湖北省博物館編鐘演奏廳是展示編鐘特色的重要場所，以編鐘演奏為主。根據(jù)編鐘發(fā)聲特點(diǎn)，合理設(shè)定音質(zhì)設(shè)計(jì)指標(biāo)；通過優(yōu)化吊頂形式、減少室內(nèi)吸聲面等措施，減弱建筑體型、裝飾做法對音質(zhì)效果的不利影響。設(shè)計(jì)思路和方法可為以編鐘等古典打擊樂器演奏為主的演奏廳音質(zhì)設(shè)計(jì)提供參考。
編鐘是荊楚文化的象征，編鐘音樂是金石音樂的代表。坐落在湖北省博物館內(nèi)的編鐘演奏廳（以下簡稱：演奏廳）是欣賞和編鐘音樂、弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化，并供相關(guān)專業(yè)人員學(xué)習(xí)、研究和傳承編鐘音樂的場所。
“聲音”是編鐘演奏廳最核心的要求，涉及聲學(xué)、建筑、裝飾等專業(yè)。本文根據(jù)演奏廳特定使用功能，設(shè)定合理聲學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)，分析演奏廳體型和裝飾做法對聲音的影響和作用，利用計(jì)算機(jī)模擬手段，提出質(zhì)量可靠、技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)適用的聲學(xué)設(shè)計(jì)方案，減弱建筑體型、裝飾做法對音質(zhì)效果的不利影響。
1 建筑概況
演奏廳位于湖北省博物館三期擴(kuò)建工程文展大樓內(nèi)，容座397座，屬于小型音樂廳；觀眾廳建筑平面為圓形，最長處22.5 m，最寬處22 m；吊頂以下高度6 m～10 m；全臺階形式，起坡高度120 mm～320 mm；容積3 226 m3，每座容積8.1 m3/座。演奏廳平面圖、剖面圖見圖1、圖2。演奏廳演出以自然聲為主，聲學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是保證演奏時的音樂豐滿度。
2 編鐘發(fā)聲特點(diǎn)和聲學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1）編鐘屬于古典打擊樂器，沒有止音裝置，敲擊之后只能由其自然衰減，余音較長。聲學(xué)設(shè)計(jì)需要為演奏廳創(chuàng)造足夠的混響和早期反射聲，與直達(dá)聲一起疊加，才能體現(xiàn)編鐘音樂的特殊韻味。為了創(chuàng)造良好的親切感，演奏廳早期反射聲對于直達(dá)聲的初始延遲間隙不宜超過30 ms。
2）成套編鐘由多個組件組成，敲擊不同鐘體或同一鐘體不同位置，產(chǎn)生的音階不同。編鐘產(chǎn)生的不同音階之間有間隔，不連續(xù)。編鐘音階連音需要借助混響來實(shí)現(xiàn)，即演奏廳應(yīng)具有較長的混響時間。
3）演奏廳體型選擇對音質(zhì)的影響至關(guān)重要，在體型確定后，應(yīng)分析聲場的特點(diǎn)，采取合理技術(shù)措施減弱對音質(zhì)效果的不利影響。
4）應(yīng)少用吸聲材料，主要通過合理控制體型，將演奏廳混響時間控制在合理范圍內(nèi)。
5）聲學(xué)構(gòu)造和材料的選用應(yīng)簡單、易施工，降低工程造價。
3 設(shè)計(jì)指標(biāo)
1）混響時間及頻率特性（滿場條件）
中頻（ 5 0 0 H z ～ 1 k H z ）， RT=1.3 s±0.1 s；低頻（125 Hz～250 Hz）允許提升10%～20%；高頻（2 kHz ～4 kHz）允許下降10%～20%；
2） 明晰度
演奏廳觀眾廳音樂明晰度C80（空場）：-3 dB～0 dB。
3）音質(zhì)總體評價
觀眾廳內(nèi)不出現(xiàn)聲聚焦音質(zhì)缺陷。
4 體型設(shè)計(jì)
演奏廳應(yīng)具有合適的體型，包括每座容積和合適的平面、剖面形式。平面、剖面形式應(yīng)使觀眾席能獲得豐富的早期反射聲，且強(qiáng)度足夠、時間間隔均勻。而且早期反射聲必須是多維的，其中側(cè)墻的早期反射聲對聲源定位展寬有貢獻(xiàn)，吊頂?shù)脑缙诜瓷渎晫臻g高度感有貢獻(xiàn)。
