楊立博，馬 蕙，聶文靜

（天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津 300072）

演出場館建設(shè)

天津市紅旗劇院的聲學(xué)改造

楊立博，馬 蕙，聶文靜

（天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津 300072）

介紹了天津市紅旗劇院聲學(xué)改造設(shè)計的主要內(nèi)容，通過調(diào)整觀眾廳內(nèi)的體型，以及隔聲、吸聲、反射和聲擴(kuò)散設(shè)計，使劇院達(dá)到了比較理想的音質(zhì)效果，能夠滿足以評劇演出為主的多用途功能需求。

紅旗劇院；改造；聲學(xué)設(shè)計；音質(zhì)效果

戲劇院建筑是觀演建筑重要的組成部分，是豐富人民群眾文化生活的重要公建設(shè)施，在弘揚(yáng)傳統(tǒng)戲曲文化方面扮演著重要角色。隨著科技的發(fā)展和觀眾欣賞需求的改變，現(xiàn)代演出形式發(fā)生了許多改變，很多有著悠久歷史的傳統(tǒng)劇院，聲學(xué)問題日益凸顯，難以滿足新時期演出的需求。

以評劇演出為主的天津紅旗劇院，坐落于評劇發(fā)祥地天津，在近現(xiàn)代戲曲的發(fā)展過程中扮演了重要角色。本文著重介紹了天津紅旗劇院改建過程中的聲學(xué)設(shè)計。

1 項目概況

紅旗劇院位于天津市南開區(qū)紅旗路，總建筑面積8 488 m2（其中原有建筑面積5 708.5 m2，改擴(kuò)建后新增加建筑面積2 779.9 m2），地上部分4層，建筑面積為8 123 m2；地下1層，建筑面積為3 65 m2，改造后的效果如圖1所示。

紅旗劇院始建于1988年，至今已有27年的歷史，

期間未進(jìn)行過大修改造。由于年久失修，劇院的各種設(shè)備、系統(tǒng)，以及管道、電路等都存在嚴(yán)重問題，其中聲學(xué)問題尤為突出。由于目前劇院周邊的建筑、交通狀況發(fā)生了巨大變化，再加上結(jié)構(gòu)老化，原來墻體的隔聲隔振性能已不能滿足新的使用要求；同時，觀眾廳聲場分布狀況較差，座位數(shù)為859座，總?cè)莘e為6 050 m3，觀眾廳每座容積約為7.04 m3/座，遠(yuǎn)大于理想值，這對于主要以評劇演出為主的紅旗劇院，已然不再適合，需要結(jié)合使用功能對室內(nèi)裝修和觀眾廳的形式進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，進(jìn)行適當(dāng)?shù)穆晫W(xué)改造。

2 劇院聲學(xué)設(shè)計任務(wù)及目標(biāo)

結(jié)合紅旗劇院的建筑形體、功能和結(jié)構(gòu)形式，并參照GB/T 50356-2005《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計規(guī)范》的要求，確定了聲學(xué)改造的目標(biāo)如下：

（1）需要對劇院進(jìn)行噪聲控制，防止因?yàn)榧t旗劇院周邊環(huán)境以及內(nèi)部原有空間劃分不合理而帶來的噪聲問題，使劇院廳堂內(nèi)部實(shí)現(xiàn)較低的背景噪聲；

（2）在廳堂體型設(shè)計方面，應(yīng)盡可能地充分利用直達(dá)聲和早期反射聲，保證廳堂內(nèi)有足夠的響度、理想的聲場均勻度和合理的反射聲序列；

（3）通過體型大小的控制以及適當(dāng)?shù)牟牧喜贾茫ＷC廳堂內(nèi)部有合適的混響時間和頻率特性，使廳內(nèi)聲音既清晰又豐滿、圓潤。

圖2 屋面上方加設(shè)輕質(zhì)隔聲層構(gòu)造示意圖

圖3 空調(diào)機(jī)房隔聲墻體構(gòu)造圖

圖4 浮筑樓板構(gòu)造圖

當(dāng)然，在聲學(xué)改造過程中也要避免因體型和空間設(shè)計不合理而帶來的回聲、多重回聲以及聲聚焦等聲學(xué)缺陷的出現(xiàn)。

3 劇院噪聲控制

紅旗劇院主入口毗鄰城市次干道紅旗路，且周邊有在建的地鐵六號線，是劇院面臨的主要外部噪聲源。然而，觀眾廳與主入口之間有門廳和聲控室相間隔，因此，廳內(nèi)受交通噪聲的影響相對較小。劇院東側(cè)立面主要以玻璃幕墻為主，為了提高外維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲性能，玻璃幕墻選用了隔聲量為39 dB的中空雙銀超白鋼化玻璃。劇院屋面為穿孔壓型鍍鋅鋼板輕型屋面，為了防止降雨時金屬屋面在受到雨點(diǎn)的撞擊后產(chǎn)生的雨噪聲干擾，在屋面上方加設(shè)輕質(zhì)隔聲層，具體構(gòu)造如圖2所示。

