长沙梅溪湖国际文化艺术中心大剧院的声学设计 杨志刚 刘京城 赵换江 张羽 华东建筑设计研究院有限公司 北京城建集团有限责任公司 摘 要： 介绍长沙梅溪湖国际文化艺术中心大剧院的工程概述、大剧院建筑概况、大剧院的主要功能和建声设计技术指标、观众厅的体型分析及调整建议、观众厅表面装修用材的声学设计要求、凹槽造型的 GRG 吸声性能检测、非常规座椅的吸声性能检测、大剧院前厅的声环境优化以及竣工后的建声测试结果和评价关键词： 混响时间 RT; 早期衰变时间 EDT; 明晰度 C80; 清晰度 D50; 空间感 (1-IACCE3) ; 声场力度 G; 亲切感 ITDG; Acoustic Design of Changsha Meixihu International Culture and Art Center TheatreYANG Zhi-gang LIU Jing-cheng ZHAO Huan-jiang ZHANG Yu East China Architectural Design & Research Institute Co., Ltd.; Beijing Urban Construction Refco Group Ltd; Abstract： The author introduces the overview of Changsha Meixihu international culture and art center theatre project, theater building outline, main functions and acoustical design technology index of the theater, auditorium shape analysis and proposal for adjustment of auditorium, surface decoration materials of the acoustical design requirements, groove modeling GRG absorption performance detection, non conventional absorption seat the lobby of the theater performance detection, sound environment optimization and sound evaluation and test results of theatre after completion.Keyword： RT; EDT; C80; D50; (1-IACCE3) ; G; ITDG; 1 工程概述长沙国际文化艺术中心坐落于岳麓山下, 梅溪湖畔。
总投资 28 亿元, 总用地面积 100 000 m, 总建筑面积 120 000 m, 项目包括 1 800 座位的大剧院、500 座位的多功能小剧场和艺术馆, 艺术馆由 9 个展厅组成, 展厅面积达 10 000 m中心能承接世界一流的大型歌剧、舞剧、交响乐等高雅艺术表演, 是湖南省规模最大、功能最全的国际文化艺术中心2011 年 6 月, “国际建筑大师对话梅溪湖”活动吸引了汉斯·霍兰因建筑事务所、蓝天组建筑事务所、扎哈·哈迪德建筑事务所、阿克雅建筑事务所、保罗·安德鲁建筑师事务所 5 个世界级国际建筑大师团队经过激烈的角逐, 最终扎哈·哈迪德建筑事务所设计的方案以其独特的设计视角和理念胜出设计之初, 扎哈的方案是以盛开的梅花的理念构思的 (见图 1) 经过沟通和优化, 扎哈根据湖南素有的“芙蓉国”之称, 把建筑方案变为了盛开的芙蓉花瓣落入如镜的梅溪湖水面激起不同形态“涟漪”的概念 (见图 2) , 建筑外观的线条更加流畅图 1 扎哈团队最初方案效果图 下载原图图 2 扎哈团队的最终方案效果图 下载原图2 大剧院建筑概况艺术中心大剧院整体建筑情况见图 3~图 8观众厅平面近似于圆形, 池座有两处不对称栏板分区, 两层楼座均用栏板分成 4 个不对称的分区。
