【摘 要】隨著文化設(shè)施建設(shè)高潮的到來(lái)，各地紛紛興建劇場(chǎng)等觀演類(lèi)建筑，建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)則是劇場(chǎng)設(shè)計(jì)中建筑師的重要任務(wù)，是劇場(chǎng)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容主要包括室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)和噪聲控制兩大部分。室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)和噪聲控制則主要依靠吸聲和隔聲實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】劇場(chǎng)；建筑聲學(xué)；混響時(shí)間；噪聲控制；吸隔聲

引言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提升和文化事業(yè)的繁榮，文化設(shè)施建設(shè)得到了較快的發(fā)展。各地在以省會(huì)城市為主的大城市興建了一批大型劇場(chǎng)、音樂(lè)廳、戲劇院等文化藝術(shù)中心。在這些建筑中有很多非常優(yōu)秀的作品，但也有一些不太成功的案例。我有幸參加了幾個(gè)劇場(chǎng)的聲學(xué)裝修設(shè)計(jì)，雖然一些項(xiàng)目建成后得到了業(yè)主的認(rèn)可，但回過(guò)頭來(lái)看還是有不少的遺憾和不足。在此以華亭劇場(chǎng)為例，對(duì)以往所作聲學(xué)設(shè)計(jì)的成敗做個(gè)總結(jié)，同時(shí)也談一些我對(duì)劇場(chǎng)建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的一些粗淺認(rèn)識(shí)。

1 劇場(chǎng)建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容

劇場(chǎng)設(shè)計(jì)的根本任務(wù)是為觀眾提供理想的視聽(tīng)享受場(chǎng)所。作為聽(tīng)音場(chǎng)所，劇場(chǎng)、音樂(lè)廳等廳堂建筑的聽(tīng)音質(zhì)量是第一重要的，其效果的好壞直接決定了該建筑設(shè)計(jì)的成敗，而建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)是聲學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，更是做好擴(kuò)聲系統(tǒng)的基礎(chǔ)。沒(méi)有合理的建聲環(huán)境，再高檔的后期裝修，再先進(jìn)的電聲設(shè)施也無(wú)法彌補(bǔ)先天的聲音缺陷，從而導(dǎo)致使用效果的大打折扣。一般而言，建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容主要包括室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)和噪聲控制兩大部分。

1.1 音質(zhì)設(shè)計(jì)

混響時(shí)間是目前音質(zhì)設(shè)計(jì)中能定量估算的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。 它直接影響廳堂音質(zhì)的效果?；祉憰r(shí)間是指聲音自穩(wěn)定狀態(tài)聲壓級(jí)衰減60dB所經(jīng)歷的時(shí)間。某頻率的混響時(shí)間是指室內(nèi)聲音達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，聲源停止發(fā)聲后殘余的聲音在房間內(nèi)反復(fù)經(jīng)吸聲材料吸收，平均聲能密度自原始值衰變到百萬(wàn)分之一（聲能密度衰減60dB）所需要的時(shí)間。記作T60或RT，單位是秒（s）。房間混響時(shí)間長(zhǎng)短是由它的吸音量和體積大小所決定的，體積大且吸音量小的房間，混響時(shí)間長(zhǎng)，吸音量大且體積小的房間，混響時(shí)間就短?；祉憰r(shí)間過(guò)短，聲音發(fā)干，枯燥無(wú)味，不親切自然；混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，聲音就會(huì)變得模糊不清楚。只有合適的混響時(shí)間才能使聲音圓潤(rùn)動(dòng)聽(tīng)。那多長(zhǎng)的混響時(shí)間才適合呢？不同功能的劇場(chǎng)廳堂所需要的混響時(shí)間也不盡相同。如表1-1所示：

表1-1 不同功能劇場(chǎng)T60（s）500HZ~1000HZ

話劇場(chǎng)戲劇場(chǎng)歌舞劇場(chǎng)音樂(lè)廳綜合類(lèi)劇場(chǎng)

0.9~1.21.0~1.41.2~1.61.5~2.01.5~2.0

由此表可以看出混響時(shí)間的長(zhǎng)短與語(yǔ)言清晰度要求有關(guān)，對(duì)語(yǔ)言清晰度要求高的廳堂混響時(shí)間較短些，音色優(yōu)美圓潤(rùn)的廳堂要求混響時(shí)間較長(zhǎng)些?？刂苹祉憰r(shí)間是進(jìn)行室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

