河北藝術(shù)中心音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)

1、河北藝術(shù)中心音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)摘要：音樂廳是河北藝術(shù)中心的重要組成部分。主要供自然聲演奏交響樂使用，兼有多項(xiàng)其它功能。本文概要介紹音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)和適應(yīng)多功能使用的技術(shù)措施，以及建成啟用后的評價(jià)。關(guān)鍵詞：音樂廳自然聲演奏聲學(xué)設(shè)計(jì)Abstrut:Thenerthall,aniprtantpartfHebEiArtenterisainlyusedfrsyphnybynaturalsundandiththerfuntins.Theaustialdesignandthetehnialeasureentssuitabletthefunitins,asellastheevaluatinsineperatin

2、illbeintrduedbrieflyinthisartile.Keyrds:nerthall,naturalsundperfrane,austialdesign概述河北藝術(shù)中心建于河北省首府石家莊市，占地2.4h2，總建筑面積為320002，其中包括2780座的雜技表演廳和980座的音樂廳，以及相關(guān)的配套用房和效勞設(shè)施。音樂廳以演奏交響樂和室內(nèi)樂為主，兼供其它多項(xiàng)功能使用。包容980名聽眾(池座535名，樓座445名)，有效容積85003，每座占容積8.73，總外表積33682。為適應(yīng)多功能使用要求，并使每項(xiàng)功能均具最正確混響時(shí)間，音樂廳采用了圓柱形轉(zhuǎn)體和簾幕相結(jié)合的可調(diào)吸聲裝置，分布式計(jì)

3、算機(jī)調(diào)控。音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)從方案階段的體形設(shè)計(jì)就開始介入，貫穿于整個(gè)工程的設(shè)計(jì)、施工和開工調(diào)試的全過程，以確保大廳的音質(zhì)。藝術(shù)中心于1999年10月建成，經(jīng)調(diào)試后于2000年11月啟用。第七屆國際雜技藝術(shù)節(jié)就在這里召開。音樂廳經(jīng)多種劇目的演出后，普遍對廳內(nèi)的音質(zhì)和適應(yīng)性給予很高的評價(jià)。圖1為藝術(shù)中心的外景。音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)指標(biāo)確實(shí)定、體形分析、混響時(shí)間的控制、噪聲控制、主客觀聲學(xué)指標(biāo)的測試和調(diào)試等幾方面，現(xiàn)分述如下：聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)確實(shí)定聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)是在參考國外資料、結(jié)合國情、聽取有關(guān)部門的意見并獲得業(yè)主認(rèn)可的條件下確定的。音樂廳所確定的各項(xiàng)聲學(xué)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，見表1所示：音

4、樂廳的體形設(shè)計(jì)體形設(shè)計(jì)關(guān)系到廳內(nèi)的聲擴(kuò)散、聲場分布、頻率響應(yīng)、早期反射聲的強(qiáng)度和分布、后座的響度和消除音質(zhì)缺陷等一系列的聲學(xué)問題。因此，聲學(xué)設(shè)計(jì)必須在方案階段就進(jìn)入角色。藝術(shù)中心音樂廳的平面采用六角形，它比傳統(tǒng)的鞋盒式要有利得多，表如今如下幾方面：聽眾席處在倒扇形的平面內(nèi)，前、中區(qū)的聽眾比鞋盒式在相對應(yīng)的座席有更多的早期傾向反射聲。消除了平行墻面引起的回聲，在沒有的巴洛克裝修的現(xiàn)代音樂廳內(nèi)，是非常有利的設(shè)施。所有的聽眾席均在聲源最正確的投影角范圍內(nèi)，從而有良好的方向性和頻率響應(yīng)。傳統(tǒng)鞋盒式音樂廳兩側(cè)廊座前半部分那么方向性很差。在聽眾人數(shù)一樣的情況下，縮短了后座至臺口的間隔 ，藝術(shù)中心音樂廳樓座

5、后排至演奏臺間隔 僅為23，同時(shí)還可減少后部聽眾人數(shù)。演奏臺構(gòu)成喇叭形，它比鞋盒式矩形演奏臺節(jié)省了面積，且有利于樂師間的互相聽聞和把融洽后的樂聲傳播至聽眾席。通過上述分析比照，藝術(shù)中心音樂廳在容量不大的情況下，仍不采用傳統(tǒng)的鞋盒式，而采用六角形平面。音樂廳的剖面設(shè)計(jì)，把演奏臺的吊頂壓低，以使前區(qū)聽眾早期反射聲的時(shí)延間隙縮短，同樣，在較矮的吊頂下還懸吊了球切面擴(kuò)散體，使樂師間有較好的互相聽聞條件；臺口前的錐狀反射板，主要為加強(qiáng)后座聲級而設(shè)置；為了加強(qiáng)聲擴(kuò)散，大廳的側(cè)墻配置半圓柱體，可調(diào)圓柱形轉(zhuǎn)體，當(dāng)反射面暴露時(shí)也為圓柱體。音樂廳的平、剖面和內(nèi)景分別見圖2和圖4所示?？烧{(diào)混響時(shí)間的設(shè)計(jì)1一個(gè)近代音

