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揭秘|无锡大剧院歌剧厅的声学设计
时间：
2022-08-26
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企业新闻
引言
目前，多功能剧院已成为剧院的发展趋势，可以上演歌剧、舞剧等。若舞台上增设音乐反射罩，还能够上演交响乐；若观众厅增加可调吸声装置（比如吸声帘幕），使混响时间可调，则可以满足会议等语言扩声的使用需求。
为了能够上演歌剧、交响乐、话剧、戏剧、舞剧、芭蕾舞及大型综艺演出，无锡大剧院歌剧厅进行了针对性的建声设计。
图1和图2分别为歌剧厅建筑平面图和剖面图
1 歌剧厅建筑概况
无锡大剧院（简称大剧院）位于江苏省无锡市蠡湖风景区，由1 700座歌剧厅和800座综合演艺厅构成。1 700座歌剧厅是一座可上演歌剧、交响乐、话剧、戏剧、舞剧、芭蕾舞及大型综艺演出的综合性剧院。歌剧厅观众厅平面形状呈“马蹄形”，厅内设二层挑台，左右两侧各设延伸侧包厢，台口天花设两排线阵列扬声器，天花设两道明装面光灯，台口两侧墙各设两道明装耳光灯，两边扬声器和面光灯均采用明装形式。观众厅池座后部设音控、灯控室。
歌剧厅观众厅长约31.9 m、宽17.1 m～28.2 m、高约17.5 m。总体积约为15 799 m3，对应单座容积约9.3 m3。池座观众席共25排，观众席共设两层楼座，一层楼座下部开口高4.3 m，深（至池座最后一排距离）6 m，高深比为1：0.72。观众席一层楼座共5排，观众席二层楼座共12排。观众席前部设升降乐池，深6 m，宽17.8 m～18.8 m，面积为103 m2，可分别用于乐池、观众席和伸出舞台三种使用功能。
舞台开口为18 m×12 m，池座最低标高+5.05 m，天花设两道面光和一道追光。舞台包括1个主舞台、2个大小一致的侧舞台、2个大小不一的后舞台，总面积约2 769 m2。舞台面标高为+ 6 m，主舞台高31.0 m，侧舞台和后舞台高12 m（主舞台设升降设备）。主舞台共设三层马道，离舞台高度分别为：13.6 m、16.7 m及19.8 m 。声光控制室设于池座后墙的中部。反射乐罩开口宽17 m、高12 m，后挡板宽9.2 m ，乐罩深12 m，后挡板高7 m。
交响乐演出及歌剧演出条件下的混响时间及其频率特性如表1
2 歌剧厅建声设计主要技术指标
根据歌剧厅演出的功能定位以及观众厅的规模和容积，上演歌剧时，中频（500 Hz～1 000 Hz）混响时间（满场）为1.60±0.10（s），且要求混响时间频率特性为中高频基本平直，但高频容许下降10%～20%，低频混响要求有10%～20%的提升。厅内应有足够的早期反射声和侧向反射声。
当上演交响乐时，（舞台上设置音乐反射罩条件下）中频混响时间应提升0.15 s～0.25 s，即中频（500～1 000 Hz）混响时间（满场）为1.80 s左右，其低频混响要求有10%～15%的提升，而高频混响则容许下跌10%～20%。交响乐演出及歌剧演出条件下的混响时间及其频率特性如表1所示。
当剧场上演话剧时，中频（500 Hz～1 000 Hz）混响时间（满场）为：T60 =1.30±0.10（s）。当剧场上演话剧时，主观众厅内应打开所有布置的可变吸声帘幕，以降低混响时间（在反射吊顶上部及侧墙上部布置了足够数量可变吸声帘幕）以保证上演话剧时的语言清晰度。
