上海艺海剧院改造声学设计与音质效果

2021-04-27王尚岱上海建科工程咨询有限公司上海200032

建设监理 2021年1期

王尚岱，陈阳（上海建科工程咨询有限公司，上海 200032）

0 引言

上海艺海剧院始建于 2001 年，地处上海市静安区江宁路与康定路交汇处，紧邻静安体育中心，是当时一座较为完善的艺术剧院。剧院名为“艺海”，寓“艺术海洋、海纳百川”之意。本次修缮工程缘起于第十二届中国艺术节筹备工作。经上海文广演艺集团选报，上海市委宣传部评选，艺海剧院被确认为第十二届中国艺术节演出场馆，因而需要接受全面修缮工作以提升品质。

1 项目概况

上海艺海剧院建筑原为上海市文化大厦的 6 层裙房。上海市文化大厦由华东建筑设计研究院于 1998 年担任设计工作，并于 2001 年建成，坐落于上海市静安区江宁路与康定路交汇处，由高 24 层的办公塔楼主楼与高 6 层的裙房构成，建筑高度为 93.1 m（不含机房、水箱等各类设备用房），裙房高度为 28.3 m，总建筑面积为 38 334 m2。主楼地下 1 层，局部 2 层。

经过 17 年的运营，上海艺海剧院内的机械设备、安防设施等逐步落后于当前的标准，其室内外装修、建筑结构构件、设备管路管道等都出现一定程度的老损，部分屋面板因长期受到风吹日晒而出现渗漏情况。为提升上海艺海剧院整体硬件品质，紧跟话剧类剧院先进技术的时代步伐，同时更好地体现上海艺海剧院的特色，最终决定对上海艺海剧院进行提升修缮。

上海艺海剧院在本次修缮后，大剧场的使用功能将得到全面提升，主要在安全性、舒适性、专业性和科学性方面提升观众的感受度。从材料选型到设备安装，全方位提升安防、消防系统的安全防范水平。舞台设备和控制系统更新换代，整体升级演出效果，满足剧团更多的专业艺术追求，带给观众更极致的视听音画体验。根据上海艺海剧院十几年的运营情况，改善、整合与优化其功能配置，以便更好地发挥其使用功能。

对上海艺海剧院改造前的情况分析如下。

（1）艺海剧院观众厅可容纳 1 066 位观众，其中楼座321 座、池座 735 座。后部观众厅容积约为 5 300 m3，前端舞台空间容积约为 11 000 m3。

（2）厅内建筑尺寸：池座长 26.5 m、宽 24 m、平均高 10 m。

（3）观众席为全台阶形式。池座设座位 20 排，楼座设座位 8 排。

（4）池座最后一排距离视点约 25 m，以满足国家标准中关于话剧、戏剧场观众席距离视点不超过 28 m 的要求。

（5）楼座最后一排距离视点约 29 m，略大于国家标准中关于话剧、戏剧场观众席距离视点不超过 28 m 的要求。末排视角约 17°，满足镜框式舞台的楼座后排视角宜≤30° 的要求。

（6）楼座下空间高深比 3 525 mm∶4 872 mm≈1∶1.38，＜1∶1.20，未满足规范要求。

（7）观众席前部设有升降乐池，平均横向开口尺寸宽度约为 12 m，纵向开口宽度约为 3.6 m，乐池开口面积为 43 m2。

（8）舞台包括主舞台、后舞台和左右侧舞台。

（9）主舞台栅顶标高 24.6 m，3 层天桥，标高分别为：8.1 m、10.9 m、15.3 m。

（10）剧场 3 组声桥主扩线阵列扬声器设于台口前部天花内，为暗藏式。

（11）音控室、灯控室均设置在池座后区的中央。

2 建筑声学设计

2.1 声学设计目标

剧院观众厅的声学设计要确保整个观众席区域具有合适的响度、早期侧向反射声、混响时间和清晰度，并应使舞台上具有合适的声支持度。演出时，观众厅及舞台内不得出现回声、声聚焦、颤动回声等可识别的音质缺陷。剧场设备噪声和外界环境噪声不得对剧场内的音质产生干扰[1]。为此，在综合考虑改造后艺海剧院规模和使用功能的基础上，设定了建声技术指标（见表1）。

表1 本项目各主要用房音质参数要求表

2.2 观众厅体型分析

厅堂中直达声与反射声的空间和时间分布状况极大程度上决定了最终的音质效果。一个良好的观众厅体形和表面的声学性质可以保证厅内声场时间和空间的均匀分布，也就决定了厅堂的优良音质效果[2]。语言清晰度和亲切感主要与直达声后 50 ms 以内接收到的反射声息息相关；音乐明晰度与直达声后 80 ms 以内接收到的反射声相关联；直达声与强反射声的时间差＞50 ms（即声程差不应超过 17 m）的强反射声更容易被人耳分辨，形成声音在听觉上的不连贯性；直达声与强反射声的时间差＞100 ms（声程差不应超过 34 m）的强反射声会被人耳分辨，形成回音[3]。以下是根据对艺海剧院观众厅进行声线分析以评估观众厅体形对早期反射声的影响。

