甘肃大剧院剧场的建筑声学设计

杨志刚

（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 工程概述

甘肃会展中心建筑群项目，位于兰州市城关区盐场堡中心滩中段，北侧为北滨河路，东西两侧为市政规划路，南临黄河。项目总体平面图如图1所示，总体效果图如图2所示。作为建国以来甘肃省大型公益性项目“一号工程”，甘肃会展中心建筑群项目被誉为“承载全省2 600万人民希望与梦想的工程”。甘肃大剧院兼会议中心于2008年11月29日破土动工， 2011年6月20日通过竣工验收。甘肃大剧院剧场交工后的实拍照片如图3、图4所示。

图1 项目总体平面图

图2 项目总体效果图

图3 剧场竣工后的照片之一

图4 剧场竣工后的照片之二

该项目的投资方为甘肃省电力投资集团公司，项目占地面积129 600 m2，总建筑面积177 000 m2，概算总投资15.24亿元。项目中，最耀眼的当属甘肃大剧院兼会议中心。这个“观演与会议合二为一”的建筑，总建筑面积33 000 m2，概算投资约3.1亿元，地上4层、地下3层，建筑高度32 m。大剧院的主要厅堂为1 500座的剧场兼会堂；此外，作为今后省、市政府人大、政协的固定会址，这里建有1个300座的剧院式报告厅、1个200座的会议厅、1个120座的圆形国际会议厅、9个70座的中型会议厅、6个50座的小型会议厅，以及新闻发布厅、贵宾休息厅，会见厅等，可同时容纳3 000人参加会议或1 500人观看演出。

2 大剧院的功能及建筑概况

2.1 使用功能

主要用于舞台剧、歌舞剧、戏剧等演出，并兼顾会议功能。

2.2 容座

观众厅容座为1 500座，属大型剧场；其中，池座1 132座，二层楼座368座（其中侧包厢46座）。

2.3 建筑概况

建筑平面略呈正方形。

舞台开口：18 m×11 m；舞台面标高为1.0 m，比池座第一排高1.1 m。

厅内建筑尺寸：舞台大幕线至池座后墙最大水平距离为31.2 m（其中二层楼座后墙向前缩短3.32 m）；最大宽：31 m；平均高：13 m。

台口侧墙设两道耳光；天花设两道面光灯桥，投光角度均小于50°。

观众席后部设1层挑台，两侧墙各设3个跌落式侧包厢。

楼座下开口高深比：3.7:5.1=1:1.37，符合规范要求≥1:1.5。

池座观众席共26排，前后高差（总起坡）为5.45 m，平均起坡为0.21 m。

楼座共7排，前后高差（总起坡）为2.9 m，平均起坡为0.4 m。

各层观众席末排的视点俯角分别为池座13°、楼座25°。

观众席前部设升降乐池。舞台为品字形舞台，包括主舞台、侧舞台和后舞台；台唇呈圆弧形伸出台口线外。

剧场主扬声器设于台口前部天花主音箱桥内，为暗藏式。

音控室、灯控室设于池座后墙的中部。

剧场观众厅池座平面图如图5所示，二层楼座平面图如图6所示，观众厅剖面图如图7所示。

表1 混响时间频率特性

3 大剧院主要建声设计技术指标

（1）中频满场混响时间：RT=1.4 s±0.1 s。

（2）混响时间频率特性：低频比重BR：1.1 ～ 1.3（提高低频RT可增强音乐丰满度）。因存在空气吸声，故允许高频混响时间适当降低。混响时间频率特性如表1所示。

（3）侧向反射系数 LFE4：15% ～ 35%。

（4）声场力度 Gmid：-1.0 dB ～ 2.0 dB。

（5）初始时间延迟间隙 ITDG：≤23 ms。

（6）音乐明晰度 C80（3）：1.0～3.0。

（7）本底噪声：NR-30 （建议该剧院可按照甲等剧院，将本底噪声定为NR-25）。

（8）每座容积：7 m3/座 ～ 9 m3/座。

4 剧场观众厅表面装修用材的声学设计要求

本剧场主要用于戏剧、歌舞剧等演出，并要求兼顾大型会议厅功能。此类表演项目厅堂的音质要求与音乐厅不同，这主要表现在兼顾演唱和乐队伴奏的丰满度与唱词的清晰度两者相互矛盾的要求。音乐的丰满要求长混响，而唱词的清晰度则要求短混响，而这一矛盾出现在同一演出过程中，因此，对于剧场的混响指标通常采用折衷的办法，即在音乐丰满与唱词清晰的最佳值之间取值。

参照JGJ57-2000《剧场建筑设计规范》及世界著名类似厅堂的音质参量，建声设计确定的满场最佳混响时间为1.4 s（±0.1 s），这样既可保证剧场有较好的唱词清晰度，同时也保证了音乐的丰满度，从而获取优良的音质效果。

