宝鸡大剧院主剧场建筑声学设计

陈 航，刘 刚

（1.天津大学建筑设计规划研究总院有限公司，天津 300073；2.天津大学建筑学院，天津 300073）

1 工程概况

为迎接第九届陕西省艺术节，让广大人民群众共享文化惠民成果，同时提升宝鸡市文化软实力和综合竞争力，故兴建宝鸡大剧院。宝鸡大剧院项目选址位于宝鸡市金台区新东岭城市综合体范围内（图1），于2020年10月投入使用。

图1 宝鸡大剧院实景图

宝鸡大剧院建筑方案深化设计、内装方案及深化设计、建筑声学设计，均由天津大学建筑设计规划研究总院有限公司独立承担。宝鸡大剧院总占地面积约30000 m2，主体建筑总面积约40906 m2。其中，地上三层建筑面积约25500 m2，地下一层建筑面积约15400 m2。宝鸡大剧院内设一个约1205座的主剧场和一个500座的多功能剧场，以及合唱排练厅和音乐排练厅等其他配套房间（图2）。本文主要介绍主剧场的建筑声学设计。

图2 宝鸡大剧院大厅实景图

2 剧场功能及建筑概况

宝鸡大剧院主剧场主要以演出国内外各类音乐剧、交响乐、地方戏曲等舞台类演出，以及举办大型会议为主。主剧场座位数约1205座，其中池座870座，临时座椅90座，二层楼座225座，包厢20座；有效容积约10309 m³，每座容积8.5 m³/座。主剧场建筑平面略呈马蹄形，楼座由观众厅后部延伸至两侧，良好的体型为建筑声学提供了较好的声场环境。舞台呈品字形，包含主舞台、侧舞台和后舞台，舞台总面积1768 m2，舞台开口为16 m×10 m；舞台台口线至池座和楼座后墙最大水平距离为32 m；观众厅最大宽度为29.2 m；楼座下开口高深比5.2:7.3=1:1.4≥1:1.5，符合规范要求。池座观众席共22排（图3），前后高差（总起坡）为5.5 m,平均起坡为0.26 m；楼座观众共7排（图4），前后高差（总起坡）为2.98 m，平均起坡为0.5 m。舞台设有活动音乐罩，观众席前部设升降乐池。剧场主扬声器设于台口前部天花主扬声器桥内，拉声像扬声器位于台口八字墙区域，所有扬声器均为暗藏式；音控室、灯控室设于池座后墙的中部。图5～图6为观众厅剖面图及实景图。

图3 观众厅池座平面图

图4 观众厅楼座平面图

图5 观众厅剖面图

图6 观众厅实景图

3 主要声学设计指标

根据主剧场使用功能及规模的不同，同时参考业主方的使用要求，确定观众厅内声学的音质参量指标，并作为声学设计及室内设计必须考虑的原则。此外，根据业主使用需求，主剧场以演出歌舞剧为主，所以，设计指标以不使用舞台音乐罩工况为准。

根据以上情况，对于宝鸡大剧院主剧场，各项声学设计技术指标如下。

（1）混响时间RT：要求满场1.5 s±0.1 s，空场1.7 s±0.1 s，频率特性见表1。

表1 混响时间频率特性

（2）声场不均匀度：在自然声源的条件下，最大与最小声级差值≤6 dB～8 dB。

（3）音乐明晰度C80：1 dB～3 dB。

（4）语言清晰度D50：≥0.45。

（5）语言传输指数STI：≥0.45。

4 建筑体型设计

4.1 八字墙形状设计

主剧场观众厅平面整体呈马蹄形，能提供良好的声场效果。主剧场同时承担音乐演出的需求，需要以自然声进行演出，舞台八字墙设计尤为重要。舞台八字墙能为观众席前区提供前次反射声，提高该区域观众的观演效果。图7为调整前的台口八字墙声线分析图，可以看出，图中蓝色区域，即观众厅前中区缺少前次反射声。对八字墙形状进行调整后的声线分析见图8，前次反射声能覆盖观众席中前区，保证观众席区域观众能够获得很好的丰满感。

图7 八字墙调整前声线分析图

图8 八字墙调整后声线分析图

4.2 吊顶形式设计

观众厅剖面设计取决于两个因素。一是规范规定的每座容积，它能确定观众厅吊顶的大概高度；二是观众厅剖面声线分析，它能确定吊顶的最终形式。结合上述两个因素，最终确定的吊顶形式如图9、图10所示。可以看出，经吊顶反射的声音能覆盖观众席的所有区域，其分布均匀，能达到良好的声场效果。

