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[设计] 求真音乐厅建筑声学设计

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发表于 2021-8-23 19:19:06 | 显示全部楼层 |阅读模式

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1 项目概况
2020年建成的求真音乐厅,是江西南昌某高校内供师生使用的专业音乐厅。求真音乐厅总体建筑共计3层,主要建筑空间由1层的录音棚、排练厅和2~3层的音乐厅组成。笔者团队在接到声学设计任务后,分别从建筑布局与建筑体型调整优化、室内音质设计与噪声控制等方面对其中的音乐厅进行专项建筑声学设计,建成后的音乐厅各项设计指标均达到理想效果。本文仅对音乐厅部分的建筑声学设计做简要介绍(图1~图2)。
  

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图1 音乐厅竣工图-1

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图2 音乐厅竣工图-2

音乐厅位于建筑2~3层,建筑平面呈近似鞋盒形,舞台设于尽端,厅内最大长度29.2 m,最大宽度16 m,水平投影面积约393 ㎡,装饰吊顶以下平均高度为8.3 m,厅内有效容积约3 256 m³。厅内共有座位数284座,每座容积11.5 m³/座。音乐厅的主要功能为室内乐演出及排练,兼顾部分文娱演出与音乐讲座使用功能。
2 建筑声学设计

2.1、设计指标

音乐厅的演出方式以自然声演出为主,极少使用电声扩声。因此,在设计指标的制定上,以实现充足早期反射声、营造良好空间感为主要目标。根据使用功能,结合项目特点,确定的主要设计指标[1-2]如下。
中频满场混响时间: 0.png =1.7 s±0.1 s,频率特性要求基本平直,允许低频段适当提升。
音乐明晰度: 0.png 为-3 dB~3 dB。
低音比:BR为1.0~1.3。
声场不均匀度: 0.png =±3 dB。
本底噪声:NR-25噪声评价曲线要求。

2.2、设计方案
设计方案的制定,主要从建筑布局与体型优化、室内音质设计与背景噪声控制三方面进行。

2.2.1 建筑布局与体型优化
在建筑布局方面,充分考虑功能使用需求及辅助空间配套,将琴房设置于舞台区后方,并设置暗门,避免通道内存在高差而引起运输困难,对钢琴运送通道路线给出优化建议。通过改变机电设备用房开门方向,以及巧妙利用建筑空间增设声闸构造等方式,将门厅、设备机房等高噪声空间与音乐厅进行有效分离,做到“动静分离”。

建筑体型优化方面,在空间建筑布局已定的情况下,通过装饰手段优化建筑体型,为观众席提供充足的早期反射声。
众所周知,音乐厅容积是影响音乐厅音质的重要因素,世界三大著名音乐厅的空间容积与每座容积分别为:维也纳金色大厅有效容积15 000 m³,可容纳听众1 680座,每座容积8.9 m³/座;阿姆斯特丹音乐厅有效容积18 773 m³,可容纳听众1 560座,每座容积8.5 m³/座;波士顿音乐厅有效容积18 740 m³,可容纳听众2 631座,每座容积7.1 m³/座。

本项目建筑规模较小,从可行之处采取措施,有效增大建筑空间容积:观众厅地面采用座椅错排、各排升高的方式设计。在剧场内,视线的无遮挡设计要求后一排观众视线穿过前排紧邻观众的头顶,根据JGJ57-2016《剧场建筑设计规范》,视线超高值不得低于0.12 m。因此,若采用座椅错排的布置方式,观众席台阶的升起高度就可以为隔排升起高度不小于0.12 m。即通过座椅错排的方式,有效减小台阶升起高度,进而增大建筑空间有效容积。本项目原始相邻台阶升起高度为0.19 m~0.41 m,采取座椅错排方式后,台阶升起高度减小为0.12 m~0.30 m,相较于原始建筑体型,音乐厅增大有效容积约156 m³。

2.2.2 音质设计
音乐厅音质设计方面,以提供早期反射声、增强声扩散为主。早期反射声设计主要通过墙面和顶面的造型加以实现:顶部在考虑面光灯功能使用要求前提下,对剖面造型给出声学优化设计(图3);墙面装饰造型优化以避免舞台区声能浪费、将舞台区演出声均匀反射至观众席为设计原则(图4)。结合项目体型特点与装饰效果需求,设计出大、中、小三种尺度的扩散造型:大尺度造型对应尺寸为8 m~12 m,主要应用位置为吊顶的前区与后区、墙面舞台区(3 m以下高度) ;中尺度造型对应尺寸为3 m~5 m,主要应用位置为吊顶中区、墙面区域(厅内3 m以上高度墙面与观众席3 m以下高度墙面);小尺度造型对应尺寸为30 mm~80 mm,主要应用位置为厅内3 m以下高度位置墙面。
  