1.2 背景噪聲控制

建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要任務(wù)就是進(jìn)行背景噪聲控制。背景噪聲也稱(chēng)為本底噪聲，是指在發(fā)生、檢查、測(cè)量、記錄系統(tǒng)中與有用信號(hào)無(wú)關(guān)的一切干擾。在環(huán)境影響評(píng)價(jià)（EZA）中，背景噪聲是指除研究對(duì)象以外所有噪聲的總稱(chēng)。如劇場(chǎng)外汽車(chē)的鳴笛聲、飛機(jī)的轟鳴聲、女士高跟鞋敲擊地板的聲音、劇場(chǎng)外人的喧嘩聲，甚至還有相鄰劇場(chǎng)演出的聲音。背景噪聲控制就是要屏蔽掉這些和劇場(chǎng)演出內(nèi)容無(wú)關(guān)的聲音，讓劇場(chǎng)內(nèi)演出有一個(gè)純凈的聲學(xué)環(huán)境。

那么如何運(yùn)用建筑聲學(xué)的手段來(lái)控制混響時(shí)間、降低背景噪聲呢？背景噪聲的控制主要依靠做好劇場(chǎng)的隔聲與吸聲，而混響時(shí)間的長(zhǎng)短主要與吸聲和觀眾廳容積有關(guān)。

華亭影劇院位于甘肅省平?jīng)鍪腥A亭縣西城區(qū)，是為全縣市民服務(wù)的兼電影放映、演出、會(huì)議功能的多用途劇場(chǎng)?？偨ㄖ娣e：9497平方米，固定座位1170個(gè)。建筑高度：26.5m ，建筑層數(shù)：地上1層(局部2層)，地下1層，結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，屋頂為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

2 隔聲

2.1 空氣傳聲的隔絕

空氣傳聲的隔絕主要依靠建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)，包括墻壁、樓板、門(mén)窗等，都具有隔絕空氣聲的作用。維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲性能，主要由他的質(zhì)量、強(qiáng)度、阻尼和頻率等因素決定。當(dāng)頻率在125HZ~4000HZ的范圍內(nèi)時(shí)，則質(zhì)量起主要控制作用。維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量是隨頻率和質(zhì)量的增加而增加的，這通常成為“質(zhì)量定律”。

以往，我國(guó)劇場(chǎng)的維護(hù)結(jié)構(gòu)以磚墻為主，240厚480kg/㎡的磚墻（雙面粉刷，下同）的平均隔聲量約為53dB， 370厚700kg/㎡的磚墻的隔聲量約為56dB， 490厚840kg/㎡的磚墻的隔聲量約為61dB?，F(xiàn)在隨著抗震要求的提高，框架結(jié)構(gòu)被廣泛采用，490厚的磚墻840kg/㎡的重量讓框架結(jié)構(gòu)不勝重負(fù)。

華亭影劇院前期建筑設(shè)計(jì)采用了200mm厚鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，屋頂為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上覆120厚彩鋼板混凝土疊合屋頂。200mm厚度的現(xiàn)澆實(shí)心鋼筋混凝土墻的隔聲量與240mm粘土磚墻的隔聲量接近，約為53 dB；網(wǎng)架上架覆鋼筋混凝土疊合屋面，其性能基本與普通鋼筋混凝土板屋面相同。鋼筋混凝土剪力墻和彩鋼板混凝土疊合屋頂為華亭影劇院隔聲設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)。

門(mén)窗是圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲的弱點(diǎn)，特別是華亭影劇院集會(huì)議、文娛、休閑為一體，所以隔聲門(mén)為雙層，雙層門(mén)之間設(shè)“聲閘”。聲閘內(nèi)做強(qiáng)吸聲處理，兩側(cè)墻體均貼附50厚玻璃棉外封穿孔埃特板，并做0.8厚白色穿孔金屬板上覆50厚玻璃棉吸聲吊頂。聲閘的設(shè)置使隔聲效果大為提高并能防止亮光直接射入劇場(chǎng)內(nèi)部。劇場(chǎng)中觀眾廳和舞臺(tái)部分除觀察窗與放映窗以外不開(kāi)設(shè)窗戶。

