濟南市省會文化藝術中心大劇院的建聲設計

楊志剛

【摘 要】 介紹第十屆中國藝術節的主場館——濟南市省會文化藝術中心大劇院（包括1 800座歌劇廳、1 500座音樂廳和 500座多功能廳）的建聲設計，以及聲學測試結果等。

【關鍵詞】 濟南市省會文化藝術中心大劇院；建聲設計；混響控制計算；計算機聲場模擬分析；縮尺音質模型試驗

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.02.007

第十屆中國藝術節于2013年10月在山東省舉辦。筆者有幸參與并負責了其中4個城市的文化藝術中心或劇院的建設，本文只介紹濟南市省會文化藝術中心大劇院的建聲設計。

1 濟南市省會文化藝術中心

工程選址在濟南西客站片區核心區內，東起臘山河東路，西至臘山河西路，南起站前路，北至濟西東路，距濟南西客站約1.3 km，項目占地面積480畝，總建筑面積625 000 m2，總投資約56.5億元，包括大劇院、圖書館、美術館、群眾藝術館（一院三館）以及配套項目。大劇院是重中之重，作為“十藝節”的主場館，以“岱青海藍”為設計理念，建筑設計由法國安德魯公司和北京建筑設計研究院聯合承擔，聲學設計為Kahle Acoustics和章奎生聲學設計研究所。建筑面積約75 000 m2，包含1 500座的音樂廳、1 800座的歌劇廳、500座的多功能廳及排練廳和其他輔助設施，總投資約25億元。該項目由濟南西城投資開發集團有限公司負責建設，于2010年10月22日開工建設，2013年8月竣工，室內效果圖見圖1和圖2。

1.1 1 800座歌劇廳的建筑概況

歌劇廳要求可以適應多種演出需要：歌劇、戲曲、歌舞、使用擴聲系統時的演出、放映資料宣傳片等。實際容座：1 789 座（其中池座1 120 座、一層樓座312座、二層樓座357座），廳內建筑尺寸：長34 m，寬32 m，平均高約16 m。舞臺開口：20 m×12 m，舞臺面高度比第一排觀眾席高0.8 m；臺口兩側觀眾廳內設置兩個耳光燈柱；天花設二道面光天橋，一道追光；一層眺臺開口高3.6 m，深6.8 m，高深比為1：1.89，小于規范要求的1：1.2；二層眺臺開口高2.9 m，深6.0 m（至最后一排座位的深度，最后一排座位后還有3.5 m的走道和挑空空間），高深比為1：2.07，也小于規范要求的1：1.2。由于眺臺的高深比太小，一些樓座下面的觀眾席無法全部看到舞臺的臺框，從而影響了觀眾的觀看效果。歌劇廳池座平面圖、整體剖面圖見圖3～圖4，建筑實景圖見圖5～圖6。

歌劇廳的特點：

（1）臺口的圓柱（類似于中國古戲臺臺口兩側的紅圓柱），兼作耳光室和音響室。

（2）樓座和后墻、側包廂和側墻之間是脫開的，僅有結構梁連接，見圖7～圖8。

（3）布置在池座后部的音控、燈控室前移，既改善了眺臺的高深比，同時也改善了音控室的聽聞環境（即可以看到和聽到臺口上部的揚聲器），見圖9～圖10。

（4）每層樓座非對稱而兩層樓座疊加后又是均衡的布局。從歌劇廳一、二層樓座平面圖可以看出，每層樓座都是非對稱的，一層樓座是左邊位置多，二層樓座是右邊位置多，兩層疊加，兩邊的位置又是均衡的。

