艺术与功能的融合，剧院声学设计浅析

一 声学标准解读

本期标准：GB3096-2008《声环境质量标准》（见图1）

本期重点：

（1）声环境功能区分类

按区域的使用功能特点和环境质量要求，声环境功能区分为以下五种类型：

0 类声环境功能区：指康复疗养区等特别需要安静的区域。

1 类声环境功能区：指以居民住宅、医疗卫生、文化教育、科研设计、行政办公为主要功能，需要保持安静的区域。

2 类声环境功能区：指以商业金融、集市贸易为主要功能，或者居住、商业、工业混杂，需要维护住宅安静的区域。

3 类声环境功能区：指以工业生产、仓储物流为主要功能，需要防止工业噪声对周围环境产生严重影响的区域。

4 类声环境功能区：指交通干线两侧一定距离之内，需要防止交通噪声对周围环境产生严重影响的区域，包括 4a 类和 4b 类两种类型。4a 类为高速公路、一级公路、二级公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市轨道交通（地面段）、内河航道两侧区域；4b 类为铁路干线两侧区域。

（2）环境噪声限值

各类声环境功能区适用表 1 规定的环境噪声等效声级限值。

标准解读：本标准对城市规划区内不同声环境功能的区域进行了划分，依据城市性质、结构特征、城市规划及城市用地现状等对城市内不同声环境功能划分为5个类型，每个类型的环境噪声限值不同，可以为防治噪声污染，改善声环境质量，创造良好的生活、学习、工作环境，促进经济社会的和谐发展奠定坚实基础。环境影响评价、环境工程设计、环境执法等都可以按图索骥、有据可查、有法可依。对于加强声环境综合整治、提高环境管理水平、创造安静人居环境具有重要意义。

表1 环境噪声限值

图1 （GB3096-2008《声环境质量标准》国家标准封面）

二 声学基础知识分享

1、混响时间：声音已达到稳态后停止声源，平均声能密度自原始值衰变到其百万分之一（60dB）所需要的时间。可用以下公式计算：

式中：T60—混响时间（s）；

V—房间容积（m3）；

S—室内总表面积（m2）；

m—空气中声衰减系数（m-1）。

2、直达声：自声源未经反射直接传到接收点的声音。

3、混响声：房间内在稳态时所有一次和多次反射声相加的结果。

4、早期反射声：在房间内可与直达声共同产生所需音质效果的各反射声。一般是指延迟50ms 以内的反射声。

5、A 计权声级：A 计权声级，简称A声级，记作dB A。由于它与人们的主观评价有较佳的相关性，因此被广泛采用作为噪声单值评价指标。

三 空间声环境设计

歌剧院声学设计

剧院的类型很多，有歌剧院（西洋歌剧、新歌剧）、地方戏剧院（如京剧院）、话剧院等。它们都有单独的舞台空间，以镜框式台口与观众厅相连，一般还有乐池。

歌剧院（见图2、图3）的声学设计要解决演唱和乐队演奏时声音的丰满度和唱词的清晰两方面的问题。歌剧院演出时不用扩声，但由于剧情需要，有时会需要播放一些效果声，同时演出前后需要播放音乐和通知等，因此歌剧院中仍需设置较完善的电声系统。同音乐厅一样，歌剧院规模也不宜过大，以2000 座以内为宜。建议歌剧院每座容积可采用5-6m3/座，体积宜控制在12000m3以内。

图2 歌剧院

图3 歌剧院

歌剧院观众厅的体形，应根据容量大小分别进行考虑：大容量观众厅的传统形式是马蹄形平面和柱廊式多层包厢。歌剧院的容量比较大时，采用多层包厢并围绕着舞台，按马蹄形布置座位，不仅视距短、视觉好，同时，又可以大大缩短后排听众至舞台的距离，从而获得较强的直达声，使声场分布均匀。对于小容量的歌剧院，应该采用较为简单的体形，如矩形、钟形或侧墙倾角较小的扇形平面，再通过设置跌落包厢、扩散结构获得良好的声扩散。

针对观众区容易出现的掠射吸收现象，必须重视观众席的起坡度尺寸设置。一般情况下，池座前后排高差不小于8cm，楼座前后排高差不小于10cm。如果出于功能需求，观众席必须是水平的，可考虑抬高声源位置减少掠射吸收，并利用反射面给后排提供前次反射声，弥补后排声压级的不足；或做成可升降地面。

歌剧院观众厅要考虑音乐和唱词的丰满度，同时又要求唱词有足够的清晰度。建议歌剧院的混响时间，可取1.2-1.5s。歌剧院设计时，应注意对其可能产生回声的后墙部位作少量强吸声或扩散处理，以免对舞台上的演员形成回声干扰。同时，整个观众厅应注意取得良好的声扩散效果。歌剧院的背景噪声级同样要求很低，可采用NR-20 的标准。