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图3 顶面声线分析图

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图4 侧墙面声线分析图

观众席墙面扩散造型设计如图5所示,距离地面3 m以下高度为中尺度与小尺度复合型扩散构造,距离地面3 m以上高度墙面为交错异形构造。
  

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图5 墙面扩散造型设计处理

混响时间控制方面,除座椅外不做额外吸声,为保证观众舒适度,座椅选用剧院专用软座椅。同时考虑声学性能效果、装饰造型等因素,厅内扩散造型材质采用30 mm厚GRG。此外,为有效控制厅内木地板低频吸声,同时避免脚踏时较大声响,在木地板龙骨内满填陶粒。但是,在施工后期,受造价限制及施工条件影响,部分GRG被简单双层石膏板取代,使得厅内低频吸声过量,低音比稍低。

2.2.3 噪声控制
噪声控制设计,从外界噪声隔离与室内噪声控制两方面展开。

外界噪声隔离从横向和纵向两个方面展开。横向是指水平方向(同楼层)内建筑隔声,主要措施是通过创设声闸构造,将音乐厅与高噪声空间(门厅、设备机房等)进行有效隔离。纵向主要为垂直方向建筑隔声,本项目位于建筑2~3层,上方无建筑空间,为建筑坡顶,且无机电设备等高噪声源,楼板采用100 mm厚钢筋混凝土构造,已基本满足隔声需求。值得一提的是,为避免1层的录音棚、排练厅与音乐厅之间产生噪声相互干扰,特采取以下措施。

(1)建筑布局上,将录音棚与音乐厅在垂直面建筑布局上错开,将对噪声要求较低的排练厅、录音棚控制室与音乐厅进行上下相邻布置。

(2)出于结构荷载要求与成本控制考虑,音乐厅与排练厅之间建筑楼板选用100 mm厚钢筋混凝土楼板,音乐厅坐席区由于座椅下送风设计,在楼板开设了诸多送风口,隔声能力大大下降,故在此区域设计成消声静压箱,静压箱底部采用隔声吸声复合构造。排练厅和录音棚控制室内部均做独立装饰吊顶,根据两个空间不同的效果需求,采取特殊设计。录音棚控制室背景噪声及音质设计要求较高,采用隔声构造封闭吊顶,并结合装饰效果要求做扩散造型设计;排练厅内背景噪声要求较低,且音乐厅有重要演出功能时,一般不会安排使用排练厅,故以厅内音质控制为主,采用吸声吊顶。

项目施工完成后,现场对其隔声量进行检测,结果表明,音乐厅内噪声级达到90 dB(A)时,录音棚控制室内背景噪声依然符合NR-25噪声评价曲线要求;音乐厅与排练厅之间声压级差达到50 dB(A),基本达到隔声设计要求。

室内噪声控制主要包括以下两项。

暖通机电设备噪声是厅内主要噪声源,主要控制方法为:机房内设备噪声振动与控制隔离——送回风管走向优化与合理消声设计——管道隔声封堵措施——风口风速控制与风口形式设计选型。

其它设备噪声控制,主要有灯光设备、监控设备等,此类设备噪声主要集中在高频段,是设计极易忽略的噪声控制点,在设备选型时应引起足够重视。

3 声学模拟与主观预评价
为验证声学设计的合理性与科学性,对音乐厅进行三维建模与音质模拟(图6),通过仿真计算,预测厅内各项音质指标是否满足设计要求。此外,为进一步将音质指标“可听化”,在设计过程中,将仿真计算得到的脉冲响应与消声室内录制得到的音频信号进行卷积,预制音乐厅建成后的音频信号,然后借助多声道还声系统建立“虚拟声场”,让听者在音乐厅建成之前切身感受其音质效果。本项目利用的是8.1通道还声系统,可基本正确反映直达声与早期反射声的方位。
  

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图6 ODEON模拟声学模型

模拟计算结果表明,音乐厅中频(500 Hz~1 kHz)满场混响时间约为1.7 s,音乐明晰度为-1 dB~2 dB,均在设计范围要求内。厅内音质主观预评价方面,除设计人员外,邀请业主、使用方与第三方人员对音乐厅音质效果进行主观预评价,结果良好。

4 竣工验收检测
音乐厅竣工后,设计团队对音乐厅进行声学检测[3](空场状态)。厅内主要音质指标测量结果如表1所示。

根据表1 可以看出, 音乐厅主要音质参量:空场中频混响时间RT=1.9 s,早期双耳听觉互相关系数 0.png =0.24,低音比BR=1.0,音乐明晰度 0.png =-0.7 dB,说明厅内音乐明晰,有较好的空间感与环绕感。对比国内外优秀音乐厅[4] 的主要音质指标,也有较好的一致性。

背景噪声方面,在空调关闭状态下,厅内背景噪声符合NR-20噪声评价曲线要求,空调系统开启状态下,厅内背景噪声符合NR-25噪声评价曲线要求,均达到设计标准要求。
  

舞台区主要音质指标测量结果如表2所示。

5 结语
通过采用各种专业技术手段,对音乐厅做出合理声学设计,得到业主方和使用方的一致认可。期待学生们能在此获得良好的观感体验,创作出更好的音乐作品。
致谢:本项目方案设计由笔者与同济大学刘海生老师、上海市声学学会王东老师、江西中盛音乐国际文化传媒有限公司谢郁游老师、上海英波声学工程技术股份有限公司高卫明工程师共同完成,在此表示感谢。




来源:演艺科技传媒   编辑:醉挽清风


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