2 1 500 座音樂廳的建筑概況

音樂廳要求可以適應多種演出需要：大型交響樂、獨唱（小型樂隊、室內樂以及獨唱/獨奏）、使用擴聲系統時的音樂劇和音樂會等。容座：1 500 座。

音樂廳平面呈橢圓形，舞臺平面呈扇形，采用“島式”舞臺設計，見圖11～圖12。

舞臺寬度：前寬約23.5 m，后寬約14.7 m，深約12.3 m；舞臺面比觀眾區第一排地面高0.8 m；觀眾區的水平距離約46 m。演奏臺的上空設計了懸掛反射板，使觀眾廳的前中區聽眾獲得較多的早期反射聲，同時能夠增強指揮與樂隊、樂師與樂師之間的相互聽聞。

觀眾席布置在演奏臺周圍幾個大小不同、高低不等的區域，形成圍繞演奏臺的“梯田”觀眾席。觀眾席池座為全臺階形式，共28排，前后高差（總起坡）為6.52 m，平均起坡為0.24 m，觀眾席池座末排的視點俯角為13?；觀眾席梯田1（演奏臺后區），共5排，前后高差為2.06 m，平均起坡為0.52 m，觀眾席梯田1末排的視點俯角為19?；觀眾席梯田2和3，對稱分列梯田1兩側，共6排，前后高差為2.6 m，平均起坡為0.52 m；觀眾席梯田4和5，對稱分列梯田2、3兩側，共5排，前后高差為2.6 m，平均起坡為0.65 m，見圖13。管風琴設在演奏臺的后部墻面，音控室、燈控室位于觀眾席池座上方的后部。

音樂廳的特點：

（1）側、后墻的弧形擴散體外面設置一層透聲金屬網，與國家大劇院歌劇院的側墻相似。擴散體和金屬網之間暗藏LED燈，整個墻面顯得晶瑩剔透，而且比較平整。見圖14～圖15。

（2）在側墻設置了許多塊水平的和近似水平的木質反射板，以提供側向向下的反射聲。見圖16～圖17。

3 歌劇廳和音樂廳的聲學設計簡介

為確保歌劇廳和音樂廳內的音質指標達到設計預期的要求，除了平剖面體型起到較為重要的先天作用，還與觀眾廳內各個界面的材料選擇、構造做法以及座椅的吸聲性能都有著十分密切的關系。具體建聲設計目標要求和技術措施如下：

3.1 合理控制混響時間，并有足夠的低音比

觀眾廳地坪采用木地板實貼的方法，木地板和混凝土樓板之間不設木龍骨，滿足聲學要求，不能有空腔。

歌劇廳的觀眾廳側墻、后墻和吊頂均為GRG板，聲學要求GRG的面密度為40 kg/m2。

音樂廳的觀眾廳側墻、后墻和吊頂均為GRG板，聲學要求GRG的面密度為50 kg/m2；矮墻的做法為9層5 mm阻燃板+5 mm竹木飾面，面密度為25 kg/m?。endprint

3.2 使墻面和頂面均具有高擴散性

歌劇廳的側墻和后墻均為圖18所列5種擴散體和平板的組合。

音樂廳的側墻均為弧形聲擴散體，頂面主要是四種擴散體的組合，見圖19。

4 聲學采用的技術手段

為了確保歌劇廳和音樂廳的音質效果達到預期的設計目標，音質設計采用了混響控制計算、計算機聲場模擬分析和縮尺模型音質試驗等三種設計技術手段，三者相互驗證、取長補短，使音質設計更具科學性，音質效果也更具可靠性。

4.1 混響控制計算

混響控制計算是廳堂音質設計的主要環節，其目的是要達到設計預定的廳內混響時間及其頻率特性的目標值。其關鍵是如何設計選定廳內聲學材料、構造及配置位置和面積，特別是正確合理地確定廳內各個表面的吸聲系數取值。混響時間的控制計算采用艾潤公式：