- 剧场内声场不均匀度：要求为△LP≤±4 dB。
- 本底噪声容许值：符合NR≤25号噪声评价曲线。
- 侧向反射系数LF：在15%～25%之间（要求≥15%）。
- 声场力度G：大于0 dB。
- 早期反射声延迟时间：△t ≤20 ms～30 ms。
舞台空间内的混响时间：要求在大幕下落时以及常用舞台设置条件下，舞台空间的中频（500 Hz～1 000 Hz）混响时间与观众厅的空场混响时间相接近，本底噪声与观众厅基本相同。
观众厅的音质应保证观众席各处有足够的响度、均匀的声场分布、合适的混响特性、足够的早期反射声和侧向反射声，且有良好的清晰度和丰满度。观众厅内任何位置上不得出现回声、颤动回声、声聚焦等声缺陷。
考虑到歌剧厅上演交响乐的要求，建议歌剧厅观众厅单座容积值宜控制在8.5 m3～ 9.0 m3。
3 歌剧厅室内声学装修要求及措施
3.1 歌剧厅观众厅内顶棚（吊顶天花）的设计
观众厅内顶棚的设计在很大程度上决定了一个大剧场音质的优劣。
无锡大剧院歌剧厅观众厅内中心顶棚设计为中心通透的大圆盘扩散反射吊顶，以扩大观众席反射声区域。在通透反射吊顶的上空设计安装了可开闭箱式电动吸声帘幕。在顶棚上空靠侧边马道下沿也安装了新型可开闭箱式电动升降吸声帘幕。上空吸声帘幕安装面积约480 m2。
3.2 歌剧厅舞台内墙面的吸声处理
由于歌剧厅舞台空间体积比较大，为了避免舞台空间与观众厅空间之间因耦合空间大对观众厅音质产生的不利影响，声学设计要求舞台空间内的混响时间应基本接近观众厅的混响时间，最好比观众厅具有更短的混响时间。为此，舞台空间内墙面必须采取吸声处理。
歌剧厅声学设计要求在舞台（包括主舞台、侧舞台及后舞台）一层天桥以下墙面均做吸声处理。
3.3 歌剧厅观众厅的墙面处理
（1）观众厅两侧墙墙面的扩散反射处理endprint
观众厅两侧墙墙面设计成“凹凸条带弧形状”的扩散反射处理。
（2）观众厅后墙墙面的扩散反射处理
歌剧厅观众厅后墙墙面设计成“凹凸条带弧形状”的扩散反射处理。
歌剧厅观众厅墙面布置既可满足声音扩散的要求，同时也具有较美观的装饰效果。
3.4 歌剧厅挑台栏板和挑台天花声学处理
歌剧厅挑台栏板（外侧面）采用斜形或凹凸弧形结构，这能使前区观众得到较好的反射声，并有利于声场均匀扩散。挑台栏板是厅内容易在前区造成回声的部位，建筑及室内设计中都应予以注意。
歌剧厅挑台栏板也可结合表面装饰做一些局部扩散处理，以有利于扩散声波，不至于产生回声、聚焦等声学缺陷。
歌剧厅挑台天花建议采用面密度≥20 kg/m2～25 kg/m2的材料做吊顶，做成反射面结构，以利声音反射，挑台天花形状为平面或弧线形状。
3.5 歌剧厅声闸声学处理
为了防止外界噪声通过出入门传入歌剧厅观众厅，因此，出入观众厅的门均采用了双道厚重隔声门以形成声闸，且声闸内墙面均做吸声处理。
3.6 歌剧厅观众席座椅的要求
在选择观众厅座椅时，既要考虑其用料、色彩、装饰及舒适性，同时也应重视座椅本身的声学性能，因为座椅的吸声量占整个观众厅总吸声量的比例最大（通常占到1/2～2/3左右），这对观众厅内的混响时间指标起到决定性作用。
3.7 歌剧厅对公共空间的声学要求
大剧院公共空间应有一个安静的环境，特别是大堂空间体量很大。国内有些剧院在设计的过程中很重视剧场内声学效果，却忽略公共空间的声学要求，混响时间很长，甚至于相互交谈也发生困难。
