謝輝，吳會飛，鄧智驍

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大中型報告廳的建筑聲學改造技術研究

謝輝1,2，吳會飛1,2，鄧智驍1,2

(1. 重慶大學建筑城規(guī)學院，重慶 400045；2. 山地城鎮(zhèn)建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045)

對大中型報告廳的室內音質缺陷和相應聲學改造原則進行了初步分析和探討。通過對工程實踐的總結，得出了6種適用于大中型報告廳聲學改造的技術措施，確保了在聲學改造時，既不降低原有的室內美學品質，又滿足室內聲學的要求。同時，部分聲學改造技術已應用在重慶市渝州賓館中華廳的聲學改造實例中，改造后的混響時間、聲場不均勻度均得到了明顯改善，良好的聲學效果也表明了該技術措施的適用性。

大中型報告廳；建筑聲學；聲學改造

0 引言

報告廳是會議報告、學術講座、演講等的主要場所，其規(guī)模按座位數(shù)分為小型(300座以下)、中型(300～500座)和大型(500座以上)[1]。其中300座以上的大中型報告廳面積較大，承擔的報告和會議的規(guī)格與級別較高，對室內物理環(huán)境尤其是聲環(huán)境的要求也相對嚴格。為了確保聲音能清晰準確地傳遞給聽眾，提高報告或會議的交流效率，需要對未滿足聲學要求的大中型報告廳進行聲學改造，使之達到預期的音質效果。針對報告廳等語言類建筑的聲學理論研究集中在提高語言清晰度方面，如查學琴等[2]提出頻率從63 Hz開始處理語言用途建筑室內的低頻混響時間，其頻率特性的下降有利于提高可懂度。H. Drotleff等[3]提出語言類建筑室內混響時間及其頻率特性的要求，包括了較為平直的混響時間頻率特性，合適的中頻混響時間以及較低上升的低頻混響時間。H. V. Fuchs等[4]提出已建成建筑的聲學改造措施，即在室內墻面和吊頂邊緣安裝寬頻帶吸聲構造來滿足其聲學要求。

目前廳堂音質的理論研究和工程實踐多關注歌劇院、音樂廳、錄音室等對音質要求較高的場所，對于報告廳往往欠缺建筑聲學方面的考慮。大中型報告廳室內設計多偏重于視覺感官體驗而忽略聽覺，導致部分報告廳室內混響時間過長、聲場不均勻度較高，甚至存在回聲、顫動回聲等聲缺陷，造成語言的清晰度和可懂度較低，無法滿足使用功能的要求而不得不進行室內聲學改造。本文從工程實踐的角度出發(fā)，對大中型報告廳室內音質缺陷的原因進行初步分析；在保證其室內裝修風格基本一致的前提下，提出聲學改造的基本原則；并對適用于大中型報告廳的聲學改造技術措施進行了探討。在實際項目中，應根據(jù)具體工程的不同情況選用最恰當?shù)母脑齑胧?，保證聲學改造的科學性和有效性，使之既達到報告廳的室內聲學要求，又能夠在最大程度上維持其室內裝修原貌，縮短改造工程周期、節(jié)省人力物力。

1 大中型報告廳的聲學改造原則和技術措施

良好的聽覺體驗是構成空間使用品質的核心要素。大中型報告廳按1.2 人·m-2計算，其建筑面積一般在360 m2以上，同時一些報告廳地面起坡較大，空間高度較高。較大的室內空間，加之在體型設計、聲學材料的選擇、聲學構造的實現(xiàn)以及施工工藝細節(jié)的優(yōu)化等方面缺乏專業(yè)指導和嚴格控制，導致部分大中型報告廳未達到設計規(guī)范的要求。作者根據(jù)參與的若干改造工程實踐以及相關文獻，初步總結出大中型報告廳典型的音質缺陷(見表1)以及改造的原則。