計算結果：歌劇廳的中頻混響時間在空場、滿場時分別為1.66 s、1.48 s；音樂廳的中頻混響時間在空場、滿場時分別為2.32 s、2.04 s。

4.2 計算機聲場模擬分析

計算機聲場模擬分析既可驗證體型設計，又可預測各項音質參量。目前，廳堂音質的計算機模擬軟件已經較為成熟，廣泛應用于廳堂音質設計、音質評價、聲場特性研究等領域。與實物模型（縮尺模型）相比，它克服了模型制作和測試中的困難，而且模型建立和修改快捷，大大地節約了時間和費用。特別是最近十幾年，計算機聲場模擬分析已經成為廳堂良好音質設計中重要的輔助設計技術。聲場的計算機模擬是通過建立實際廳堂的數學模型，然后按幾何聲學法則來模擬聲波在廳堂內的傳播規律。本項目采用的聲學模擬軟件ODEON 9.2兼有聲像法和聲線法的功能，并可采用Lambert散射算法，使模擬的過程愈加逼真，計算的結果也更加接近實測值，由于模擬的條件比較多，如舞臺頂部有無反射板、側墻上有無反射板等，所以結果就不一一列出。

4.3 縮尺音質模型試驗

模型按照1：20 的縮尺比例制作。整個模型用GRG制作，縮尺模型內景照片見圖20、圖21。

縮尺模型試驗結果表明，歌劇廳、音樂廳無明顯音質缺陷，具體數據見表1。

5 竣工后的音質檢測

2013年8月26日，筆者和同事對省會文化藝術中心的歌劇廳和音樂廳進行了空場測試，測試數據見表2。從聲學測試數據可以看出，歌劇廳的聲學效果非常好，基本符合世界上優秀劇場的聲學指標。音樂廳由于舞臺上的聲反射板吊裝位置比較高（約16 m），所以舞臺支持要略差一些。

第十屆中國藝術節已經圓滿結束，筆者通過劇院管理公司了解到，演出團隊（包括國家交響樂團、中央歌劇院等）普遍認為，整體感覺不錯，無論是建筑、裝飾還是聲學效果，都很好。

（編輯 張冠華）endprint

3.2 使墻面和頂面均具有高擴散性

歌劇廳的側墻和后墻均為圖18所列5種擴散體和平板的組合。

音樂廳的側墻均為弧形聲擴散體，頂面主要是四種擴散體的組合，見圖19。

4 聲學采用的技術手段

為了確保歌劇廳和音樂廳的音質效果達到預期的設計目標，音質設計采用了混響控制計算、計算機聲場模擬分析和縮尺模型音質試驗等三種設計技術手段，三者相互驗證、取長補短，使音質設計更具科學性，音質效果也更具可靠性。

4.1 混響控制計算

混響控制計算是廳堂音質設計的主要環節，其目的是要達到設計預定的廳內混響時間及其頻率特性的目標值。其關鍵是如何設計選定廳內聲學材料、構造及配置位置和面積，特別是正確合理地確定廳內各個表面的吸聲系數取值。混響時間的控制計算采用艾潤公式：

計算結果：歌劇廳的中頻混響時間在空場、滿場時分別為1.66 s、1.48 s；音樂廳的中頻混響時間在空場、滿場時分別為2.32 s、2.04 s。

4.2 計算機聲場模擬分析

計算機聲場模擬分析既可驗證體型設計，又可預測各項音質參量。目前，廳堂音質的計算機模擬軟件已經較為成熟，廣泛應用于廳堂音質設計、音質評價、聲場特性研究等領域。與實物模型（縮尺模型）相比，它克服了模型制作和測試中的困難，而且模型建立和修改快捷，大大地節約了時間和費用。特別是最近十幾年，計算機聲場模擬分析已經成為廳堂良好音質設計中重要的輔助設計技術。聲場的計算機模擬是通過建立實際廳堂的數學模型，然后按幾何聲學法則來模擬聲波在廳堂內的傳播規律。本項目采用的聲學模擬軟件ODEON 9.2兼有聲像法和聲線法的功能，并可采用Lambert散射算法，使模擬的過程愈加逼真，計算的結果也更加接近實測值，由于模擬的條件比較多，如舞臺頂部有無反射板、側墻上有無反射板等，所以結果就不一一列出。