池座长 34 m (其中二层楼座后墙向后延伸 0.8 m, 三层楼座后墙向后延伸 2 m) ;最大宽33.8 m;平均高约 18.5 m舞台开口:18 m×12 m, 舞台面高度比第一排观众席高 1 m观众席前部设升降乐池, 开口尺寸:平均长约 21.5 m, 最大宽约 4.8 m, 开口面积 92 m, 乐池内面积约 126 m台口侧墙设一道台口侧光、二道耳光;天花设二道面光天桥, 一道追光一层眺台开口高 4.8 m, 深 4.9 m (到最后一排的距离, 而不是后墙) , 高深比接近1:1;二层眺台开口高 3.0 m, 深 4.8 m, 高深比为 1:1.6池座观众席为全台阶形式, 共 24 排, 第一排标高为-5.000 m, 最后一排标高为 0.000 m, 前后高差 (总起坡) 为 5 m, 平均每阶高差约为 0.22 m;二层楼座共 5 排 (中间分区) , 第一排标高为 4.270 m, 最后一排标高为 6.000 m, 前后高差 (总起坡) 为1.730 m, 平均每阶高差约为 0.43 m;三层楼座共 6 排 (中间分区) , 第一排标高为 8.450 m, 最后一排标高为 11.000 m, 前后高差 (总起坡) 为 2.550 m, 平均每阶高差约为 0.51 m;各层观众席末排的视点俯角分别为池座 8°, 二层楼座 18°, 三层楼座 25°。
舞台包括主舞台、左右侧舞台和后舞台主舞台尺寸:长 32 m, 深 2 5 m, 净高3 3.6 5 m;面积为 800 m;左右侧舞台尺寸:长 19.8 m, 深 25 m, 高 20 m (到结构楼板) , 面积为 495 m;后舞台尺寸:长 24 m, 深 21 m, 高 20 m (到结构楼板) , 面积为 504 m大剧院实景照片见图 9~图 123 大剧院的主要功能和建声设计指标3.1 主要功能大剧院以演出大型歌剧、舞剧为主, 能满足国内外各类歌剧、舞剧、音乐剧、大型交响乐、大型歌舞、戏曲、话剧等大型舞台类演出的使用要求表 1 混响时间频率特性 下载原表 3.2 主要建筑声学技术指标(1) 中频满场混响时间 RT大型歌剧、舞剧、大型综艺晚会的演出:1.5 s~1.6 s;交响乐、室内乐、合唱等演出:1.8 s±0.1 s (设置舞台声学反射罩) ;(2) 混响时间频率特性 (相对于中频 500 Hz~1 000 Hz 的比值) :见表 1;(3) 音乐明晰度 C80, 3:1.0~3.0;(4) 声场力度 Gmid:-1.0 d B~2.0 d B;(5) 背景噪声:≤NR-20 噪声评价曲线;(6) 每座容积:7 m/座~9 m/座。
4 大剧院观众厅的体型分析及调整建议根据 Odeon 计算机模拟软件估算, 观众厅体积约为 15 600 m, 单座容积为 8.67 m/座, 符合设计要求的 7 m/座~9 m/座采用多种技术手段对大剧院观众厅建筑体型进行分析, 具体手段如下4.1 CAD 平剖面的二维声线分析大剧院观众厅平面近似于圆形, 建筑体型并不是太好从建筑平面声学分析图 (见图 13) 可以看出前中区绝大多数观众区缺少侧向反射声, 而且在观众区后部声线比较集中, 可能产生声聚焦从建筑剖面声学分析图 (见图 14) 也可以看出来自顶部的声线分布并不均匀因此, 台口侧墙的形状必须进行优化处理, 顶部形状也需进行优化或扩散处理4.2 Rhino 模型的三维声线分析从 Rhino 模型的三维声线分析中发现, 台口侧墙和一层眺台栏板形体存在一定问题从观众厅台口侧墙声线分析 (见图 15) 来看, 台口侧墙的反射声几乎没有到达观众席中心区域从一层眺台栏板声线分析 (见图 16) 来看, 部分凹形栏板的反射声在池座形成了声聚焦4.3 Odeon 模拟分析从 Odeon 模拟分析的侧向反射系数 LF 格栅图 (见图 17) 也可以发现前中区绝大多数观众区缺少侧向反射声, 而且在观众区后部还容易产生声聚焦等声缺陷。