根据剧场观众厅的音质计算，在观众厅的声学装修设计中，中高频吸声材料主要依靠观众厅的座椅和走道上的薄地毯，而低频吸声则主要借助于大天花吊顶、挑台天花吊顶及侧墙面和后墙面等处不同材质及厚度的板共振所起的吸声作用，各界面所用材料如下。

4.1 观众厅内地坪及走道

观众厅内地坪采用新型软木地板面层，龙骨间隙用陶粒填实，以避免地板共振吸收低频，同时，可以起到保温和降低脚步走动噪声的作用。

4.2 池座及楼座后墙面

观众厅内后墙除门及观察窗，应考虑作声扩散处理。这样既可以合理控制观众厅的混响时间，又可以避免产生回声等音质缺陷。音控室的观察窗可以开启，以使调音师能直接听到观众厅内的声场情况。实际装修设计中，后墙除门及观察窗均做可升降的风琴式吸声帘幕，表面作木格栅装饰处理。

4.3 侧墙面

侧墙面均做硬的反射面，采用GRG板（面密度≥40 kg/m2），以避免对低频声能的吸收。声学要求：首先是空腔尽可能小，如30 mm左右；第二是龙骨间距宜控制在200 mm ～ 400 mm之间，且大小不等，随机排列，以避免固定间距对某一固定频率吸收太多。

4.4 观众厅吊顶

首先观众厅的吊顶应是一个封闭面，以避免产生耦合效应。吊顶在建声上会起到重要的前次反射声作用，本设计采用GRG板（面密度≥40 kg/ m2）吊顶。

4.5 挑台栏板

挑台栏板是厅内容易在前区造成回声的部位，建筑及室内设计中都应予以注意。本剧场的挑台栏板结合表面装饰作扩散造型，以有利于扩散声波，不至于产生回声。具体声学构造做法同侧墙，装修层的面密度≥40 kg/ m2。

4.6 舞台墙面的声学要求

由于舞台包括1个主舞台、2个侧舞台和1个后舞台，空间体积比较大，大大超过了剧场观众厅体积。为了避免舞台空间与观众厅空间之间因耦合空间而产生的不利影响，声学设计要求舞台空间内的混响时间应基本接近观众厅的混响时间。 声学设计要求在舞台（包括主舞台、侧舞台及后舞台）一层天桥（标高为11.5 m）以下墙面做吸声处理。建议做法：25厚防撞木丝吸声板（刷黑色水性涂料）+75系列轻刚龙骨（空腔）+原有粉刷墙体。

4.7 声闸的声学要求

为了防止走廊的噪声通过门传入观众厅，因此，入观众厅的门均需采用双道隔声门以形成声闸，声闸的整体隔声量要求≥50 dB（A）。

声闸墙面和吊顶均需作吸声处理，墙面吸声做法为：50系列轻钢龙骨（内填50厚48 kg/m3离心玻璃棉）＋18厚木条纹吸声板。声闸内吊顶建议采用矿棉吸声板或穿孔铝板吸声板（铝板穿孔率为20%，板后贴SoundTex吸声无纺布）。

所有隔声门周边应采用高质量的密封，尤其隔声门的中间接缝处以及底部与地面接缝处，底部应采用底框可自动升降的接缝处理（隔声门关闭时底框自动升起，和门的下缘密封好；隔声门开启时底框自动下降，和地面平齐）。

声闸的内部门（靠近观众厅）：隔声量应≥30 dB（A），厚度不小于50 mm，没有金属锁件，只有推拉把手，这样可以保证进出观众厅时不产生太大响声。声闸的外部门采用防火隔声门，隔声量应≥35 dB（A），厚度不小于40 mm，可采用金属锁件。

4.8 观众席座椅的要求

在选择观众厅座椅时，既要考虑其用料、色彩、装饰及舒适性，同时，也应重视座椅本身的声学性能，因为座椅的吸声量占整个观众厅总吸声量的比例最大（通常占到1/2 ～ 2/3左右），对观众厅内的混响时间指标起到决定性因素。为此，对观众厅内座椅提出以下声学要求。

（1）单个座椅的吸声量宜控制在表2所列数据范围内。

（2）要求座椅在空座和有人坐时，其吸声量化尽可能较小，以减少不同上座率条件下，观众厅混响时间变化不明显。座椅靠背的上边及两侧边宜留一段装饰木框边，以减少声吸收。

（3）建议座椅采用木靠背及硬木扶手，靠背内软垫层尽可能薄一些，面积小一些。

（4）座椅的底面宜做吸声处理，底面选用穿孔板。

（5）座椅垫翻动时应不产生噪声，也无碰撞声。

4.9 乐池的声学要求

乐池的声学要求是将音乐清晰而无畸变地投向大厅中去，平衡和融洽更好，没有音色失真。为使歌唱和乐队有良好的融洽，歌唱者一定要能听到清晰而平衡的乐队声音，这样才能恰当地调节他们的歌喉；乐池中乐师之间能够很好地相互听闻，同时，乐师们也要能听到歌唱声以保持良好的融洽。视觉要求上，演唱者和乐师们均能很方便地看到指挥。

