擴場系統(tǒng)音質(zhì)聲學(xué)設(shè)計論文

　　摘要：音樂廳建筑作為精神文明建設(shè)的重要方面，正受到各方面的重視。目前國內(nèi)各大城市正在建設(shè)或籌建中的音樂廳為數(shù)甚多。由于音樂廳均為自然場演出、且音質(zhì)要求很高，因而有別于國內(nèi)大量建造的、采用擴場系統(tǒng)的廳堂，設(shè)計難度大，又缺乏經(jīng)驗。對此，本文就已竣工交付使用的廣東星海音樂廳的聲學(xué)設(shè)計作出一概要介紹，并就其中的一些聲學(xué)問題提出個人的見解，供設(shè)計參考

　　關(guān)鍵詞：擴場系統(tǒng)音質(zhì)聲學(xué)問題

　　星海音樂廳是以人民音樂家冼星海的名字命名的。音樂廳建于珠江之畔風(fēng)光旖旎的二沙島上。它與已建成的美術(shù)館和正在建設(shè)中的博物館等建筑構(gòu)成廣東省相當(dāng)規(guī)模的文化中心。

　　星海音樂廳包括1437座的交響樂大廳，462座的室內(nèi)樂廳，96座的視聽音樂欣賞室，排練室，琴房和音樂資料館，以及水上演奏臺和音樂噴泉、各種配套用房。建筑面積1800m2，是我國目前規(guī)模最大、設(shè)備先進(jìn)和音質(zhì)優(yōu)異的現(xiàn)代化音樂廳。也是我國第一座采用“葡萄園”形（或稱山谷梯田形）配置方式的音樂廳。

　　星海音樂廳交響樂廳、室內(nèi)樂廳的各項聲學(xué)設(shè)計指標(biāo)*

　　星海音樂廳于1998年6月13日――冼星海誕生日正式使用。廣州交響樂團和中國交響樂團合唱團進(jìn)行首場演出。演奏了鋼琴協(xié)奏曲《黃河》和貝多芬第九交響曲《歡樂頌》，獲得成功，著名音樂家、指揮家和教育家李德倫、吳祖強出席了首演式。相繼一周內(nèi)，中國交響樂團，以色列交響樂團，澳大利亞交響樂團和德國管風(fēng)琴演奏家，在該廳獻(xiàn)藝。音樂家們對大廳良好的音質(zhì)均給予高度的評價。

　　一、星海音樂廳的設(shè)計宗旨和各項聲學(xué)指標(biāo)

　　星海音樂廳這座華麗的藝術(shù)殿堂是為滿足廣大觀眾欣賞高雅音樂的殷切的需求、并作為國內(nèi)外文化交流的基地和窗口而建造的。音樂廳設(shè)計始終把音質(zhì)效果放在首位，以繼承傳統(tǒng)音樂廳的良好品質(zhì)、而又能適應(yīng)現(xiàn)代生活提出的各種需求為設(shè)計的宗旨。

　　聲學(xué)設(shè)計指標(biāo)是根據(jù)國際上獲得“頂級”音質(zhì)效果的音樂廳為參照對象，廣泛聽取我國音樂家和聲學(xué)家的意見確定的。交響樂廳、室內(nèi)樂廳的各項“最佳”。

　　為實現(xiàn)上述指標(biāo)、確保獲得良好的音質(zhì)，分別在設(shè)計、施工、竣工后調(diào)試的不同階段，采取了一系列的保證措施：

　　·初步設(shè)計階段：通過計算機模型和1／40縮尺實體聲學(xué)模型試驗與聲學(xué)估算相結(jié)合，分析體形、了解聲場狀況和可能出現(xiàn)音質(zhì)缺陷的部位；

　　·技術(shù)設(shè)計和施工圖階段：用1／10縮尺實體聲學(xué)模型試驗和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量試驗，以及各種聲學(xué)構(gòu)件聲學(xué)性能的實驗室測定，確定聲學(xué)構(gòu)造的部位、尺度和裝修用材。并進(jìn)行較為詳細(xì)的聲學(xué)計算；

　　·施工階段：在沒有專業(yè)施工隊的條件下，主要是施工交底和監(jiān)理，檢查隱蔽工程，并在交響樂大廳主體結(jié)構(gòu)完成后，進(jìn)行首次混響和聲場分布的現(xiàn)場測定；

