建筑与声学协作下的观演厅堂设计

2018-10-09滕露莹

山西建筑 2018年25期

关键词：反射板混响时间板条

滕露莹

(上海秉仁建筑师事务所，上海 200080)

十三朝古都西安是中国传统文化的中心。位于大雁塔脚下的大唐不夜城作为陕西省和西安市两级政府重点建设的项目已被打造成重现大唐盛世的文化商业步行街。

西安音乐厅(如图1所示)是该项目核心部分贞观文化广场的一部分。音乐厅总建筑面积1.8万m2，其中地下面积约0.6万m2，地上面积1.2万m2，包含交响音乐厅、室内乐厅、流行乐厅、数字录音棚及其他公共和功能空间。

西安音乐厅交响乐厅的设计运用现代手法演绎现代与唐风的并置，并在声学顾问的配合下获得了声色俱佳的厅堂效果。

1 交响乐厅的布局

交响乐厅的平面布局为经典的鞋盒式平面，宽32 m，长42 m，其内部可容纳1 255个观众座席，整体厅堂容积为15 560 m3。

为了在传统的矩形空间中营造丰富的室内效果，观众席被划分成多个区域(见图2，图3)。1层池座区域与2层楼座区域通过高差形成台地式的布局，3层楼座沿着厅堂两侧墙面向舞台方向延伸。舞台采用开放式设计，其背后和两侧提供了合唱团座席和临时观众席。开放式的舞台和具有包围感的座席排布，使得舞台与观众席区域浑然一体。

2 声学设计参数

混响时间是评价厅堂音质的一个重要指标。在该项目中，声学顾问提出获得一个可变声学环境，即可变混响时间环境。它能提供古典交响乐和管风琴演出时需要的长混响时间，又能在需要进行扩音支持的表演中通过使用可变声学元素提供较短的混响时间。

音乐厅合适的设计参数和设计目标如下：

中频混响时间RT：RT(中频)=2.0 s，向下可变；

低频混响时间RT(125 Hz)：RT(125 Hz)≥2.0 s；

清晰度C80:-2 dB≤C80≤2 dB；

早期衰减时间EDT:EDT(125 Hz)≤RT(125 Hz);

背景噪声NR:NR≤15。

3 舞台支持

舞台支持是衡量演奏者在演奏时能否相互听清的一个度量标准。在声学设计中有很多要素用于提供良好的舞台支持，包括围绕舞台背面和侧面的悬挑底面(见图4)，以及舞台上方可调节高度的反射板。

3.1 围绕舞台背面和侧面的悬挑底面

为了能给演奏者提供更多的一次反射声，设计最大限度地创造了舞台后部及两侧、合唱席后部及两侧的反射面，通过宽度大于1 m的悬挑反射面来加强演奏区域及合唱席的声场效果。

3.2 可调节高度的反射板

舞台上方悬挂的反射板是为了给演奏者提供合适的反射声，因此悬吊反射板应保证均匀覆盖整个舞台面积。

声学顾问在舞台上选择了15个均布的位置来计算舞台支持。在计算过程中，反射板的高度被假设为距离舞台面上方8 m和12 m，计算结果的平均值范围为-13.1 dB～-14.0 dB。当反射板在较低的位置时舞台支持较大，这一较低的反射板位置适合于室内乐表演。通过调节反射板的高度来调节舞台支持，以便满足不同类型的演出需求。

3.3 “霓裳羽衣”的反射板

交响乐厅的室内设计借用唐代“霓裳羽衣”的意象来渲染空间的地域特色。透明聚酯材料形成的波浪状反射板成为这一元素的载体。椭圆形的反射板被分割成16条曲率自由的“波浪”，恰似霓裳羽衣中的丝绸舞袖。

声学顾问认为，均匀的反射板条宽度会对反射声造成频率畸变，并要求建构两种板条宽度。而不同宽度板条的叠加容易扰乱视觉效果，这一要求无法达到建筑师的预期。最终这一问题通过“有效宽度”得以解决，板条的宽度和条数没有发生改变，只是某些局部板条的曲率和相邻板条保持一致，从而产生有效宽度变宽的效果。同时反射板在垂直面上采用小曲率和凹凸交错的手法，达到提供均匀声反射和良好声扩散的效果(见图5)。