首先，对侧墙平面进行声学分析。分析结果表明，剧场墙面反射声在观众席主体区域分布连续且均匀，但观众区中心区域的前 4 排座位的早期反射声主要从台口八字墙前区反射而来，而这部分反射面面积较小，反射声分散角度较大，致使中心区域的前区获得的反射声能量略低，因而需要从顶部进行补充。

其次，对吊顶面进行声学分析。分析结果表明，剧场顶面反射声在观众席主体区域分布连续且均匀，但部分反射声与直达声声程差已达到 38 m，容易被听觉敏感的观众察觉，因而需要加强反射声表面声学的微扩散处理。

最后，对侧墙突出面进行声学分析。分析结果表明，侧墙造型下方的水平突出面向观众席进行了侧向反射声的补充，特别是部分反射声进入楼座下方空间，对音控室、楼座下方的观众非常有利，但遗憾的是，部分反射声与直达声声程差达到 19 m，容易被听觉敏感的观众察觉，因而需要加强反射声表面声学的微扩散处理。

2.3 用材介绍

在装饰设计阶段中，剧场装饰的构造和其用料是影响音质的关键因素。

（1）观众厅吊顶。吊顶在完成后应成为一个封闭面，以免产生耦合效应。根据建声设计理论计算，要求天花选取面密度≥40 kg/m2的板材。板材可选择厚度最小为 25 mm 的玻璃纤维增强石膏（Glass Fiber Reinforced Gypsum，GRG）或玻璃纤维增强混凝土（Glass Fiber Reinforced Concrete，GRC），A 级防火；或者其他同等面密度的板材。

（2）楼座下方吊顶。观众厅楼座下吊顶采用水泥压力板或双层厚度为 12 mm 的石膏板，结合厚度为 25 mm的 GRG 板（面密度≥40 kg/m2）吊顶完成面的组合形式。这样既可以避免楼座送风管道噪声对池座区域进行噪声干扰，又可以达到声学对吊顶完成面面密度的要求。

（3）观众厅侧墙。通过理论计算，本剧场侧墙墙面无需吸声处理，建议采用厚度为 20 mm 的 GRG 板材，墙面面密度为≥30 kg/m2。弧形造型墙面应当充分考虑声扩散处理。声学建议结合室内设计，在墙面设计凹凸或曲面造型，有助于观众厅内声场的扩散。

（4）观众厅后墙。通过理论计算，本剧场后墙墙面100 m2需要进行吸声处理，吸声材质 2 选 1：预制 GRG 穿孔板材（吸声与声扩散相结合形式）、A 级防火吸声织物软包吸声板。

（5）观众厅栏板面。声学建议栏板面做成扩散造型，微扩散凹凸起伏控制在 50 mm 以内。

（6）观众厅地面。声学设计要求地板选料为贴实材料或将木龙骨空腔内填实，以免因地板共振而吸收低频。

（7）观众厅座椅。在保证舒适的基础上，要求座椅的吸声系数、吸声量在声学控制许可指标范围内。

（8）舞台地面。舞台地面的制作方法应与舞台的机械工艺充分结合。

（9）乐池。乐池必须在两侧墙和部分后墙的缩进部位进行一些吸声处理。吸声材料是厚度为 18 mm 的木穿孔吸声板，后衬厚度为 100 mm 的吸声空腔，吸声空腔内再填入厚度为 100 mm、密度为 40kg/m3的离心玻璃棉（外包玻璃丝布）。吸声面积约占侧墙面面积的 1/3～1/2，且分布均匀。

（10）舞台墙体。重点是舞台的吸声，其做法如下：自地面上 3 m 以内的墙面采用 25 mm 木丝板（表面喷涂水性涂料）＋75 系列轻钢龙骨，龙骨内填入密度为 40 kg/m3的离心玻璃棉（外包玻璃丝布）；3 m 以上至 2 层天桥以下的墙面采用厚度为 12 mm 的穿孔纤维水泥板（Fiber Cement Board，FCB）/石膏板（穿孔率P≥20%，孔径约10 mm，表面涂刷黑色水性涂料）＋75 系列轻钢龙骨，龙骨内填入厚度为 100 mm、密度为40 kg/m3的离心玻璃棉（外包玻璃丝布）。

（11）面光桥。面光桥的长条内壁面有可能引起不良声反射，应当在面光天桥内壁面进行吸声处理。

（12）音响桥。主音箱室位于台口前上方，其内壁面应做吸声层，声辐射口采用全频透声优良的音响布包蒙。

（13）观众厅台口八字墙音响室。应考虑对台口八字墙音响室内墙面和吊顶进行吸声处理。

（14）观众厅声闸。采用双道门声闸，要求整体隔声性能 RW≥50 dBA，对声闸内墙面进行吸声处理。

（15）控制室。声控室地面采用架空防静电活动底板，吊顶材料为玻纤吸声板/矿棉吸声板，后墙面实贴厚度为 25 mm 的阻燃装饰吸声板。