張晟熙

(湖南建工集團(tuán)裝飾工程有限公司，湖南 長沙 410001)

學(xué)術(shù)報告廳要求具備良好的聲學(xué)環(huán)境。隨著建筑聲學(xué)仿真設(shè)計技術(shù)的出現(xiàn)，建筑隔聲與吸聲研究取得了很多成果[1-4]。但聲學(xué)環(huán)境與裝修構(gòu)造細(xì)部設(shè)計存在銜接不順的問題，致使施工后達(dá)不到建筑聲學(xué)設(shè)計效果[5-6]，影響廳堂正常使用。為此，本研究結(jié)合工程經(jīng)驗，參照文獻(xiàn)[7]～[8]的要點重新梳理設(shè)計過程，將聲學(xué)環(huán)境設(shè)計與裝飾構(gòu)造細(xì)部設(shè)計相統(tǒng)一，以湖南省博物館學(xué)術(shù)報告廳項目的建筑聲學(xué)環(huán)境細(xì)部設(shè)計為例，分析報告廳的聲學(xué)環(huán)境細(xì)部設(shè)計要求與方法，探討聲學(xué)環(huán)境施工細(xì)節(jié)問題。

圖1 學(xué)術(shù)報告廳

1 工程概況

湖南省博物館位于湖南省長沙市烈士公園西北角，學(xué)術(shù)報告廳(見圖1)位于博物館建筑的大屋頂內(nèi)，屬多用途廳堂。觀眾廳面積280 m2，舞臺面積150 m2。共有247個座位(含活動座位)，有效容積為3 010 m3，平均每座占7.9 m3。其聲學(xué)設(shè)計與施工要求保證語言清晰度，廳內(nèi)各處需有合適的相對強(qiáng)感和均勻度；觀眾廳內(nèi)任何位置上不能出現(xiàn)回聲、多重回聲、顫動回聲、聲聚焦和共振等缺陷，且不能受設(shè)備噪聲、機(jī)房噪聲及外界環(huán)境噪聲的干擾。

2 位置選擇

為避免噪聲干擾，學(xué)術(shù)報告廳需遠(yuǎn)離入口大廳、交通走廊、展廳、設(shè)備機(jī)房、車庫等處所。為此，將學(xué)術(shù)報告廳布置在博物館頂層的鋼結(jié)構(gòu)“大屋頂”內(nèi)。其在建筑平面中的位置如圖2所示。

圖2 學(xué)術(shù)報告廳在建筑平面中的位置

3 音質(zhì)設(shè)計

音質(zhì)設(shè)計需貫穿項目設(shè)計、施工和驗收全過程[9]。音質(zhì)設(shè)計包括體型設(shè)計、響度和混響時間計算。依據(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》，觀眾廳和舞臺內(nèi)無人占用時，在通風(fēng)、空調(diào)設(shè)備和放映設(shè)備等正常運轉(zhuǎn)條件下，學(xué)術(shù)報告廳的噪聲限值為：自然聲時不宜超過NR-30，采用擴(kuò)聲系統(tǒng)時不宜超過NR-35；自然聲狀態(tài)下，廳內(nèi)早期反射聲聲場應(yīng)均勻分布，觀眾席的早期反射聲相對于直達(dá)聲的延遲時間應(yīng)≤50 ms(相當(dāng)于聲程差17 m)[10]。

3.1 體型設(shè)計

圖3 學(xué)術(shù)報告廳室內(nèi)體型

體型設(shè)計要充分利用空間和各個裝修面，使聽眾獲得較多的有效聲能(包括直達(dá)聲及直達(dá)聲后35 ms以內(nèi)的前幾次反射聲，它能增加響度和清晰度)，減少直達(dá)聲的損失，盡量縮短聲音的行程，避免聲能被遮擋或吸收。

該學(xué)術(shù)報告廳的室內(nèi)體型如圖3所示。它采用“類扇形”平面，寬19.5 m，舞臺上檐(無實體舞臺與臺口)至后排距離為12 m，上檐兩側(cè)的墻和頂部均為傾斜面。

