上海大劇院改造前后的音質(zhì)效果分析

楊志剛，文立森，李佳菊

（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司現(xiàn)代都市建筑設(shè)計(jì)院，上海 200070）

上海大劇院改造前后的音質(zhì)效果分析

楊志剛，文立森，李佳菊

（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司現(xiàn)代都市建筑設(shè)計(jì)院，上海 200070）

介紹上海大劇院的改造工程，并詳細(xì)分析對(duì)比吸聲簾幕、反射聲罩對(duì)音質(zhì)效果的影響。

聲學(xué)改造；音質(zhì)效果；混響時(shí)間RT；側(cè)向反射系數(shù)LF；聲場(chǎng)力度G

1 概述

上海大劇院被譽(yù)為“水晶宮”，是國內(nèi)第一座國際性現(xiàn)代化大劇院，也是目前華東地區(qū)最具影響力的演出場(chǎng)所。劇院座落于上海市中心人民大道西側(cè)，東鄰市政府、北靠人民公園、南望上海博物館；于1994年開工建設(shè)，1998年8月27日竣工開演；占地面積2.1公頃，總建筑面積6.4萬平方米，地面高40 m；設(shè)有1 800座大劇場(chǎng)、600座中劇場(chǎng)、300座小劇場(chǎng)及多個(gè)排練廳；配備有1 700 m2品字形機(jī)械舞臺(tái)，是當(dāng)時(shí)國內(nèi)面積最大、設(shè)施最先進(jìn)、功能最多的全電腦控制機(jī)械化舞臺(tái)。

1 800座大劇場(chǎng)主要上演歌劇、芭蕾舞劇及交響音樂會(huì)等。觀眾廳的平面形式為鐘型，長(zhǎng)、寬、高分別為30 m、31 m、19 m。觀眾廳內(nèi)設(shè)兩層挑臺(tái)樓座，兩側(cè)各設(shè)三層側(cè)包廂。主舞臺(tái)開口尺寸為18 m×12 m，臺(tái)口前的大型升降樂池可兼做伸出舞臺(tái)及觀眾席。當(dāng)演出交響音樂會(huì)時(shí)，舞臺(tái)上裝設(shè)一個(gè)包絡(luò)體積為1 800 m3的大型音樂反射罩，以滿足自然聲條件下演出交響音樂會(huì)的要求。

經(jīng)過15年長(zhǎng)期不間斷的運(yùn)作，上海大劇院主體建筑裝飾出現(xiàn)了破損、開裂、老化等現(xiàn)象，舞臺(tái)機(jī)械、建筑工程、安防系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、設(shè)備儀器等設(shè)施也出現(xiàn)了各種故障，需要對(duì)建筑、設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整和大修改造。

上海大劇院大修改造自2013年9月10日正式開工，主要分兩個(gè)階段：第一階段于2013年10月底結(jié)束，主要為保證11月7日的演出提供條件；第二階段主要是中、小劇場(chǎng)區(qū)域的裝修改造，至2014年4月底完成。此次工程工期短、任務(wù)重，不僅需要保證大劇院局部區(qū)域的正常使用，還要考慮其使用的現(xiàn)行規(guī)范比舊的規(guī)范在建筑節(jié)能、無障礙設(shè)施、建筑防火、建筑智能等方面有較大的提高。

2 聲學(xué)改造要求

上海大劇院的聲學(xué)效果在過去15年的演出中逐漸得到了廣大觀眾、專業(yè)演出團(tuán)隊(duì)及專家的廣泛認(rèn)可。因此，業(yè)主要求改造工程不能影響大劇院原有的音質(zhì)效果。在實(shí)際的改造過程中，大劇院的室內(nèi)裝修基本保持不變，只是進(jìn)行了簡(jiǎn)單的修補(bǔ)。

與聲學(xué)效果有關(guān)的改造主要包括三個(gè)方面：座椅的面料和海綿墊、后墻和側(cè)墻上部的吸聲簾幕，以及音樂反聲罩。

3 吸聲簾幕的改造對(duì)音質(zhì)的影響

將1998年7月、12月剛建成后的聲學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)，2013年2月改造前的聲學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)，以及2013年11月（歌劇演出模式下舞臺(tái)上有道具的情況）、2015年3月（舞臺(tái)上有音樂反聲罩）改造后的聲學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比，分析其變化（見圖1）。

改造前吸聲簾幕對(duì)混響時(shí)間的影響比較大，為0.2 s～0.3 s（中高頻）；改造后吸聲簾幕對(duì)混響時(shí)間的影響比較小，只有約0.1 s。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)約三分之一面積的吸聲簾幕無法收起，影響了吸聲效果。事實(shí)上，改造后吸聲簾幕的吸聲效果并不理想，已經(jīng)建議施工單位進(jìn)行整改，可以直接去掉吸聲簾幕，可以適當(dāng)提升混響時(shí)間。