4.3 縮尺音質模型試驗

模型按照1：20 的縮尺比例制作。整個模型用GRG制作，縮尺模型內景照片見圖20、圖21。

縮尺模型試驗結果表明，歌劇廳、音樂廳無明顯音質缺陷，具體數據見表1。

5 竣工后的音質檢測

2013年8月26日，筆者和同事對省會文化藝術中心的歌劇廳和音樂廳進行了空場測試，測試數據見表2。從聲學測試數據可以看出，歌劇廳的聲學效果非常好，基本符合世界上優秀劇場的聲學指標。音樂廳由于舞臺上的聲反射板吊裝位置比較高（約16 m），所以舞臺支持要略差一些。

第十屆中國藝術節已經圓滿結束，筆者通過劇院管理公司了解到，演出團隊（包括國家交響樂團、中央歌劇院等）普遍認為，整體感覺不錯，無論是建筑、裝飾還是聲學效果，都很好。

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3.2 使墻面和頂面均具有高擴散性

歌劇廳的側墻和后墻均為圖18所列5種擴散體和平板的組合。

音樂廳的側墻均為弧形聲擴散體，頂面主要是四種擴散體的組合，見圖19。

4 聲學采用的技術手段

為了確保歌劇廳和音樂廳的音質效果達到預期的設計目標，音質設計采用了混響控制計算、計算機聲場模擬分析和縮尺模型音質試驗等三種設計技術手段，三者相互驗證、取長補短，使音質設計更具科學性，音質效果也更具可靠性。

4.1 混響控制計算

混響控制計算是廳堂音質設計的主要環節，其目的是要達到設計預定的廳內混響時間及其頻率特性的目標值。其關鍵是如何設計選定廳內聲學材料、構造及配置位置和面積，特別是正確合理地確定廳內各個表面的吸聲系數取值。混響時間的控制計算采用艾潤公式：

計算結果：歌劇廳的中頻混響時間在空場、滿場時分別為1.66 s、1.48 s；音樂廳的中頻混響時間在空場、滿場時分別為2.32 s、2.04 s。

4.2 計算機聲場模擬分析

計算機聲場模擬分析既可驗證體型設計，又可預測各項音質參量。目前，廳堂音質的計算機模擬軟件已經較為成熟，廣泛應用于廳堂音質設計、音質評價、聲場特性研究等領域。與實物模型（縮尺模型）相比，它克服了模型制作和測試中的困難，而且模型建立和修改快捷，大大地節約了時間和費用。特別是最近十幾年，計算機聲場模擬分析已經成為廳堂良好音質設計中重要的輔助設計技術。聲場的計算機模擬是通過建立實際廳堂的數學模型，然后按幾何聲學法則來模擬聲波在廳堂內的傳播規律。本項目采用的聲學模擬軟件ODEON 9.2兼有聲像法和聲線法的功能，并可采用Lambert散射算法，使模擬的過程愈加逼真，計算的結果也更加接近實測值，由于模擬的條件比較多，如舞臺頂部有無反射板、側墻上有無反射板等，所以結果就不一一列出。

4.3 縮尺音質模型試驗

模型按照1：20 的縮尺比例制作。整個模型用GRG制作，縮尺模型內景照片見圖20、圖21。

縮尺模型試驗結果表明，歌劇廳、音樂廳無明顯音質缺陷，具體數據見表1。

5 竣工后的音質檢測

2013年8月26日，筆者和同事對省會文化藝術中心的歌劇廳和音樂廳進行了空場測試，測試數據見表2。從聲學測試數據可以看出，歌劇廳的聲學效果非常好，基本符合世界上優秀劇場的聲學指標。音樂廳由于舞臺上的聲反射板吊裝位置比較高（約16 m），所以舞臺支持要略差一些。

第十屆中國藝術節已經圓滿結束，筆者通過劇院管理公司了解到，演出團隊（包括國家交響樂團、中央歌劇院等）普遍認為，整體感覺不錯，無論是建筑、裝飾還是聲學效果，都很好。

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