　　·竣工調(diào)試階段：用以解決聲學(xué)計算、縮尺模型試驗與實際效果存在的差距。要修正客觀存在的偏差，就必須采用聲學(xué)測定與樂團試用的主觀感受相結(jié)合的方法。作多次調(diào)試、修改裝修、直至達(dá)到預(yù)期的效果。星海音樂廳通過三個月的調(diào)試工作，才實現(xiàn)所要求的演奏和聽聞效果。

　　二、交響樂大廳的聲學(xué)設(shè)計

　　交響樂大廳是星海音樂廳的主體。容納1437名聽眾，有效容積效期2400m3，每座占容積8。6m3。大廳采用“葡萄園”形的配置方式，即在演奏臺四周逐漸升起的部位設(shè)置聽眾席。這種形式的最大優(yōu)點是在大容量廳堂內(nèi)縮短后排聽眾至演奏臺的距離，從而確保在自然聲演奏的條件下，有足夠強的響度。此外，利用演奏臺四周廂座的欄板和樓座的矮墻，可使聽眾席獲得足夠強、且有較大覆蓋面的早期側(cè)向反射聲。近期的研究表明，這是傳統(tǒng)音樂廳所以能獲得良好音質(zhì)的重要原因。而傳統(tǒng)音樂廳則是通過窄跨度的側(cè)墻實現(xiàn)的。因此，這種形式不僅繼承了傳統(tǒng)音樂廳所具有的良好品質(zhì)，又能適應(yīng)現(xiàn)代大容量音樂廳的各種需求。它自1963年德國柏林“愛樂”交響樂大廳首創(chuàng)至今，在國際上已被廣泛采用。但在國內(nèi)尚屬首次。

　　大廳的屋蓋選用“馬鞍”形殼體。所有橫剖面均為凹弧形面而引起聲聚焦，從而造成聲場不均。通過1／40縮尺實體模型試驗和三維計算機模型試驗充分證實了這一點。圖2即為大廳橫剖面計算機模型顯示的聲反射圖，可見聲聚焦的狀況。

　　此外，在大廳殼體拆模后的現(xiàn)場測定均表明，頂部不懸吊抽射板時，廳內(nèi)聲場分布不均和存在回聲現(xiàn)象。

　　對此，在演奏臺上懸吊了12個弦長3.2m，曲率半徑為2.6m的球切面反射體，其目的除了消除回聲和聲聚焦以外，還可加強樂師間的相互聽站，提高演奏的整體性。同時也使堂座前區(qū)和廂座聽眾獲得較強的頂部早期反射聲。

　　為加強聽眾席后座的聲強，在球切面反射體周圍設(shè)置了錐狀和弧形定向反射板。以此獲得廳內(nèi)均勻的聲場分布。

　　為使大廳達(dá)到中頻（500z）滿場1。8s的混響時間，并使低頻（125Hz）混響提升1。15倍（相對于中頻），即2。07s。采取如下幾項措施：

　　·增大容積，每座容積取8。6e

　　·廳內(nèi)所有界面均不用吸聲材料，在容易引起不利聲反射的部位（后墻和后部吊頂）設(shè)置錐狀擴散體；殼頂拆模后上刷涂料；墻面為35mm厚硬木板實貼在18mm厚的多層板上；地面均為實貼木地板，僅演奏臺設(shè)木筋架空地板；所有懸吊的反射體采用剛度大的阻燃玻璃鋼結(jié)構(gòu)。

　　·減低座椅的聲吸收，并使其吸聲時接近聽眾的吸聲量，從而減少廳內(nèi)空、滿場混響時間的差值。

　　根據(jù)以上確定的容積和內(nèi)裝修構(gòu)造，進(jìn)行了混響時間的計算和1／10縮尺實體聲學(xué)模型試驗，其結(jié)果見圖7所示。由圖可見，縮尺模型的測定結(jié)果僅中頻較為接近，其它頻率偏差較大，這是因為模擬材料不可能在很寬的頻度范圍內(nèi)有一對一應(yīng)的'吸場性能。

　　大廳的揚擴散是除混響時間以外的另一個重要音質(zhì)指標(biāo)。當(dāng)聽眾感到樂聲似乎以相等的幅度來四面八方時，擴散是最好的，表征聲擴散的指標(biāo)是d，它定義為；廳內(nèi)聲場擴散值與自由場擴散值之比，即