根據(jù)GB/T 50356-2005《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于觀眾廳和舞臺背景噪聲限值的規(guī)定，將紅旗劇院觀眾廳和舞臺的噪聲限值定為NR-30。噪聲評價曲線NR-30對應(yīng)的各倍頻帶噪聲限值如表1所示。

紅旗劇院內(nèi)部的噪聲源主要是空調(diào)機(jī)房和泵房，它們緊鄰舞臺和觀眾廳，會造成廳內(nèi)較高的背景噪聲級，影響廳內(nèi)的音質(zhì)效果。在項目改造過程中，為節(jié)約成本無法進(jìn)行平面布局的調(diào)整，因此，對空調(diào)機(jī)房的墻體進(jìn)行了加建改造。根據(jù)對機(jī)房噪聲釋放量的測量和舞臺區(qū)域背景噪聲級的限定要求，確定了加建墻體結(jié)構(gòu)的隔聲量，如表2所示。

圖3是機(jī)房改造后的墻體結(jié)構(gòu)的示意圖，經(jīng)核算改造后的墻體的隔聲量能夠滿足設(shè)計要求（見表3），可以很好地避免空調(diào)機(jī)房對舞臺區(qū)域的噪聲影響。

在隔聲的同時還需要進(jìn)行隔振處理，為此，對空調(diào)箱設(shè)備加設(shè)了隔振臺座。由于設(shè)備會經(jīng)由樓板及其連接結(jié)構(gòu)，最后通過墻體、頂棚、地面等向房間振動輻射聲音。因此，地面應(yīng)加鋪玻璃棉板墊層，做成“浮筑樓板”，如圖4所示。

表1 噪聲評價曲線NR-30對應(yīng)的各倍頻帶聲壓級

同時，為防止設(shè)備振動傳遞到與其連接的管道上，在設(shè)備與管道以及管道之間都采取彈性連接。風(fēng)機(jī)與風(fēng)道連接時，為防止振動隨風(fēng)道傳遞出去，在接口處使用帆布或橡膠片作為軟連接。機(jī)房內(nèi)落地管道與地面之間設(shè)橡膠隔振膠墊，吊裝管道與頂面之間加設(shè)彈簧減振器。同時，對各類風(fēng)管也加設(shè)了鋼板套管，并在風(fēng)管與套管間的空隙中填塞離心玻璃棉。

4 觀眾廳音質(zhì)設(shè)計

4.1 觀眾廳原有體型的聲學(xué)分析

圖5是對原來紅旗劇院觀眾廳的聲線分析，從圖中可以看出，舞臺聲源處到最后一排座椅的距離小于33 m，且觀眾席均布置在以聲源為頂點(diǎn)的140°角的范圍內(nèi)，可以保證聲源的指向性。但是，反射聲在觀眾席內(nèi)的分布狀況卻不理想，主要問題有兩個：（1）從平面聲線分析圖可以看出，觀眾廳側(cè)墻反射聲分布不均勻，一層中間區(qū)域反射聲密度較好，兩側(cè)反射聲密度較小，尤其是兩側(cè)后部。一層及二層中前部均無側(cè)墻反射聲，因此，需要對前部側(cè)墻體型調(diào)整以保證早期反射聲得到充分利用；（2）從剖面聲線分析圖可以看出，盡管天花提供的反射聲基本可以均勻覆蓋觀眾廳區(qū)域，但是提供給觀眾廳中前部的反射聲密度較小。二層挑臺擋板處的傾斜角度不當(dāng)，易產(chǎn)生回聲問題，需對二層挑臺體型進(jìn)行優(yōu)化處理。

4.2 體型調(diào)整

根據(jù)視覺效果，改造后的紅旗劇院的墻面造型為連續(xù)弧形。為了保證墻體對聲音的充分?jǐn)U散，同時避免局部的聲聚焦，對連續(xù)圓弧的規(guī)格做了嚴(yán)格的聲學(xué)界定，如圖6所示，圓弧橫向跨度a的建議值在1 m至2.2 m之間，保證對不同頻帶的聲音都具有擴(kuò)散效果；每個圓弧的縱向跨度b要大于相應(yīng)圓弧橫向跨度的0.15倍，即b≥0.l5a；同時圓弧間距d要滿足3a≥d≥a的要求。在建筑設(shè)計和聲學(xué)設(shè)計的配合下確定了內(nèi)墻形式，如圖7所示。

