長江劇場“黑匣子”劇場的聲學設計

王海玲 徐真德 劉海生

[摘要]介紹長江劇場“黑匣子”場的建筑隔聲設計與噪聲控制、音質設計、全息聲系統等聲學設計，可以滿足戲曲自然聲和全景聲系統對建聲環境的需求。

[關鍵詞]長江劇場;黑匣子劇場;隔聲設計;噪聲控制;音質設計;全息聲系統

文章編號：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.11.010

1項目概況

長江劇場位于上海市黃浦區黃河路35號鴻祥大廈輔樓內，前身為卡爾登（CARLTON）大戲院，1957年和1976年進行過兩次大修。2017年再次進行修繕，新的長江劇場在原有的建筑布局基礎上，將大劇場的舞臺和觀眾廳“一分為二”（圖1），化身為一個可容納230人的“紅匣子”劇場（原觀眾廳部分，圖2）和一個可容納100人的“黑匣子”劇場（原舞臺部分，圖3）。長江劇場裝修工程榮獲2019年上海市優秀工程勘查設計項目三等獎。

具有先鋒色彩的“黑匣子”劇場打破舞臺觀眾席分隔的傳統劇場概念，12塊升降臺既能做舞臺也能做觀眾席，輔以可全方位轉動升降的燈景吊桿系統，可根據不同藝術表演要求做自由組合，觀眾席位和表演區幾乎零距離。“黑匣子”劇場建筑平面呈近似矩形，最大長度約16.5m，寬約11.5m，水平投影面積約173m²，平均高度為11.5m，主演廳容積約1990m³。廳內采取合理的建聲設計，配備“四維全息聲”音頻系統，為觀眾提供極致的視聽體驗，也為戲曲內容的創新演繹提供展示空間。

2建筑隔聲設計與噪聲控制

將原劇院的觀眾廳和舞臺分隔成兩個獨立的演出空間，首先要解決的便是兩廳的隔聲問題。為保證兩廳同時使用的情況下，不受彼此噪聲干擾，在結構荷載非常苛刻的條件下，本工程采用中間400mm厚加氣混凝土砌塊、兩側具有隔振和阻尼構造的輕質隔聲層的復合隔聲構造，在全頻帶取得良好的隔聲效果。施工中期對其進行現場聲學檢測，復合墻體的計權標準化聲壓級差達到63dB，可基本滿足兩廳同時使用的隔聲要求。墻體各頻帶的標準化聲壓級差DnT艙測結果見表1。

此外，劇場屋頂有大量機組設備，為避免機組設備振動和噪聲對劇場內產生振動、噪聲干擾，分別在“紅匣子”和“黑匣子”劇場上空做輕質隔聲吊頂，并對新增機組采取有效隔振措施，有效解決屋頂機組設備對劇場的振動噪聲干擾。

3音質設計

新的長江劇場功能定位為先鋒性、實驗性、創新性小劇場，以戲曲為主，兼顧戲劇類演出和教育展示活動。“黑匣子”劇場需兼顧自然聲演出與全息聲擴聲演出需求，而兩者對聲學設計指標與建聲環境需求有較大差別：自然聲演出時，為避免聲音過于干澀，提高聲音的豐滿感與空間感，一般要求適當的早期反射聲與稍長混響時間（本項目規模理想中頻滿場混響時間約1.2s），而全息聲演出是通過擴聲系統來構建三維聲場環境，所有音效在演出前已制作完成，并要求廳內建聲環境以直達聲為主、較短混響時間（本項目規模理想中頻滿場混響時間約0.7s）。為平衡兩功能要求的沖突，在具體設計及聲學指標上進行兼顧、折中設計，設計指標如下。

（1）中頻滿場混響時間設計值：RTmid=0.90±0.10s。

（2）混響時間頻率特性要求盡量平直，允許低頻段適當提升。

（3）廳內不應出現可識別的音質缺陷，如聲聚焦、回聲、顫動回聲、共振等。

具體聲學設計如下。

3.1墻面

采用阻燃裝飾吸聲板與QRD擴散體間隔布置，二者面積比例為1：1，既實現廳內在使用全息聲系統時觀眾區以直達聲為主，又保證自然聲演出所需要的合適混響時間。此外，為均衡低頻吸聲，同時考慮建筑空間限制，阻燃裝飾吸聲板采用100mm空腔和200mm空腔兩種構造（圖4）。