6、樂廳，無論是專業(yè)的或供多功能使用，都必須設(shè)置可調(diào)混響裝置。理由很簡單：首先，不同音樂作品要求有各自的混響時(shí)間，為使每個(gè)作品都有最正確的混響時(shí)間就要求有可調(diào)裝置；其次是為了充分發(fā)揮音樂廳的使用效率，進(jìn)步經(jīng)濟(jì)和社會效益，擴(kuò)大其使用范圍是完全應(yīng)該的，這是近代廳堂設(shè)計(jì)必須考慮的實(shí)際問題。對此，音樂廳設(shè)置了用計(jì)算機(jī)調(diào)控的混響裝置。為確?？烧{(diào)混響實(shí)效，遵循如下設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么：可調(diào)構(gòu)造必須有足夠的可變吸聲量(足夠的可調(diào)面積和強(qiáng)吸聲構(gòu)造)，且在125Hz4000Hz的覆蓋頻率范圍內(nèi)有接近相當(dāng)?shù)目勺兾暳?；可變吸聲?gòu)造，當(dāng)反射面暴露時(shí)，應(yīng)對低頻有較低的聲吸收，并能起到聲擴(kuò)散的作用；可變吸聲構(gòu)造應(yīng)具有操作簡便、性能可

7、靠和先進(jìn)的調(diào)節(jié)手段。根據(jù)上述準(zhǔn)那么，音樂廳內(nèi)采用了40個(gè)旋轉(zhuǎn)圓柱體(直徑800，半圓柱面吸聲，另半圓柱面反射)和6個(gè)可調(diào)簾幕相結(jié)合的可變吸聲裝置。可調(diào)面積為3582(轉(zhuǎn)體232.62，簾幕1252)，占總外表積的10.6%，根據(jù)經(jīng)歷，它有可能到達(dá)設(shè)計(jì)調(diào)幅量的要求。圖5為旋轉(zhuǎn)圓柱體的構(gòu)造示意。廳內(nèi)各界面的用材廳內(nèi)各界面用材設(shè)計(jì)，主要為了控制混響、獲得良好音色和消除音質(zhì)缺陷；廳內(nèi)墻面均采用多層板外貼三合板的構(gòu)造；可調(diào)圓柱體的反射面是在20厚的松木企口板外貼三合板；樓座后墻為木格柵內(nèi)設(shè)可調(diào)簾幕；池座后墻為條木吸聲構(gòu)造，木地面和架空木板演奏臺，石膏板吊頂。廳內(nèi)座椅是音樂廳內(nèi)影響最大的吸聲體，為減少其吸

8、聲量，并盡可能接近聽眾本身的吸聲量，采用硬木板椅，僅靠墊和座墊為軟包的構(gòu)造。噪聲控制音樂廳的噪聲控制包括圍護(hù)構(gòu)造(墻、天花和門、窗)的隔聲和空調(diào)系統(tǒng)的消聲、減振設(shè)計(jì)兩部分。前者做了構(gòu)件隔聲量的計(jì)算和試驗(yàn)，確保各構(gòu)件均有所需的計(jì)權(quán)隔聲量；后者均做了消聲、減振(根底和管道)和限制氣流速度的設(shè)計(jì)，以確保廳內(nèi)噪聲到達(dá)設(shè)計(jì)指標(biāo)。音樂廳的聲學(xué)測量音樂廳建成后的聲學(xué)測定，包括混響時(shí)間、聲場不均勻度、早期反射聲、明晰度和噪聲級等內(nèi)容?，F(xiàn)分述如下：混響時(shí)間(RT)測定2混響時(shí)間測定按廳內(nèi)可調(diào)吸聲構(gòu)造處在三種不同吸聲狀態(tài)下進(jìn)展，其結(jié)果見表2所示：溫暖感(低音比)BR溫暖感是低音的提升程度，它表征音樂的飽滿度，它是

9、低頻混響與中頻混響時(shí)間的比值，即(空場)，滿場為1.04。聲場不均勻度Lp聲場不均勻度是以廳內(nèi)測得的最大聲壓級Pax與最小聲壓級Pin的差值來表征，即Lp=Pax-Pin(dB)，測定結(jié)果列于表3。早期反射聲序列測定音樂廳音質(zhì)效果的重要指標(biāo)除了混響時(shí)間以外，另一項(xiàng)指標(biāo)是早期反射聲的強(qiáng)度和覆蓋面，以及時(shí)延間隙。對此測定了100s以內(nèi)的早期反射聲序列。聲源采用電火花發(fā)聲器，測點(diǎn)配置見圖5所示。反射聲序列見圖7(測定了12個(gè)點(diǎn)，為減少篇幅，圖內(nèi)僅列出8個(gè)測點(diǎn))。表征反射聲優(yōu)、劣的狀況，通常采用明晰度(聲能比)值，即早期聲能與后期聲場之比的分貝值，并以80s(音樂)和50s(語言)為時(shí)界，即：計(jì)算時(shí)，