體型設(shè)計要做到不用電聲擴(kuò)聲時，報告廳內(nèi)各點的音質(zhì)條件接近，聲場分布均勻，最大程度地避免因體型缺陷而造成有害聲。有害聲主要包括：(1)因聲場不均勻所造成的聲聚焦，它在音質(zhì)上主要表現(xiàn)為聲音轟鳴而模糊；(2)由于某一墻面的反射所引起的回聲，它取決于反射聲與直達(dá)聲延遲時間之差；(3)顫動回聲，它常產(chǎn)生在一對有高度反射性能的平行墻之間或殼頂；(4)沿邊反射，它常發(fā)生在圓形或大的凹面體型中；(5)聲影區(qū)，即由于阻擋而形成的聲音不足的區(qū)域。

3.2 響度設(shè)計

學(xué)術(shù)報告廳應(yīng)有足夠的響度和均勻的聲場分布，一般演講者聲音比環(huán)境噪聲大5～10 dB響度為滿意。采用EASE軟件計算該學(xué)術(shù)報告廳聲場分布和混響聲最大聲壓級，結(jié)果如圖4～5所示。

圖4 聲場分布圖

圖5 125～4 000 Hz總聲壓級圖

由圖5可得聲場均勻度分析表,具體如表1所示。

表1 聲場均勻度分析表

可見，該學(xué)術(shù)報告廳125～4 000 Hz全頻帶模式總聲壓級最小為137.28 dB，不均勻度≤8 dB，優(yōu)于多用途類擴(kuò)聲系統(tǒng)聲學(xué)特性指標(biāo)的國家一級標(biāo)準(zhǔn)——在額定通帶內(nèi)最大聲壓級SPL大于或等于103 dB，1 000、4 000 Hz時穩(wěn)定聲場的不均勻度分別為≤6 dB、≤8 dB[11]。

3.3 混響時間的計算

該學(xué)術(shù)報告廳的室內(nèi)基本吸聲量和混響時間的計算結(jié)果如表2所示。

表2 室內(nèi)基本吸聲量和混響時間計算結(jié)果

3.4 RASTI語言清晰度分析

EASE的語言清晰度計算是采用RASTI法計算得出期望值指數(shù)(基于建聲上接近混響時間頻響曲線和電聲上選用的所有揚聲器都處在正常的工作狀態(tài)下)。RASTI法是客觀評價廳堂語言可懂度的快速語言傳輸指數(shù),它的計算應(yīng)用需滿足以下幾項要求：(1)基本上是線性語言傳輸(無削波等)；(2)采用寬帶語言傳輸(典型值為200～6 000 Hz)，因為此方法是以假定基本上是無限制的語言譜為基礎(chǔ)的；(3)背景噪聲中不包含純音，在倍頻帶頻譜中，無明顯的峰或谷；(4)背景噪聲無脈沖特征；(5)混響時間隨頻率變化不太大時。語言清晰度指數(shù)(STI)的評定標(biāo)準(zhǔn)為：0.40≤STI<0.45為可以，0.45≤STI<0.50為好，0.50≤STI<0.55為良好，0.55≤STI<0.60優(yōu)良，0.60≤STI<0.90為優(yōu)秀。從圖6可知，學(xué)術(shù)報告廳RASTI指數(shù)的平均值為0.645，即聲音質(zhì)量的等級為優(yōu)秀。

圖6 學(xué)術(shù)報告廳RASTI語言清晰度計算分析圖

4 噪聲控制

4.1 設(shè)計建議

1)隔聲減噪設(shè)計?？蓪⑽暡牧涎b置在報告廳的墻面、頂棚和地面等部位，使噪聲碰到這些材料時被部分吸收，從而達(dá)到降低噪聲的目的。學(xué)術(shù)報告廳應(yīng)防止各項噪聲源對觀眾廳的干擾，這些噪聲源包括建筑物內(nèi)設(shè)備噪聲、外界穿入觀眾廳的噪聲和與本建筑相關(guān)設(shè)施的其他噪聲源。

2)隔震措施。為控制振動環(huán)境，學(xué)術(shù)報告廳的地面采用復(fù)合木地板，基層鋼骨架的連接支座與建筑樓板間采用隔震橡膠墊。

3)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的噪聲控制。為控制通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的噪聲，學(xué)術(shù)報告廳周邊的采暖、通風(fēng)和空調(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)須安裝消聲裝置，機(jī)房內(nèi)應(yīng)進(jìn)行噪聲源的控制，以隔聲隔震為主，吸聲為輔。管道穿過圍護(hù)結(jié)構(gòu)時，管道周圍縫隙應(yīng)填充彈性材料。

