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求真音樂廳建筑聲學(xué)設(shè)計
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求真音樂廳建筑聲學(xué)設(shè)計


1 項目概況

 

2020年建成的求真音樂廳,是江西南昌某高校內(nèi)供師生使用的專業(yè)音樂廳。求真音樂廳總體建筑共計3層,主要建筑空間由1層的錄音棚、排練廳和2~3層的音樂廳組成。筆者團(tuán)隊在接到聲學(xué)設(shè)計任務(wù)后,分別從建筑布局與建筑體型調(diào)整優(yōu)化、室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計與噪聲控制等方面對其中的音樂廳進(jìn)行專項建筑聲學(xué)設(shè)計,建成后的音樂廳各項設(shè)計指標(biāo)均達(dá)到理想效果。本文僅對音樂廳部分的建筑聲學(xué)設(shè)計做簡要介紹(圖1~圖2)。



音樂廳位于建筑2~3層,建筑平面呈近似鞋盒形,舞臺設(shè)于盡端,廳內(nèi)最大長度29.2 m,最大寬度16 m,水平投影面積約393 ㎡,裝飾吊頂以下平均高度為8.3 m,廳內(nèi)有效容積約3 256 m³。廳內(nèi)共有座位數(shù)284座,每座容積11.5 m³/座。音樂廳的主要功能為室內(nèi)樂演出及排練,兼顧部分文娛演出與音樂講座使用功能。

 

2 建筑聲學(xué)設(shè)計

 

 

2.1

設(shè)計指標(biāo)

 

 

音樂廳的演出方式以自然聲演出為主,極少使用電聲擴(kuò)聲。因此,在設(shè)計指標(biāo)的制定上,以實現(xiàn)充足早期反射聲、營造良好空間感為主要目標(biāo)。根據(jù)使用功能,結(jié)合項目特點,確定的主要設(shè)計指標(biāo)[1-2]如下。

  • 中頻滿場混響時間:圖片=1.7 s±0.1 s,頻率特性要求基本平直,允許低頻段適當(dāng)提升。

  • 音樂明晰度:圖片為-3 dB~3 dB。

  • 低音比:BR為1.0~1.3。

  • 聲場不均勻度:圖片=±3 dB。

  • 本底噪聲:NR-25噪聲評價曲線要求。

 

 

2.2

設(shè)計方案

 

 

設(shè)計方案的制定,主要從建筑布局與體型優(yōu)化、室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計與背景噪聲控制三方面進(jìn)行。

 

2.2.1 建筑布局與體型優(yōu)化

 

在建筑布局方面,充分考慮功能使用需求及輔助空間配套,將琴房設(shè)置于舞臺區(qū)后方,并設(shè)置暗門,避免通道內(nèi)存在高差而引起運輸困難,對鋼琴運送通道路線給出優(yōu)化建議。通過改變機(jī)電設(shè)備用房開門方向,以及巧妙利用建筑空間增設(shè)聲閘構(gòu)造等方式,將門廳、設(shè)備機(jī)房等高噪聲空間與音樂廳進(jìn)行有效分離,做到“動靜分離”。

 

建筑體型優(yōu)化方面,在空間建筑布局已定的情況下,通過裝飾手段優(yōu)化建筑體型,為觀眾席提供充足的早期反射聲。

 

眾所周知,音樂廳容積是影響音樂廳音質(zhì)的重要因素,世界三大著名音樂廳的空間容積與每座容積分別為:維也納金色大廳有效容積15 000 m³,可容納聽眾1 680座,每座容積8.9 m³/座;阿姆斯特丹音樂廳有效容積18 773 m³,可容納聽眾1 560座,每座容積8.5 m³/座;波士頓音樂廳有效容積18 740 m³,可容納聽眾2 631座,每座容積7.1 m³/座。

 

本項目建筑規(guī)模較小,從可行之處采取措施,有效增大建筑空間容積:觀眾廳地面采用座椅錯排、各排升高的方式設(shè)計。在劇場內(nèi),視線的無遮擋設(shè)計要求后一排觀眾視線穿過前排緊鄰觀眾的頭頂,根據(jù)JGJ57-2016《劇場建筑設(shè)計規(guī)范》,視線超高值不得低于0.12 m。因此,若采用座椅錯排的布置方式,觀眾席臺階的升起高度就可以為隔排升起高度不小于0.12 m。即通過座椅錯排的方式,有效減小臺階升起高度,進(jìn)而增大建筑空間有效容積。本項目原始相鄰臺階升起高度為0.19 m~0.41 m,采取座椅錯排方式后,臺階升起高度減小為0.12 m~0.30 m,相較于原始建筑體型,音樂廳增大有效容積約156 m³。