觀眾廳采用圓形平面，具有觀演視線好的優(yōu)點(diǎn)。但可能導(dǎo)致聲音向特定區(qū)域聚集，形成局部聲聚焦，使得聲場分布不均勻，表現(xiàn)為觀眾廳內(nèi)不同位置處的聲音大小及音質(zhì)的主觀感受有差異。為此，聲學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)采取措施減弱圓形體型缺陷對音質(zhì)效果的不利影響。
4.1 每座容積
音樂廳每座容積宜為7 m3/座～13 m3/座，演奏廳每座容積8.1 m3/座，符合理論值的要求，但接近下限值。由于標(biāo)高限制，吊頂無法抬高，體積無法增加，因此，聲學(xué)建議裝飾應(yīng)不用或少用吸聲材料，避免吸聲過量，混響時間偏低。吊頂應(yīng)采用面密度較大的材質(zhì)（如GRG、GRC等），面密度不小于40 kg/m2；墻面可采用GRG、GRC、木質(zhì)等；地面采用貼實(shí)的材料。
4.2 建筑平面聲線分析
編鐘具體位置尚不明確，聲線分析時，暫定聲源位于臺口線中央。建筑平面聲線分析（側(cè)墻前段）見圖3，建筑平面聲線分析（側(cè)墻中后段和后墻）見圖4。
從圖3可以看出，側(cè)墻前段的反射聲分布均勻，能覆蓋大部分觀眾席。經(jīng)計(jì)算，早期反射聲相對于直達(dá)聲的初始延遲間隙 11 ms ～33 ms，基本滿足不超過30 ms的要求。
從圖4看出，側(cè)墻中后段和后墻會導(dǎo)致聲聚焦。其中側(cè)墻中段反射聲和后墻反射聲聚焦于觀眾席，聲聚焦現(xiàn)象較明顯。側(cè)墻后段導(dǎo)致的聲聚焦程度相對較弱，聚焦點(diǎn)在觀眾席外。后期裝飾需做擴(kuò)散處理，或者擴(kuò)散配合少量吸聲，以減弱聲聚焦。
4.3 剖面聲線分析
建筑剖面聲線分析（聲學(xué)優(yōu)化吊頂前）見圖5，建筑剖面聲線分析（聲學(xué)優(yōu)化吊頂后）見圖6。
從圖5可以看出，吊頂反射聲分布均勻，能覆蓋全部觀眾席。但存在如下問題：部分聲線反射至臺唇和觀眾廳后墻，這部分反射聲未能有效利用。且反射回臺唇的聲音可能形成回聲。
聲學(xué)建議：1）吊頂優(yōu)化為圖6所示形狀，且雙曲面吊頂改為單曲面吊頂。2）吊頂采用厚重的材料，面密度不小于40 kg/m2，以利于減少低頻吸聲，提高主觀聽音的豐滿度。
聲學(xué)優(yōu)化吊頂后，吊頂?shù)姆瓷渎暦植季鶆颍芨采w全部觀眾席。與優(yōu)化前相比，吊頂反射聲更豐富。經(jīng)計(jì)算，早期反射聲相對于直達(dá)聲的初始延遲間隙為 10 ms～32 ms，基本滿足不超過30 ms的要求。
5 音質(zhì)設(shè)計(jì)
5.1 裝飾做法的聲學(xué)缺陷
墻面采用穿孔板吸音板，地面鋪地毯，墻面和地面滿鋪吸聲材料，不符合“應(yīng)不用或少用吸聲材料”的聲學(xué)要求。裝飾吊頂采用12 mm厚GRG，面密度達(dá)不到聲學(xué)要求的40 kg/m2，會導(dǎo)致低頻吸聲過量。
吊頂、墻面、地面等裝飾做法見表1。
基于裝飾做法，初步計(jì)算的混響時間如表2所示。從表2可以看出，混響時間偏低，這會導(dǎo)致音質(zhì)非常干澀，缺乏豐滿度。
5.2 聲學(xué)建議措施
聲學(xué)需要解決2個問題：1）廳內(nèi)吸聲過量；2）聲聚焦缺陷。
聲學(xué)優(yōu)化措施如下：
1） 觀眾廳頂面GRG厚度由12 mm改為25 mm。
2） 墻面穿孔吸音板背襯基層板，穿孔吸音板與基層板緊貼。既取消了墻面吸聲，又不影響裝飾效果。如圖7、圖8所示。
3） 側(cè)墻中段內(nèi)凹區(qū)域（圖4玫紅色墻面），2 m 以下人員活動高度范圍內(nèi)（圖9），保留裝飾做法，做強(qiáng)吸聲處理，避免聲聚焦。穿孔吸音板穿孔率20%～25%，板后應(yīng)形成封閉空腔，空腔內(nèi)填100 mm厚32 kg/m3玻璃棉，見圖9、圖10。側(cè)墻吸聲區(qū)域與非吸聲區(qū)域裝飾效果保持統(tǒng)一。