表1 大中型報告廳典型的音質缺陷及其原因

大中型報告廳的聲學改造原則包括：① 改造的部位應盡量隱蔽，改造的范圍應盡量縮小，保持原室內設計裝修風格的統(tǒng)一；② 應首先進行建筑聲學的改造，確保室內音質達到基本的建聲要求。在惡劣的建聲環(huán)境下，即便進行擴聲系統(tǒng)的改造，仍會造成廳內聽音不清的情況，不能使信息順利傳遞至接收者；③ 保證改造后的聲學指標達到設計規(guī)范的要求。聲學改造要求包括：合適的混響時間，觀眾廳內沒有聲缺陷，背景噪聲級不宜超過噪聲評價曲線NR-35限值。

存在音質缺陷的大中型報告廳，為使其室內聲環(huán)境滿足使用功能的要求，在符合上述改造原則的前提下，可以采取以下聲學改造技術措施。

1.1 平面體型輪廓改造

為控制每座容積，縮短聲程差，在不影響報告廳使用空間的前提下，對大中型報告廳進行平面體型輪廓上的小幅度調整。如報告廳的平面體型為矩形時，可將側墻做成傾斜面或鋸齒狀，使平面體型呈梯形。但由于墻面往往是室內裝修重點表現(xiàn)的部位，大面積的內擴可能會導致原有裝修風格的喪失，因此平面體型輪廓改造時應充分考慮其原墻面的整體裝修，斟酌比較，選擇合適的改造方案。

1.2 吊頂改造

一般大中型報告廳的空間高度較高，常常導致每座容積嚴重超標，前次反射聲不能被充分利用，觀眾混響感過強。對吊頂?shù)母脑彀ń档偷蹴敻叨?、改變吊頂形式以及在吊頂上做吸聲處理等?/p>

① 在吊頂裝修不復雜的情況下，根據(jù)最佳的每座容積計算得出報告廳體積，然后確定改造后的吊頂高度，通過調整吊頂高度來控制每座容積；

② 在某些地面起坡大的報告廳中，傳統(tǒng)的連片式吊頂可以改造為分層式吊頂。該吊頂形式將室內空間局部吊頂降低，構成不同形狀的分層小空間，既可以在斷層面上設計豎向的擴散體[5]，也可以利用錯層空間來布置吸聲材料或吸聲構造；

③ 將連片式吊頂改造為懸空式吊頂。把桿件、板材或薄片吊掛在結構層下，形成格柵狀、井格狀或自由狀的懸空層，可使報告廳的空間高度接近最佳混響時間的空間高度，還可根據(jù)需要吊掛各種吸聲材料。

1.3 觀眾廳座椅改造

觀眾廳的座椅在改造設計階段是可大面積調整的位置，可根據(jù)需要增加其吸聲量，使整體吸聲量達到設計要求。例如，廳內座椅使用吸聲量較大的軟椅，或增加具有較好中低頻吸聲性能的織物軟墊。此外，還可在坐墊下加設共振吸聲結構，調節(jié)座椅的吸聲量[6]。

1.4 局部增加吸聲材料

由于大中型報告廳往往采用高級裝修，原設計風格與室內裝修不宜過大改動，因此尋找可供建筑聲學改造的位置尤為重要。

① 在臺口墻面上配置不同尺寸和傾角的吸聲材料，構成寬頻帶吸聲構造。觀眾廳后墻改造應以吸聲面為主，可避免來自后墻的長延遲的反射聲，同時也適當控制了觀眾廳內的混響時間；

② 在墻面和吊頂交接處，配置吸聲材料，輔以木條柵格飾面，將其對室內美感的影響降到最?。?/p>

③ 局部材料替換。將對廳堂整體風格影響不大的局部材料替換為與原裝修材料質感類似的吸聲材料或者吸聲構造。在替換位置類似的情況下，應替換易拆卸位置的裝修材料。此外，還應根據(jù)不同報告廳的體型以及功能要求，合理設置吸聲材料或擴散材料的數(shù)量。

1.5 擴聲系統(tǒng)改造

根據(jù)中華人民共和國國家標準《GB50371-2006廳堂擴聲系統(tǒng)設計規(guī)范》[7]的要求：擴聲系統(tǒng)應保證廳堂內觀眾席有足夠的聲壓級、聲音應清晰、聲場應均勻。在建聲無法滿足使用要求的情況下，如確實改造困難，也可利用擴聲系統(tǒng)進行補償：