10、后期聲能取1000s，8個(gè)測點(diǎn)位置上求得的80(3)和50(3)dB的平均值為；80(3)=-1.26dB,50(3)=+1.41dB80(3)為500Hz,1000Hz和2000Hz80值的平均值，50(3)類同。早期反射聲時(shí)延間隙tI早期反射聲時(shí)延間隙tI表示一次反射聲與直達(dá)聲之間的時(shí)間延遲。當(dāng)tI小于20s時(shí)，一次反射聲有加強(qiáng)直達(dá)聲強(qiáng)度，進(jìn)步親切感的成效。由于廳內(nèi)各測點(diǎn)的tI值均不一樣，目前以池座中的tI值為代表值，根據(jù)10排1號反射聲序列圖可求得tI值在720s范圍內(nèi)。后座響度L廳內(nèi)后座響度，由于后座(樓上)至演奏臺僅為23，池座小于20，因此，在交響樂自然聲演奏時(shí)，聲壓級均大于80d

11、BA(峰值)。廳內(nèi)噪聲級N廳內(nèi)實(shí)測背景噪聲為27dBA，開空調(diào)時(shí)29.7dBA。關(guān)于廳內(nèi)是否存在音質(zhì)缺陷，通過脈沖響應(yīng)測試和聲衰減曲線進(jìn)展分析說明，廳內(nèi)沒有音質(zhì)缺陷。以上即為音樂廳聲學(xué)測試的8項(xiàng)內(nèi)容。聲學(xué)測定結(jié)果的分析、評價(jià)和調(diào)試上述各項(xiàng)聲學(xué)參數(shù)的測定結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)(見表1)相對應(yīng)，可以肯定設(shè)計(jì)到達(dá)了預(yù)期的指標(biāo)。通過試用，音樂家、樂師和聽眾普遍認(rèn)為音樂具有良好的音質(zhì)，表如今音色純真、音節(jié)明晰、聲學(xué)圓潤、低音有較好的飽滿度。特別是通過計(jì)算機(jī)調(diào)控混響時(shí)間裝置，滿足了不同音樂作品和類別(交響樂、室內(nèi)樂、合唱音樂等)對混響時(shí)間的要求，給予很高的評價(jià)。但也有少數(shù)音樂愛好者和樂師認(rèn)為池座5排至8排的中間座

12、席尚感早期反射聲缺乏。對此，通過演奏臺上懸吊反射板傾角的調(diào)節(jié)，使之得到了改善(見圖8所示)。此外，也有一些音樂家(主要是河北交響樂團(tuán))認(rèn)為，假設(shè)音樂廳內(nèi)可調(diào)混響的上限值由1.6s(是汲取了廣東星海音樂廳的經(jīng)歷確定的：當(dāng)初音樂廳按設(shè)計(jì)要求，廳內(nèi)混響時(shí)間到達(dá)1.82s，普遍反映混響太長，后調(diào)至1.65s，得到了認(rèn)可)能提升至1.7s，對交響樂演奏將會有更好的效果。對此，也做了改進(jìn)方案，即把池座后墻原條木吸聲構(gòu)造改為23厚木板凸弧形擴(kuò)散體(362)和取消池座橫向走道的地毯(802)，根據(jù)計(jì)算，廳內(nèi)最大混響時(shí)間可達(dá)1.73s。但該方案還有不同意見(有人認(rèn)為對民族音樂，混響不宜太長，此外，我國的音樂家也

13、不習(xí)慣在混響很長的廳堂內(nèi)演奏，傾向于以明晰為主)，因此，至今尚未施行。設(shè)計(jì)方案見圖9所示。河北藝術(shù)中心音樂廳在世紀(jì)之交的2000年1月開工啟用，使用至今已有一年多的時(shí)間，通過各類音樂劇目的演奏，以及其它功能的使用說明，廳內(nèi)具有良好的音質(zhì)，具有很大的適應(yīng)性。它的建成，不僅為石家莊市，同時(shí)也為華北地區(qū)、乃至國內(nèi)增添了一座欣賞高雅藝術(shù)的殿堂。主要參考文獻(xiàn)1L.L.Beranek,?HTheySund:nertandperaHalls?.19962項(xiàng)端祈著，?音樂建筑音樂聲學(xué)建筑?.中國建筑工業(yè)出版社.1999.3項(xiàng)端祈編著，?近代音樂廳建筑?，科學(xué)出版社.2000.4項(xiàng)端祈，音樂廳建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的回憶與展望?工程聲學(xué)?北京大學(xué)出版社，1996.5項(xiàng)端祈，廣東星海音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)，?建筑學(xué)報(bào)?.1999.5期6安藤四一著(戴根華譯)，?音樂廳聲學(xué)?，科學(xué)出版社，1989.注：1由北京自動化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)研究院鐘衍、項(xiàng)昆和夏明三位工程師設(shè)計(jì)。2測定時(shí)，池座走道鋪滿地毯；平均