2.2 固體傳聲的隔絕

固體傳聲是由振動(dòng)物體直接撞擊結(jié)構(gòu)（樓板或墻）使之產(chǎn)生振動(dòng)，并沿著結(jié)構(gòu)傳播開(kāi)去而產(chǎn)生的噪聲。這些噪聲的振動(dòng)源包括空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、變壓器、某些燈光設(shè)備、舞臺(tái)機(jī)械以及來(lái)自相鄰房間通過(guò)空氣及固體傳聲傳入的噪聲和振動(dòng)等，都將對(duì)觀眾廳的安靜造成干擾。將觀眾廳設(shè)雙層墻，并將下面的鋼筋混凝土梁也分成雙梁，是隔絕固體振動(dòng)聲傳播的最理想措施。同時(shí)進(jìn)入觀眾廳和舞臺(tái)的各種管線最好集中布置，穿墻管線周?chē)p隙要用玻璃棉賽嚴(yán)。劇場(chǎng)內(nèi)嚴(yán)禁開(kāi)洞進(jìn)線，避免降低隔聲效果。

華亭影劇院由于出于節(jié)省投資和施工便利的原因沒(méi)有設(shè)置雙層墻。在聲學(xué)裝修設(shè)計(jì)時(shí)為了隔絕固體傳聲，我們緊貼觀眾廳和舞臺(tái)主體混凝土墻內(nèi)側(cè)做了輕質(zhì)隔聲墻，采用50輕鋼龍骨12厚兩層石膏板錯(cuò)縫拼接內(nèi)填玻璃棉的做法；觀眾廳和舞臺(tái)屋頂網(wǎng)架下做了12厚雙層石膏板隔聲吊頂，上覆50厚玻璃棉外包黑色玻璃絲布。這兩項(xiàng)措施和混凝土墻和疊合屋頂結(jié)合形成雙層維護(hù)，有效解決了固體傳聲的問(wèn)題，同時(shí)也加強(qiáng)了空氣聲的隔絕。后期在聲學(xué)測(cè)試時(shí)證明這種做法達(dá)到了背景噪聲控制在NR-25（相當(dāng)于30dBA）的設(shè)計(jì)預(yù)期。除此之外，設(shè)備基礎(chǔ)做隔振處理，從聲源處杜絕固體聲的傳播。

3 吸聲

劇場(chǎng)建聲設(shè)計(jì)中，舞臺(tái)部分一般做強(qiáng)吸聲處理，避免有多次反射聲到達(dá)觀眾席，使聲音混亂模糊；而觀眾廳前部要做一些反射體，讓演出的首次反射聲盡量多的到達(dá)觀眾席；觀眾廳后部則以吸聲為主，以減少多次反射聲，避免混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而影響聲音的清晰度。吸聲處理可以有效的降低廳堂內(nèi)的聲壓級(jí)，調(diào)整適合的混響時(shí)間，以達(dá)到滿意的聽(tīng)音效果。一般，首先根據(jù)功能需要確定劇場(chǎng)的混響時(shí)間，然后可以用賽賓公式（3-1）反算求得各頻段的總吸聲量。

A＝0.16V/ T60 （3-1）

（式中：A —— 為總吸聲量，V —— 為實(shí)際容積，T60—— 為混響時(shí)間）

華亭影劇院業(yè)主定性為：以會(huì)議為主要使用功能，兼顧文藝演出及電影放映的綜合劇場(chǎng)。鑒于業(yè)主對(duì)會(huì)議功能的重視，混響時(shí)間定為比綜合類(lèi)劇場(chǎng)混響時(shí)間略低的1.4s左右（125-4000Hz）。確定了合理的混響時(shí)間后我們通過(guò)計(jì)算得出了各頻段的總吸聲量，再通過(guò)計(jì)算得出各種吸聲材料和構(gòu)造的面積比例，確定最終的裝修方案。

華亭影劇院主要采用以下吸聲材料和構(gòu)造：

3.1 多孔吸聲材料

多孔吸聲材料有玻璃棉、巖棉、礦棉等，這些材料內(nèi)部纖維蓬松交錯(cuò)，存在大量微小的孔隙，是典型的多孔性吸聲材料，具有良好的吸聲特性?？梢灾瞥蓧Π?、天花板、空間吸聲體等，可以大量吸收房間內(nèi)的聲能，降低混響時(shí)間，減少室內(nèi)噪聲。多孔吸聲材料對(duì)聲音中高頻有較好的吸聲性能。

