浅谈建筑声学在建筑艺术中的应用昆山文化艺术中心大剧院建筑声学设计

浅谈建筑声学在建筑艺术中的应用昆山文化艺术中心大剧院建筑声学设计

1观众厅区域平面布置江苏省昆山文化艺术中心包括一个大剧院、一个歌剧场和一个多观众的电影院。艺术中心南为昆山城市主干道前进西路,西为体育场路,东侧为配套公共绿地及水面,北为待建的城市馆,场地环境噪声主要为前进西路交通噪声。大剧院是文化艺术中心的主体,功能定位为满足大型歌剧、舞剧、交响乐、戏曲等文艺演出,同时兼顾大型会议。大剧院观众厅为不规则平面,宽33m,最后排观众席到大幕线的距离为32.5m(水平投影距离)。观众席分多个标高分区布置。设计观众席1362席,其中包括残疾人座椅4个,观众席排距950mm(其中3排贵宾席排距1150mm)。舞台口宽18m,高12m,品字形舞台。舞台总宽74m,总深48m。台口前部为升降乐池,面积约为110m2,开口面积约为95m2。由于观众厅座椅布置的特殊性,以及观众席排距较大,观众厅容积较大,约为12700m3,每座容积为9.3m3。图1为昆山文化艺术中心建筑总平面。2其他用途的使用大剧院建筑声学设计目标是:在使用舞台声反射罩时,完全采用自然声演出;歌剧演出时,对有实力的剧团,具备自然声演出条件;其他用途如话剧、地方戏剧、会议等,使用时采用扩声系统。追求清晰度与丰满度的平衡,保证清晰度的前提下,有良好的丰满度。在音乐演出时,使用声反射罩,将获得更好的丰满度。声音亲切自然,明亮而有温暖感,有良好的空间感。无声学缺陷,无噪声干扰。大剧院满场混响时间设计值见表1,当采用舞台活动声反射罩时,预计混响时间有一定的增长。大剧院观众厅背景噪声:NR25。3观众厅形体及观众席布置在剧场音质设计中,观众厅体形设计是最为关键的。观众厅体形影响直达声的强弱,并直接决定早期反射声的强度、数量和方向。观众厅体形及观众席布置,决定了剧场的观演氛围,好的剧场设计具有良好的观演关系,并对舞台上的演员产生激励。观众厅体形也是建筑和装修设计的重点,声学设计师需要与建筑师和装修设计师沟通协调,把声学设计融入到建筑和装修中。最好的声学设计是解决了所有声学要求,创造了优良的音质效果,但在观众厅看不到声学痕迹,本项目就是在这样的指导思路下进行建筑声学设计。3.1观众厅内凹+内凹组合为使整个观众席都有丰富的早期反射声,特别是视线条件最好的观众席前区也有丰富的早期反射声,在观众厅靠近舞台的墙面及吊顶均设计强反射面,在池座分区设置观众席,利用观众席侧面栏板向中部观众席提供早期侧向反射声。考虑到文化艺术中心建筑造型为飘逸的弧线,声学设计采用弧线造型的观众厅体形,声学设计观众厅一层平面、二层平面、观众厅吊顶分别见图2、图3和图4。为减少耳光对早期侧向反射声的遮挡,耳光室采用内凹的方式。实施方案:观众厅内部贯彻了整栋建筑的造型风格,采用弧线造型,观众席采用分区交叉布置,形成多个不同标高的观众席区块,使观众厅获得非常丰富的空间效果。上述声学设计思路中,关于反射声控制的措施也得到了落实。观众厅吊顶经过多轮修改完善,也采用弧线造型,总体保持水平,使顶部反射声合理分布。观众厅下部平面、上部平面、吊顶平面分别见图5、图6和图7。3.2观众厅模拟结果观众厅剖面中,顶部紧靠舞台口采用了大块的弧形强反射面,为观众席中前区提供早期反射声。中间部分吊顶由很多块基本水平的弧面组成,形成丰富的造型,并在其中设置了两道面光。在总体的水平吊顶设计中,使吊顶提供的反射声合理分布在整个观众席。交叉升起的观众席给地面升起设计增加了难度,为防止视线和声音遮挡,建立了三维观众厅模型进行校验,根据分析结果,对地面升起进行调整完善。图8为上部右侧区块观众席第4排第4座地面升起调整前后视线分析图,图9为观众厅剖面。观众厅体形基本确定后,采用室内声场模拟软件Odeon对大厅进行了模拟,部分模拟结果见表2。由于剧场观众厅造型十分复杂丰富,为预测观众厅音质效果,并防止可能出现的缺陷,设计制作了1:10大尺寸声学缩尺模型,第一次测试混响时间偏长,主要由于座椅吸声偏小导致,实验采用的座椅软面由3层绒布叠合而成,由于制作时采用整面胶膜粘贴绒布,透气性变差,即使多层叠合,吸声性能也不够大;其后座椅软面绒布叠合采用点粘,吸声增大,房间混响时间与设计基本相符。