甘肅大劇院劇場的建筑聲學設計

楊志剛

（上海現代建筑設計（集團）有限公司 章奎生聲學設計研究所，上海 200041）

1 工程概述

甘肅會展中心建筑群項目，位于蘭州市城關區鹽場堡中心灘中段，北側為北濱河路，東西兩側為市政規劃路，南臨黃河。項目總體平面圖如圖1所示，總體效果圖如圖2所示。作為建國以來甘肅省大型公益性項目“一號工程”，甘肅會展中心建筑群項目被譽為“承載全省2 600萬人民希望與夢想的工程”。甘肅大劇院兼會議中心于2008年11月29日破土動工， 2011年6月20日通過竣工驗收。甘肅大劇院劇場交工后的實拍照片如圖3、圖4所示。

圖1 項目總體平面圖

圖2 項目總體效果圖

圖3 劇場竣工后的照片之一

圖4 劇場竣工后的照片之二

該項目的投資方為甘肅省電力投資集團公司，項目占地面積129 600 m2，總建筑面積177 000 m2，概算總投資15.24億元。項目中，最耀眼的當屬甘肅大劇院兼會議中心。這個“觀演與會議合二為一”的建筑，總建筑面積33 000 m2，概算投資約3.1億元，地上4層、地下3層，建筑高度32 m。大劇院的主要廳堂為1 500座的劇場兼會堂；此外，作為今后省、市政府人大、政協的固定會址，這里建有1個300座的劇院式報告廳、1個200座的會議廳、1個120座的圓形國際會議廳、9個70座的中型會議廳、6個50座的小型會議廳，以及新聞發布廳、貴賓休息廳，會見廳等，可同時容納3 000人參加會議或1 500人觀看演出。

2 大劇院的功能及建筑概況

2.1 使用功能

主要用于舞臺劇、歌舞劇、戲劇等演出，并兼顧會議功能。

2.2 容座

觀眾廳容座為1 500座，屬大型劇場；其中，池座1 132座，二層樓座368座（其中側包廂46座）。

2.3 建筑概況

建筑平面略呈正方形。

舞臺開口：18 m×11 m；舞臺面標高為1.0 m，比池座第一排高1.1 m。

廳內建筑尺寸：舞臺大幕線至池座后墻最大水平距離為31.2 m（其中二層樓座后墻向前縮短3.32 m）；最大寬：31 m；平均高：13 m。

臺口側墻設兩道耳光；天花設兩道面光燈橋，投光角度均小于50°。

觀眾席后部設1層挑臺，兩側墻各設3個跌落式側包廂。

樓座下開口高深比：3.7:5.1=1:1.37，符合規范要求≥1:1.5。

池座觀眾席共26排，前后高差（總起坡）為5.45 m，平均起坡為0.21 m。

樓座共7排，前后高差（總起坡）為2.9 m，平均起坡為0.4 m。

各層觀眾席末排的視點俯角分別為池座13°、樓座25°。

觀眾席前部設升降樂池。舞臺為品字形舞臺，包括主舞臺、側舞臺和后舞臺；臺唇呈圓弧形伸出臺口線外。

劇場主揚聲器設于臺口前部天花主音箱橋內，為暗藏式。

音控室、燈控室設于池座后墻的中部。

劇場觀眾廳池座平面圖如圖5所示，二層樓座平面圖如圖6所示，觀眾廳剖面圖如圖7所示。

表1 混響時間頻率特性

3 大劇院主要建聲設計技術指標

（1）中頻滿場混響時間：RT=1.4 s±0.1 s。

（2）混響時間頻率特性：低頻比重BR：1.1 ～ 1.3（提高低頻RT可增強音樂豐滿度）。因存在空氣吸聲，故允許高頻混響時間適當降低。混響時間頻率特性如表1所示。

