浅谈现代剧场声学设计

2014-03-23□□

建材技术与应用 2014年6期

□□

(山西水利职业技术学院，山西太原 030027)

引言

剧场建筑室内的主要功能要求是良好的视觉及听觉。视觉效果容易解决，而良好的听觉涉及到心理及生理多种因素，包含了人的主观要求和客观评价标准，如高的清晰度、足够的丰满度、总的声压级、混响时间T60等。要想使剧场达到这些要求和标准较困难，需要多方面人员的紧密配合，进行周密的声学设计。剧场厅堂的形状、体积、地面起坡、观众容积、座位排列以及边界面的布置、装饰装修材料的选择和表面处理等，在很大程度上影响着房间的声学效果。本文以山西晋中武警剧院为例，谈谈要使剧场达到要求的效果，对其室内体型有哪些要求？在室内装修时应如何进行吸声、隔声处理？

1 满足评价标准的音质效果对房间体型的要求

利用声学原理做好扩散反射的设计，使观众席有足够多的早期反射声，并使其分布均匀、覆盖面大，这是体型设计的主要任务。以下从厅堂的平面尺寸、有效容积、观众厅的起坡与挑台、墙体与顶棚等方面进行探讨。

1.1 平面尺寸的限制

自然声源的声功率有限，且传播过程中具有指向性的特征，高频声尤为明显。为保证观众席都能听到较高声音响度和较好的音质，在确定平面形状和尺寸时，要求最后排观众席离声源不能太远，观众厅不能过宽。

晋中武警剧院平面图如图1所示，采用镜框式舞台，最远处观众席距声源距离设计长度L=26 m，两边偏座区对声源所张角度θ=100°。按GB 50118—2010《民用建筑隔声设计规范》的规定，音乐厅和剧院L≤30 m，θ≤140°，故该剧院满足规范要求。

图1 晋中武警剧院平面图

1.2 观众厅有效容积的确定

对于自然声演出的大厅，由于自然声源声功率有限，为确保所有观众都能听清楚，达到一定的音节清晰度，其容积要控制适当。设计时，应针对场馆的不同用途，根据表1确定其最大容积量。

表1 建声剧场的最大允许容积

最大容积仅是对厅堂容积的限值，而实际容积则受控于观众人数和厅堂功能。对于不同功能的厅堂，其最佳混响时间建议值T60要求不一，预测厅堂混响时间的赛宾公式表达式为：

(1)

观众吸声量在总吸声量A中所占比例较大，通常可达到1/2～2/3，所以总容积与观众座位数之比(即每座容积)对混响时间的影响非常大。表2为不同用途厅堂的每座容积建议值。在剧场设计时，考虑到不可见因素的影响，一般均留有余地，取每座容积建议值的上限。

表2 厅堂每座容积参考指标

晋中武警剧院为多功能剧院，不仅要演出歌舞剧、话剧，还有地方戏的演出，主要以歌舞剧为主，总容积为4 810 m3，共685座，每座容积为7.02，基本满足表1和表2的要求。

1.3 观众席起坡和挑台尺寸

观众席的起坡应使任一听众的双耳充分暴露在直达声范围之内，不受任何障碍物的遮挡。一般来讲，观众席坡道以池座前后排高差≮8 cm，楼座前后排高差≮10 cm为宜。武警剧院的前后排高差为15 cm，满足要求。

顶棚是给观众席提供反射声的主要部位，但挑台的存在容易对反射声构成遮挡。虽然在声波衍射作用下，挑台下部空间在开口附近可得到低频反射声，但仍缺乏高频反射声，挑台下空间深处反射声更少，致使声音丰满度欠佳，这种音质缺陷称声影区。声影区一方面可通过控制挑台下部空间开口高度h与深度b的比值来解决，另外还可通过对挑台下顶棚及后墙进行技术处理来获取前次反射声。武警剧院挑台下h∶b=1∶1.15，满足GB 50118—2010《民用建筑隔声设计规范》中h∶b≥1∶1.2的规定。

1.4 墙体与顶棚的设计要求

1.4.1 墙体设计

在进行剧院平面体型设计时，侧墙一般不宜设计成相互平行的，这样容易产生驻波、共振的声学缺陷，一般设计成八字形。如图1所示，武警剧院前部侧墙为八字形，后部墙体两边平行。在设计时，我们对前部八字形墙体做反射处理，把声音反射到缺乏前次反射声的听众席中部，对侧墙后部及后墙做扩散或吸收处理，防止回声的产生。

