背景介紹

本方案引用我司某音樂廳項(xiàng)目作為案例。

場館概述

音樂廳呈鐘型，采取盡端式舞臺的設(shè)計(jì)；建筑尺寸：長：18.95m，寬11.67-20.4m，高2層約12.2m；挑臺進(jìn)深為3.9m，挑臺口高3.2,進(jìn)深比1.22。

音樂廳體積約3096m3，可容納約293人，每座容積10.6m3/座；舞臺面積約85㎡；每個樂師所占面積按1.0-1.5㎡/位計(jì)算，對于豎琴、大提琴、低音大提琴、長號和大號的樂師所占面積按2.0-2.5㎡/位計(jì)算，最多可支持雙管樂隊(duì)同等規(guī)模演出需求。

使用功能：以中小型音樂會為主。。聲學(xué)設(shè)計(jì)原則以自然聲設(shè)計(jì)為主，要求廳堂建成后具備較高的混響感、空間感。

聲學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)

本項(xiàng)目的聲學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)以相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)經(jīng)典聲學(xué)文獻(xiàn)為準(zhǔn)，列舉如下：

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB50118－2010《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB50121-2005《建筑隔聲評價標(biāo)準(zhǔn)》

中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ57-2000《劇場建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GBT / T 50356-2005《劇場、電影院和多用途禮堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》

《ISO3382:2008 Acoustics Measurement of the reverberation time of rooms with reference to other acoustical parameters.》

《音樂廳和歌劇院》白瑞納克著

音樂廳 相關(guān)圖紙與提供的相關(guān)信息

聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及本項(xiàng)目的功能特點(diǎn)，茲確定以下的音質(zhì)設(shè)計(jì)指標(biāo):

表1 聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)

表2 觀眾廳各頻率的混響時間相對于500-1000Hz的比值

觀眾廳內(nèi)本底噪聲 / 運(yùn)行噪聲級：在空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，廳內(nèi)本底噪聲應(yīng)不超過NR25噪聲評價曲線，用A 聲級評價時要求噪聲不超過30dBA。

聲場不均勻度：容積大并以擴(kuò)聲系統(tǒng)為主的廳堂，其聲場不均勻度主要取決于擴(kuò)聲系統(tǒng)的揚(yáng)聲器設(shè)置方式。要求廳內(nèi)前區(qū)和后區(qū)的聲場強(qiáng)度差別宜小于6dB,橫向中區(qū)和左右兩側(cè)區(qū)域的聲場強(qiáng)度差別宜小于3dB。

觀眾廳內(nèi)任何位置無音質(zhì)缺陷，如聲聚焦、回聲、顫動回聲等聲學(xué)缺陷。廳內(nèi)總體評價應(yīng)達(dá)到混響合適、特性優(yōu)良、聲場均勻，聲音清晰豐滿、無明顯噪聲等。

控制室音質(zhì)設(shè)計(jì)指標(biāo)：中頻500~1000Hz滿場混響時間為：RT60=0.4秒，各頻率混響時間平直。

隔聲設(shè)計(jì)

隔聲吊頂

為確保音樂廳上方外圍護(hù)構(gòu)造隔聲量Rw達(dá)到60dB，以避免室外噪聲影響音樂廳正常演出，音樂廳廳上方應(yīng)設(shè)置隔聲吊頂（如圖 3），具體構(gòu)造為：減振吊桿+吊頂龍骨（內(nèi)填50mm厚48K玻璃棉）+雙層12mm厚防火石膏板，請參見圖 3。

開放式吊頂設(shè)計(jì)

通過增加音樂廳的容積，是增加音樂廳的混響時間最有效根本的做法。因此，將吊頂設(shè)計(jì)成開放式，吊頂上部的空間屬于整個音樂廳的一部分。開放式吊頂?shù)脑O(shè)計(jì)，既能讓廳堂擁有大空間廳堂的混響感，同時能保證小空間廳堂的親切感和空間感。

體型優(yōu)化分析

體型設(shè)計(jì)是音質(zhì)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。廳堂體型直接決定了反射聲的時間和空間分布，甚至影響直達(dá)聲的傳播，大量的早期反射聲是優(yōu)良音質(zhì)的有力保證。合適的體型設(shè)計(jì)是良好音質(zhì)的必備條件之一，而科學(xué)的裝飾完成面造型設(shè)計(jì)能為獲得良好音質(zhì)提供先天性的有利條件。