3.2頂面

由于劇場建筑高度較高，高11.5m，為避免出現回聲，也為在自然聲演出模式下給地面觀眾提供來自頂部的早期反射聲，在距地面8.5m高度設置折線形反聲板，其材質為雙層12mm厚石膏板。

3.3音質檢測

劇場竣工后，按照國家測量規范對其進行聲學檢測（空場狀態）。廳內主要音質指標測量結果見表2。

“黑匣子”劇場空場中頻混響時間為1.0s左右，達到滿場混響時間設計預期。廳內聲場分布均勻，音質明晰，可較好地滿足戲曲自然聲和全景聲系統演出模式對建聲環境的需求。

4全息聲系統擴聲方案在“黑匣子”劇場中的運用

“黑匣子”劇場靈活的演出方式對電聲系統的設計提出新的挑戰。由于演出和觀演的位置不固定，傳統的立體聲擴聲系統無法滿足聲像一致的要求，導致定位感知的失真。因此，采用一套基于波場合成理論（WFS）而開發的“四維全息聲”系統擴聲方案。整個系統由多層揚聲器陣列擴聲與全息電子聲罩兩部分組成。該系統能夠不受物理空間限制，全息重構聲場，準確還原聲像;能夠根據不同場景的演出需求，匹配不同的混響時間，具有高度的靈活性。

全息擴聲系統由4只超重低音揚聲器、“0層”37只墻面環繞揚聲器、“+1層”13只墻面環繞揚聲器、“+2層”10只頂面揚聲器共計64只揚聲器組成的聲陣列組成，合成三維聲場。揚聲器布置示意如圖5所示。“0層”位于人的耳朵高度，在水平面內對不同方向的聲音進行定位，與上面兩層及吊頂下的揚聲器相結合，可實現三維聲像定位，在垂直方向上較為豐滿地延伸了聽音效果。全息電子聲罩由16支分布于劇場天花以及四周墻面的定制傳聲器組成。

全息聲擴聲系統模擬的聲源分兩類，場外聲源和場內聲源。場外聲源主要是風聲、雨聲、雷電、市井喧鬧聲等環境聲。這部分聲效預先制作完畢，通過激發不同方向的揚聲器，進行延遲和預濾波后合成聲場，再現場外聲的方位、距離和時頻特性。場內聲源主要是演員和樂器，電子聲罩系統獲得信號后，對強度和方位等信息進行分析，驅動不同的揚聲器單元，再現場內聲源的空間位置和時頻特性。由于WFS技術是基于聲場合成的原理，因此相比于傳統的立體聲技術，它對聲音空間感的再現更強。在整個觀演空間中，每個位置都能獲得比較真實的方位感，不存在“皇帝位”。

2019年5月，沉浸式全息聲版越劇《再生緣》以戲曲藝術為載體，結合費迪曼遜四維全息聲技術，為觀眾呈現全新的觀演體驗，現場反響熱烈、好評如潮（圖6）。

5結論

作為時尚、先鋒的戲曲專屬實驗劇場，長江劇場“黑匣子”通過合理的聲學設計，兼顧自然聲演出和全景聲擴聲系統，在音效再現上獲得良好的空間感。“黑匣子”劇場打破演員和觀眾的界限，使觀眾置身于戲曲中，成為戲曲演出的一部分，實現聲學技術和戲曲演出藝術的同步創新，為觀眾帶來沉浸式戲曲觀演的美妙體驗。

作者簡介：

王海玲，聲學工程師，建筑聲學專業碩士，主要從事建筑聲學設計與研究、噪聲與振動控制工程設計與研究以及聲學測量工作。

王海玲，聲學工程師，建筑聲學專業碩士，主要從事建筑聲學設計與研究、噪聲與振動控制工程設計與研究以及聲學測量工作。

徐真德，全息聲與3D音頻技術專家，錄音師，中國美術學院音畫雙3D研究所研究員，現任費迪曼遜多媒體科技（上海）有限公司董事、總經理兼技術總監。曾主持設計與建設上海中心126阻尼器全息聲效音樂廳、上海交響樂團錄制系統、數字電視國家工程研究中心實驗室等幾十例工程項目。

劉海生，同濟大學聲學研究所副教授，碩士生導師，主要從事建筑聲學設計與研究、噪聲與振動控制工程設計與研究以及聲學測量工作。

（編輯：王芳）