内有足够体量的声学有效空间。

建于19世纪，传统的藻井式天花的古典音乐厅，如波士顿音乐厅（Boston，Symphony Hall）、阿姆斯特丹音乐厅（Amsterdam， Concertgebouw）、维也纳爱乐之友金色大厅（Vienna， Grosser Musikvereinssaal）等，至今仍被誉为音质效果最好的音乐厅，其平缓的吊顶，能很好地将声音均匀地送达厅内的各个部位，同时，还具有一定的几何扩散和肌理扩散的反射作用。作为现代室内建筑装修风格的音乐厅，本厅的吊顶采用常规的平缓形式，为外凸的圆弧状天花排列，弧形轮廓内还配有条状的凹槽，犹如钢琴的琴键。总体上，这样和缓的天花既有效地提高了厅内的体量、也能够使得声音均匀分布；从视觉效果来看，与中型音乐厅的建筑形态是非常和谐的。

音乐厅主要的特征参数：

声学有效容积：约8 750 m3；

座位数：937座；

每座容积：9.3 m3；

最大宽度：约28 m；

池座长度：约36 m；

楼座最后排到演奏台中心距离：约27 m。

3.2 室内声学音质参数的计算机模拟分析

在建筑初步设计阶段，配合建筑师对整个音乐厅的建筑形体基本确定后，声学设计着手对音乐厅的室内声学音质参数进行了计算机模拟分析。室内声学设计中，采用了由丹麦技术大学开发的室内声学模拟软件Odeon，对观众厅内的混响时间、明晰度、侧向反射能量因子、声场强度等室内音质参量进行了分析；同时，对观众厅内特定参考点的反射声序列的时间分布、相对强度等状况进行了直观的分析。图4为部分室内声学参数的模拟分析。

室内声场计算机模拟分析在舞台演奏区上方加装声反射板情形下，对舞台及观众厅区域音质参量的影响进行了分析。

关于音乐厅演奏台上方的声反射板的作用，一般认为除了可加强表演者之间的相互听闻、取得演奏时良好的听闻平衡感，也对前中区的听众提供一定程度的早期反射声。但也有观点认为，演奏台上方的声反射板作用并不大，某些情况下甚至会有一些负面效果。根据音乐厅的规模、使用功能的不同，音乐厅演奏台上方反射板的形式也存在不同的设计理念，形式上也有很大的不同。近年来比较有代表性的声反射板设计是以美国Artec声学和剧院顾问公司设计的模式，即演奏台上方的声反射板是由整体一块巨大、可上下调节的反射板构成，在很多由Artec公司担任声学设计的大型、中型音乐厅中都可看到这一风格的声反射板，如美国达拉斯梅耶森交响乐中心麦克德莫特音乐厅（Dallas, Eugene McDermontt Concert Hall in Morton H.Meyerson Symphony Center）、英国伯明翰音乐厅（Birmingham, Symphony Hall）、新加坡滨海艺术中心音乐厅（Concert Hall, Esplanade-Theatres on the Bay,Singapore），改建后的加拿大多伦多路易汤姆森音乐厅（Toronto, Roy Thompson Hall）,以及中等规模的加拿大温哥华常顺音乐厅（Chan Shun Concert Hal, Chan Center,University of British Columbia, Vancouver, Canada）等。

综合考虑造价、土建结构、机械等方面的可行性，本音乐厅声反射板采用比较传统的形式，在演奏台上方悬吊了12块聚碳酸酯透明声反射板。最初考虑做成矢径 2 000 mm、矢高200 mm的球切面形式，但考虑到制作成本等因素，最终形式改为等边梯形状的15 mm ～ 20 mm厚Degussa Flexiglas聚碳酸酯透明声反射板。各反射板之间保持较大的间距，反射板主要对中高频的声音起作用，而低频声则绕过反射板，由厚实的吊顶进行反射，并形成整个大厅的混响。

室内声学模拟分析对有、无声反射板的状态进行了分析，并比较了反射板悬挂在不同高度时一些室内音质参数的变化情况。

以明晰度C80为例，随着声反射板高度降低，池座各测点的C80值均有增大的趋势；而高度提升，C80值均有减小的趋势。有声反射板的C80值高于无声反射板的C80值，各个测点均有这样的特性。

