福州海峡文化艺术中心室内声学设计综述

王静波

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司

海峡文化艺术中心位于福州市马尾新城闵江江畔，项目采纳芬兰Pesark建筑事务所的竞赛中标方案，建筑由五幢形似茉莉花瓣的场馆组成，分别为700座多功能厅、1 700座歌剧厅、1 000座音乐厅、艺术展览厅和影院中心，通过中央文化大厅和上部的屋顶平台连接。项目建筑面积为15.7万m2，于2015年5月开工，历经三年多的建设，2018年8月主体完工，歌剧厅和音乐厅于2018年10月开业演出。

1 音乐厅

1.1 建筑内部形态布局及室内声学考虑要点

1000座音乐厅用于各类音乐演出，包括大型交响乐、管风琴音乐、室内乐、器乐合奏独奏，兼顾电子合成音乐、使用轻度扩声系统的音乐演出等。演奏台面积足够大，可容纳超过110名乐师的大型乐队，后方设有若干排座席区，兼做合唱席。此区域上方的外围护结构内设置了悬挑，且下部有结构支撑的管风琴室及其附属用房。观众区域为环绕演奏台的葡萄园式（Vineyard）布局，这种音乐厅最显著的特征就是每一区域的观众均能接收到无遮挡的直达声，而舞台附近和每一区域前端的“矮墙”则为乐师及观众提供了足够强的早期反射声，观众与舞台乐师之间声学及视线上的亲切感自然地建立了起来。

除了分隔每一块观众区、向下倾斜的“矮墙”外，围合观众厅空间的墙面均为曲率半径55m左右球面的一部分，犹如大朵的“花瓣”环绕在观众区上方，这些向外凸出、向下倾斜的曲面墙体将产生足够合适的早期侧向反射声覆盖到观众区。音乐厅下部墙面之间的宽度约21m，上部墙面之间约28m，距离较窄，能为观众区提供较强的早期反射声，从而使整个观众厅内具有优良的乐声明晰度和清晰度。

为了获得足够长的混响时间，合适的声学容积是必须的，以满足交响乐和管风琴音乐会（需要较强的后期空间响应）演出所需要的声学条件；同时也需要足够强的早期反射声，以获得较高的明晰度，确保清晰的音乐表达和明晰的乐声。

对于中型音乐厅，声学容积随着座位数的减少相应地减小，但座位数减少到一定程度，容积的减小趋缓，甚至不再减小，这主要取决于音乐厅的使用功能定位。对于人数较少的音乐厅，需要更高的单人容积来平衡较高的响度，尤其是对于有大型交响乐队演出的音乐厅。为了避免大型交响乐队演出时，过强的响度影响到音乐家们的演奏效果从而影响整个乐队演奏的声音平衡，如低音、打击乐器等的声音会轻易地压倒弦乐的声音，需要首先考虑厅内合适的声学容积，表1即为若干大型和中型音乐厅的声学容积等参数。

表中1～3为19世纪经典音乐厅范例；4为音质优异的古典鞋盒式音乐厅，其声学效果在Beranek的《Concert Halls and Opera Houses》一书中[1]列在“优秀”一组，但正如书中提到的指挥家们的观点，对于大型交响乐队来说，其容积太小；5为世界首例葡萄园式音乐厅；6～10为美国Artec声学顾问公司所设计的大中型音乐厅的成功典范，带有鲜明的Artec声学设计特征，除第10项外，其余音乐厅的侧墙均设有耦合空间或顶部设有可升降的吊顶。除上述这些音乐厅外，当今建造的音乐厅，特别是有大型交响乐演出功能的音乐厅，都拥有较大的容积，同时声学方面具有可调整的措施，以满足不同音乐作品、不同演出内容、不同演出形式（自然声或轻度扩声系统）对室内声学的要求，即具有广泛的适用性。

音质效果优异的音乐厅，舞台演奏家们能够听清自己演奏乐器的声音、听清其他乐师演奏的声音，并且能够听到、感受到音乐厅空间的声学响应；对于听众而言，能够听到自然、清晰、平衡、响度合适的声音，且不同座位区域有一致的音质效果。对于中型音乐厅，控制好合适的响度，对于大型乐队的演出效果尤为重要。