4 内表面材料

声学顾问建立了三维Odeon声学计算机模型，用来预测和分析交响乐厅的声学性能。在计算过程中，室内采用了与建筑师预想一致的材料。整体的模拟结果显示：观众席座位区域内的声压级分布很均匀；厅内的混响时间中频接近2.0 s，而125 Hz的混响时间为2.5 s，达到了设计目标，并且厅内的声音具有很好的低频“温暖度”；清晰度C80落在0 dB～2 dB之间，具有很好的清晰度。

在这个较为理想的空间基础上，需要进一步对交响乐厅的室内表面材料和表面处理方式进行考虑，也就是声扩散的运用，以提高室内音质。

4.1 墙面材料

厅堂内所有的墙表面被划分成三种不同等级的声扩散表面，每种声扩散元素安装在10 mm厚的装饰面层上并固定在40 mm厚的GRG板上，装饰面层根据室内效果的需要，涂覆漆层或者贴附特殊处理的木皮。

等级1声扩散体是由两种深度(50 mm和100 mm)和三种间距(50 mm,100 mm和150 mm)无规则组成的竖向线条图案。应用于围绕演奏台的墙表面、池座观众席两侧的墙表面、演奏台背后管风琴下方的墙表面、一层池座座位区域的后墙、第一层楼座座位区域的后墙(中央部分)。其中，围绕舞台的三堵墙面上还做了特殊处理，靠近地面的2/3墙面采用垂直线条扩散体，凸出元素的尖角做圆滑处理以避免在搬运乐器时碰坏乐器；而上部的1/3墙面则用垂直和水平线条混合(见图6)。

等级2声扩散体是由两种深度(25 mm和50 mm)和三种间距(50 mm,100 mm和150 mm)无规则组成的竖向线条图案。应用于合唱团座位后的两侧墙表面、第一层楼座座位区域两侧的墙表面、第一层楼座的后墙(除后墙中央部位)。后墙处的控制室玻璃窗向内倾斜5°，避免入射声音反射回舞台(见图7)。

等级3声扩散体是由两种深度(25 mm和50 mm)和三种间距(100 mm,200 mm和300 mm)无规则组成的竖向线条图案。应用于围绕舞台且在合唱团座位上的墙表面、第二层楼座的两侧墙表面、第二层楼座的后墙表面。同时，楼座侧墙采用三种不同尺度的弧线形GRG板材，以避免频率畸变(见图8)。

4.2 天面材料

整体的天面效果呈现夜空效果，天花由略带弧形的40 mm厚的GRG板制成。对天花表面的声扩散处理，声学顾问也提出了具体的意见。声扩散元素的级别在天花板的不同区域应有所不同：演奏台反射板上方的天花板区域不需要做声扩散处理；在紧邻观众厅两侧墙的天花板区域可以采用光滑的表面；在距离两侧墙7 m内的区域仅需很浅的声扩散元素，该区域内声扩散元素的深度不超过50 mm；在天花板的中央区域，即长度方向从舞台反射板的边缘到后墙，宽度方向距离两侧墙7 m外的区域内需要较深的声扩散条纹，最深至150 mm～200 mm，这一范围区域约为15 m×15 m。

声扩散元素的出现在一定程度上破坏了天面的视觉效果，但在声学上却必不可少。最终，声扩散体被设计成波浪纹样的形态(见图9)，以达到与弧形天面浑然一体的效果。同时声扩散体的深度通过渐变的方式自然衔接过渡。

4.3 看台栏板

看台栏板设计为木色的水平构件，形似绸带，光滑的表面质感与侧墙面凹凸的肌理形成视觉对比。为了避免造成声学缺陷，栏板的表面需要做声扩散处理，以使看台栏板能够扩散入射其上的反射声。光滑的凸曲面作为栏板的外表面用来平衡建筑与声学之间的矛盾。这样的凸表面一方面满足建筑师的视觉诉求，另一方面也起到扩散反射声的作用，满足声学诉求。