（3）側向反射系數 LFE4：15% ～ 35%。

（4）聲場力度 Gmid：-1.0 dB ～ 2.0 dB。

（5）初始時間延遲間隙 ITDG：≤23 ms。

（6）音樂明晰度 C80（3）：1.0～3.0。

（7）本底噪聲：NR-30 （建議該劇院可按照甲等劇院，將本底噪聲定為NR-25）。

（8）每座容積：7 m3/座 ～ 9 m3/座。

4 劇場觀眾廳表面裝修用材的聲學設計要求

本劇場主要用于戲劇、歌舞劇等演出，并要求兼顧大型會議廳功能。此類表演項目廳堂的音質要求與音樂廳不同，這主要表現在兼顧演唱和樂隊伴奏的豐滿度與唱詞的清晰度兩者相互矛盾的要求。音樂的豐滿要求長混響，而唱詞的清晰度則要求短混響，而這一矛盾出現在同一演出過程中，因此，對于劇場的混響指標通常采用折衷的辦法，即在音樂豐滿與唱詞清晰的最佳值之間取值。

參照JGJ57-2000《劇場建筑設計規范》及世界著名類似廳堂的音質參量，建聲設計確定的滿場最佳混響時間為1.4 s（±0.1 s），這樣既可保證劇場有較好的唱詞清晰度，同時也保證了音樂的豐滿度，從而獲取優良的音質效果。

根據劇場觀眾廳的音質計算，在觀眾廳的聲學裝修設計中，中高頻吸聲材料主要依靠觀眾廳的座椅和走道上的薄地毯，而低頻吸聲則主要借助于大天花吊頂、挑臺天花吊頂及側墻面和后墻面等處不同材質及厚度的板共振所起的吸聲作用，各界面所用材料如下。

4.1 觀眾廳內地坪及走道

觀眾廳內地坪采用新型軟木地板面層，龍骨間隙用陶粒填實，以避免地板共振吸收低頻，同時，可以起到保溫和降低腳步走動噪聲的作用。

4.2 池座及樓座后墻面

觀眾廳內后墻除門及觀察窗，應考慮作聲擴散處理。這樣既可以合理控制觀眾廳的混響時間，又可以避免產生回聲等音質缺陷。音控室的觀察窗可以開啟，以使調音師能直接聽到觀眾廳內的聲場情況。實際裝修設計中，后墻除門及觀察窗均做可升降的風琴式吸聲簾幕，表面作木格柵裝飾處理。

4.3 側墻面

側墻面均做硬的反射面，采用GRG板（面密度≥40 kg/m2），以避免對低頻聲能的吸收。聲學要求：首先是空腔盡可能小，如30 mm左右；第二是龍骨間距宜控制在200 mm ～ 400 mm之間，且大小不等，隨機排列，以避免固定間距對某一固定頻率吸收太多。

4.4 觀眾廳吊頂

首先觀眾廳的吊頂應是一個封閉面，以避免產生耦合效應。吊頂在建聲上會起到重要的前次反射聲作用，本設計采用GRG板（面密度≥40 kg/ m2）吊頂。

4.5 挑臺欄板

挑臺欄板是廳內容易在前區造成回聲的部位，建筑及室內設計中都應予以注意。本劇場的挑臺欄板結合表面裝飾作擴散造型，以有利于擴散聲波，不至于產生回聲。具體聲學構造做法同側墻，裝修層的面密度≥40 kg/ m2。

4.6 舞臺墻面的聲學要求

由于舞臺包括1個主舞臺、2個側舞臺和1個后舞臺，空間體積比較大，大大超過了劇場觀眾廳體積。為了避免舞臺空間與觀眾廳空間之間因耦合空間而產生的不利影響，聲學設計要求舞臺空間內的混響時間應基本接近觀眾廳的混響時間。 聲學設計要求在舞臺（包括主舞臺、側舞臺及后舞臺）一層天橋（標高為11.5 m）以下墻面做吸聲處理。建議做法：25厚防撞木絲吸聲板（刷黑色水性涂料）+75系列輕剛龍骨（空腔）+原有粉刷墻體。

