济南市省会文化艺术中心大剧院的建声设计

杨志刚

（华东建筑设计研究院有限公司 章奎生声学设计研究所，上海 200041）

第十届中国艺术节于2013年10月在山东省举办。笔者有幸参与并负责了其中4个城市的文化艺术中心或剧院的建设，本文只介绍济南市省会文化艺术中心大剧院的建声设计。

1 济南市省会文化艺术中心

工程选址在济南西客站片区核心区内，东起腊山河东路，西至腊山河西路，南起站前路，北至济西东路，距济南西客站约1.3 km，项目占地面积480亩，总建筑面积625000 m2，总投资约56.5亿元，包括大剧院、图书馆、美术馆、群众艺术馆（一院三馆）以及配套项目。大剧院是重中之重，作为“十艺节”的主场馆，以“岱青海蓝”为设计理念，建筑设计由法国安德鲁公司和北京建筑设计研究院联合承担，声学设计为Kahle Acoustics和章奎生声学设计研究所。建筑面积约75000 m2，包含1500座的音乐厅、1800座的歌剧厅、500座的多功能厅及排练厅和其他辅助设施，总投资约25亿元。该项目由济南西城投资开发集团有限公司负责建设，于2010年10月22日开工建设，2013年8月竣工，室内效果图见图1和图2。

1.1 1800座歌剧厅的建筑概况

歌剧厅要求可以适应多种演出需要：歌剧、戏曲、歌舞、使用扩声系统时的演出、放映资料宣传片等。实际容座：1789 座（其中池座1120 座、一层楼座312座、二层楼座357座），厅内建筑尺寸：长34 m，宽32 m，平均高约16 m。舞台开口：20 m×12 m，舞台面高度比第一排观众席高0.8 m；台口两侧观众厅内设置两个耳光灯柱；天花设二道面光天桥，一道追光；一层眺台开口高3.6 m，深6.8 m，高深比为1∶1.89，小于规范要求的1∶1.2；二层眺台开口高2.9 m，深6.0 m（至最后一排座位的深度，最后一排座位后还有3.5 m的走道和挑空空间），高深比为1∶2.07，也小于规范要求的1∶1.2。由于眺台的高深比太小，一些楼座下面的观众席无法全部看到舞台的台框，从而影响了观众的观看效果。歌剧厅池座平面图、整体剖面图见图3～图4，建筑实景图见图5～图6。

图1 1800座歌剧厅效果图

图2 1500座音乐厅效果图

歌剧厅的特点：

（1）台口的圆柱（类似于中国古戏台台口两侧的红圆柱），兼作耳光室和音响室。

图3 歌剧厅池座平面图

图4 歌剧厅剖面图

（2）楼座和后墙、侧包厢和侧墙之间是脱开的，仅有结构梁连接，见图7～图8。

（3）布置在池座后部的音控、灯控室前移，既改善了眺台的高深比，同时也改善了音控室的听闻环境（即可以看到和听到台口上部的扬声器），见图9～图10。

（4）每层楼座非对称而两层楼座叠加后又是均衡的布局。从歌剧厅一、二层楼座平面图可以看出，每层楼座都是非对称的，一层楼座是左边位置多，二层楼座是右边位置多，两层叠加，两边的位置又是均衡的。

图5 歌剧厅侧视照片

图6 歌剧厅正视照片

图7 歌剧厅侧包厢与侧墙脱开照片

图8 歌剧厅楼座与后墙脱开照片

2 1500 座音乐厅的建筑概况

音乐厅要求可以适应多种演出需要：大型交响乐、独唱（小型乐队、室内乐以及独唱/独奏）、使用扩声系统时的音乐剧和音乐会等。容座：1500 座。

音乐厅平面呈椭圆形，舞台平面呈扇形，采用“岛式”舞台设计，见图11～图12。

舞台宽度：前宽约23.5 m，后宽约14.7 m，深约12.3 m；舞台面比观众区第一排地面高0.8 m；观众区的水平距离约46 m。演奏台的上空设计了悬挂反射板，使观众厅的前中区听众获得较多的早期反射声，同时能够增强指挥与乐队、乐师与乐师之间的相互听闻。

观众席布置在演奏台周围几个大小不同、高低不等的区域，形成围绕演奏台的“梯田”观众席。观众席池座为全台阶形式，共28排，前后高差（总起坡）为6.52 m，平均起坡为0.24 m，观众席池座末排的视点俯角为13°；观众席梯田1（演奏台后区），共5排，前后高差为2.06 m，平均起坡为0.52 m，观众席梯田1末排的视点俯角为19°；观众席梯田2和3，对称分列梯田1两侧，共6排，前后高差为2.6 m，平均起坡为0.52 m；观众席梯田4和5，对称分列梯田2、3两侧，共5排，前后高差为2.6 m，平均起坡为0.65 m，见图13。管风琴设在演奏台的后部墙面，音控室、灯控室位于观众席池座上方的后部。