4.4 缩尺模型试验 (中频 1 000 Hz) 通过缩尺模型 (见图 18) 试验各测点的反射声序列发现:池座前中部区域 (见图 19) 缺乏侧向反射声;池座与二层楼座的后区中部 (见图 20 和图 21) 发现直达声后面 40 ms 左右有强烈的反射声, 疑是声聚焦现象4.5 体型调整建议通过 CAD 平剖面的二维声线分析、Rhino 模型的三维声线分析、Odeon 模拟分析和缩尺模型试验等 4 种技术手段的分析, 大剧院观众厅建筑体型主要存在以下三方面问题:(1) 池座前中部区域缺乏侧向反射声;(2) 观众区后部声线比较集中, 容易产生声聚焦;(3) 一层眺台部分凹形栏板的反射声在池座形成了声聚焦分析其原因, 主要是原有建筑体型近似呈圆形以及一层眺台部分栏板呈内凹形所致因此, 声学设计和建筑设计、室内设计专业综合考虑各种因素, 调整建议如下:(1) 台口侧墙形状由内凹形调整为外凸形, 使观众区的前中区也能被侧向反射声能覆盖 (见图 22) ;(2) 侧墙、顶面和眺台栏板均做扩散处理 (结合装饰灯带, 见图 23、图 24) , 使观众区的声能分布比较均匀, 避免声聚焦等声缺陷5 大剧院观众厅表面装修用材的声学设计计算机模拟软件采用的是 Odeon14.0, 各声学参量 (中频 1 000 Hz) 的计算机模拟分析结果见图 25。
根据计算机模拟和音质计算结果, 确定了观众厅各界面的声学装修材料、配置及构造, 具体要求如下5.1 观众厅内地坪及走道观众厅内地坪用料为樱桃实木复合木地板+毛地板 45°斜铺 (底面刷防火漆) , 龙骨间隙填实, 以避免地板共振吸收低频5.2 墙面和顶面观众厅墙面和顶面均选用 GRG 板, 艺术漆饰面墙面和顶面的 GRG 面密度分别为 45 kg/m 和 50 kg/m墙面和顶面均结合灯带做扩散处理5.3 舞台墙面由于舞台包括 1 个主舞台、2 个侧舞台, 空间比较大为了避免舞台空间与观众厅空间之间因耦合空间而产生的不利影响, 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声学设计要求在舞台 (包括主舞台、侧舞台) 一层天桥以下墙面做吸声处理具体做法为:3 m 以下墙面采用 25 厚防撞木丝吸声板 (刷黑色水性涂料) +75 系列轻钢龙骨 (内填 50 厚 48 kg/m 离心玻璃棉板, 外包玻璃丝布) +原有粉刷墙体;3 m 以上墙面采用 5 厚穿孔 LCFC 板, 穿孔率 20% (刷黑色水性涂料) +75 系列轻钢龙骨 (内填 50 厚 48 kg/m 离心玻璃棉板, 外包玻璃丝布) +原有粉刷墙体。
6 凹槽造型的 GRG 吸声性能检测由于整个墙面、顶面和眺台栏板均为一条一条的凹槽造型 (内藏灯带) , 考虑到过多的凹槽可能对声能的某个频率造成有选择的吸收, 因此, 声学要求对凹槽造型的 GRG 造型样板到同济大学混响试验室进行声学检测 (见图 26) GRG样板的投影面积为 10 m, 由于 GRG 表面起伏比较大, 周边用 18 厚细木工板封堵, 挡板面积 17 m材料表面积把周边的细木工板考虑在内, 由于细木工板的吸声系数比 45 kg/m 的 GRG 要小, 所以, 实际的 GRG 吸声系数比较测试数据还要小一些从测试报告可以看出, 各个频率的吸声系数都比较小, 最小的仅为0.03, 最大也不超过 0.08, 且没有出现某个频率吸收过多的现象图 25 各声学参量 (中频 1 000 Hz) 的计算机模拟分析结果 下载原图根据 GRG 的吸声检测报告 (见图 27) , 声学确定凹槽造型的 GRG 板不会对观众厅的声场造成不利影。