乐池内缩进部分声压级如果过响，不仅对乐师的听力有损害，而且会产生干扰，乐师听不到台上歌唱者的声音而难以沟通。因此，在缩进部分作一些吸声处理，部位可在两侧墙和部分后墙，简单做法为1/3到1/2墙面面积做25厚织物软包定型吸声板实贴。

5 建声测试结果

5.1 建声测试仪器系统图、测点布置图

建声测试仪器系统图如图8所示，测点布置图如图9、图10所示。

5.2 主要建声测试结果

主要建声测试结果如表3所示，本底噪声测试结果如表4所示，本底噪声频率曲线如图11所示。

表2 单个座椅吸声量

表3 主要建声测试结果

表4 本底噪声测试结果

5.3 主要建声测试结果分析

（1）混响时间是剧院建声设计中最重要的音质评价指标。由于空场测量时，观众厅后墙的吸声帘幕无法全部收起，只收起约2/3面积，而且座椅吸声性能较好（见图12及表5），因此，满场混响时间和空场混响时间会比较接近。混响特性曲线的低频有一定提升，低音比BR值达1.08，中高频基本平直特性、完全符合剧场声学设计规范和声学设计预期要求。

（2）实测D50参数主要用于评价观众厅内的语言清晰度，测得剧场观众厅内中高频（500 Hz ～ 4 kHz）平均D50值达到0.51，表明观众厅内有足够的清晰度，符合本剧场演出和会议功能对清晰度的较高要求，达到设计预期目标。

（3）从剧场明晰度指标C80值实测结果分析可见，大剧场观众厅的C80（3）平均值为2.57 dB，符合设计要求，表明本剧场有一定的音乐透明度，在音乐演出条件下也有一定的丰满度。如将后墙吸声帘幕全部收上，舞台上若设置声反射罩，则会达到更好的音乐演出效果。

表5 实际选用单个座椅吸声量测试结果

（4）剧场中频（500 Hz、1 kHz）声场力度Gmid的平均值为-0.5，符合设计要求，表明本剧场在自然声演出的条件下，声场力度也能满足演出要求。

（5）本次现场测量利用先进的可调指向性测试传声器对观众厅进行了侧向反射声系数LF值的测量，结果表明全频LF值达0.12 ～ 0.36，中频平均达0.25。这表明侧墙面起到了良好的侧向扩散反射作用，丰富的侧向反射声能加强观众欣赏音乐时的空间感和环绕感，这说明本剧场观众厅的平剖面体形设计也是非常成功的。

（6）剧场观众厅内池座和楼座共38个测点各频率的建声平均声场不均匀度为≤±3.2 dB，优于通常要求的±4 dB。接近设计预期的 ±3 dB，表明厅内声场不均匀度甚是满意，也表明观众厅平剖面体形设计及室内装修的优化扩散处理均达到预期效果。

（7）剧场观众厅内空调开时实测本底噪声为30 dB（A）。完全符合噪声NR-25设计曲线标准，甚至已接近符合NR-20曲线，表明大剧场建筑隔声和空调系统的消声设计均达到很好的效果。

（8）通过对大剧场的建声测量和分析，总体表明本剧场观众厅内混响时间适当，混响特性良好，声场分布均匀，厅内十分安静，有足够的清晰度、明晰度和一定声场力度，这说明建声设计达到了预期的音质要求，总体音质效果达到国内外同类剧场的先进水平。

6 设计及施工中需要汲取的经验

国内剧院一般都有多功能的要求，因此从建筑声学的角度考虑需要做可变吸声装置（一般很少采用体积可调），多数会布置在后墙或侧墙上，但实际使用中，几乎没有剧院管理人员使用过可变调吸声装置。主要是因为：一是剧院管理人员不懂该如何使用；二是可变吸声装置调整的混响时间幅度比较小（约0.2 s左右），一般人们感觉不到其中的变化。

甘肃大剧院因为后墙上设置门、观察窗和有效果扬声器等，升降吸声帘幕划分比较碎，在加上升降电机的质量不是太好，想升都升不起来。管理方曾表示待吸声帘幕升起来后，不会再调整帘幕。

所以，根据大量的工程经验，多功能剧院一般可不做可变吸声装置，混响时间可做得长一些，如1.4 s ～ 1.6 s。由于现在扬声器的指向性和声压级都比较好，因此，并不会影响演出时对白的清晰度。

有一点遗憾是侧墙的微扩散处理不够。根据装修设计的效果图，声学要求在侧墙表面上作微扩散处理，深度要求5 cm。但是实际施工过程中，微扩散处理的深度没有达到声学要求的5 cm，只是在侧墙表面上贴了比较薄的装饰条。如果施工严格按照声学的要求，观众厅的微扩散效果会更好，音质效果也会更柔和。