上海音乐厅文物建筑声学性能提升施工关键技术

孙沈鹏 谷志旺 王伟茂 张 铭 张 波

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

音乐场馆是人们感受音乐魅力的活动场所，由于建造工艺和材料的局限性以及现有观演品质的提升，现存的老式音乐场馆都存在不同程度的声学缺陷。这些老式场馆承载着不可再生的历史信息和宝贵的文化资源，具有重要的历史价值，保护利用老式音乐场馆，消除既有声学缺陷，是激活并赋予其新生命力的重要体现，也是延续城市文脉的重要手段[1-2]。本文以上海音乐厅声学改造提升为例，详细介绍在保护文物建筑特征的前提下如何开展音乐厅观演声学性能提升，为同类型项目提供经验借鉴。演出，至此上海音乐厅每年举办500余场演出，众多的中外著名音乐家、乐团先后登临音乐厅舞台展现艺术风采，上海音乐厅已成为上海市民不可或缺的音乐“殿堂”与“课堂”（图1、图2）。

图1 上海音乐厅

图2 观众厅音乐演出场所

1 项目背景

上海音乐厅，原名南京大戏院，建成于1930年，是全国第1座音乐厅，也是上海市文物保护单位、上海优秀历史建筑。作为上海最早的专业性音乐厅和最重要的市级文化设施之一，也是上海建设“国际文化大都市”重要的文化标志性建筑。2003～20004年经过整体性平移修缮，扩建了地下室，开发了小厅，新建了西大厅、南大厅作为场馆

随着高频率的演出，建筑本体、设备设施、声学效果、配套设施设备等方面都出现了不同程度的问题，无法适应更高标准的演出和观演要求，阻碍了音乐厅事业的可持续发展，亟待进行优化调整和修缮。2019年上海音乐厅启动整体修缮工程。

2 声学问题和技术难点

2.1 亟待解决的问题

2.1.1 改善声学效果，避免大小厅间相互串音与防止外界噪声干扰

地下室小厅为平移修缮后新增建场馆，位于观众厅大厅正下方。大厅与小厅之间的钢琴运送通道、乐池隔墙及小厅楼板这3部分是噪声干扰的主要通道，通过楼梯间、门洞等进行噪声传递，使得大厅和小厅在演出时不能同时使用，在演出时互相干扰，影响观众的欣赏体验。

由于门窗等构件的隔声能力较弱，观众厅在演出时经常受到环境噪声的干扰，同时演出的声音也泄漏到周围环境中，产生扰民现象。

2.1.2 观众厅声学性能难以满足当下演出需求，影响演出质量并削弱观众观赏体验

观众厅大厅现存的声学问题主要有：混响时间偏短，池座后方早期反射声不足，背景噪声偏高。节奏较慢的古典音乐演出时，混响时间偏短；观众厅墙面、吊顶和舞台音乐罩的扩散能力不足。音乐罩启用时，池座和楼座上各点混响时间空间分布的标准差较大。各类功能用房与观众厅之间存在隔声问题，部分机房的背景噪声也超标，影响观众厅演出和观演效果。

2.2 声学改造困难分析

2.2.1 既有建筑声学改造与新建建筑声学设计不同，难度大

建筑声学效果与建筑的空间形制、结构构造、建造材料以及周边环境息息相关。既有建筑声学改造时，要充分考虑既有的结构构造、建造材料等方面的影响和约束，在对既有建筑各项声学参量进行详细检测后，方可根据现有情况进行声学改造。

2.2.2 声学改造受文物建筑保护约束比较大

上海音乐厅为文物建筑，观众厅及外立面木门窗都是文物重点保护部位，声学改造过程中，应保护特色部位的形制特征，不得随意改变原有材料、构造和工艺。

根据现场声学勘察和声学测量，以及修缮后音乐厅内各空间的功能定位，针对上海音乐厅的大厅和小厅进行声学设计，主要包括噪声控制和音质设计。

3 主要技术思路

1）在不改变原有建筑主体结构体系、遵循文物保护原则的前提下，通过对串声通道进行空间重构、对既有隔声构造进行优化、对隔声材料性能进行升级等方法，解决观众厅、小厅以及外部空间的隔声问题。

2）在不破坏文物建筑特色部位的形制特征的前提下，通过调节可变吸声材料，调整观众厅混响时间，更新音乐反声罩来为观众厅提供早期反射声，优化厅内音质，营造更好的观演环境。在解决大小厅隔声问题的同时，结合小厅多功能演出厅定位需求，通过装饰材料设计以及增设可调节可变吸声装置，针对不同风格的演出营造出合适的混响环境，为观众席提供良好的听觉效果。