完工后对演奏台上方声反射板高度调整时，采用了一定规模乐队进行实际演奏，根据表演者的主观音质感受来确定声反射板悬吊的高度。最终确定的高度与模拟分析中得出的合适高度完全一致。

3.3 竣工后的室内声学音质测试

通过测试音乐厅内不同位置处传声器和测量声源之间的脉冲响应，并对脉冲响应进行分析，得出所测的主要音质参量，同时对音乐厅的本底噪声进行了测定，如图5所示。主要音质参数测试结果如下：表1为接收点部分室内声学参数模拟计算平均值，图6音乐厅三种条件下混响时间频率特性，图7为音乐厅三种条件下明晰度C80频率特性，图8为音乐厅空场侧向能量因子频率特性，图9为音乐厅空场声场强度频率特性。音乐厅本底噪声频率特性测量结果（空调系统正常运行）见表2。

从混响时间实测结果来看，音乐厅空场条件下，侧墙可调吸声帘幕在使用与非使用状态下，中频500 Hz平均混响时间分别为1.99 s和2.51 s，可调幅度为0.52 s，可见本音乐厅所设置的吸声帘幕具有明显的效果。这对于使用扩声类的音乐活动或在其他电声设备使用的情况下，通过墙面吸声帘幕的使用，可以提高语言清晰度，这在使用电声系统的条件下是必须的。

在接近满场演出条件下（测试时的上座率约为70%），中频500 Hz平均混响时间为2.0 s，如在完全满座条件下，满场混响时间估计约在1.85 s ～ 1.95 s，上述实测混响时间与设计预期值完全吻合，达到设计预期的混响时间指标。满场混响时间的频率特性也和设计预期相吻合。

实测音乐厅的明晰度C80结果表明，音乐厅空场，在墙面有、无吸声帘幕的情况下，C80值的变化幅度非常明显，中频有1.3 dB左右的变化幅度，并且在整个频率范围内均有较为明显的数值变化幅度，这表明墙面有、无吸声帘幕对于厅内的明晰度C80有明显的改变，这样实际使用时，可很好地满足特定使用场合下对音乐丰满度和语言清晰度的不同要求。

侧向能量因子LF的测量结果表明，该厅具有较好的侧向反射声分布，因而音质方面具有较好的空间感，这与该厅的合适的宽度、墙体有利于声学的建筑形态是有直接关系的。

声场强度G的测量结果表明，该厅具有非常合适的声音自然响度，符合中型音乐厅声场强度G的数值规律。对于中型音乐厅合适地控制声场强度是非常重要的。

厅内本底噪声测试表明，该厅本底噪声达到设计要求，即NR-20噪声曲线。

表2 音乐厅本底噪声频率特性测量结果（空调系统正常运行）

4 结语

本厅于2008年10月完工后即投入使用，先后举行过2008北京国际低音提琴音乐节、中国音乐学院歌剧大师班汇报音乐会等多场演出活动，包括交响乐、室内乐、独奏、独唱等。据校方的介绍，音乐节期间，来自国内外的音乐人士对音乐厅的音质给予了很高的评价。荷兰飞利浦唱片公司的录音师聆听了现场音乐会的效果后，向校方表示，拟投资一些录音设备，将此音乐厅作为他们在北京现场录音的场地。而一般非专业的人士认为，厅内不同位置的声音效果都很好，即使在大厅的最后排，也能够非常清晰地听到台上不同乐器的演奏，乐队演出声音的平衡感、融合度都非常好。

当然，客观地评价一座音乐厅的室内音质，有待于在建成后相当长的一段时间内听取各方的意见，这些人士包括熟悉世界各地不同音乐厅特点的乐队指挥、演奏者、专业的音乐鉴赏家和评论家，以及有很好音乐素养的听众。

音乐厅的设计建造是一项多专业的协同设计，声学专业理应从建筑方案阶段就深入其中，协同建筑师寻求最佳的建筑、声学方案，并在整个设计、施工过程中，关注所有与声学相关的问题，寻求稳妥并有创新的解决方案。

1.Cremer L., Mueller H.王季卿译.室内声学设计原理及其应用，上海：同济大学出版社，1995

2.Leo Beranek.Concert Halls and Opera Houses.Second Edition