藝術與功能的融合，劇院聲學設計淺析

一 聲學標準解讀

本期標準：GB3096-2008《聲環境質量標準》（見圖1）

本期重點：

（1）聲環境功能區分類

按區域的使用功能特點和環境質量要求，聲環境功能區分為以下五種類型：

0 類聲環境功能區：指康復療養區等特別需要安靜的區域。

1 類聲環境功能區：指以居民住宅、醫療衛生、文化教育、科研設計、行政辦公為主要功能，需要保持安靜的區域。

2 類聲環境功能區：指以商業金融、集市貿易為主要功能，或者居住、商業、工業混雜，需要維護住宅安靜的區域。

3 類聲環境功能區：指以工業生產、倉儲物流為主要功能，需要防止工業噪聲對周圍環境產生嚴重影響的區域。

4 類聲環境功能區：指交通干線兩側一定距離之內，需要防止交通噪聲對周圍環境產生嚴重影響的區域，包括 4a 類和 4b 類兩種類型。4a 類為高速公路、一級公路、二級公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市軌道交通（地面段）、內河航道兩側區域；4b 類為鐵路干線兩側區域。

（2）環境噪聲限值

各類聲環境功能區適用表 1 規定的環境噪聲等效聲級限值。

標準解讀：本標準對城市規劃區內不同聲環境功能的區域進行了劃分，依據城市性質、結構特征、城市規劃及城市用地現狀等對城市內不同聲環境功能劃分為5個類型，每個類型的環境噪聲限值不同，可以為防治噪聲污染，改善聲環境質量，創造良好的生活、學習、工作環境，促進經濟社會的和諧發展奠定堅實基礎。環境影響評價、環境工程設計、環境執法等都可以按圖索驥、有據可查、有法可依。對于加強聲環境綜合整治、提高環境管理水平、創造安靜人居環境具有重要意義。

表1 環境噪聲限值

圖1 （GB3096-2008《聲環境質量標準》國家標準封面）

二 聲學基礎知識分享

1、混響時間：聲音已達到穩態后停止聲源，平均聲能密度自原始值衰變到其百萬分之一（60dB）所需要的時間。可用以下公式計算：

式中：T60—混響時間（s）；

V—房間容積（m3）；

S—室內總表面積（m2）；

m—空氣中聲衰減系數（m-1）。

2、直達聲：自聲源未經反射直接傳到接收點的聲音。

3、混響聲：房間內在穩態時所有一次和多次反射聲相加的結果。

4、早期反射聲：在房間內可與直達聲共同產生所需音質效果的各反射聲。一般是指延遲50ms 以內的反射聲。

5、A 計權聲級：A 計權聲級，簡稱A聲級，記作dB A。由于它與人們的主觀評價有較佳的相關性，因此被廣泛采用作為噪聲單值評價指標。

三 空間聲環境設計

歌劇院聲學設計

劇院的類型很多，有歌劇院（西洋歌劇、新歌劇）、地方戲劇院（如京劇院）、話劇院等。它們都有單獨的舞臺空間，以鏡框式臺口與觀眾廳相連，一般還有樂池。

歌劇院（見圖2、圖3）的聲學設計要解決演唱和樂隊演奏時聲音的豐滿度和唱詞的清晰兩方面的問題。歌劇院演出時不用擴聲，但由于劇情需要，有時會需要播放一些效果聲，同時演出前后需要播放音樂和通知等，因此歌劇院中仍需設置較完善的電聲系統。同音樂廳一樣，歌劇院規模也不宜過大，以2000 座以內為宜。建議歌劇院每座容積可采用5-6m3/座，體積宜控制在12000m3以內。

圖2 歌劇院

圖3 歌劇院

歌劇院觀眾廳的體形，應根據容量大小分別進行考慮：大容量觀眾廳的傳統形式是馬蹄形平面和柱廊式多層包廂。歌劇院的容量比較大時，采用多層包廂并圍繞著舞臺，按馬蹄形布置座位，不僅視距短、視覺好，同時，又可以大大縮短后排聽眾至舞臺的距離，從而獲得較強的直達聲，使聲場分布均勻。對于小容量的歌劇院，應該采用較為簡單的體形，如矩形、鐘形或側墻傾角較小的扇形平面，再通過設置跌落包廂、擴散結構獲得良好的聲擴散。

針對觀眾區容易出現的掠射吸收現象，必須重視觀眾席的起坡度尺寸設置。一般情況下，池座前后排高差不小于8cm，樓座前后排高差不小于10cm。如果出于功能需求，觀眾席必須是水平的，可考慮抬高聲源位置減少掠射吸收，并利用反射面給后排提供前次反射聲，彌補后排聲壓級的不足；或做成可升降地面。

歌劇院觀眾廳要考慮音樂和唱詞的豐滿度，同時又要求唱詞有足夠的清晰度。建議歌劇院的混響時間，可取1.2-1.5s。歌劇院設計時，應注意對其可能產生回聲的后墻部位作少量強吸聲或擴散處理，以免對舞臺上的演員形成回聲干擾。同時，整個觀眾廳應注意取得良好的聲擴散效果。歌劇院的背景噪聲級同樣要求很低，可采用NR-20 的標準。