4.7 聲閘的聲學要求

為了防止走廊的噪聲通過門傳入觀眾廳，因此，入觀眾廳的門均需采用雙道隔聲門以形成聲閘，聲閘的整體隔聲量要求≥50 dB（A）。

聲閘墻面和吊頂均需作吸聲處理，墻面吸聲做法為：50系列輕鋼龍骨（內填50厚48 kg/m3離心玻璃棉）＋18厚木條紋吸聲板。聲閘內吊頂建議采用礦棉吸聲板或穿孔鋁板吸聲板（鋁板穿孔率為20%，板后貼SoundTex吸聲無紡布）。

所有隔聲門周邊應采用高質量的密封，尤其隔聲門的中間接縫處以及底部與地面接縫處，底部應采用底框可自動升降的接縫處理（隔聲門關閉時底框自動升起，和門的下緣密封好；隔聲門開啟時底框自動下降，和地面平齊）。

聲閘的內部門（靠近觀眾廳）：隔聲量應≥30 dB（A），厚度不小于50 mm，沒有金屬鎖件，只有推拉把手，這樣可以保證進出觀眾廳時不產生太大響聲。聲閘的外部門采用防火隔聲門，隔聲量應≥35 dB（A），厚度不小于40 mm，可采用金屬鎖件。

4.8 觀眾席座椅的要求

在選擇觀眾廳座椅時，既要考慮其用料、色彩、裝飾及舒適性，同時，也應重視座椅本身的聲學性能，因為座椅的吸聲量占整個觀眾廳總吸聲量的比例最大（通常占到1/2 ～ 2/3左右），對觀眾廳內的混響時間指標起到決定性因素。為此，對觀眾廳內座椅提出以下聲學要求。

（1）單個座椅的吸聲量宜控制在表2所列數據范圍內。

（2）要求座椅在空座和有人坐時，其吸聲量化盡可能較小，以減少不同上座率條件下，觀眾廳混響時間變化不明顯。座椅靠背的上邊及兩側邊宜留一段裝飾木框邊，以減少聲吸收。

（3）建議座椅采用木靠背及硬木扶手，靠背內軟墊層盡可能薄一些，面積小一些。

（4）座椅的底面宜做吸聲處理，底面選用穿孔板。

（5）座椅墊翻動時應不產生噪聲，也無碰撞聲。

4.9 樂池的聲學要求

樂池的聲學要求是將音樂清晰而無畸變地投向大廳中去，平衡和融洽更好，沒有音色失真。為使歌唱和樂隊有良好的融洽，歌唱者一定要能聽到清晰而平衡的樂隊聲音，這樣才能恰當地調節他們的歌喉；樂池中樂師之間能夠很好地相互聽聞，同時，樂師們也要能聽到歌唱聲以保持良好的融洽。視覺要求上，演唱者和樂師們均能很方便地看到指揮。

樂池內縮進部分聲壓級如果過響，不僅對樂師的聽力有損害，而且會產生干擾，樂師聽不到臺上歌唱者的聲音而難以溝通。因此，在縮進部分作一些吸聲處理，部位可在兩側墻和部分后墻，簡單做法為1/3到1/2墻面面積做25厚織物軟包定型吸聲板實貼。

5 建聲測試結果

5.1 建聲測試儀器系統圖、測點布置圖

建聲測試儀器系統圖如圖8所示，測點布置圖如圖9、圖10所示。

5.2 主要建聲測試結果

主要建聲測試結果如表3所示，本底噪聲測試結果如表4所示，本底噪聲頻率曲線如圖11所示。

表2 單個座椅吸聲量

表3 主要建聲測試結果

表4 本底噪聲測試結果

5.3 主要建聲測試結果分析

（1）混響時間是劇院建聲設計中最重要的音質評價指標。由于空場測量時，觀眾廳后墻的吸聲簾幕無法全部收起，只收起約2/3面積，而且座椅吸聲性能較好（見圖12及表5），因此，滿場混響時間和空場混響時間會比較接近。混響特性曲線的低頻有一定提升，低音比BR值達1.08，中高頻基本平直特性、完全符合劇場聲學設計規范和聲學設計預期要求。