舞臺(tái)上幕布和道具的變化對(duì)混響時(shí)間的影響比較明顯，中頻約有0.3 s的變化（見圖2）。也就是說，當(dāng)上演歌劇或綜藝演出時(shí)，由于舞臺(tái)上布景變化（有的舞臺(tái)上道具的布置就像設(shè)置了一個(gè)音樂反聲罩，如圖3中意大利斯卡拉歌劇院Opera Elektra演出狀態(tài)），場(chǎng)館的混響時(shí)間也隨之變化，實(shí)際演出前的空?qǐng)龌祉憰r(shí)間往往比舞臺(tái)上掛滿幕布的空?qǐng)鰷y(cè)量混響時(shí)間要長(zhǎng)。同時(shí)，由于演出上座率（觀眾數(shù)）和季節(jié)（服裝）的不同，滿場(chǎng)混響時(shí)間也會(huì)不同程度地變化。

4 反聲罩的更新對(duì)聲音效果的提升

更新反聲罩是上海大劇院聲學(xué)改造中很重要的一部分。此前使用的反聲罩已經(jīng)使用了十多年，貼面已出現(xiàn)翹殼，結(jié)構(gòu)連接處出現(xiàn)脫焊，存在安全隱患；高密度板的材料及其鋼架的總重量達(dá)30 t，每次從后臺(tái)推送到前臺(tái)要花費(fèi)6個(gè)小時(shí)，久而久之對(duì)舞臺(tái)地板也造成損壞。新反聲罩更新了原來的材料和技術(shù)，使得反聲罩自重減輕至3 t，安全性提升；顏色、裝潢、鋁合金嵌條與原先的反聲罩盡可能保持一致，不會(huì)讓觀眾覺得不習(xí)慣或突兀；整個(gè)推送時(shí)間也縮短到2個(gè)小時(shí)以內(nèi)；新反聲罩所圍成的區(qū)域比原先的更大一些，可以輕松容納120人的大型樂隊(duì)。

圖1 改造前后吸聲簾幕對(duì)混響時(shí)間RT的影響

圖2 舞臺(tái)上幕布和道具的變化對(duì)混響時(shí)間的影響

圖3 意大利斯卡拉歌劇院Opera Elektra演出狀態(tài)

交響樂條件下，改造前后音質(zhì)參量的變化主要是分析更新反聲罩后音質(zhì)參量的變化。需要說明的是改造前（2013年2月測(cè)試）升降樂池沒有布置座椅，而改造后（2015年3月測(cè)試）升降樂池布置了3排共92把座椅。

4.1 RT（混響時(shí)間）和EDT（早期衰變時(shí)間）的變化

改造前后（老、新反聲罩）的測(cè)試結(jié)果說明，中頻混響時(shí)間RT約有0.1 s的提升，早期衰變時(shí)間EDT（與人耳的主觀感覺比較一致）在250 Hz～2 000 Hz有0.13 s～0.21 s的提升（見圖4～圖5），這是比較有利的。

圖4 改造前后RT的變化

圖5 改造前后EDT的變化

反聲罩自重從30 t減輕到3 t，原反聲罩的高密度板厚度約為30 mm，而新反聲罩構(gòu)造為兩層厚度約2 mm的鋁板中間夾白色的發(fā)泡阻尼材料，總厚度也約為30 mm，但重量卻只有原來的1/10。這和以往采用鋁蜂窩板或紙蜂窩板的反聲罩（低頻混響降低很多）完全不同。美國溫格爾公司根據(jù)聲學(xué)要求，針對(duì)老反聲罩存在的問題，專門設(shè)計(jì)了新型反聲罩，確保低頻混響不會(huì)降低。這主要是因?yàn)樽枘岵牧辖档土虽X板的振動(dòng)，從而減少了對(duì)低頻聲能的吸收所致。相對(duì)于專業(yè)交響樂廳，大劇院（加音樂反聲罩）的混響時(shí)間RT和早期衰變時(shí)間EDT一般都要小一些，這主要是因?yàn)榇髣≡褐饕歉鑴『途C藝演出為主，需要兼顧語言清晰度和音樂明晰度。

4.2 C80（音樂明晰度）和D50（語言清晰度）的變化

從C80（音樂明晰度）的測(cè)試結(jié)果來看，改造后低頻略有下降而高頻略有提升，總的來說差別不大（見圖6）。從D50（語言清晰度）的測(cè)試結(jié)果來看，改造后整體略有下降（見圖7），這很正常，混響時(shí)間加長(zhǎng)，語言清晰度自然會(huì)下降，但對(duì)音樂豐滿度而言是有利的。C80,3為500 Hz、1 kHz、2 kHz三個(gè)倍頻帶的C80平均值，改造后的C80,3為0.22，比交響樂要求的C80,3（-3～0）要求偏大一些，這也是比較正常的，畢竟大劇院還是以歌劇和綜藝演出為主。

