郑州大剧院剧建筑声学设计

郑州大剧院剧建筑声学设计

罗泽红

中孚泰文化建筑股份有限公司，广东 深圳 518029

摘要：概要介绍郑州大剧院的音质设计、噪声与振动控制设计的内容与过程。

关键词：郑州大剧院；音质设计；噪声与振动控制设计

1.引言

郑州大剧院位于郑州市民公共文化服务区中部，区域城市轴线东侧，西临文博广场及博物馆（汇智路），南接四个中心带状景观轴“汇文绿谷”（传媒北路），北靠城市干道渠南路，东临雪松路。项目总占地面积50942平方，总建筑面积为125999.70㎡，其中地上建筑面积59760.62㎡，地下建筑面积66239.08㎡。地上5层，地下2层，剧场等级甲级。郑州大剧院中主要功能空间有：歌舞剧场、音乐厅、多功能厅、戏曲排练厅四个独立的剧场及附其附属配套用房，其中歌舞剧场1687座、音乐厅892座、戏曲排练厅461座、多功能厅421座。（效果图如图1所示）。

本论文以郑州大剧院歌舞剧场（以下均简称“剧场”）为例，分析剧场空间的建筑声学设计的过程与主要内容。

图1  郑州大剧院建筑效果图

2.建筑概况及声学设计指标

2.1 建筑概况

剧场空间的平面图和剖面图

剧场空间投入使用后要满足歌剧、舞剧、话剧、芭蕾及一般性音乐会演出，可容纳1687人，其中池座固定座椅1027座，一层楼座264座，二层楼座278座，乐池活动坐席118座；剧场观众厅体积约15032m³，每座容积9.6m³/人。

图2剧场平面图

图3剧场剖面图

2.2 音质设计指标

1）中频满场混响时间：RT＝1.5±0.1s，

2）强度指数：G≥0dB；

3）清晰度D50（空场）≥0.4；

4）明晰度C80（空场）∈（-2~4）dB；

5）不均匀度：︱ΔLp︱max≤6dB；

6）侧向反射声系数LFE4：≥15%；

7）背景噪声限值为NR-25。

同时，使用时观众厅内任何位置不得出现明显的回声、颤动回声、声聚焦等声学缺陷。

3.剧院的音质设计

混响时间等声学可以通过反射声序列反映，而反射声序列由观众厅体形、空间规模以及界面材料声学特性决定。因此，体形及声学材料构造设计在建筑声学设计过程中非常重要。

3.1 观众厅体型设计、界面材料声学特性要求以及构造设计

观众厅吊顶经声学设计后，能将来自舞台声音均匀反射至观众席各区域，为观众席提供丰富的早期反射声和均匀的声场。楼座挑台设计成向下倾斜的凸弧形，同时在挑台栏板进行微扩散处理，微扩散造型大小和凸起尺度为50~100mm。

观众厅吊顶应是一个封闭面，以避免产生耦合效应，声学设计要求在负荷允许的条件下尽可能采用较为厚重的反射型材料，以避免过多的低频声能被吸收；采用厚度30mm的GRG材料。（吊顶声线分析如图4所示）

图4观众厅吊顶声线分析

声学设计将台口八字墙设计成凸弧形面，有利于为乐池和观众席前区提供丰富的早期侧向反射声（声线分析如图5所示）；为增加侧墙扩散效果，同时避免侧墙与天花、侧墙与后墙衔接处凹弧形可能引起的声聚焦缺陷，在侧墙适当布置扩散造型。

观众厅侧墙采用30mm厚GRG；经声学计算，为控制观众厅混响时间，在一层楼座和二层楼座侧墙与后墙衔接的圆弧处做穿孔吸声处理，可同时避免凹弧形引起的声聚焦缺陷。

图5台口八字墙声线分析

观众厅地面应为贴实地面，若采用龙骨安装，则需要用水泥砂浆将龙骨间隙填实，避免地板共振吸收低频。

由于观众席区域的座椅对观众厅的声学参数尤其是混响时间的有重要影响，因此在座椅招标时，对座椅提出了专项声学技术要求。

3.2 舞台界面材料声学特性要求及构造设计

舞台与观众厅通过舞台口形成了声学耦合空间，舞台空间的混响时间等声学参数应与观众厅保持一致。

除了舞台帘幕具有吸声效果外，还需对舞台墙壁做吸声处理。布置区域为舞台四周墙壁的第一道天桥标高以下部位做全吸声处理，具体做法是舞台墙面3m以下为木丝吸音板，3m以上到第一道天桥为FC穿孔吸音结构。具体构造分别为：15mm厚木丝板+50mm厚32K 离心玻璃棉(外包玻纤布）+50mm后空腔；9mm厚FC穿孔板（穿孔率20%）+50mm厚32K 离心玻璃棉(外包玻纤布）+50mm后空腔。