 

2.2.2 音質(zhì)設(shè)計

 

 

音樂廳音質(zhì)設(shè)計方面,以提供早期反射聲、增強聲擴(kuò)散為主。早期反射聲設(shè)計主要通過墻面和頂面的造型加以實現(xiàn):頂部在考慮面光燈功能使用要求前提下,對剖面造型給出聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(圖3);墻面裝飾造型優(yōu)化以避免舞臺區(qū)聲能浪費、將舞臺區(qū)演出聲均勻反射至觀眾席為設(shè)計原則(圖4)。結(jié)合項目體型特點與裝飾效果需求,設(shè)計出大、中、小三種尺度的擴(kuò)散造型:大尺度造型對應(yīng)尺寸為8 m~12 m,主要應(yīng)用位置為吊頂?shù)那皡^(qū)與后區(qū)、墻面舞臺區(qū)(3 m以下高度) ;中尺度造型對應(yīng)尺寸為3 m~5 m,主要應(yīng)用位置為吊頂中區(qū)、墻面區(qū)域(廳內(nèi)3 m以上高度墻面與觀眾席3 m以下高度墻面);小尺度造型對應(yīng)尺寸為30 mm~80 mm,主要應(yīng)用位置為廳內(nèi)3 m以下高度位置墻面。


觀眾席墻面擴(kuò)散造型設(shè)計如圖5所示,距離地面3 m以下高度為中尺度與小尺度復(fù)合型擴(kuò)散構(gòu)造,距離地面3 m以上高度墻面為交錯異形構(gòu)造。


 

混響時間控制方面,除座椅外不做額外吸聲,為保證觀眾舒適度,座椅選用劇院專用軟座椅。同時考慮聲學(xué)性能效果、裝飾造型等因素,廳內(nèi)擴(kuò)散造型材質(zhì)采用30 mm厚GRG。此外,為有效控制廳內(nèi)木地板低頻吸聲,同時避免腳踏時較大聲響,在木地板龍骨內(nèi)滿填陶粒。但是,在施工后期,受造價限制及施工條件影響,部分GRG被簡單雙層石膏板取代,使得廳內(nèi)低頻吸聲過量,低音比稍低。

 

2.2.3 噪聲控制

 

噪聲控制設(shè)計,從外界噪聲隔離與室內(nèi)噪聲控制兩方面展開。

 

外界噪聲隔離從橫向和縱向兩個方面展開。橫向是指水平方向(同樓層)內(nèi)建筑隔聲,主要措施是通過創(chuàng)設(shè)聲閘構(gòu)造,將音樂廳與高噪聲空間(門廳、設(shè)備機(jī)房等)進(jìn)行有效隔離。縱向主要為垂直方向建筑隔聲,本項目位于建筑2~3層,上方無建筑空間,為建筑坡頂,且無機(jī)電設(shè)備等高噪聲源,樓板采用100 mm厚鋼筋混凝土構(gòu)造,已基本滿足隔聲需求。值得一提的是,為避免1層的錄音棚、排練廳與音樂廳之間產(chǎn)生噪聲相互干擾,特采取以下措施。

 

(1)建筑布局上,將錄音棚與音樂廳在垂直面建筑布局上錯開,將對噪聲要求較低的排練廳、錄音棚控制室與音樂廳進(jìn)行上下相鄰布置。

 

(2)出于結(jié)構(gòu)荷載要求與成本控制考慮,音樂廳與排練廳之間建筑樓板選用100 mm厚鋼筋混凝土樓板,音樂廳坐席區(qū)由于座椅下送風(fēng)設(shè)計,在樓板開設(shè)了諸多送風(fēng)口,隔聲能力大大下降,故在此區(qū)域設(shè)計成消聲靜壓箱,靜壓箱底部采用隔聲吸聲復(fù)合構(gòu)造。排練廳和錄音棚控制室內(nèi)部均做獨立裝飾吊頂,根據(jù)兩個空間不同的效果需求,采取特殊設(shè)計。錄音棚控制室背景噪聲及音質(zhì)設(shè)計要求較高,采用隔聲構(gòu)造封閉吊頂,并結(jié)合裝飾效果要求做擴(kuò)散造型設(shè)計;排練廳內(nèi)背景噪聲要求較低,且音樂廳有重要演出功能時,一般不會安排使用排練廳,故以廳內(nèi)音質(zhì)控制為主,采用吸聲吊頂。