海峡文化艺术中心音乐厅声学容积为17 000m3，每座容积为17m3。在上部花瓣状曲面墙的建筑围护墙体外设置了数量足够的电动声学帘幕，以调整厅内的混响时间和其他声学参数，满足不同音乐作品、自然声或扩声系统使用状态下的音乐演出要求，使该音乐厅具有声学意义上的广泛适用性。对于音乐厅的主要使用功能，满场中频混响时间一般要求如下：

1.6～1.8s：小规模的管弦乐及器乐独奏表演；

1.8～2.0s：大型交响乐；

≥2.0s：管风琴音乐；

≤1.6s：使用扩声系统的音乐演出。

音乐厅顶部在钢结构屋架下设置了视觉不可见的声学顶，声学顶下方悬挂了若干球切面状的声反射体，其中舞台上空有5只大的声反射体，各自的高度及倾斜角度可自由调整，能够为不同规模的乐队、不同音乐类型的演出提供最合适的声学条件，帮助演奏家建立良好的听闻环境，同时也为观众区提供早期反射声。其余32只声反射体分布在观众区域上空，较小的球切面声反射体能够为观众区域提供均匀的早期反射声，这些球切面声反射体同时也作为观众厅内的照明灯具。

1 外景鸟瞰

2 音乐厅平面图

3 音乐厅剖面图

池座区域的矮墙及上部的花瓣状墙面均采用定制设计的陶瓷板，固定于GRG基层板上，足够厚实牢固，起到有效的声反射作用。环绕舞台及观众区的墙面，能够提供有效早期反射声及早期侧向反射声的部位，主要分布在各块面墙体的中部特定区域，这样一来，矮墙及上部花瓣状墙体倾斜角度的改变，只会导致有效声反射块面上下平移。对于能够向观众区域提供早期反射声的墙体部位采用平整、光滑的面，以形成更好的定向声反射作用，使听众能够更好地感受到音质的明晰度、清晰度及环绕感和声音的现场感等空间响应效果。

4 音乐厅内景

所有这些“矮墙”和“花瓣”块面中的特定区域起到向观众区域提供有益的早期反射声的作用，但也要考虑产生后期反射声的部位，特别是回声出现的可能性。对于存在长延时反射声的块面部位，需要做适当的微扩散处理，但也要避免过度的声扩散处理对室内音质效果的负面影响。

上部花瓣状墙体的顶部与声学顶之间为垂直的建筑围护墙体，表面进行水泥砂浆抹平处理，形成良好的声学反射面。墙体与声学顶交界处设置垂直升降的声学帘幕，帘幕前端设置木饰面装饰效果的金属格栅。顶部视觉上不可见的声学顶为足够厚实且固定在一起的多层石膏板，起到有效的声反射作用，空调和消防风管等设备均设置在声学顶与结构屋面之间，以避免产生不必要的负面声学效应。

观众厅与演奏台地面均为木地板，演奏台木地板的硬度和光滑度合适，以便于大提琴和低音提琴的支撑，避免打滑。同时，演奏台木地板的做法应具有较好的声音反射共鸣，有利于声音的成长，避免声音被吸收。演奏台周边的墙体为厚实、光滑的复合竹木板，并设有木饰面效果的装饰格栅，格栅后设有可水平移动的声学帘幕，可根据演出的节目内容或使用方式进行调整。

5 音乐厅墙面陶瓷板细部

6 音乐厅墙面典型声线分析

1.2 竣工后声学测试

笔者及其声学团队于2018年9月11日对音乐厅进行了竣工后空场声学测试，并于2019年3月20日进行了空场和满场的声学测试。满场声学测试安排在2019年3月20日晚上的钢琴独奏音乐会，声学帘幕根据演出的内容设置在特定的位置，并在下午的空场及晚上的满场声学测试中保持不变。满场测试时，观众区的上座率约为40%。部分声学指标的测试结果见表2。