樂池的聲學特性也必須注意：一是要保持樂池內各聲部聲音的平衡；二是不使觀眾廳內聽到的樂池中的伴奏聲壓倒舞臺上的演員聲。這要求樂池的開口與進深保持適當的比例，樂池上部的天花有適當的形狀與傾角，樂池上方的臺口頂部設置反射面，使樂池內的聲音傳至后座聽眾。

四 聲學材料介紹

材料名稱：AGG聚砂無縫吸聲系統

AGG 聚砂無縫吸聲系統(見圖4)表面的AGG 聚砂涂層形成的是一種亞光的二氧化硅顆粒表面，閃亮如晶，潤澤如玉。與時尚的內裝設計相互呼應。從晶瑩剔透的色澤到色彩、紋理、質感的最富有想象力的創新，都顯示了AGG 聚砂無縫吸聲系統的高貴和典雅。產品問世以來廣受建筑工程師、聲學設計師及業主的青睞與推崇，是時下流行于歐美等發達國家的新型高端吸聲材料。產品造型多樣，可以做成各種異型的吸音吊頂/墻面可以安裝成曲面、弧形等形狀。由于系統的熱膨脹系數僅為2.0×10-6/℃，在正常的室溫變化下幾乎沒有溫度變形。這就意味著在高達500m2的空間無需設置伸縮縫，圓形、拱形和圓頂等設計都可以實現，幾乎無限的設計方案。

表2 AGG聚砂無縫吸聲系統主要物理性能

圖4 AGG 聚砂吸聲板

圖5 AGG 聚砂安裝

材料詳情：AGG 聚砂無縫吸聲系統是由吸聲基層和面層材料組成，AGG 系統具有吸聲、防火、環保、不開裂、色彩款式繁多的特性（見表2）。吸聲基層有天然沙漠砂板、強化玻纖吸聲板和縫紉纖維吸聲板三種，天然沙漠砂吸聲板基層采用AGG聚合技術將無機二氧化硅改性材料為聚合劑，將天然砂砂粒與砂粒接觸處像焊在一起一樣聚合粘連，通過高溫高壓模壓成形；強化玻纖吸聲基層板采用熱壓技術熱壓成型，基板強度高，吸聲性能好，環保且防火性能優越，強化玻纖吸聲板密度范圍80-300kg/m3；縫紉纖維吸聲基層利用縫紉技術對玻璃纖維板進行編織成型，基板抗拉強度和抗折強度高，吸聲性能好，可滿足任意造型。表面涂裝AGG 聚砂涂層達到無縫吸聲效果。

材料特點：聲學性能NRC ≥0.90（見表3），高、中、低頻率吸聲特性的可調節；結合空腔使用吸聲性能優越；平板工藝，易造型；具有優異的保溫性、環保性、耐潮濕、耐高溫、抗變形；符合中國建筑材料防火檢測中心A 級不燃標準，E1 級環保等級。適用于會議中心、報告廳、文體中心、游泳館、工業廠房等公共場所建筑空間墻面與天花使用，裝飾效果佳，耐候性強。

常 用 厚 度：8mm、15mm、20mm、25mm、50mm 厚，常規尺寸為600mm×1200mm。

安裝工藝有4 個步驟（見圖5）：

1、采用螺釘將AGG 吸聲基層板固定在龍骨或者石膏板之上。

2、滿鋪網格布進行防開裂處理。

3、AGG 聚砂涂層滿刮找平。

4、AGG 聚砂涂層進行面層工藝處理。

AGG聚砂吸聲板吸聲系數和吸聲特性曲線（見表3、 表4）

檢測報告試件規格：8mm AGG 聚砂吸聲板（容重300kg/m3）+2mmAGG 聚砂涂層+50mm 玻璃棉（容重32Kg/m3，外包玻璃絲布）+100mm 空腔。（報告包含邊緣效應）

表4 AGG聚砂吸聲板吸聲系數和吸聲特性曲線

圖6 聲學施工節點1

五 常用室內裝飾聲學施工節點

圖6 節點說明：此節點為無縫吸聲天花常規構造，底板使用聚砂吸聲基板，使用自攻螺絲直接固定在吊頂龍骨之上，龍骨間距300＊600，頂上部分空間全部為吸聲空腔，最大限度提升AGG 無縫吸聲材料的聲學性能，這種構造是最常見的無縫吸聲構造，適合于大型廳堂和大空間天花和墻面吸聲裝飾工程。

圖7 節點說明：此節點為無縫吸聲天花構造，底板使用9.5mm 厚穿孔石膏板（石膏板孔徑3mm，穿孔率15%），使用自攻螺絲釘直接固定在吊頂龍骨之上，龍骨間距按照石膏板吊頂安裝即可。石膏板背后建議放置50mm 厚32K 玻璃棉輔助吸聲，石膏板表面貼附防火玻纖透聲布，再進行AGG 聚砂涂層噴涂，石膏板后空間全部為吸聲空腔，能最大限度提升吸聲材料的性能，降噪系數NRC ≥0.70。此吸聲構造性價比較高，適合改造翻新項目施工。

圖7 聲學施工節點2