濟(jì)南市省會(huì)文化藝術(shù)中心大劇院的建聲設(shè)計(jì)

楊志剛

（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 章奎生聲學(xué)設(shè)計(jì)研究所，上海 200041）

第十屆中國(guó)藝術(shù)節(jié)于2013年10月在山東省舉辦。筆者有幸參與并負(fù)責(zé)了其中4個(gè)城市的文化藝術(shù)中心或劇院的建設(shè)，本文只介紹濟(jì)南市省會(huì)文化藝術(shù)中心大劇院的建聲設(shè)計(jì)。

1 濟(jì)南市省會(huì)文化藝術(shù)中心

工程選址在濟(jì)南西客站片區(qū)核心區(qū)內(nèi)，東起臘山河?xùn)|路，西至臘山河西路，南起站前路，北至濟(jì)西東路，距濟(jì)南西客站約1.3 km，項(xiàng)目占地面積480畝，總建筑面積625000 m2，總投資約56.5億元，包括大劇院、圖書(shū)館、美術(shù)館、群眾藝術(shù)館（一院三館）以及配套項(xiàng)目。大劇院是重中之重，作為“十藝節(jié)”的主場(chǎng)館，以“岱青海藍(lán)”為設(shè)計(jì)理念，建筑設(shè)計(jì)由法國(guó)安德魯公司和北京建筑設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合承擔(dān)，聲學(xué)設(shè)計(jì)為Kahle Acoustics和章奎生聲學(xué)設(shè)計(jì)研究所。建筑面積約75000 m2，包含1500座的音樂(lè)廳、1800座的歌劇廳、500座的多功能廳及排練廳和其他輔助設(shè)施，總投資約25億元。該項(xiàng)目由濟(jì)南西城投資開(kāi)發(fā)集團(tuán)有限公司負(fù)責(zé)建設(shè)，于2010年10月22日開(kāi)工建設(shè)，2013年8月竣工，室內(nèi)效果圖見(jiàn)圖1和圖2。

1.1 1800座歌劇廳的建筑概況

歌劇廳要求可以適應(yīng)多種演出需要：歌劇、戲曲、歌舞、使用擴(kuò)聲系統(tǒng)時(shí)的演出、放映資料宣傳片等。實(shí)際容座：1789 座（其中池座1120 座、一層樓座312座、二層樓座357座），廳內(nèi)建筑尺寸：長(zhǎng)34 m，寬32 m，平均高約16 m。舞臺(tái)開(kāi)口：20 m×12 m，舞臺(tái)面高度比第一排觀眾席高0.8 m；臺(tái)口兩側(cè)觀眾廳內(nèi)設(shè)置兩個(gè)耳光燈柱；天花設(shè)二道面光天橋，一道追光；一層眺臺(tái)開(kāi)口高3.6 m，深6.8 m，高深比為1∶1.89，小于規(guī)范要求的1∶1.2；二層眺臺(tái)開(kāi)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(guī)范要求的1∶1.2。由于眺臺(tái)的高深比太小，一些樓座下面的觀眾席無(wú)法全部看到舞臺(tái)的臺(tái)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(jiàn)圖3～圖4，建筑實(shí)景圖見(jiàn)圖5～圖6。

圖1 1800座歌劇廳效果圖

圖2 1500座音樂(lè)廳效果圖

歌劇廳的特點(diǎn)：

（1）臺(tái)口的圓柱（類(lèi)似于中國(guó)古戲臺(tái)臺(tái)口兩側(cè)的紅圓柱），兼作耳光室和音響室。

圖3 歌劇廳池座平面圖

圖4 歌劇廳剖面圖

（2）樓座和后墻、側(cè)包廂和側(cè)墻之間是脫開(kāi)的，僅有結(jié)構(gòu)梁連接，見(jiàn)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(tái)的高深比，同時(shí)也改善了音控室的聽(tīng)聞環(huán)境（即可以看到和聽(tīng)到臺(tái)口上部的揚(yáng)聲器），見(jiàn)圖9～圖10。

（4）每層樓座非對(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)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。

圖5 歌劇廳側(cè)視照片

圖6 歌劇廳正視照片

圖7 歌劇廳側(cè)包廂與側(cè)墻脫開(kāi)照片

圖8 歌劇廳樓座與后墻脫開(kāi)照片

2 1500 座音樂(lè)廳的建筑概況

音樂(lè)廳要求可以適應(yīng)多種演出需要：大型交響樂(lè)、獨(dú)唱（小型樂(lè)隊(duì)、室內(nèi)樂(lè)以及獨(dú)唱/獨(dú)奏）、使用擴(kuò)聲系統(tǒng)時(shí)的音樂(lè)劇和音樂(lè)會(huì)等。容座：1500 座。