3）通过对机电用房、设备设施以及相关机电管线进行消声改造，为音乐演出营造良好的氛围。

4 声学提升关键技术

4.1 外部环境低影响的演奏场馆隔声性能提升技术

4.1.1 场馆功能维持下的结构双层中空整体隔声技术

为了解决小厅和观众厅大厅间的串音问题，改善两厅演出声学效果，满足同时对外演出需求，在观众厅、小厅以及相连空间内设置不同声源点，来查勘声源传递路径。为封堵串音通道，增加大小厅间的隔声性能，对原有结构遗弃洞口进行隔声封堵，在小厅内部新增轻型钢结构，采用120 mm厚压型钢板组合隔声楼板+100 mm厚GRG石膏板作为隔声墙体，与既有观众厅结构楼板形成双层中空结构隔声腔体，有效阻隔声源串音路径（图3、图4）。

图3 新增钢结构形成双层中空结构腔体

图4 新增钢结构现场施工

为了保证大小厅间的隔声效果，原有结构墙体洞口隔声封堵采用100 mm厚加气混凝土砌块+100 mm空腔（空腔内满填120 kg/m3岩棉）+200 mm厚加气混凝土砌块；在隔声腔体上部观众厅大厅楼板底部喷30 mm厚无机纤维吸声材料，下部组合隔声板上铺设100 mm厚泡沫玻璃；隔声墙体GRG石膏板密度不得小于80 kg/m2，在小厅外围墙体与内层GRG墙体门洞位置处增砌200 mm厚加气混凝土砌块，构成声闸，并做吸声处理。

4.1.2 文物特征维持下的老式木窗隔声性能提升技术

外立面木门窗为传统柚木门窗，窗户为单层玻璃。木窗翘曲变形加之既有单层玻璃隔声性能低，使得外立面柚木门窗隔声效果不理想，无法满足一流剧场声学演出需要。但作为文物重点保护部件，木窗具有较高的文化价值和保护需要，原有木窗无法更换成现代隔声窗，仅能在维持木窗原有特征下进行声学改善提升。

在对木窗构造进行剖解和分析的基础上，通过更换原有窗玻璃和提升木窗的密封性能，来整体提升木窗的隔声效果。将原有单层玻璃更换成3+6+3中空玻璃，考虑到原窗木芯安装玻璃厚度不变，重新定制柚木角条进行玻璃固定；在木窗框四周企口夹角处开设3.5 mm×4.0 mm凹槽，安装棕色硅胶PVC密封条，实现防水保温、密封隔声的功能。在窗扇上下冒头端部嵌入铜板，加固提升木窗扇整体性能，并对木窗饰面进行保护性修缮，通过去除原损伤木漆面，涂刷木蜡油来保护饰面纹理，恢复木窗原有历史原貌（图5～图8）。

图5 更换隔声玻璃

图6 PVC密封条隔声构造

图7 木窗饰面修复

图8 木窗铜板整体性加固

4.1.3 保护空间风貌保留下的观众厅隔声木门隔声升级技术

观众厅场馆四周共设有8处疏散通道，安装隔声木门与外部空间进行分隔。作为观众厅与外部空间的首道隔声木门，经现场查勘和声学检测发现：场馆木门的材质相对疏松，隔声性能不理想；木门套四周的护墙板与墙体之间未进行有效封闭，存在漏声空腔，场馆木门的整体隔声效果不佳。

隔声木门形制尺寸和风格不容改变，为保证观众厅整体风貌特征及满足场馆隔声需要，按照场馆隔声木门原有式样新做隔声门。在现有门框尺寸条件下，优化木门隔声构造措施，在隔声门内部设置实木龙骨架和方钢管龙骨架，嵌入隔声棉，并利用17 mm厚夹板和6 mm厚玻镁板进行封闭，代替原有实木结构，提升场馆木门隔声性能；通过三维扫描获取原有隔声门的形制尺寸和特征，为隔声木门原风格恢复提供技术支撑；维持木门套及周边护墙板原状，通过嵌入隔声棉来封闭已有空腔，阻断声源传递路径。

在新做隔声门底部安装升降式隔声密封条，门扇阻口位置安装密封条，在不影响场馆木门使用功能的前提下，进一步加强隔声门的密封隔声性能（图9、图10）。

图9 三维扫描留存木门原饰面特征

图10 隔声木门内部构造示意

4.2 卓越声效的内部空间营造技术

4.2.1 观众厅座椅消吸声改造技术

音乐演奏（唱）对声学环境要求较高，对厅内营造的效果比较依赖。正常演出期间，厅内细微的噪声都会给观演效果带来巨大的影响。观众厅采用与其特征相适应的古典主义风格座椅，使用时座板易发出“咚咚”声，给音乐演出带来一定干扰。作为场馆观众席最大吸声面，通过调节座椅面吸声效果有效调节混响时间，营造良好的声学演艺环境。通过调整原有座椅布料材质，增设座椅阻尼消除使用噪声，对观众厅座椅进行消、吸声改造，提升场馆声学演出效果。