表3为座椅吸声改进前后模型试验混响时间测试结果,图10为观众厅缩尺模型内部,有关模型试验的详细情况拟另文介绍。在建筑、装修设计及施工中,声学设计措施得到了较好的落实,图11~图14为建成后观众厅内部效果。3.3观众厅墙面装饰为获得良好的声扩散,观众厅吊顶均采用凸弧面。观众厅墙面结合装饰做成凹凸造型,起到了一定的扩散作用。在观众席弧形栏板设计了扩散结构,但这部分没有实施。3.4无砂混凝土面为基础的拼装式声反射罩为满足音乐演出需要,舞台设计了活动声反射罩,考虑到声学效果及使用方便,声学设计提供了整体式声反射罩设计方案,笔者设计的这种反射罩形式曾在河南艺术中心获得好评。综合考虑多种因素,最终采用了美国温格尔公司的拼装式声反射罩。反射罩面板采用反射性能良好的铝合金蜂窝板。为获得更好的反射效果,与国内其他剧场的温格尔反射罩不同,设计中提高了反射罩高度,与舞台口有更好的结合;在反射罩前沿增加一块小尺寸出跳板,使舞台口附近反射面更加完整。4混合持续时间控制4.1吸声结构及座椅观众厅混响时间控制原则:在尽量少用吸声结构的情况下,使观众厅获得设计所需的混响时间,以使演员的声音得到充分利用。昆山文化艺术中心大剧院观众厅每座容积超过9m3,需要做部分吸声结构,为防止可能出现的回声,观众厅后墙布置吸声结构。为获得统一完整的室内装修效果,吸声结构面层采用墙面相同的GRG板开孔,建成后效果良好(参见图14)。为控制低频共振吸声,墙面及吊顶均采用30mm厚GRG板,观众厅木地板不留空腔。座椅和人是观众厅最大吸声体,声学设计要求座椅吸声量适中,坐人与否吸声量变化不大。为此,要求座椅软面厚度适中;空椅时,座椅座板与靠背有一定角度。大剧院座椅是定制的,为防止出现意外,座椅批量生产前,在浙江大学建筑技术研究所建筑声学实验室进行了吸声量测试。图15为大剧院座椅。4.2吸声结构接枝舞台在使用中,吸声量经常发生变化,混响时间不能精确控制,声学设计要求舞台具有与观众厅大致相当的混响时间。具体措施是舞台一层天桥以下墙面全部做吸声结构,采用6mm厚穿孔硅钙板面层。穿孔硅钙板2/3为20%穿孔率,为全频吸声结构;1/3为3%穿孔率,用于吸收低频。吸声结构内部吸声材料采用50mm厚20kg/m3阻燃麻丝,吸声材料后部留50mm空腔。舞台上部墙面为水泥砂浆抹面,表面深色涂料。5大院空调系统及舞台隔声防火门噪声控制是大剧院声学设计的一个重要部分。在外部环境噪声控制方面,除大剧院南侧道路噪声较大外,场地内总体比较安静;大剧院观众厅及舞台四周均有辅助房间,外部环境噪声可以得到有效控制。大剧院及舞台采用混凝土屋顶,可有效防止上部噪声的传入。大剧院观众厅出入口均设置声闸及隔声门,以防止门厅、休息厅噪声传入。大剧院空调系统采用座椅下送风、顶部回风方式,可以方便控制出风口风速及进行消声处理,使空调噪声得到有效控制。大剧院舞台道具口与昆曲场舞台道具口靠近,为防止两个舞台相互干扰,设计道具口门采用高隔声量专业隔声防火门,考虑到使用方便,实施中采用隔声加强的双层防火卷帘门,经试用,隔声效果可以满足要求。舞台上部侧面有设备机房,为防止设备振动及噪声影响,设备机房整体做浮筑楼面,并对设备进行隔振。6声信号分析结果大剧院建成后,进行了多次声学测试。混响时间测试采用脉冲信号法,脉冲声源采用发令枪,接收采用B&K4190传声器、B&K2690-OS2NEXUS适调放大器、B&KZE0948USB声卡,数据分析采用dirac4.0声信号分析软件。大剧院观众厅不同工况下混响时间及频率特性见表4。从测试结果可知,观众厅满场混响时间达到了设计值。从测试结果发现,使用舞台声反射罩后,空场混响时间达到2.0s以上,与没有声反射罩空场相比,中高频混响时间增长约0.4s~0.5s,比以往测试结果好很多。这可能是由于声反射罩密闭性好、与舞台口接合紧密,为今后舞台声反射罩设计提供了参考。在空调系统开启情况下,观众厅背景噪声为NR22。观众厅的个性化造型,获得各方肯定昆山文化艺术中心建设过程中,从建设单位到各设计、施工单位都有一个共同愿望,就是一定要把项目建设好。剧场功能复杂,建筑采用独特的造型,更增加了建设难度,在各方的共同努力下,终于使工程圆满建成。在国内剧