①采用分散式系統(tǒng)。將揚聲器從平頂上吊掛下來，以縮小覆蓋區(qū)范圍；或將小口徑的揚聲器安裝到前排座椅靠背后面或桌上，使聲場均勻度更好；

②使用高指向性的擴聲系統(tǒng)，如數(shù)字線性陣列音箱等。高指向性擴聲系統(tǒng)可將聲束投射到觀眾區(qū)，并在較長距離內保持一定的強度，因此可以提高語言的清晰度，滿足部分大中型報告廳的基本聽音需求。

1.6 控制背景噪聲

在報告廳背景噪聲級超過規(guī)范中的噪聲評價曲線NR-35時，聲學改造應側重噪聲源的控制，并根據(jù)不同的噪聲源采取相應的改造措施：

① 觀眾廳入口處增設聲閘，布置強吸聲材料；將普通門替換為隔聲門。對于有休息廳(廊)或前廳的觀眾廳，可在這些部位布置聲學材料以隔絕外界噪聲；

② 如果是設備系統(tǒng)的噪聲干擾，可在通往觀眾廳的送風、回風管道和風口采取消聲降噪措施，此外與觀眾廳連通的一些輔助空間，例如耳光、面光等空間都應進行吸聲處理[8]；

③ 觀眾走動較多的走廊、通道區(qū)域，在原地面裝修的基礎上鋪設9 mm厚的專用地毯，提高吸聲量。

2 重慶市渝州賓館中華廳聲學改造實例

2.1 工程概況

渝州賓館建于1958年，是重慶市政務接待賓館，隸屬于重慶市市級機關事務管理局，主要從事重慶市各項重大政務接待工作。中華廳位于賓館會議中心功能區(qū)塊內，是重慶市政府舉行政治、外交、文化活動的重要場所，主要承辦政府的重要會議、大型報告等，屬于有政治性會議要求的報告廳。其主體部分長約33 m，寬約31 m，高約10 m，室內有效容積12 044 m3。主席臺面積約250 m2，臺高為600 mm(見圖1)，室內主要裝飾材料或構造的面積見表2。以回字形和U字形布局時容納人數(shù)為300人，最多可容納人數(shù)800人。

圖1 渝州賓館中華廳平面圖

表2 渝州賓館中華廳室內材料參數(shù)

觀眾席區(qū)域近似為正方形，吊頂采用連片式石膏板折線造型吊頂，輔以12個造型豐富細膩的玻璃燈具和2個大型中央式水晶燈。地面鋪設薄地毯，墻面裝修采用大理石飾面，間隔設置面層為淺灰色帆布的半圓形木柱，硬包的基層板厚為12 mm，后部留有厚約110 mm的半圓形空腔。疏散門均為硬質實木門(見圖2)。

圖2 渝州賓館中華廳室內

2.2 聲學參數(shù)測試與評價

在中華廳內舉辦的大型報告、重要會議的聲學效果不佳，與會人員經常反映聽音不清。依據(jù)國標《GB-T 50076-2013室內混響時間測量規(guī)范》[9]，使用丹麥B＆K便攜式6通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3050-A-060)、B&K無指向聲源進行現(xiàn)場實測。

實測結果表明，室內聲場的不均勻度較高，混響時間偏長，達不到《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學設計規(guī)范》的要求(1.1～1.4 s)。廳內背景噪聲限值低于噪聲評價曲線NR-35。

2.2.1 每座容積

根據(jù)《建筑聲學設計手冊》所提供的數(shù)據(jù)(見表3)[10]，語言類廳堂每座容積應控制在3.5～4.5 m3/座。按該報告廳的最大容納人數(shù)計算，每座容積約為15 m3/座，遠超出允許范圍。

2.2.2 混響時間和聲場不均勻度

現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)中頻混響時間偏高，約為2.0 s。這主要是因為中華廳室內大理石飾面、硬木門和石膏板吊頂?shù)奈曅Ч^差(平均吸聲系數(shù)約為0.1)，而硬包木柱僅對低頻吸聲有效。混響時間過長進而導致整個觀眾席區(qū)域的語言清晰度較低。根據(jù)接收點的聲壓級測量值，計算得出報告廳內各頻率聲場不均勻度。該結果表明，中頻聲場不均度尚可接受，低頻和高頻聲場不均勻度較高，約為7 dB，見表4。