所以，大剧院公共空间的顶部都采取了声学吸声处理，除玻璃幕墙外，其他可做吸声的墙面和大堂顶面都采取了相应的吸声措施。
4 歌剧厅的噪声振动控制设计
大剧院的噪声振动控制设计是大剧院声学设计的一个重要组成部分，是至关重要的。为保证大剧院其他相关技术用房内设计的背景噪声指标，除进行特别的建筑声学音质设计外，还对剧院中产生噪声振动的设备采取必要的控制措施，具体要求如下：
（1）设备机房噪声控制：包括机房的配置和隔声吸声设计；
（2）空调系统噪声控制：根据观众厅空调系统设计、机组的选型及相关的技术参数配合空调设计专业确定送、回风管道系统消声处理的技术方案；
（3）配合空调系统施工，提供设备及管道安装连接中的隔声、隔振技术措施；
（4）大剧院内各种机电设备隔振降噪技术措施（包括空调机组、热泵、冷却塔、水泵、变压器房等）。
5 歌剧厅观众厅音质评价
为检验歌剧厅的实际音质效果，2012年4月对观众厅进行了现场音质测试。主要建筑声学测量内容包括：观众厅内混响时间（空场）T30、早期衰减时间EDT、音乐透明度C80、语言清晰度D50、侧向反射系数LF、声场力度G、声场不均匀度△Lp、厅内本底噪声LA等主要声学参量。 同时，还分别对顶部可升降吸声帘幕和舞台音乐反射罩引起的观众厅内混响时间的可调幅度做了检测。测试结果如表2所示。
混响时间是建声设计中最重要的音质评价指标。由表2可以得出，吸声帘幕完全升起关闭时，场内空场19点平均中频（500 Hz～1 000 Hz）混响时间为1.66 s；吸声帘幕完全下降打开时，场内空场19点平均中频（500 Hz～1 000 Hz）混响时间为1.5 s.
当歌剧厅舞台加装乐罩时，空场19点平均中频（500 Hz～1 000 Hz）混响时间提高到1.9 s。混响特性总体较满意，符合设计预期要求。
歌剧厅混响时间实测结果表明，舞台音乐罩及升降吸声帘幕的共同使用，可使观众厅内的混响时间得到0.4 s左右的变化幅度，乐罩和升降吸声帘幕各起到了一半的作用。
表2同时表明，实测低音比BR值平均为1.15，高频混响仅略有下跌。
清晰度D50参数主要用于评价观众厅内的语言清晰度，观众厅内中高频（500 Hz～4 kHz）平均D50值为0.5左右，表明厅内有较好的语言清晰度。
从厅内音乐明晰度指标C80值实测结果分析可见，观众厅的C80（3）平均值为2.19 dB，表明厅内有较好的音乐明晰度。
本次歌剧厅现场测量还利用先进的可调指向性测试传声器对歌剧厅观众厅进行了侧向反射声系数LF值的测量，结果表明，观众厅全频LF值达0.36～0.46，中频平均达0.37。表明本歌剧厅有很好的侧向反射声系数，侧向反射声十分丰富，这也说明观众厅的平面体形设计和声场扩散处理均较好。
歌剧厅观众厅内池座和楼座共71个测点各频率的平均声场不均匀度为≤±3.1 dB。表明观众厅的声场十分均匀，符合设计预期要求，可见观众厅的平面体形设计是科学合理的。
6 结语
无锡大剧院是国内第一个在观众厅内墙面、地面、包括座椅的扶手及后背面全部采用高密度竹板作为主要装饰材料的剧场，也是第一个舞台上（包括主侧台及后台）采用5个机械台的剧场。通过两年多来的演出实践，无锡大剧院歌剧厅的音质效果得到了业主单位、国内外演出院团和众多观众的好评。
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