1.4.2 顶棚

顶棚不宜过高，否则会增加反射的距离，易产生回声。不宜设计成凹形面(例如圆拱或球面)，以防产生声聚焦。顶棚做成折线形或波浪形比较好，这样能把声音反射到需要的位置。在进行武警剧院顶棚室内设计时，综合运用了折线与波浪形两种处理方式，弥补了观众席中部反射声缺乏的音质缺陷。

对于要求有良好听闻条件的剧院，设计人员可通过空间体型、尺寸、材料和构造的设计与布置，来利用、限制或消除一些声学现象，为获得良好的室内音质创造条件。

上述方法只是体型设计的一般要求，对于具体问题还需进行具体分析。

2 室内装修时的隔声吸声措施

剧场建筑室内声学设计的工作内容主要包括室内音质设计和噪声控制两大部分，这主要通过吸声和隔声来实现。

2.1 提高围护墙体的隔声性能

在室内装修阶段，可从墙体、门窗部位的构造设计来增强围护结构的隔声性能。

2.1.1 墙体隔声措施

采用密实匀致墙时，根据其质量定律，单层匀致密实墙的隔声量与墙体的面密度有关，隔声量越大，面密度越大，所以墙体材料及墙厚可以根据室内允许噪声级选择。武警剧院围护墙为300 mm厚钢筋混凝土墙，墙体一侧为体育场，一侧临交通干线，在使用时为防止受到噪声干扰，围护墙内侧采用木龙骨骨架、吸音板面层内填吸音棉做构造处理，以提高墙体的隔声量。

2.1.2 与墙体相连的门窗的隔声

门的隔声性能除门扇自身的隔声能力外，还包括门缝的严密程度。即使隔声效果再好的门扇，如在安装后与墙体留有一定的缝隙，也会大大降低整面墙体的隔声量。武警剧院的门采用双层木工板实木门内填隔音棉，门扇与门套之间加止口线(见图2)，这种构造的门扇及门缝处理能满足剧院的隔声需求。

图2 门的构造详图

武警剧院的窗户正对室外噪声源，单纯增加玻璃厚度来提高窗户的隔声性的办法不可取，我们选择65系列双层塑钢窗(如图3所示)，双层窗的玻璃厚度为8 mm，不仅提高了窗户的隔声性能，也提高了窗户的保温隔热性能。

图3 65系列的塑钢窗节点图

2.2 增强剧场内的吸声性能

除了增强围护墙体的隔声性能外，在剧场的实际应用中，因窗户为可开启窗，建筑物又临近交通干道，总会有一些室外噪声进入室内，并且室内也会产生一定的噪声，所以室内空间必须有一定的吸声能力。

2.2.1 墙面的吸声

武警剧院内的墙面为实木饰面与木质穿孔吸音板相结合的造型墙面，实木墙面因内部留有空腔，可作为薄板吸声结构，有效吸收室内低频噪声。木质穿孔吸音板内填隔音棉，构造做法如图4所示，此构造对室内的中高频声有很好的吸收作用。

图4 墙面造型处节点

2.2.2 吊顶的吸声

在进行武警剧院观众厅顶棚室内设计时，一方面对声音做扩散反射处理，另一方面做吸声处理。如图4所示，折线正面的波浪形处理不仅使室内声场均匀，而且可使一次反射声反射到观众厅中部，弥补此处一次反射声缺乏的声场缺陷；折线侧面开口部分做吸声处理，以有效吸收室内的中频声。

此外，观众厅座椅、地面地毯、织物帘幕等对室内声音也有很好的吸收作用。因此，在对有吸声要求的空间进行装修设计时，可以利用墙面造型、地面地毯、窗帘及吊顶上的开口部分对室内外噪声进行有效的吸收，改善室内的声环境。

3 剧场效果

在进行剧场建筑设计时，应力求技术与艺术的完美结合，在综合考虑各种有利于室内音质的因素的基础上，达到建筑造型与艺术处理效果的统一。图5所示为武警剧院的完工效果，通过对室内墙面和顶面的处理，将景观元素渗透到了建筑空间，大量的装饰造型构成的墙面、天花和地面，时而平缓，时而高潮迭起，与剧场的表演功能相呼应。