 

項目施工完成后,現(xiàn)場對其隔聲量進(jìn)行檢測,結(jié)果表明,音樂廳內(nèi)噪聲級達(dá)到90 dB(A)時,錄音棚控制室內(nèi)背景噪聲依然符合NR-25噪聲評價曲線要求;音樂廳與排練廳之間聲壓級差達(dá)到50 dB(A),基本達(dá)到隔聲設(shè)計要求。

 

室內(nèi)噪聲控制主要包括以下兩項。

 

  • 暖通機(jī)電設(shè)備噪聲是廳內(nèi)主要噪聲源,主要控制方法為:機(jī)房內(nèi)設(shè)備噪聲振動與控制隔離——送回風(fēng)管走向優(yōu)化與合理消聲設(shè)計——管道隔聲封堵措施——風(fēng)口風(fēng)速控制與風(fēng)口形式設(shè)計選型。

  • 其它設(shè)備噪聲控制,主要有燈光設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等,此類設(shè)備噪聲主要集中在高頻段,是設(shè)計極易忽略的噪聲控制點,在設(shè)備選型時應(yīng)引起足夠重視。

 

3 聲學(xué)模擬與主觀預(yù)評價

 

 

為驗證聲學(xué)設(shè)計的合理性與科學(xué)性,對音樂廳進(jìn)行三維建模與音質(zhì)模擬(圖6),通過仿真計算,預(yù)測廳內(nèi)各項音質(zhì)指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求。此外,為進(jìn)一步將音質(zhì)指標(biāo)“可聽化”,在設(shè)計過程中,將仿真計算得到的脈沖響應(yīng)與消聲室內(nèi)錄制得到的音頻信號進(jìn)行卷積,預(yù)制音樂廳建成后的音頻信號,然后借助多聲道還聲系統(tǒng)建立“虛擬聲場”,讓聽者在音樂廳建成之前切身感受其音質(zhì)效果。本項目利用的是8.1通道還聲系統(tǒng),可基本正確反映直達(dá)聲與早期反射聲的方位。


 

模擬計算結(jié)果表明,音樂廳中頻(500 Hz~1 kHz)滿場混響時間約為1.7 s,音樂明晰度為-1 dB~2 dB,均在設(shè)計范圍要求內(nèi)。廳內(nèi)音質(zhì)主觀預(yù)評價方面,除設(shè)計人員外,邀請業(yè)主、使用方與第三方人員對音樂廳音質(zhì)效果進(jìn)行主觀預(yù)評價,結(jié)果良好。

 

4 竣工驗收檢測

 

音樂廳竣工后,設(shè)計團(tuán)隊對音樂廳進(jìn)行聲學(xué)檢測[3](空場狀態(tài))。廳內(nèi)主要音質(zhì)指標(biāo)測量結(jié)果如表1所示。

 

根據(jù)表1 可以看出, 音樂廳主要音質(zhì)參量:空場中頻混響時間RT=1.9 s,早期雙耳聽覺互相關(guān)系數(shù)圖片=0.24,低音比BR=1.0,音樂明晰度圖片=-0.7 dB,說明廳內(nèi)音樂明晰,有較好的空間感與環(huán)繞感。對比國內(nèi)外優(yōu)秀音樂廳[4] 的主要音質(zhì)指標(biāo),也有較好的一致性。

 

 

 

背景噪聲方面,在空調(diào)關(guān)閉狀態(tài)下,廳內(nèi)背景噪聲符合NR-20噪聲評價曲線要求,空調(diào)系統(tǒng)開啟狀態(tài)下,廳內(nèi)背景噪聲符合NR-25噪聲評價曲線要求,均達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。

 

舞臺區(qū)主要音質(zhì)指標(biāo)測量結(jié)果如表2所示。

 

5 結(jié)語

 

 

通過采用各種專業(yè)技術(shù)手段,對音樂廳做出合理聲學(xué)設(shè)計,得到業(yè)主方和使用方的一致認(rèn)可。期待學(xué)生們能在此獲得良好的觀感體驗,創(chuàng)作出更好的音樂作品。
 

 
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