華亭影劇院在聲裝中大量采用了50厚32KG/M3玻璃棉作為背襯吸聲材料，這種構(gòu)造做法有效加強(qiáng)了表層材料的吸聲性能。由于玻璃棉為松散的多孔材料，在使用時(shí)有諸多不便，所以將玻璃棉加工成玻璃棉氈，并且外包玻璃絲布。

3.2 穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)

在各種薄板上穿孔，背后設(shè)置空腔形成穿孔吸聲結(jié)構(gòu)。薄板本身并不具有良好的吸聲性能，但穿孔后并安裝成帶有一定厚空腔的吊頂或貼面墻則可形成“亥姆霍茲共振”吸聲結(jié)構(gòu)，因而獲得較大的吸聲能力。這種穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于廳堂音質(zhì)及吸聲降噪等聲學(xué)工程中。穿孔板的穿孔率一般為2%-17%。

如果在穿孔板后空腔內(nèi)填充多孔吸聲材料時(shí)，空氣分子在共振時(shí)的摩擦阻力增大，各個(gè)頻率的吸聲性能都將有明顯提高，這就兼有多孔吸聲材料和穿孔吸聲結(jié)構(gòu)兩者特點(diǎn)的穿孔板組合吸聲結(jié)構(gòu)。

華亭影劇院觀眾廳后部穿孔石膏板吊頂和木質(zhì)穿孔板墻面、舞臺(tái)后墻穿孔木質(zhì)吸音板墻面以及放映室、聲控室穿孔金屬板吊頂背襯玻璃棉均屬于這種吸聲構(gòu)造，實(shí)踐證明這種構(gòu)造各頻段的吸聲效果都比較理想。穿孔板的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是有多種材質(zhì)可供選擇，可以設(shè)計(jì)出不同的裝修風(fēng)格。

3.3 薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)

將各種薄板，例如：木膠合板、塑料板、水泥纖維板、各種金屬板等不透氣無(wú)空隙的薄板，四周固定在墻或頂棚的龍骨架上，板背后留有一定深度空氣層，就構(gòu)成了薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。板后空氣層必須密閉，以使板具有彈性，這就要求板不是透氣的，板周邊與龍骨必須緊密牢固的結(jié)合，施工時(shí)一定要注意板的安裝不應(yīng)隨時(shí)間的推移而出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。由于薄板的共振頻率較低，一般為80HZ~300HZ，因此低頻聲比高頻聲容易激發(fā)薄板的共振，所以薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)具有吸收低頻聲的特性。

華亭影劇院在墻裙部分采用了這種結(jié)構(gòu)。觀眾廳后墻墻裙為600高櫻桃木飾面板，400厚空腔，主要為了解決穿孔板和多孔材料低頻吸音率偏低的問(wèn)題。

另外，華亭影劇院聲反射體主要布置在觀眾廳前部。臺(tái)口兩側(cè)和耳光干掛20厚米黃大理石，40寬斜拼角接縫；聲橋和觀眾廳前部2/3吊頂為輕鋼龍骨紙面石膏板，白色乳膠漆飾面，讓首次反射聲盡量多的到達(dá)觀眾席。

4 結(jié)論

華亭影劇院聲學(xué)設(shè)計(jì)基本成功，投入使用后得到了業(yè)主的好評(píng)，但在設(shè)計(jì)中還是有一些遺憾和不足，例如觀眾廳吊頂為了造型的需要做的較平，樓座后兩排的音質(zhì)較差一些。

通過(guò)幾次工程實(shí)踐，個(gè)人認(rèn)為建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)需要豐富的聲學(xué)知識(shí)和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，并把聲學(xué)要求融入建筑形體和裝修設(shè)計(jì)中，把聲學(xué)功能與藝術(shù)創(chuàng)作有機(jī)地結(jié)合為一體，才能使劇院成為音質(zhì)優(yōu)異的藝術(shù)殿堂。

參考文獻(xiàn)

[1]《建筑設(shè)計(jì)資料集2》（第二版）第8章P133-159

[2]《建筑設(shè)計(jì)資料集4》（第二版）第5章P71

作者簡(jiǎn)介：

陳瑞剛，出生于1978年6月2日，性別：男，漢族，現(xiàn)就職于北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司，工程師，大學(xué)本科學(xué)歷，主要從事劇場(chǎng)類(lèi)建筑和軌道交通沿線開(kāi)發(fā)的建筑設(shè)計(jì)及研究工作。