表4 改造前空場混響時間和聲場不均勻度的頻率特性

2.3 中華廳聲學改造設計

2.3.1 聲學改造目標

根據(jù)《GB/T50356-2005劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學設計規(guī)范》[11]，該報告廳在中頻(500 ～1 000 Hz)時滿場的合適混響時間范圍為1.1～1.4 s，背景噪聲級的限值不宜超過噪聲評價曲線NR-35。從經濟性角度出發(fā)，在達到預期聲學效果的前提下，應盡量減少改造部分，計劃替換的材料盡可能易于拆除改動。同時，美學效果上，所采用的聲學材料應與原裝修材料質感類似，盡量保證設計風格的統(tǒng)一。

2.3.2 聲學改造方案

考慮到該廳經常舉行重慶市的各種大型報告和重要會議，改造工期十分有限，故將改造工程分為兩期。一期聲學改造方案對墻面進行改造，二期聲學改造方案對吊頂進行改造。

在室內聲場計算機模擬分析的基礎上，決定對其體型、吊頂形式不做調整。確定了以局部材料替換為主的改造原則，通過吸聲材料和構造增加其整體吸聲量。由于中華廳墻面硬包半圓木飾面易于替換，結合此前聲學計算的結果，設定了以改造墻面為主、改造吊頂為輔的改造策略。

一期聲學改造方案對墻面裝修材料進行替換，墻面改造的位置見圖3(紅色區(qū)域)，該方案吸聲處理部分的面積為276 m2。原墻面裝修構造是干掛天然大理石和硬包半圓木飾面，將易拆除的硬包半圓木飾面更換為50 mm厚的強吸聲材料玻璃纖維吸聲板(360 mm空腔)。為了在最大程度上保持其原有的設計風格，在吸聲材料表面鋪淺灰色帆布面層。

圖3 墻面改造部位示意圖(紅色區(qū)域)

二期聲學改造方案對吊頂裝修材料進行替換，吊頂改造的位置見圖4(紅色區(qū)域)。原吊頂裝修造型別致，安裝吸聲構造會影響美感，改造方案中將吊燈周圍裝修材料替換為與原裝修材質類似的21 mm厚AGG無縫砂巖板功能性裝飾系統(tǒng)。該吸聲構造由20 mm玻璃纖維板與1 mm玻璃纖維吸聲板(面層為AGG涂層)復合構成，在中高頻的吸聲性能良好，并且自重較輕。

圖4 吊頂改造部位示意圖(紅色區(qū)域)

2.3.3計算機仿真模擬

在改造工程施工前，為準確預測改造設計的效果，應用聲學軟件CATT Acoustic進行模擬。通過大量實測數(shù)據(jù)在計算機中重現(xiàn)中華廳內部的裝修構造，細化房間內部表面，如大型吊燈和舞臺處LED顯示屏以及墻面裝修的凹進與凸起等(見圖5)，以降低散射系數(shù)對模擬的影響[12]。室內主要裝飾材料的吸聲系數(shù)設置借鑒了英國標準《BB93: Acoustic design of schools - performance standards》[13]，見表5。計算機模擬在檢查和發(fā)現(xiàn)廳堂的聲學缺陷，預測聲學參數(shù)等方面具有直觀、便捷、快速等優(yōu)點，可以進行體型和聲學材料的優(yōu)選[14]。通過預測不同方案建成后的聲學效果，最大程度地降低前期決策和改造成本。

圖5 用CATT Acoustic軟件建立的渝州賓館中華廳聲學模型

表5 室內主要裝飾材料不同頻率時的吸聲系數(shù)

序號項目1 kHz2 kHz4 kHz 1吊頂(石膏板)0.250.250.26 2玻璃窗及LED屏幕0.070.050.02 3實木門0.100.100.07 4薄地毯0.300.300.30 5鏤花木窗0.130.120.12 6硬包半圓木0.190.170.05 7地面(大理石)0.010.020.02