音乐厅的特点：（1）侧、后墙的弧形扩散体外面设置一层透声金属网，与国家大剧院歌剧院的侧墙相似。扩散体和金属网之间暗藏LED灯，整个墙面显得晶莹剔透，而且比较平整。见图14～图15。

图9 池座后部音控、灯控室

图10 池座后部音控、灯控室（箭头方向）

图11 音乐厅的平面图

图12 音乐厅的剖面图

图13 音乐厅内景

（2）在侧墙设置了许多块水平的和近似水平的木质反射板，以提供侧向向下的反射声。见图16～图17。

3 歌剧厅和音乐厅的声学设计简介

为确保歌剧厅和音乐厅内的音质指标达到设计预期的要求，除了平剖面体型起到较为重要的先天作用，还与观众厅内各个界面的材料选择、构造做法以及座椅的吸声性能都有着十分密切的关系。具体建声设计目标要求和技术措施如下：

3.1 合理控制混响时间，并有足够的低音比

观众厅地坪采用木地板实贴的方法，木地板和混凝土楼板之间不设木龙骨，满足声学要求，不能有空腔。

歌剧厅的观众厅侧墙、后墙和吊顶均为GRG板，声学要求GRG的面密度为40 kg/m2。

音乐厅的观众厅侧墙、后墙和吊顶均为GRG板，声学要求GRG的面密度为50 kg/m2；矮墙的做法为9层5 mm阻燃板＋5 mm竹木饰面，面密度为25 kg/m²。

3.2 使墙面和顶面均具有高扩散性

歌剧厅的侧墙和后墙均为图18所列5种扩散体和平板的组合。

音乐厅的侧墙均为弧形声扩散体，顶面主要是四种扩散体的组合，见图19。

4 声学采用的技术手段

为了确保歌剧厅和音乐厅的音质效果达到预期的设计目标，音质设计采用了混响控制计算、计算机声场模拟分析和缩尺模型音质试验等三种设计技术手段，三者相互验证、取长补短，使音质设计更具科学性，音质效果也更具可靠性。

图14 音乐厅的晶莹剔透墙面照片

图15 透声金属网的照片

图16 音乐厅侧墙上的木质反射板照片

图17 墙面声反射板节点图

图18 歌剧厅侧墙和后墙的五种扩散体规格

图19 音乐厅顶面的四种扩散体规格

4.1 混响控制计算

混响控制计算是厅堂音质设计的主要环节，其目的是要达到设计预定的厅内混响时间及其频率特性的目标值。其关键是如何设计选定厅内声学材料、构造及配置位置和面积，特别是正确合理地确定厅内各个表面的吸声系数取值。混响时间的控制计算采用艾润公式：

计算结果：歌剧厅的中频混响时间在空场、满场时分别为1.66 s、1.48 s；音乐厅的中频混响时间在空场、满场时分别为2.32 s、2.04 s。

4.2 计算机声场模拟分析

计算机声场模拟分析既可验证体型设计，又可预测各项音质参量。目前，厅堂音质的计算机模拟软件已经较为成熟，广泛应用于厅堂音质设计、音质评价、声场特性研究等领域。与实物模型（缩尺模型）相比，它克服了模型制作和测试中的困难，而且模型建立和修改快捷，大大地节约了时间和费用。特别是最近十几年，计算机声场模拟分析已经成为厅堂良好音质设计中重要的辅助设计技术。声场的计算机模拟是通过建立实际厅堂的数学模型，然后按几何声学法则来模拟声波在厅堂内的传播规律。本项目采用的声学模拟软件ODEON 9.2兼有声像法和声线法的功能，并可采用Lambert散射算法，使模拟的过程愈加逼真，计算的结果也更加接近实测值，由于模拟的条件比较多，如舞台顶部有无反射板、侧墙上有无反射板等，所以结果就不一一列出。

图20 歌剧厅1∶20缩尺模型内景照

图21 音乐厅1∶20缩尺模型内景照

表1 歌剧厅、音乐厅缩尺模型试验结果 （频率为1000 Hz）

表2 歌剧厅和音乐厅（空场）音质参量测试数据

4.3 缩尺音质模型试验

模型按照1∶20 的缩尺比例制作。整个模型用GRG制作，缩尺模型内景照片见图20、图21。

缩尺模型试验结果表明，歌剧厅、音乐厅无明显音质缺陷，具体数据见表1。

5 竣工后的音质检测

2013年8月26日，笔者和同事对省会文化艺术中心的歌剧厅和音乐厅进行了空场测试，测试数据见表2。从声学测试数据可以看出，歌剧厅的声学效果非常好，基本符合世界上优秀剧场的声学指标。音乐厅由于舞台上的声反射板吊装位置比较高（约16 m），所以舞台支持要略差一些。

第十届中国艺术节已经圆满结束，笔者通过剧院管理公司了解到，演出团队（包括国家交响乐团、中央歌剧院等）普遍认为，整体感觉不错，无论是建筑、装饰还是声学效果，都很好。