中频混响时间的空场可调幅度为0.7s，整个频率范围内均有较大的可调幅度，相对平坦的混响时间频率特性非常符合音乐作品所要求的明晰、准确的音质效果。与较为流行的观念相反，低频混响时间偏长，会造成音质的失真，即低频声染色现象，使得声音模糊。

明晰度C80、声场强度G及侧向能量因子LF（80）均与设计预期值吻合，其中声场强度G远高于笔者负责声学设计的与本厅座位数量接近的其他中型音乐厅（如西安音乐学院音乐厅、中国音乐学院音乐厅）。这些声学参数在很大程度上与本厅倾斜的墙体有关，特别是较高的声场强度。这也从另一个角度说明，本厅声学设计考虑相对较大的容积，既是为了达到较长的混响时间和空间响应，同时也是为了避免大型交响乐队演出时过高的响度所带来的负面影响。

室内声学方面的可调整特性是本音乐厅最显著的特征，其客观室内声学指标变化幅度较大，与声学设计的预期目标完全吻合。近20年来，境外新建的许多音乐厅都具备声学上可变的特性，以满足不同演出内容及使用方式对室内声学的要求。

2 歌剧厅

2.1 建筑内部形态布局及室内声学考虑要点

1700座歌剧厅采用了自由形态的马蹄形平面，相对平缓的池座区域两侧和后部设置了分区，使池座区域的建筑平面布局在形式上更为丰富。观众厅设有两层楼座，并向舞台方向延伸，在视觉上形成了很强的围合感，营造出视觉和声学上独特的亲切感（Intimacy）。亲切感是演艺建筑最为重要的特质和核心要素，能够加强演员与观众、观众与观众之间的交流，国际上不少近年来新建的、广受赞誉的歌剧院，无一例外地继承了传统歌剧院的这一特质。

与传统歌剧院相比，近十几年新建的歌剧院，如挪威奥斯陆国家歌剧院、丹麦歌本哈根歌剧院等均具有混响时间较长的特征，即混响时间适度，同时又具有较高的明晰度和清晰度。

观众厅需考虑合适的声学容积，以达到混响时间的指标要求，有效声学容积由两部分组成，即视觉上可见的顶部声反射板下部的容积，以及声反射板与结构楼板下、视觉上不可见的声学吊顶之间的容积。海峡文化艺术中心歌剧厅的观众厅有效声学容积约为14 500m3，每座容积为8.5m3，中频满场混响时间的设计目标值为1.5s，满足以自然声演出的歌剧及其他音乐类演出的要求。对于使用扩声系统的演出，装饰吊顶上部周边墙面设置了数量合适的电动声学帘幕，以调整厅内的混响时间及其他相关参数。

均匀覆盖到所有池座和楼座观众区、足够强的早期反射声有益于获得较高的明晰度，直达声后80ms内到达的早期反射声（对于语言来说是50ms）被人耳整合到直达声的声能量中，有助于提高语言可懂度和增强表演者声音的现场感。台口区域及观众区域墙面、楼座栏板端面均与建筑师在设计阶段密切合作，进行了优化考虑。

表1 若干大型和中型音乐厅的声学容积

表2 音乐厅声学测试结果

7 歌剧院平面图

8 歌剧院剖面图

9 歌剧院内景

10 声线跟踪法显示特定块面的早期反射声覆盖区域

11 歌剧厅内景

12 歌剧厅墙面陶瓷片细部

表3 歌剧院声学测试结果

台口部位（P1/P2/P3）需要整合声学反射面、扬声器和演出灯光位置等诸多因素，由于靠近声源，台口区域的墙面是歌剧院最重要的声学区域之一。侧向挑台前端面（F1/F2/F3）、侧向底部面（U1/U2/U3）和声学凸出块面（B1/B2/B3）均按照声学要求进行了优化，侧向挑台前端面之间的平均距离在21m内，以产生较强的早期反射声。

升降乐池上空的吊顶设置在距离舞台台面13m高的位置，起到有效的声反射作用，将舞台上的声音反射到观众厅的大部分区域，同时也为乐池内的演出提供反射声的支持。观众厅上空的吊顶声反射体设置在距离舞台面标高16m的位置，早期声音部分被反射回观众区，部分透过到达上部的空间，将上部的空间藕合到观众厅的空间内。