音樂(lè)廳平面呈橢圓形，舞臺(tái)平面呈扇形，采用“島式”舞臺(tái)設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖11～圖12。

舞臺(tái)寬度：前寬約23.5 m，后寬約14.7 m，深約12.3 m；舞臺(tái)面比觀眾區(qū)第一排地面高0.8 m；觀眾區(qū)的水平距離約46 m。演奏臺(tái)的上空設(shè)計(jì)了懸掛反射板，使觀眾廳的前中區(qū)聽(tīng)眾獲得較多的早期反射聲，同時(shí)能夠增強(qiáng)指揮與樂(lè)隊(duì)、樂(lè)師與樂(lè)師之間的相互聽(tīng)聞。

觀眾席布置在演奏臺(tái)周?chē)鷰讉€(gè)大小不同、高低不等的區(qū)域，形成圍繞演奏臺(tái)的“梯田”觀眾席。觀眾席池座為全臺(tái)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(diǎn)俯角為13°；觀眾席梯田1（演奏臺(tái)后區(qū)），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(diǎn)俯角為19°；觀眾席梯田2和3，對(duì)稱(chēng)分列梯田1兩側(cè)，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(duì)稱(chēng)分列梯田2、3兩側(cè)，共5排，前后高差為2.6 m，平均起坡為0.65 m，見(jiàn)圖13。管風(fēng)琴設(shè)在演奏臺(tái)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(lè)廳的特點(diǎn)：（1）側(cè)、后墻的弧形擴(kuò)散體外面設(shè)置一層透聲金屬網(wǎng)，與國(guó)家大劇院歌劇院的側(cè)墻相似。擴(kuò)散體和金屬網(wǎng)之間暗藏LED燈，整個(gè)墻面顯得晶瑩剔透，而且比較平整。見(jiàn)圖14～圖15。

圖9 池座后部音控、燈控室

圖10 池座后部音控、燈控室（箭頭方向）

圖11 音樂(lè)廳的平面圖

圖12 音樂(lè)廳的剖面圖

圖13 音樂(lè)廳內(nèi)景

（2）在側(cè)墻設(shè)置了許多塊水平的和近似水平的木質(zhì)反射板，以提供側(cè)向向下的反射聲。見(jiàn)圖16～圖17。

3 歌劇廳和音樂(lè)廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

為確保歌劇廳和音樂(lè)廳內(nèi)的音質(zhì)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)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(nèi)各個(gè)界面的材料選擇、構(gòu)造做法以及座椅的吸聲性能都有著十分密切的關(guān)系。具體建聲設(shè)計(jì)目標(biāo)要求和技術(shù)措施如下：

3.1 合理控制混響時(shí)間，并有足夠的低音比

觀眾廳地坪采用木地板實(shí)貼的方法，木地板和混凝土樓板之間不設(shè)木龍骨，滿(mǎn)足聲學(xué)要求，不能有空腔。

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

音樂(lè)廳的觀眾廳側(cè)墻、后墻和吊頂均為GRG板，聲學(xué)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/m2。

3.2 使墻面和頂面均具有高擴(kuò)散性

歌劇廳的側(cè)墻和后墻均為圖18所列5種擴(kuò)散體和平板的組合。

音樂(lè)廳的側(cè)墻均為弧形聲擴(kuò)散體，頂面主要是四種擴(kuò)散體的組合，見(jiàn)圖19。

4 聲學(xué)采用的技術(shù)手段

為了確保歌劇廳和音樂(lè)廳的音質(zhì)效果達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，音質(zhì)設(shè)計(jì)采用了混響控制計(jì)算、計(jì)算機(jī)聲場(chǎng)模擬分析和縮尺模型音質(zhì)試驗(yàn)等三種設(shè)計(jì)技術(shù)手段，三者相互驗(yàn)證、取長(zhǎng)補(bǔ)短，使音質(zhì)設(shè)計(jì)更具科學(xué)性，音質(zhì)效果也更具可靠性。