4） 裝飾在后墻（圖4磚紅色墻面）設(shè)置了豎向造型線條，將功能性與裝飾性相結(jié)合，能與墻面造型及飾面材料有機(jī)融合。室內(nèi)設(shè)計(jì)在側(cè)墻飾面材料拼縫間規(guī)律設(shè)置豎向LED燈帶，后墻豎向線條與側(cè)墻飾面材料風(fēng)格和諧統(tǒng)一。該豎向擴(kuò)散體寬度60 mm，突出高度120 mm，間距180 mm，擴(kuò)散體尺寸較小。見圖11、圖12。
5） 側(cè)墻后段內(nèi)凹區(qū)域（圖4綠色色墻面）聲聚焦程度較弱，且聚焦點(diǎn)不在觀眾席。該區(qū)域如果做吸聲處理，會導(dǎo)致廳內(nèi)吸聲過量；如果做擴(kuò)散處理，與側(cè)墻其他區(qū)域裝飾風(fēng)格不統(tǒng)一，略顯突兀。因此，側(cè)墻后部內(nèi)凹區(qū)域未做處理。
（6）取消地毯。
聲學(xué)優(yōu)化后，混響時間計(jì)算結(jié)果如表3所示。
從表3可以看出，混響時間計(jì)算值比設(shè)計(jì)值低0.1 s~0.2 s，但混響時間頻率特性較好。
6 音質(zhì)模擬
基于聲學(xué)優(yōu)化后的裝飾做法，采用仿真計(jì)算軟件 L M S Virtual.Lab中的聲線分析模塊（Ray Analysis），對混響時間、明晰度C80兩個參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算。
6.1 混響時間
混響時間模擬云圖（以1000 Hz為例）見圖13。8個接收點(diǎn)（P1～P8）混響時間模擬計(jì)算結(jié)果平均值見表4。
從圖13可以看出，盡管演奏廳內(nèi)少量位置存在混響時間偏長的情況，但整體來看，廳內(nèi)混響時間分布比較均勻。
從表4可以看出，混響時間及頻率特性滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。從表3和表4可以看出，混響時間模擬值比混響時間計(jì)算值長0 . 2 s 。根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，模擬結(jié)果更接近現(xiàn)場實(shí)測值。
6.2 明晰度C80
明晰度模擬云圖（以1000 Hz為例）見圖14。8個接收點(diǎn)（P1～P8）明晰度模擬計(jì)算結(jié)果見表5。
從表5可以看出，各接收點(diǎn)明晰度C80平均值各頻率均在-3 dB～0 dB之間，滿足要求。但是，各接收點(diǎn)明晰度差距較大，其中部分接收點(diǎn)C80不在-3 dB～0 dB范圍內(nèi)，這是由于聲聚焦音質(zhì)缺陷造成的。
7、結(jié)束語
1）體型的選擇對演奏廳音質(zhì)的影響至關(guān)重要，觀眾廳應(yīng)有足夠的早期反射聲。關(guān)于體型設(shè)計(jì)，建筑、裝飾應(yīng)以聲學(xué)要求為主。
2）不同的音樂演出，音質(zhì)要求有所不同。尤其是編鐘演奏廳這類使用功能單一的廳堂，音質(zhì)設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮樂器的發(fā)聲特點(diǎn)。
3）聲聚焦缺陷對音質(zhì)會產(chǎn)生負(fù)面影響，應(yīng)盡量避免。
4）計(jì)算機(jī)模擬與理論計(jì)算結(jié)果之間往往存在差異，其中模擬結(jié)果更接近實(shí)測值。對于以編鐘演奏演出為主的演奏廳，音質(zhì)要求非常高，聲學(xué)設(shè)計(jì)宜采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行方案優(yōu)化。條件具備時，可制作縮尺模型，進(jìn)一步驗(yàn)證聲學(xué)設(shè)計(jì)成果。
5）由于現(xiàn)場零星施工以及疫情管控，尚未進(jìn)行竣工后現(xiàn)場聲學(xué)測試。待條件成熟，將補(bǔ)充測試。