圖6 改造前后C80的變化

圖7 改造前后D50的變化

4.3 LF（側(cè)向反射系數(shù)）的變化和改造后的1-IACCE（早期雙耳聽覺互相關(guān)系數(shù)）

LFE4為125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 kHz四個(gè)倍頻帶0 ms～80 ms的LF平均值，（1-IACCE3）為500 Hz、1 kHz、2 kHz三個(gè)倍頻帶的0 ms～80 ms（1-IACCE）平均值，是評(píng)價(jià)空間感的兩個(gè)重要聲學(xué)參量。改造后LFE4的值為0.14，比改造前下降了0.1（見圖8），下降幅度較大（估計(jì)測(cè)量方面也有一定的誤差），相當(dāng)于音樂廳的聲學(xué)等級(jí)從A+、A級(jí)（0.17～0.23）下降到B+級(jí)（0 . 1 1～0 . 2 0）。分析其原因，主要是原來臺(tái)口側(cè)墻為實(shí)心墻體表面刷黑色涂料，屬于硬的反射面，基本不吸聲。而改造后，由于功能需要在臺(tái)口側(cè)墻的中下部（最主要的聲學(xué)反射面）增設(shè)了L E D顯示屏和左右聲道的揚(yáng)聲器開口（見圖9、圖1 0）。由于L E D顯示屏的模板比較薄，在全頻帶都有一定的吸聲效果。而聲能經(jīng)過揚(yáng)聲器的開口也基本上被全部吸收掉。改造后的（1 -I A C CE3）為0 . 5 2（見圖1 1），也相當(dāng)于B +級(jí)（0 . 4 6～0 . 6 1）。

圖8 改造前后LF的變化

圖9 改造前的臺(tái)口側(cè)墻

圖10 改造后的臺(tái)口側(cè)墻

圖11 改造后的1-IACCE

圖12 改造前、后G（聲場(chǎng)力度）的變化

圖13 臺(tái)口側(cè)墻正確的音響布置圖

圖14 臺(tái)口側(cè)墻不正確的音響布置圖

4.4 G（聲場(chǎng)力度）的變化

衡量聲場(chǎng)力度參量主要為G125和Gmid，改造前的G125和Gmid分別為4.55和3.85，改造后的G125和Gmid分別為4.74和3.93。相比較而言略有提升，但高頻部分卻有一定下降，總的來說，變化不大（見圖12）。交響樂廳G125和Gmid的優(yōu)選值分別為3～6，1.5～5.5，改造前后的G（聲場(chǎng)力度）都在優(yōu)選值范圍內(nèi)。

5 總結(jié)

總的來說，上海大劇院改造是比較成功的，尤其是音樂反聲罩的改造，既減輕了重量、減少了安裝時(shí)間，從而避免了對(duì)舞臺(tái)地板的損害，同時(shí)又保證了較好的聲學(xué)效果。在此，筆者有兩點(diǎn)建議供其他劇場(chǎng)改造時(shí)進(jìn)行參考。

（1）在劇院中安裝吸聲簾幕進(jìn)行混響可調(diào)，一般僅可調(diào)節(jié)0.2 s左右。實(shí)際上由于種種原因，如：裝修設(shè)計(jì)沒有預(yù)留足夠的收納簾幕空間，簾幕無法完全收起；自動(dòng)收藏的機(jī)械系統(tǒng)質(zhì)量不合格，往往無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，或運(yùn)轉(zhuǎn)幾次就壞了；實(shí)際演出時(shí)基本不使用可調(diào)簾幕，時(shí)間久了也就壞掉了。通常，一般人對(duì)0.3 s以內(nèi)的混響時(shí)間感覺不明顯，而吸聲簾幕僅可調(diào)節(jié)0.2 s左右，因此，建議其他劇院可以不做吸聲簾幕。

（2）臺(tái)口側(cè)墻是重要的聲反射面，要合理布置揚(yáng)聲器或LED屏的位置，否則會(huì)減少前中區(qū)的側(cè)向反射聲。相對(duì)合理的方法是，將布置揚(yáng)聲器的臺(tái)口側(cè)墻設(shè)計(jì)成兩個(gè)面，正對(duì)觀眾的一面布置揚(yáng)聲器或LED屏，正對(duì)伸出舞臺(tái)（或樂池）的一面用作反射面（不再開口）（見圖13、圖14）。

2014年5月8日，上海大劇院大修改造工程舉行了竣工驗(yàn)收儀式。2014年5月20日，第四次亞信峰會(huì)文藝演出在上海大劇院上演，40多個(gè)國家元首共同見證了上海大劇院改造后的良好音質(zhì)。

（編輯 薛云霞）

Analysis of the Sound Quality Before and After the Reconstruction of Shanghai Grand Theatre

YANG Zhi-gang, WEN Li-sen, LI Jia-ju
(East China Architectural Design & Research Institute Co., Ltd, Shanghai 200070, China)

In this paper, the author introduces the reconstruction project of Shanghai Grand Theatre, and analyzes the effect of the quality of the Shanghai Grand Theatre before and after the reconstruction.

acoustic reconstruction; acoustic quality effect; reverberation time RT; lateral reflection coefficient LF; sound field strength G

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.11.006