針對新的建筑設(shè)計造型的內(nèi)表面進(jìn)行了聲線分析，并進(jìn)一步對觀眾廳局部側(cè)墻和天花的體型進(jìn)行調(diào)整，使得觀眾廳內(nèi)反射聲分布均勻。同時為了避免回聲問題的產(chǎn)生，將二層挑臺的欄板也調(diào)整成為弧形，如圖8所示。調(diào)整后的觀眾廳能夠充分利用早期反射聲，且反射聲分布均勻，調(diào)整后的廳堂的最終效果圖如圖9所示，新的墻面造型新穎大氣，既豐富了立面效果，同時又起到了很好的聲學(xué)擴(kuò)散的作用。

4.3 混響時間計算

在體型初步調(diào)整后，對觀眾廳的混響時間進(jìn)行了核算。改造后紅旗劇院觀眾廳的容積為6 011 m3，座位數(shù)為861個，每座容積約為6.98 m3/座。根據(jù)廳堂的每座容積參數(shù)和使用功能，確定了紅旗劇院各頻帶的最佳混響時間如表4所示。

圖5 觀眾廳聲線分析圖

圖6 墻面圓弧的尺寸要求

依據(jù)觀眾廳的視覺效果和聲學(xué)分析，確定了廳內(nèi)各個界面的材質(zhì)分布。側(cè)墻前部采用了36 mm成品曲面木掛板，并實(shí)貼在基層上，以保證該區(qū)域能夠有效地向廳內(nèi)提供反射聲；為防止回聲，側(cè)墻后部及后墻采用吸聲處理，材料為18 mm木質(zhì)曲面吸聲板，其中開槽寬度3 mm，穿孔率7.2%，穿孔直徑10 mm，后附吸聲無紡布，吸聲板后200 mm空腔，內(nèi)填50 mm離心玻璃棉，具體構(gòu)造如圖10所示。

在天花前部采用三層紙面石膏板吊頂，盡量保證聲音的反射。后部則采用12.5 mm的單層紙面石膏板，后設(shè)400 mm的空腔，龍骨為50 mm×100 mm，從而使這部分區(qū)域能夠?qū)τ诘皖l率聲適當(dāng)?shù)奈?。為了縮短觀眾廳內(nèi)的混響時間，保證評劇演出的清晰度，在二層挑臺下的天花上布置了穿孔石膏板來增加吸聲量，如圖11所示。

按照以上材料的布置方案得到空場和滿場的混響時間計算值如表5所示，可以看出改造后的觀眾廳空場和滿場的混響時間接近設(shè)計值，且頻率響應(yīng)良好，能夠適應(yīng)評劇演出的需要。

4.4 軟件模擬

圖7 觀眾廳平面體型調(diào)整后輪廓圖

圖9 調(diào)整后觀眾廳室內(nèi)效果圖

圖8 體型調(diào)整后聲線分析圖

圖10 墻體構(gòu)造做法示意圖

表4 建議滿場混響時間設(shè)計值

圖11 挑臺下天花構(gòu)造做法示意圖

表5 改造后空場、滿場混響時間設(shè)計值

為了驗(yàn)證聲學(xué)設(shè)計的最終效果，利用聲學(xué)模擬軟件Odeon對紅旗劇院進(jìn)行了軟件模擬。對聲場均勻度、混響時間、明晰度和語言傳輸指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行了模擬計算，如圖12所示。從圖中可以看出，改造設(shè)計后觀眾廳內(nèi)混響時間適當(dāng)，混響時間的頻率響應(yīng)合理，音樂的明晰度和語言的清晰度都較高，且聲場均勻，能夠很好地與評劇演出的需要相匹配，達(dá)到了聲學(xué)改造的目的。

5 結(jié)語

紅旗劇院于2015年6月改造一新，改造后的紅旗劇院以其良好的聲學(xué)環(huán)境效果為人們提供了一個豐富精神生活的平臺和場所。

圖12 觀眾廳Odeon模擬圖

[1] GB 50118-2010 民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2011.

[2] 國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集. 建筑隔聲與吸聲構(gòu)造 08J931. 北京：中國計劃出版社，2008.

[3] 中國建筑科學(xué)研究院建筑物理研究所. 建筑聲學(xué)設(shè)計手冊. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987.

[4] 項端祈. 劇院建筑的聲學(xué)設(shè)計[J]. 演藝設(shè)備與科技，2005（1）：14-25.

楊立博，天津大學(xué)建筑學(xué)院，研究生在讀，主要從事音質(zhì)設(shè)計、聲景觀方面的研究。

（編輯 薛云霞）

Acoustic Redesign of Hongqi Theatre in Tianjin

YANG Li-bo , MA Hui, NIE Wen-jing
(School of Architecture, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

The main content of acoustic redesign of Hongqi Theatre in Tianjin was introduced in this paper. Through adjusting the shape of the auditorium and making use of sound insulation, sound absorption and sound diffusion design, desirable acoustical effect of Hongqi Theatre was achieved.

Hongqi Theatre, reconstruction, acoustic design；sound effect

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.07.007