音乐厅座椅作为重点特色保护构件，改造时不得改变座椅原有形制尺寸和价值特征。对座椅进行保护性拆除，卸解座椅原有构件，维持座椅形制尺寸、色彩特征不变，更新椅背布料、座包芯板、泡棉，增设阻尼设施与椅垫有机相容，保留座椅靠背板、坐板、金属椅脚，重新打磨、喷涂、做旧，保持座椅原貌。通过返厂更新、现场原位组装的方式对座椅进行升级改造。修缮前，对座椅的分布、排数、位置进行统一定位记录；对座椅构件进行统一编号、按照构件组成进行分类，拆卸后统一归类装箱，返厂维修。返回现场后，按照定位标记和座椅编号进行组合安装（图11、图12）。

图11 椅背、座包布料更新

图12 修缮后的观众厅座椅

4.2.2 组合式封闭型舞台反声罩升级

舞台反声罩可以避免声能向舞台内空间逸散，有效地将演奏（唱）声能向观众厅反射，对增加观众厅内声音响度、增加前次反射声、提高观众厅内混响时间及改善乐队各声部之间的平衡和融合都有重要的作用。

结合舞台升级改造，更新舞台反声罩，根据观众厅内部形制特征，设计组合式封闭型舞台音乐反声罩。采用全铝框架式结构，组合拼装，具有快速调节的功能。整个反声罩由上顶反声板、后反声板和侧反声板3部分共同组成，能够充分地利用有限的自然声能，而不需使用扩音设备，避免声音失真。更新后的反声罩既可以垂直悬吊于舞台上方，也可以在封闭舞台上空，给观众营造原汁原味的声学演奏（唱）效果（图13、图14）。

图13 反声罩组合拼装

图14 更新后的音乐厅反声罩

4.2.3 小厅GRG装饰装修声学营造技术

小厅平面呈近矩形，易产生颤振回声，且层高较低，呈扁平空间特征，不利于声场均匀分布。为了克服不利因素，通过对装饰材料及造型进行优化，来营造良好的声学效果。

结合声学效果和装饰美观，通过声学模式试验比对研究，将小厅新增100 mm厚GRG石膏板装饰墙体设置成双曲面波浪造型结构，饰面雕刻四叶草花瓣立体图案。通过在小厅前后墙体进行错缝安装，可有效解决平行墙面颤振回声问题；利用立体花饰图案造型，可对250 Hz以上频率的声波产生良好的散射作用，使得小厅坐席区的混响时间和侧向反射声能比分布均达到了理想效果。

针对100 mm厚双曲面波浪造型饰以四叶草花瓣立体图案GRG石膏板，通过工厂预制、现场组合拼装的方式进行安装。小厅新增钢结构体系安装完成后，通过三维扫描获取内部结构尺寸大小，结合设计花饰造型，进行墙面板排板深化，划分预制拼装模块，确定单块预制构件大小、形状和连接方式。预留T形连接件，通过焊接的形式安装固定GRG石膏板于钢结构骨架上，安装后通过坞帮进行拼接无缝处理，实现GRG石膏墙板平整统一（图15、图16）。

图15 双曲面波浪造型GRG石膏板

图16 重构后的多功能小厅

4.3 机电系统噪声控制技术

根据音乐厅噪声控制要求，在对机电系统进行噪声源全面分析的基础上，通过隔振减振、降噪处理等措施来控制机电设备产生的噪声。对设备机房内的空调设备、机电设备进行隔振安装，对观众厅、小厅的风管和水管安装消声设备来降低噪声。通过上述方法来确保设备内部噪声不外泄、振动不外延，观演厅内不产生二次噪声污染。

5 实施效果

经过试演出后，上海音乐厅于2020年9月20日正式投入使用，并由著名作曲家、指挥家谭盾携上海歌剧院交响乐团进行首场演出。随后，各地乐团、歌唱家、表演艺术家相继在上海音乐厅演出并取得成功。修缮后的音乐厅音质得到了各界的高度评价，普遍认为音质效果比修缮前有明显改善，声音效果相当不错。

6 结语

本项目通过新增轻钢钢结构组合楼板+GRG墙体体系与既有结构形成隔声空腔，在文物重要特色部位形制特征和保护空间整体风貌保护的前提下，优化和更新木窗、场馆门隔声性能，改善观众厅、小厅以及外部环境的隔声效果；调节观众厅座椅背可变吸声材料，改善观众厅混响时间，更新音乐反声罩来提供更多的早期反射声，优化观众厅内音质效果和观演环境。对小厅GRG隔声墙体形制特征进行声学设计并结合吸声装置，打造多功能的演出小厅。此次修缮成功改善并提升了文物建筑老场馆的声学性能，为此类音乐类建筑声学改造设计研究和实践，提供一个创新的范例。