4.2 設(shè)計內(nèi)容

1)天花吊頂。臺口前面的天花吊頂建議采用反射結(jié)構(gòu)，以使反射聲音到達(dá)前排，形成對前排聽眾的前次反射聲，改善聽眾席位置的音質(zhì)；后排的天花吊頂，建議輔以吸聲材料，以減少回聲干擾。

2)舞臺后墻。在主席臺后墻采用強(qiáng)吸聲結(jié)構(gòu)，以消除主席臺后墻形成的聲聚焦和回聲，提高傳聲增益，減少話筒嘯叫。

3)大廳后墻。大廳后墻建議采用強(qiáng)吸聲結(jié)構(gòu)，以控制由后墻引起的回聲，并減少混響時間。

4)大廳兩側(cè)。側(cè)墻的前次反射聲，對提高聲音的豐滿度及溫感大有幫助，能極大地改善音質(zhì)，所以建議側(cè)墻采用吸聲及擴(kuò)散相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，對聲音形成吸聲和擴(kuò)散反射，改善音質(zhì)。同時，墻體上輔以吸聲處理結(jié)構(gòu)，以控制大廳的混響時間。

4.3 構(gòu)造細(xì)部設(shè)計

1)墻面構(gòu)造。學(xué)術(shù)報告廳的外圍隔墻采用75系列輕鋼龍骨雙面雙層12 mm厚紙面石膏板，內(nèi)填50 mm厚100 kg·m-3巖棉，隔聲量可達(dá)50 dB，其構(gòu)造細(xì)部設(shè)計見圖7。裝飾面層材料采用3 mm厚鋁合金條形板，呈凹凸形式排列，其構(gòu)造細(xì)部設(shè)計見圖8。

圖7 外圍隔墻構(gòu)造細(xì)部設(shè)計圖

圖8 裝飾面構(gòu)造細(xì)部設(shè)計圖

2)天花構(gòu)造。天花鋼骨架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上滿鋪50 mm厚100 kg·m-3巖棉，裝飾面層材料為3 mm厚微孔鋁合金條板，條板之間留有15 mm寬的凈縫，以使吸聲系數(shù)滿足聲學(xué)要求。其細(xì)部設(shè)計如圖9所示。

圖9 天花構(gòu)造細(xì)部設(shè)計圖

3)地面構(gòu)造。木地板地面設(shè)計中，鍍鋅方管與樓地面的支撐腳采用20 mm厚160 mm×160 mm方形隔震橡膠墊，并滿鋪巖棉，以有效保證地面的隔聲減震要求。其細(xì)部設(shè)計見圖10。

圖10 地面構(gòu)造細(xì)部設(shè)計圖

5 結(jié)語

學(xué)術(shù)報告廳建筑聲學(xué)環(huán)境細(xì)部設(shè)計一般分為建筑聲學(xué)環(huán)境設(shè)計和細(xì)部設(shè)計2個環(huán)節(jié)，通常由2個單位分別進(jìn)行，給兩者的綜合與成型造成不便。本研究將聲學(xué)環(huán)境設(shè)計與裝飾構(gòu)造細(xì)部設(shè)計相統(tǒng)一，從位置選擇、音質(zhì)設(shè)計、噪聲控制3個方面展開，通過聲場場分布的模擬，混響聲最大聲壓級數(shù)據(jù)和混響時間的計算，語言清晰度的分析等過程，確定學(xué)術(shù)報告廳建筑聲學(xué)細(xì)部設(shè)計指標(biāo)，確保了學(xué)術(shù)報告廳良好的音質(zhì)：125～4 000 Hz全頻帶模式總聲壓級最小為137.2 dB，穩(wěn)定聲場的不均勻度≤8 dB，中頻(500～1 000 Hz)混響時間范圍是0.9～1.1 s，RASTI指數(shù)的平均值為0.645。這種將建筑聲學(xué)環(huán)境設(shè)計和細(xì)部設(shè)計兩個環(huán)節(jié)一體化，并同步介入施工構(gòu)造細(xì)部設(shè)計的做法，簡化了建筑聲學(xué)環(huán)境細(xì)部設(shè)計流程，也實現(xiàn)了設(shè)計施工的一體化。