图9 剖面声线分析图（声源位于大幕线后）

图10 剖面声线分析图（声源位于乐池）

5 观众厅表面装修材料的声学设计

根据确定的混响时间值，对主剧场观众厅进行声学材料布置，同时遵循室内声学材料布置原则，确定观众厅空间以下部位的材料及构造做法。

（1）观众厅地坪及走道

主剧场主体结构采用钢结构，由于工期问题，观众厅楼面基层采用纤维水泥压力板，基层下采用排布紧密的小钢柱起支撑作用，为了尽可能减小人员走动产生的振动噪声，采用两层共48 mm厚纤维水泥压力板（单层面密度≥40 kg/m2）、两层之间铺设1.2 mm厚隔声毡作为楼面基层材料。同时，为了避免刚性连接，在钢柱与地下一层钢筋混凝土楼面之间布置16 mm厚减振层。观众厅地坪材料采用“15 mm厚实木地板+15 mm厚松木毛地板”。为了进一步降低人员走动产生的振动噪声，在观众厅的主要通道（即走道位置）铺设地毯，具体构造为“10 mm厚阻燃地毯+20 mm厚松木毛地板”。

（2）观众厅吊顶

为了保证足够的反射声，以及结合吊顶异形造型的需求，吊顶材质采用GRG，建议厚度不低于30 mm，体密度不低于1800 kg/m3。

（3）观众厅侧墙前区

该区域需要将声音反射到观众席区域，因此，需采用硬质材料，结合内装设计方案，此区域采用与吊顶相同的GRG材料。

（4）观众厅侧墙中区

该区域同样需进行反射处理，结合内装设计方案，在此区域布置15 mm厚实木板。

（5）观众厅侧墙后区、观众厅后墙

观众厅侧墙后区及后墙区域材料需以强吸声为主，避免产生回声，结合混响时间设计，此区域采用木质穿孔板吸声构造，具体做法为“15 mm厚穿孔木质板（孔径3 mm、孔距16 mm）+50 mm厚玻璃棉（容重32 kg/m3）”。其中，侧墙区域反射、吸声材料布置位置参考图11。

图11 墙体材料布置位置示意（红色代表反射、蓝色代表吸声）

（6）楼座栏板

楼座栏板应避免垂直面，做吸声或扩散处理。根据观众厅混响时间控制，以及结合内装装饰效果，在栏板部分做弧形扩散处理，大样示意见图12。

图12 楼座栏板大样示意图

（7）舞台

舞台容积27762 m³，大约是观众厅的3倍，混响时间要求与观众厅接近。因此，在舞台工艺专业进行舞台幕布布置的前提下，对舞台进行混响时间设计。一层天桥以下采用12.5 mm厚穿孔石膏板，具体构造为“12.5 mm厚穿孔石膏板（穿孔率13.1%，大小眼孔，孔径12/8）+50 mm厚离心玻璃棉（容重32 kg/m3）+350 mm厚空腔”。为了防止道具等冲撞破坏墙体，建议5 m以下采用容重大于1150 kg/m3的中密度埃特板、5 m至一层天桥采用12.5 mm厚石膏板，两种材料构造相同。一层天桥至二层天桥下采用12.5 mm厚石膏板，具体构造为“12.5 mm厚石膏板+400 mm厚空腔”，进一步降低低频混响时间。吊顶进行无机纤维喷涂，避免声音经此处反射，产生回声。

6 计算机模拟分析

混响时间设计完成后，采用Odeon软件对声场环境进行模拟，对方案起到一定的校正作用。观众厅各部位吸声系数见表2，图13为模拟软件中三维模型图，图14～图18为各参数的模拟结果，表3为各测点平均值。

表2 观众厅界面吸声系数表

表3 各频点模拟参数平均值

图13 Odeon软件三维模型图

图14 T30参数模拟结果

图15 SPL参数模拟结果

图16 C80参数模拟结果

图17 D50模拟结果

图18 STI参数模拟结果

7 测试结果及分析

根据混响时间测量规范，在观众厅内共布置17个测点，对主剧场进行空场竣工检测，各参数检测结果见表4。

表4 各测点实测参数平均值

从检测结果可以看出：

（1）空场中频混响时间平均值为1.67 s，同时考虑工程误差，在设计要求范围内；低频最高为2.04 s，不超出规范规定的限值范围；中高频混响时间平直，整个混响时间测试结果较为理想，满足设计要求。

（2）声压级检测结果表明，17个测点的最大声压级为77.6 dB，最小声压级为73.95 dB，差值为3.65 dB，小于6 dB，说明厅堂内声压级分布均匀。

（3）音乐明晰度是评价音乐声是否清晰的参数，所有倍频程测量结果均大于1 dB，说明观众能很好地听清音乐声。

（4）语言清晰度是评价厅堂语言声是否清晰的参数，所有倍频程测量结果均大于0.3，略小于要求的≥0.45，可能是由于空场环境缺少观众吸声造成的。

（5）语言传输指数同样是评价语言声的参数。参数越大，代表观众听到的语言声越清晰。测点测试结果均值为0.52，表明观众厅内清晰度好。

8 结语

作为宝鸡市崭新的文化地标建筑，宝鸡大剧院是宝鸡市市民共享文化盛宴的重要场所。本次建筑声学设计，通过前期的建筑体型设计、混响时间设计、计算机辅助模拟，及后期声学检测，表明主剧场混响时间设计达到预期、混响时间特性曲线符合规范、声场分布均匀、具有一定的丰满度和清晰度，满足表演剧种的功能使用要求。有理由相信，未来宝鸡大剧院一定能肩负丰富人们精神文化生活的重任，为宝鸡市市民带来美好的视听体验。