观众厅侧墙、后墙及楼座栏板面均由8mm厚花瓣状的陶瓷片组成，固定在GRG基层板上，均起很好的声反射作用，具有特定肌理的陶瓷片按照一定方式排列，高频具有很好的扩散作用，避免光滑的陶瓷片表面使得声音过于生硬刺耳。

视觉上的装饰天花与结构顶板之间的墙体设置了可垂直升降的声学帘幕，沿台口墙面、侧墙及后墙布置，这些既是观众厅内除座椅外主要的吸声类材料，也是可变声学的措施。

2.2 竣工后声学测试

笔者及其声学团队于2018年9月11日进行了竣工后空场声学测试，并于2019年3月20日进行了空场和满场的声学测试。表3为3月20日空场及满场测试的结果，考虑到当天晚上的演出为综艺节目并使用了扩声系统，顶部侧墙声学帘幕设置在一定的位置，并保持空场、满场均不变的状态。

满场测试时观众厅的上座率约为60%，中频空场混响时间较满场约长0.1～0.15s，测试结果与设计值吻合。歌剧厅的侧墙、后墙及楼座栏板均为特殊定制的8mm厚花瓣状陶瓷片，固定于GRG基层板上，均为声反射类的材质，高频部分（大于8kHz）具有散射作用。厅内除座椅外，唯一的吸声材料就是装饰吊顶上部周边墙面处的声学帘幕，考虑了足够合适的安装条件，帘幕全频带范围内均有很好的声学性能，可以作为常态化使用的声学装置。当所有帘幕收起时，厅内的满场混响时间将略长于此次测试结果。

歌剧厅具有较长混响时间的特征尤其适合以自然声为主的音乐类演出，如举办交响音乐会，舞台上设置了乐罩，观众厅的混响时间及声场强度等参数均有一定程度的提高。同时，装饰吊顶上部周边墙面的声学帘幕收起，综合来看，预计观众厅的中频满场混响时间将会提升0.15～0.25s，即观众厅的中频满场混响时间可达到1.7～1.8s，同时其他声学参数也有一定程度的改变，能够更好地满足以自然声为主的音乐演出，特别是大型乐队演出，如交响音乐会。而对于使用扩声系统的综合文艺演出活动，展开顶部墙面周边的声学帘幕将有助于提高观众厅内的语言清晰度，以及获得更加合适的响度及音质的平衡感。

3 结语

演艺建筑设计是一项多专业的协同工作，声学专业应从建筑方案阶段就深入其中，将声学设计的理念和具体措施完整地融入建筑设计中，这就要求声学顾问与建筑师密切协作。笔者非常高兴能够得到此项目芬兰原创主建筑师的推荐及业主的信任，参与到芬兰和中国建筑师团队共同设计的这一大型演艺建筑工程中。演艺建筑的内部演艺空间应该是独一无二的，需要考虑内部建筑形态布局、界面声学优化、材料运用及声学要素、可变声学措施等多方面因素，紧密配合建筑师寻求最佳的建筑与声学完美结合的方案，并在整个设计建造过程中对与声学相关的问题进行充分沟通和讨论，寻求可靠、稳妥且富有创新的解决方案。音乐厅、歌剧院一类演艺厅堂的室内声学设计，总的来说依赖设计者对所设计厅堂的功能与声学品质要求的理解、实际工程经验、专业视野和正确判断，是一项细致而周密的工作。

客观评价一座音乐厅或歌剧院的室内音质，应在建成后相当长的一段时间内听取各方人士的意见，包括熟悉世界各地不同音乐厅或歌剧院特点的乐队指挥、演奏家、专业的音乐鉴赏家和评论家，以及有很好音乐素养的观众。结合所有反馈意见，与音乐厅、歌剧院的管理者和技术人员对现有声学设施进行有针对性的调整，更好地满足不同类型的演出。这些是声学顾问在场馆投入使用后的一段时间内仍需要进行的工作。