墻面形狀、尺寸、布置的合理設(shè)計(jì)以及擴(kuò)散體的設(shè)計(jì)與布置來滿足。設(shè)計(jì)合理的吊頂可以為觀眾廳提供豐富而均勻的早期反射聲，舞臺臺口至面光橋之間的大天花，能夠?yàn)榍爸袇^(qū)提供早期反射聲，面光橋后部的天花吊頂能夠?yàn)槌刈泻蟛考皹亲^眾席提供早期反射聲。而合理設(shè)計(jì)側(cè)墻的造型，能夠使觀眾廳的側(cè)向反射聲更豐富，聲場更為擴(kuò)散，這也有利于加強(qiáng)觀眾席的空間感。而側(cè)墻上擴(kuò)散反射體的設(shè)計(jì)能夠?yàn)橛^眾廳提供大量的側(cè)向反射聲，這都能改善觀眾廳的空間感并使觀眾廳具有良好的聲場分布均勻度。

剖面體型優(yōu)化

吊頂作為最重要的一個反聲面，需要科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，將聲音有效地反射到觀眾區(qū)域，提供大量的早期反射聲，有利于加強(qiáng)直達(dá)聲，提高聲場均勻度、自然聲響度和語言清晰度。本方案的吊頂造型基于裝飾效果美觀的前提下，最大量利用頂部為觀眾席提供反射聲，并使來自頂部的反射聲能均勻覆蓋觀眾席。

演奏臺墻面擴(kuò)散設(shè)計(jì)

參數(shù)化輔助音質(zhì)設(shè)計(jì)

利用計(jì)算機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，對觀眾廳體型進(jìn)一步分析，聲線分析可涵括二維層次開始到三維聲學(xué)模型層次，與傳統(tǒng)CAD聲線作圖法相比，具有高效便利，精細(xì)確切，分辨率高，形象生動等優(yōu)點(diǎn)。

展斜墻平面參數(shù)化聲線分析

圖 7、圖 8是展斜墻作擴(kuò)散處理前后的對入射聲能的反射作用對比：可以清楚看出，入射聲線經(jīng)MLS數(shù)論墻體反射后，相鄰聲線之間的差異更加大，表明MLS擴(kuò)散可有效對聲能造成時間差、能量差的作用，能量分布按數(shù)論規(guī)律排列，具有良好的擴(kuò)散作用。

演奏臺后墻參數(shù)化聲線分析

從圖 9圖 10可以清楚看出，入射聲線經(jīng)MLS數(shù)論擴(kuò)散后墻反射后，反射聲的波前不是一個規(guī)律的圓弧，而是帶著數(shù)論特征的一個圓弧，對聲能起到很好的擴(kuò)散，有利于提高演奏臺上的均勻度，有利于樂師之間的良好聽聞、協(xié)作，同時避免出現(xiàn)演奏臺上某處地方能量過大的現(xiàn)象出現(xiàn)。

立面體型參數(shù)化聲線分析

由于演奏臺上聲源位置眾多，按照傳統(tǒng)的CAD作圖法無法一一進(jìn)行分析。本項(xiàng)目中，借助參數(shù)化工具，對不同聲源點(diǎn)反射板的反射效果進(jìn)行分析。圖 11給出3個聲源點(diǎn)位置的反射效果。可以清楚看到，反射板造型能適應(yīng)聲源點(diǎn)位置變化，均能為整個觀眾區(qū)域提供覆蓋的早期反射聲，且分布均勻，反射界面有效面積利用率十分高。

橫截面體型優(yōu)化

由于利用側(cè)墻上除MLS擴(kuò)散體外的墻體作擴(kuò)散反射設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出如圖 13所示的聲學(xué)造型，擴(kuò)散反射效果如圖 12。能為觀眾區(qū)提供向下的早期反射聲，同時能對入射聲能做擴(kuò)散反射處理，避免出現(xiàn)反射聲能量過于集中的情況。有利于提高音樂廳的空間感、混響感和均勻度。

基于擴(kuò)大反聲覆蓋范圍的吊頂角度優(yōu)化

如圖 14所示，通過參數(shù)化精確控制反射板的旋轉(zhuǎn)角度，同時能直觀地觀察到早期反射聲能覆蓋于觀眾區(qū)上的情況，能快速確定有利于聲學(xué)效果的反射板安裝角度，提高整個反射板的反聲效率。