圖14 音樂(lè)廳的晶瑩剔透墻面照片

圖15 透聲金屬網(wǎng)的照片

圖16 音樂(lè)廳側(cè)墻上的木質(zhì)反射板照片

圖17 墻面聲反射板節(jié)點(diǎn)圖

圖18 歌劇廳側(cè)墻和后墻的五種擴(kuò)散體規(guī)格

圖19 音樂(lè)廳頂面的四種擴(kuò)散體規(guī)格

4.1 混響控制計(jì)算

混響控制計(jì)算是廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)，其目的是要達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定的廳內(nèi)混響時(shí)間及其頻率特性的目標(biāo)值。其關(guān)鍵是如何設(shè)計(jì)選定廳內(nèi)聲學(xué)材料、構(gòu)造及配置位置和面積，特別是正確合理地確定廳內(nèi)各個(gè)表面的吸聲系數(shù)取值?；祉憰r(shí)間的控制計(jì)算采用艾潤(rùn)公式：

計(jì)算結(jié)果：歌劇廳的中頻混響時(shí)間在空?qǐng)觥M(mǎn)場(chǎng)時(shí)分別為1.66 s、1.48 s；音樂(lè)廳的中頻混響時(shí)間在空?qǐng)?、滿(mǎn)場(chǎng)時(shí)分別為2.32 s、2.04 s。

4.2 計(jì)算機(jī)聲場(chǎng)模擬分析

計(jì)算機(jī)聲場(chǎng)模擬分析既可驗(yàn)證體型設(shè)計(jì)，又可預(yù)測(cè)各項(xiàng)音質(zhì)參量。目前，廳堂音質(zhì)的計(jì)算機(jī)模擬軟件已經(jīng)較為成熟，廣泛應(yīng)用于廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)、音質(zhì)評(píng)價(jià)、聲場(chǎng)特性研究等領(lǐng)域。與實(shí)物模型（縮尺模型）相比，它克服了模型制作和測(cè)試中的困難，而且模型建立和修改快捷，大大地節(jié)約了時(shí)間和費(fèi)用。特別是最近十幾年，計(jì)算機(jī)聲場(chǎng)模擬分析已經(jīng)成為廳堂良好音質(zhì)設(shè)計(jì)中重要的輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。聲場(chǎng)的計(jì)算機(jī)模擬是通過(guò)建立實(shí)際廳堂的數(shù)學(xué)模型，然后按幾何聲學(xué)法則來(lái)模擬聲波在廳堂內(nèi)的傳播規(guī)律。本項(xiàng)目采用的聲學(xué)模擬軟件ODEON 9.2兼有聲像法和聲線(xiàn)法的功能，并可采用Lambert散射算法，使模擬的過(guò)程愈加逼真，計(jì)算的結(jié)果也更加接近實(shí)測(cè)值，由于模擬的條件比較多，如舞臺(tái)頂部有無(wú)反射板、側(cè)墻上有無(wú)反射板等，所以結(jié)果就不一一列出。

圖20 歌劇廳1∶20縮尺模型內(nèi)景照

圖21 音樂(lè)廳1∶20縮尺模型內(nèi)景照

表1 歌劇廳、音樂(lè)廳縮尺模型試驗(yàn)結(jié)果 （頻率為1000 Hz）

表2 歌劇廳和音樂(lè)廳（空?qǐng)觯┮糍|(zhì)參量測(cè)試數(shù)據(jù)

4.3 縮尺音質(zhì)模型試驗(yàn)

模型按照1∶20 的縮尺比例制作。整個(gè)模型用GRG制作，縮尺模型內(nèi)景照片見(jiàn)圖20、圖21。

縮尺模型試驗(yàn)結(jié)果表明，歌劇廳、音樂(lè)廳無(wú)明顯音質(zhì)缺陷，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

5 竣工后的音質(zhì)檢測(cè)

2013年8月26日，筆者和同事對(duì)省會(huì)文化藝術(shù)中心的歌劇廳和音樂(lè)廳進(jìn)行了空?qǐng)鰷y(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從聲學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，歌劇廳的聲學(xué)效果非常好，基本符合世界上優(yōu)秀劇場(chǎng)的聲學(xué)指標(biāo)。音樂(lè)廳由于舞臺(tái)上的聲反射板吊裝位置比較高（約16 m），所以舞臺(tái)支持要略差一些。

第十屆中國(guó)藝術(shù)節(jié)已經(jīng)圓滿(mǎn)結(jié)束，筆者通過(guò)劇院管理公司了解到，演出團(tuán)隊(duì)（包括國(guó)家交響樂(lè)團(tuán)、中央歌劇院等）普遍認(rèn)為，整體感覺(jué)不錯(cuò)，無(wú)論是建筑、裝飾還是聲學(xué)效果，都很好。