改造后混響時間的理論計算值、軟件模擬值基本一致。模擬結果顯示，一期改造工程完工后的空場中頻混響時間為1.6 s左右(見圖6)，語言清晰度得到明顯的提高。在滿場情況下，其聲品質基本可滿足該廳堂的使用要求；二期改造工程完工后，混響時間的降低更明顯，可將空場中頻混響時間控制在1.3 s以內，相比于改造前降低了0.7 s(見圖7)。

圖6 一期改造工程(墻面)前后的混響時間對比

圖7 二期改造工程(墻面+吊頂)前后的混響時間對比

2.3.4 改造后效果

根據(jù)渝州賓館中華廳的聲學改造要求，首先完成了一期改造工程(施工現(xiàn)場和完工后的實景圖見圖8、圖9)，改造后的現(xiàn)場實測結果見表6。與改造前相比，報告廳的聲場不均勻度在低頻有所降低，高頻略有上升，但尚在允許范圍內。改造前后混響時間的實測對比見圖6。改造后報告廳的空場中頻混響時間為1.6 s，與軟件模擬預測值基本一致，在中高頻吻合度更高。改造后混響時間在低頻稍有上升，是由于木質在低頻吸聲性能相對較好。由于語言聲的能量集中在中高頻，在觀眾滿場情況下可滿足語言聲的聽聞要求。

圖8 一期改造工程施工現(xiàn)場圖

圖9 一期改造工程完成后渝州賓館中華廳實景圖

表6 改造后空場混響時間和聲場不均勻度的頻率特性

由于一期改造工程完成后，已基本解決了報告廳的室內聲學問題。為節(jié)約人力物力，決定暫緩二期改造工程，對吊頂不做處理，以滿足中華廳日后可能出現(xiàn)的其他需求。

3 結論

隨著國民經濟的進一步發(fā)展，國內會議報告及各類學術交流日益頻繁，規(guī)模不斷擴大，大中型報告廳的數(shù)量也逐年增長。對于室內音質不達標的大中型報告廳而言，聲學改造是解決其音質問題的主要技術手段。本文從工程實踐出發(fā)，得出如下結論：

(1) 提出了大中型報告廳聲學改造的若干技術措施，即平面體型輪廓改造、吊頂改造、觀眾廳座椅改造、局部增加吸聲材料、擴聲系統(tǒng)改造以及控制背景噪聲等；

(2) 在渝州賓館中華廳的聲學改造實例中，改造后的良好效果，驗證了前述方法的適用性和有效性；

(3) 大中型報告廳的聲學改造往往存在諸多限制，要求聲學設計師要掌握建筑聲學的基礎理論知識，使聲學改造在達到預期結果的同時，兼顧視覺效果。

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Refurbishment technologies of acoustics for large and medium sized lecture halls

XIE Hui1,2, WU Hui-fei1,2, DENG Zhi-xiao1,2

(1. Faculty of Architecture and Urban Planning, Chongqing University, Chongqing 400045, China； 2. Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area, Chongqing 400045, China)

This paper analyses and discusses the indoor acoustic defects and the relevant refurbishment principle of the large and medium sized lecture halls. Based on the previous practical projects, six types of appropriate technologies for acoustic refurbishment of large and medium-sized lecture halls are summarized, and they can fulfill the requirements of good acoustic quality without sacrificing its original interior aesthetic quality. Some of those acoustic technologies have been successfully applied in the refurbishment project of the Zhonghua Hall of Yuzhou Hotel in Chongqing. Given the significantly improved reverberation time and sound distribution, the applicability and effectiveness of the above technologies are demonstrated.

large and medium-sized lecture halls; building acoustics; acoustic refurbishment

TU112

A

1000-3630(2018)-04-0337-07

10.16300/j.cnki.1000-3630.2018.04.008

2017-11-07;

2018-01-01

國家自然科學基金項目(51678089)；中央高校基本科研業(yè)務費項目(106112017CDJXSYY0002)

謝輝(1982－), 男, 山東萊蕪人, 研究員, 博士生導師, 研究方向為建筑聲學及城市聲環(huán)境。

謝輝, E-mail: xh@cqu.edu.cn