音樂廳模型三維聲線分析

基于三維聲學(xué)建模的基礎(chǔ)上，直觀觀察聲線的傳播路徑。如上圖所示，聲音從聲源發(fā)出后，經(jīng)反射板反射后，反射聲能覆蓋范圍很大，擴(kuò)散效果佳。同時，若界面存在產(chǎn)生回聲、聲聚焦等聲學(xué)缺陷時，利用三維聲線分析技術(shù)能作有效判斷。

聲學(xué)材料布局

為了獲得期望的足夠長的混響時間，以滿足交響樂演奏的需求；我們確定音樂廳（交響樂模式）內(nèi)不作任何吸音處理，并嚴(yán)格控制座椅的吸音量。為防止音樂廳兩對平行墻體間可能產(chǎn)生的顫動回聲，四面墻體均作了擴(kuò)散處理。吊頂作為重要的反射面，其形狀經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)，以便為觀眾提供更多的早期反射聲，增加語言的清晰度和音樂的聲散比。

觀眾廳內(nèi)各界面聲學(xué)材料的選擇與安裝位置和數(shù)量關(guān)系到觀眾廳的總體裝修效果和投資，關(guān)系到廳內(nèi)聲場的分布和擴(kuò)散，更關(guān)系到廳內(nèi)混響時間及其頻率特性的控制，這里將對觀眾廳內(nèi)各個主要表面的材料選擇及其配置部位提出建筑聲學(xué)專業(yè)設(shè)計(jì)的建議和意見，供業(yè)主及室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)和施工單位參考。音樂廳內(nèi)各界面材料及構(gòu)造如下：

吊頂天花

吊頂天花聲學(xué)上要求具有較強(qiáng)的反射，同時還要求減少對低頻的吸收，因此可以選用增強(qiáng)纖維石膏板（即GRG 板）吊頂，剛度較好，其板的面密度要求達(dá)到40Kg/m2以上，如25mm玻璃纖維增強(qiáng)石膏GRG/玻璃纖維增強(qiáng)混凝土GRC。為增加吊頂?shù)臄U(kuò)散效果，表面可結(jié)合裝飾設(shè)計(jì)，做一些凹凸不平的紋理，有利于防止不良的聲學(xué)現(xiàn)象。

臺口側(cè)墻及兩側(cè)墻

側(cè)墻對觀眾廳前中區(qū)而言都是十分重要的早期聲反射面，這些墻面能向觀眾席提供足夠的早期反射聲能，提高音質(zhì)空間感。因此該部位的墻面聲學(xué)要求厚實(shí)、堅(jiān)硬，具有良好的反射作用，盡量將聲音反射給觀眾席，減少聲吸收。

音樂廳臺口側(cè)墻及兩側(cè)墻中部，在聲學(xué)上是作為觀眾席側(cè)向反射聲的反射面，因此可安裝預(yù)制的增強(qiáng)纖維石膏板（即GRG 板）、玻璃纖維增強(qiáng)混凝土GRC，或面密度大于40Kg/m2的木質(zhì)板材作為裝飾面。剛度較好，造型可以滿足聲學(xué)和裝飾需要，面密度以及安裝方式需與天花有所不同，以避免共振的不利影響。走道墻面安裝面密度大于30Kg/m2的木質(zhì)板材。

側(cè)墻MLS數(shù)論擴(kuò)散體、幾何擴(kuò)散體上的具有美學(xué)意義的雕飾設(shè)計(jì)，既能豐富室內(nèi)裝飾效果，增加裝修檔次，同時使聲音直接撞到表面時起到舒緩散射作用。

舞臺后墻、觀眾后墻

舞臺反射界面的擴(kuò)散設(shè)計(jì)師非常重要的，從古典音樂廳的雕飾擴(kuò)散設(shè)計(jì)，到現(xiàn)代劇場的幾何擴(kuò)散體以及MLS、QRD擴(kuò)散體設(shè)計(jì)得到廣泛的應(yīng)用。MLS數(shù)論擴(kuò)散體在控制廳堂回聲、防止聲染色和聲聚焦等音質(zhì)缺陷，以及在控制聲衰變、使聲場擴(kuò)散提高音質(zhì)的空間感和清晰度方面均有重要作用，有利于聲場的擴(kuò)散，有利于音質(zhì)效果的提高?？墒褂妙A(yù)制25mmGRG造型，或者厚度大于35mm的實(shí)木造型構(gòu)件。