乐池的声学特性也必须注意：一是要保持乐池内各声部声音的平衡；二是不使观众厅内听到的乐池中的伴奏声压倒舞台上的演员声。这要求乐池的开口与进深保持适当的比例，乐池上部的天花有适当的形状与倾角，乐池上方的台口顶部设置反射面，使乐池内的声音传至后座听众。

四 声学材料介绍

材料名称：AGG聚砂无缝吸声系统

AGG 聚砂无缝吸声系统(见图4)表面的AGG 聚砂涂层形成的是一种亚光的二氧化硅颗粒表面，闪亮如晶，润泽如玉。与时尚的内装设计相互呼应。从晶莹剔透的色泽到色彩、纹理、质感的最富有想象力的创新，都显示了AGG 聚砂无缝吸声系统的高贵和典雅。产品问世以来广受建筑工程师、声学设计师及业主的青睐与推崇，是时下流行于欧美等发达国家的新型高端吸声材料。产品造型多样，可以做成各种异型的吸音吊顶/墙面可以安装成曲面、弧形等形状。由于系统的热膨胀系数仅为2.0×10-6/℃，在正常的室温变化下几乎没有温度变形。这就意味着在高达500m2的空间无需设置伸缩缝，圆形、拱形和圆顶等设计都可以实现，几乎无限的设计方案。

表2 AGG聚砂无缝吸声系统主要物理性能

图4 AGG 聚砂吸声板

图5 AGG 聚砂安装

材料详情：AGG 聚砂无缝吸声系统是由吸声基层和面层材料组成，AGG 系统具有吸声、防火、环保、不开裂、色彩款式繁多的特性（见表2）。吸声基层有天然沙漠砂板、强化玻纤吸声板和缝纫纤维吸声板三种，天然沙漠砂吸声板基层采用AGG聚合技术将无机二氧化硅改性材料为聚合剂，将天然砂砂粒与砂粒接触处像焊在一起一样聚合粘连，通过高温高压模压成形；强化玻纤吸声基层板采用热压技术热压成型，基板强度高，吸声性能好，环保且防火性能优越，强化玻纤吸声板密度范围80-300kg/m³；缝纫纤维吸声基层利用缝纫技术对玻璃纤维板进行编织成型，基板抗拉强度和抗折强度高，吸声性能好，可满足任意造型。表面涂装AGG 聚砂涂层达到无缝吸声效果。

材料特点：声学性能NRC ≥0.90（见表3），高、中、低频率吸声特性的可调节；结合空腔使用吸声性能优越；平板工艺，易造型；具有优异的保温性、环保性、耐潮湿、耐高温、抗变形；符合中国建筑材料防火检测中心A 级不燃标准，E1 级环保等级。适用于会议中心、报告厅、文体中心、游泳馆、工业厂房等公共场所建筑空间墙面与天花使用，装饰效果佳，耐候性强。

常 用 厚 度：8mm、15mm、20mm、25mm、50mm 厚，常规尺寸为600mm×1200mm。

安装工艺有4 个步骤（见图5）：

1、采用螺钉将AGG 吸声基层板固定在龙骨或者石膏板之上。

2、满铺网格布进行防开裂处理。

3、AGG 聚砂涂层满刮找平。

4、AGG 聚砂涂层进行面层工艺处理。

AGG聚砂吸声板吸声系数和吸声特性曲线（见表3、 表4）

检测报告试件规格：8mm AGG 聚砂吸声板（容重300kg/m³）+2mmAGG 聚砂涂层+50mm 玻璃棉（容重32Kg/m3，外包玻璃丝布）+100mm 空腔。（报告包含边缘效应）

表4 AGG聚砂吸声板吸声系数和吸声特性曲线

图6 声学施工节点1

五 常用室内装饰声学施工节点

图6 节点说明：此节点为无缝吸声天花常规构造，底板使用聚砂吸声基板，使用自攻螺丝直接固定在吊顶龙骨之上，龙骨间距300＊600，顶上部分空间全部为吸声空腔，最大限度提升AGG 无缝吸声材料的声学性能，这种构造是最常见的无缝吸声构造，适合于大型厅堂和大空间天花和墙面吸声装饰工程。

图7 节点说明：此节点为无缝吸声天花构造，底板使用9.5mm 厚穿孔石膏板（石膏板孔径3mm，穿孔率15%），使用自攻螺丝钉直接固定在吊顶龙骨之上，龙骨间距按照石膏板吊顶安装即可。石膏板背后建议放置50mm 厚32K 玻璃棉辅助吸声，石膏板表面贴附防火玻纤透声布，再进行AGG 聚砂涂层喷涂，石膏板后空间全部为吸声空腔，能最大限度提升吸声材料的性能，降噪系数NRC ≥0.70。此吸声构造性价比较高，适合改造翻新项目施工。

图7 声学施工节点2