3.3 其他空间界面材料声学特性要求及构造设计

除了舞台外，乐池、耳光室、面光室、音响桥等空间如果处理不当，也对观众厅的音质效果会产生不利影响，因此，这些区间同样需要做声学处理。

3.4.计算机声学仿真模拟

为了预测、保障剧场建成后的音质效果，用Odeon声学仿真软件对观众厅进行声学仿真模拟试验。声学参数模拟试验结果分别如图6—图9所示。

图6 混响时间分布图                          图7  G值分布图

图8  D50分布图                            图9  C80分布图

4.剧场噪声与振动控制设计

为了满足剧场使用空间的声环境质量要求，对剧场进行噪声与振动控制设计的工作，主要包括四大方面：功能空间的合理布局、围护结构隔声设计、暖通空调消声计算以及机电设备减振设计。下面将对上述四大方面做详细阐述。

4.1.功能空间的合理布局

剧场空间本身属于噪声敏感空间，且自身在使用时对周边环境会产生高噪声干扰影响，在进行空间分布设计时，应避免与其他高噪声空间或其他噪声敏感空间相邻、相近。

因此，建筑平、剖面设计过程中，配合建筑师做好合理的动静分区，可以有效做好噪声与振动控制的同时还极大限度地降低工程成本造价。

4.2.围护结构隔声设计

为保证剧场空间不受外界环境的噪声干扰，需要对剧场的围护结构（天、地、墙）和入户门提出隔声设计指标的要求。剧场围护结构墙体的构造做法为双墙结构。双墙构造做法如图10所示：

图 10. 剧场双墙结构做法

此外，在进行剧场入户门的隔声设计时，应设置声闸结构。声闸内门隔声量满足Rw+C＞30dB、声闸外门隔声量满足Rw+C＞35dB；声闸空间内的墙面及天花采取吸声处理措施，均设置穿孔FC板，板后预留75mm空腔层，内置50mm玻璃棉。

4.3剧场撞击声隔声设计

剧场舞台的正上方是两间舞蹈排练厅，当演员在使用时，会伴随蹦跳踩踏等舞蹈动作，对楼板产生撞击，激发楼板的振动从而形成撞击噪声，干扰楼下舞台空间。因此需对排练厅的地板做浮筑楼板结构，改善楼板撞击声隔声的同时也提升了楼板的空气声隔声量。（浮筑楼板构造做法如图11所示。）

图 11. 剧场双墙结构做法

4.3.暖通空调系统的消声设计

剧场背景噪声与振动控制是一个系统性工程，需要对涉及到的各个专业进行全面综合性考量。剧场建筑空间一般采用中央空调，因此空调风管产生的噪声容易破坏剧场的演艺声环境。

因此，在暖通设备设计、施工过程中，需要进行暖通消声计算，以确保暖通末端风口不产生噪声干扰。

4.4.机电设备的减振设计

同上所述，机电设备房所产生的噪声与振动同样会对剧场内各功能用房产生噪声、振动干扰，需要进行机电设备的减振、隔声设计处理。

由于篇幅问题，暖通消声、机电设备等噪声与振动控制的具体内容不在此赘述。

5.声学竣工测试

项目竣工后，对剧院观众厅在空场情况下做了声学测试。

空场测试结果分析：1）500Hz的混响时间测量值是1.64s；2）明晰度C80（3）平均值为2.5dB；3）中频语言清晰度平均值为0.49；4）背景噪声符合NR-20的频响曲线。

经声学复核计算，各项参数的实测数据符合建筑声学设计要求。

6.结语

建筑声学作为一门交叉学科，在设计过程中需与建筑、机电、结构、装饰等各专业相互密切配合，需要声学工程师对建筑等各个专业施工图进行审核，确保各专业施工图满足声学要求。更重要的是，功能空间声学品质的优劣不仅取决于建筑声学设计方案，还取决于施工工艺是否满足声学要求，因此除了声学工程师技术交底、现场巡查外，一个有丰富声学工程经验的项目管理、施工团队也是有力的保障。

参考文献：

[1]马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].机械工业出版社:北京,2002(9):524-540