觀眾廳地面

觀眾廳地面用料可根據(jù)裝修標(biāo)準(zhǔn)、清潔要求及經(jīng)濟(jì)等因素確定，聲學(xué)只要求地板為貼實(shí)材料。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，建議選用實(shí)木地板或新型軟木地板，可實(shí)貼地面安裝，也可采用龍骨架裝，但需要將龍骨間隙使用回填土填實(shí)，以避免地板共振吸收過多的低頻聲。地面施工還必須處理好送風(fēng)口及座椅安裝的接口問題。

樓座欄板

樓座欄板也是重要的反射面，能夠?yàn)橹袇^(qū)提供必要的近次反射聲。但如果設(shè)計(jì)不合理，也會在舞臺或觀眾廳雙向前區(qū)造成回聲，甚至電聲嘯叫，為此，樓座欄板在聲學(xué)上主要作為擴(kuò)散反射面考慮，并呈倒錐弧面形狀為宜，建議在混凝土結(jié)構(gòu)外側(cè)安裝預(yù)制的增強(qiáng)纖維石膏板（即GRG 板），表面結(jié)合聲學(xué)及室內(nèi)設(shè)計(jì)做造型處理。

觀眾席座椅

觀眾席是觀眾廳內(nèi)最重要的吸聲面，中高頻吸聲量大約占整個觀眾廳總吸聲量的2/3 到3 / 4 ，因此對觀眾廳內(nèi)的實(shí)際混響時間起著非常關(guān)鍵的作用，而觀眾席吸聲量的大小又取決于座椅本身的吸聲性能，一般情況下，觀眾的吸聲增量在0.1~0.2左右（隨季節(jié)變化），因此選擇座椅的型號、用料，聲學(xué)性能的控制成為觀眾廳音質(zhì)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。對于本觀眾廳座椅，其技術(shù)要求如下：
①座椅在空椅和坐人兩種條件下的吸聲性能盡可能接近。座椅廠商必須提供由專業(yè)聲學(xué)單位檢測的座椅吸聲性能測試報(bào)告。
②坐墊應(yīng)有緩沖裝置，翻動時不產(chǎn)生噪聲，尤其不能產(chǎn)生碰撞聲。
③座椅宜采用木靠背及木扶手，靠背宜留木邊框，同時靠背軟墊不需太厚，座椅樣式可參考下圖。

④坐墊下底面不做吸聲處理，不能選用穿孔木板。
⑤座椅下部應(yīng)附帶與地面連接的送風(fēng)口裝置。

⑥對觀眾廳內(nèi)座椅吸聲系數(shù)提出以下要求如表3所示：

音樂廳的混響時間

混響時間 RT 的計(jì)算公式：

RT=0.161V/〔－Sln(1－α)+4mV〕式中：

V——比賽大廳容積，m3；

S——室內(nèi)總表面積，m2；

α——室內(nèi)平均吸聲系數(shù)；

混響時間計(jì)算表請參見背后附表。本項(xiàng)目中空場混響時間指座椅已安裝，人員未進(jìn)場的情況。滿場混響時間指所有椅子均有人員就坐的情況。

控制室

墻體：滿鋪25mm厚布藝軟包+50mm厚32K玻璃棉+50mm空腔；兩側(cè)墻直通型E16/6孔木吸音板+50mm厚32K玻璃棉+50mm空腔。其余墻體刷乳膠漆。

天花：礦棉板吊頂；

地面：鋪設(shè)架空防靜電地板。

聲閘及其他入口

音樂廳所有公共出入口空間均需設(shè)置聲閘，同時能防止演出時傳入外界光線的作用，聲閘內(nèi)需作吸聲處理，具體為：

吸音墻：50mm軟包+50mm厚32K玻璃棉+50mm空腔（如紅線標(biāo)記處墻體）；

吸音天花：礦棉板吊頂。

計(jì)算機(jī)廳堂音質(zhì)模擬結(jié)果

本報(bào)告通過兩種方式展示廳堂的聲場特性，一是：網(wǎng)格觀測法(Grid Response)，它是通過對廳堂空間進(jìn)行網(wǎng)格劃分，研究每個網(wǎng)格的聲場特性，就可以了解整個廳堂的聲學(xué)特性。本次模擬，將廳堂觀眾席平面劃分為0.75m×0.75m 的單元，高度距離地面1.2m，相應(yīng)于人坐下時耳朵的高度；以彩色網(wǎng)格圖形式展示。二是：反射聲序列觀測法(Multipoint  Response)，它是通過在廳堂內(nèi)布置若干測點(diǎn)，表示出直達(dá)聲、反射聲到達(dá)的時間和強(qiáng)度，以反射聲序列圖形式展示。