（2）實測D50參數主要用于評價觀眾廳內的語言清晰度，測得劇場觀眾廳內中高頻（500 Hz ～ 4 kHz）平均D50值達到0.51，表明觀眾廳內有足夠的清晰度，符合本劇場演出和會議功能對清晰度的較高要求，達到設計預期目標。

（3）從劇場明晰度指標C80值實測結果分析可見，大劇場觀眾廳的C80（3）平均值為2.57 dB，符合設計要求，表明本劇場有一定的音樂透明度，在音樂演出條件下也有一定的豐滿度。如將后墻吸聲簾幕全部收上，舞臺上若設置聲反射罩，則會達到更好的音樂演出效果。

表5 實際選用單個座椅吸聲量測試結果

（4）劇場中頻（500 Hz、1 kHz）聲場力度Gmid的平均值為-0.5，符合設計要求，表明本劇場在自然聲演出的條件下，聲場力度也能滿足演出要求。

（5）本次現場測量利用先進的可調指向性測試傳聲器對觀眾廳進行了側向反射聲系數LF值的測量，結果表明全頻LF值達0.12 ～ 0.36，中頻平均達0.25。這表明側墻面起到了良好的側向擴散反射作用，豐富的側向反射聲能加強觀眾欣賞音樂時的空間感和環繞感，這說明本劇場觀眾廳的平剖面體形設計也是非常成功的。

（6）劇場觀眾廳內池座和樓座共38個測點各頻率的建聲平均聲場不均勻度為≤±3.2 dB，優于通常要求的±4 dB。接近設計預期的 ±3 dB，表明廳內聲場不均勻度甚是滿意，也表明觀眾廳平剖面體形設計及室內裝修的優化擴散處理均達到預期效果。

（7）劇場觀眾廳內空調開時實測本底噪聲為30 dB（A）。完全符合噪聲NR-25設計曲線標準，甚至已接近符合NR-20曲線，表明大劇場建筑隔聲和空調系統的消聲設計均達到很好的效果。

（8）通過對大劇場的建聲測量和分析，總體表明本劇場觀眾廳內混響時間適當，混響特性良好，聲場分布均勻，廳內十分安靜，有足夠的清晰度、明晰度和一定聲場力度，這說明建聲設計達到了預期的音質要求，總體音質效果達到國內外同類劇場的先進水平。

6 設計及施工中需要汲取的經驗

國內劇院一般都有多功能的要求，因此從建筑聲學的角度考慮需要做可變吸聲裝置（一般很少采用體積可調），多數會布置在后墻或側墻上，但實際使用中，幾乎沒有劇院管理人員使用過可變調吸聲裝置。主要是因為：一是劇院管理人員不懂該如何使用；二是可變吸聲裝置調整的混響時間幅度比較小（約0.2 s左右），一般人們感覺不到其中的變化。

甘肅大劇院因為后墻上設置門、觀察窗和有效果揚聲器等，升降吸聲簾幕劃分比較碎，在加上升降電機的質量不是太好，想升都升不起來。管理方曾表示待吸聲簾幕升起來后，不會再調整簾幕。

所以，根據大量的工程經驗，多功能劇院一般可不做可變吸聲裝置，混響時間可做得長一些，如1.4 s ～ 1.6 s。由于現在揚聲器的指向性和聲壓級都比較好，因此，并不會影響演出時對白的清晰度。

有一點遺憾是側墻的微擴散處理不夠。根據裝修設計的效果圖，聲學要求在側墻表面上作微擴散處理，深度要求5 cm。但是實際施工過程中，微擴散處理的深度沒有達到聲學要求的5 cm，只是在側墻表面上貼了比較薄的裝飾條。如果施工嚴格按照聲學的要求，觀眾廳的微擴散效果會更好，音質效果也會更柔和。