聲學(xué)結(jié)果分析與結(jié)論

表7 音質(zhì)客觀評價參量模擬結(jié)果分析

對各個測點(diǎn)的仿真結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以及分析廳堂內(nèi)各音質(zhì)參量的彩色網(wǎng)格示意圖，可以對廳堂音質(zhì)進(jìn)行一定程度的預(yù)測分析，結(jié)果總結(jié)如下：

1. 通過對本觀眾廳的室內(nèi)音質(zhì)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果的分析可知，包括T30、EDT、G、LF、C80、Ts、ST1、BR、IDTD等聲學(xué)參量的模擬計(jì)算結(jié)果均滿足聲學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

2. 從18個測點(diǎn)的反射聲序列圖可以看出，廳堂各處不存在回聲、長延時反射聲、聲聚焦音質(zhì)缺陷；80ms內(nèi)，池座、樓座區(qū)域均能接受到大量早期反射聲，是優(yōu)良音質(zhì)效果的有力保證。早期反射聲能越強(qiáng)，空間感越好。早期反射聲最密集的是樓座中后區(qū)中部區(qū)域，較弱的是樓座后部區(qū)域。

3. 從觀眾廳的混響時間分布圖可以看出，全廳各處的混響時間分別均勻，聲場均勻度高；這說明對兩側(cè)墻、后墻和吊頂所采取的吸聲擴(kuò)散措施對提高音質(zhì)效果十分有效?；祉憰r間的頻率特性符合設(shè)計(jì)要求，即低頻有適當(dāng)?shù)奶嵘?，高頻有適當(dāng)?shù)慕档汀?/span>

4. 早期衰變時間EDT模擬值高達(dá)1.98s，說明廳堂建成后豐滿度、混響感強(qiáng)，非常有利于提高室內(nèi)樂的演奏效果。

5. 自然聲響度G值10.3，說明音樂廳內(nèi)響度高，有利于聆聽細(xì)微的音樂細(xì)節(jié)。

6. 聲場分布，即G值在觀眾區(qū)的分布情況：池座第一排與最后一排相差5.3dB，與樓座最后一排相差4dB；中間與兩側(cè)聲壓級差為0.5dB，說明對音樂廳設(shè)計(jì)的擴(kuò)散措施十分有效，聲場均勻度較高。

7. 側(cè)向能量因子模擬值LFE4值為0.23，與世界公認(rèn)的音質(zhì)效果最好的三大音樂廳之一：波士頓音樂廳實(shí)測值0.25非常接近，使得音樂更有整體感、空間感和豐滿度。

8. 從聲散比C80的模擬結(jié)果可以看出，音樂廳C80（3）值位-0.9dB，說明廳堂建成后具有很好的豐滿度。

9. 重心時間Ts的模擬結(jié)果137ms，小于優(yōu)選值要求在70-150ms內(nèi)的要求，說明廳堂音樂的平衡度、豐滿感屬于優(yōu)選水平，具較強(qiáng)的空間感。

10. 低音感：低頻的混響時間與聲壓級均比中頻大，低音強(qiáng)度較好，音樂廳具有滿意的溫暖度。

11. 初始時延間隙僅僅比在優(yōu)選值范圍內(nèi)，說明廳堂的親切感佳。

根據(jù)模擬結(jié)果，可以預(yù)測觀眾廳內(nèi)任何位置無音質(zhì)缺陷，如聲聚焦、回聲、顫動回聲等聲學(xué)缺陷。廳內(nèi)總體評價應(yīng)達(dá)到混響合適、特性優(yōu)良、聲場均勻，聲音清晰豐滿、無明顯噪聲等。

其他項(xiàng)目

案例一：成都城市音樂廳

案例二：天津茱莉亞音樂廳

案例三：武夷山音樂廳

我司擁有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的聲學(xué)分析技術(shù)：三維聲線分析、聲粒子動畫分析、 音質(zhì)模擬預(yù)測分析、現(xiàn)場聲學(xué)測試等；配備丹麥進(jìn)口正版聲學(xué)模擬軟件ODEON15.14，可對建筑空間進(jìn)行聲學(xué)模擬，音質(zhì)試聽；配備瑞士/列支敦士登進(jìn)口一級聲學(xué)儀器；擅長于劇場、音樂廳、報(bào)告廳、影院、體育場館、開放式辦公室、主題樂園聲學(xué)設(shè)計(jì)。
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