剧场建筑声学设计浅析

【摘 要】随着文化设施建设高潮的到来，各地纷纷兴建剧场等观演类建筑，建筑声学设计则是剧场设计中建筑师的重要任务，是剧场设计成败的关键。建筑声学设计的工作内容主要包括室内音质设计和噪声控制两大部分。室内音质设计和噪声控制则主要依靠吸声和隔声实现。

【关键词】剧场；建筑声学；混响时间；噪声控制；吸隔声

引言

近年来，随着经济水平的提升和文化事业的繁荣，文化设施建设得到了较快的发展。各地在以省会城市为主的大城市兴建了一批大型剧场、音乐厅、戏剧院等文化艺术中心。在这些建筑中有很多非常优秀的作品，但也有一些不太成功的案例。我有幸参加了几个剧场的声学装修设计，虽然一些项目建成后得到了业主的认可，但回过头来看还是有不少的遗憾和不足。在此以华亭剧场为例，对以往所作声学设计的成败做个总结，同时也谈一些我对剧场建筑声学设计的一些粗浅认识。

1 剧场建筑声学设计的工作内容

剧场设计的根本任务是为观众提供理想的视听享受场所。作为听音场所，剧场、音乐厅等厅堂建筑的听音质量是第一重要的，其效果的好坏直接决定了该建筑设计的成败，而建筑声学设计是声学设计的基础，更是做好扩声系统的基础。没有合理的建声环境，再高档的后期装修，再先进的电声设施也无法弥补先天的声音缺陷，从而导致使用效果的大打折扣。一般而言,建筑声学设计的工作内容主要包括室内音质设计和噪声控制两大部分。

1.1 音质设计

混响时间是目前音质设计中能定量估算的重要评价指标。 它直接影响厅堂音质的效果。混响时间是指声音自稳定状态声压级衰减60dB所经历的时间。某频率的混响时间是指室内声音达到稳定状态，声源停止发声后残余的声音在房间内反复经吸声材料吸收，平均声能密度自原始值衰变到百万分之一（声能密度衰减60dB）所需要的时间。记作T60或RT，单位是秒（s）。房间混响时间长短是由它的吸音量和体积大小所决定的，体积大且吸音量小的房间，混响时间长，吸音量大且体积小的房间，混响时间就短。混响时间过短，声音发干，枯燥无味，不亲切自然；混响时间过长，声音就会变得模糊不清楚。只有合适的混响时间才能使声音圆润动听。那多长的混响时间才适合呢？不同功能的剧场厅堂所需要的混响时间也不尽相同。如表1-1所示：

表1-1 不同功能剧场T60（s）500HZ~1000HZ

话剧场 戏剧场 歌舞剧场 音乐厅 综合类剧场

0.9~1.2 1.0~1.4 1.2~1.6 1.5~2.0 1.5~2.0

由此表可以看出混响时间的长短与语言清晰度要求有关，对语言清晰度要求高的厅堂混响时间较短些，音色优美圆润的厅堂要求混响时间较长些。控制混响时间是进行室内音质设计的主要内容。

1.2 背景噪声控制

建筑声学设计的另一个重要任务就是进行背景噪声控制。背景噪声也称为本底噪声，是指在发生、检查、测量、记录系统中与有用信号无关的一切干扰。在环境影响评价（EZA）中，背景噪声是指除研究对象以外所有噪声的总称。如剧场外汽车的鸣笛声、飞机的轰鸣声、女士高跟鞋敲击地板的声音、剧场外人的喧哗声，甚至还有相邻剧场演出的声音。背景噪声控制就是要屏蔽掉这些和剧场演出内容无关的声音，让剧场内演出有一个纯净的声学环境。

那么如何运用建筑声学的手段来控制混响时间、降低背景噪声呢？背景噪声的控制主要依靠做好剧场的隔声与吸声，而混响时间的长短主要与吸声和观众厅容积有关。

华亭影剧院位于甘肃省平凉市华亭县西城区，是为全县市民服务的兼电影放映、演出、会议功能的多用途剧场。总建筑面积：9497平方米，固定座位1170个。建筑高度：26.5m ，建筑层数：地上1层(局部2层)，地下1层，结构形式：钢筋混凝土剪力墙结构，屋顶为钢网架结构。

2 隔声

2.1 空气传声的隔绝

空气传声的隔绝主要依靠建筑维护结构，包括墙壁、楼板、门窗等，都具有隔绝空气声的作用。维护结构的隔声性能，主要由他的质量、强度、阻尼和频率等因素决定。当频率在125HZ~4000HZ的范围内时，则质量起主要控制作用。维护结构的隔声量是随频率和质量的增加而增加的，这通常成为“质量定律”。

以往，我国剧场的维护结构以砖墙为主，240厚480kg/的砖墙（双面粉刷，下同）的平均隔声量约为53dB, 370厚700kg/的砖墙的隔声量约为56dB, 490厚840kg/的砖墙的隔声量约为61dB。现在随着抗震要求的提高，框架结构被广泛采用，490厚的砖墙840kg/的重量让框架结构不胜重负。

华亭影剧院前期建筑设计采用了200mm厚钢筋混凝土剪力墙结构，屋顶为钢网架结构上覆120厚彩钢板混凝土叠合屋顶。200mm厚度的现浇实心钢筋混凝土墙的隔声量与240mm粘土砖墙的隔声量接近，约为53 dB；网架上架覆钢筋混凝土叠合屋面，其性能基本与普通钢筋混凝土板屋面相同。钢筋混凝土剪力墙和彩钢板混凝土叠合屋顶为华亭影剧院隔声设计提供了良好的基础。

门窗是围护结构隔声的弱点，特别是华亭影剧院集会议、文娱、休闲为一体，所以隔声门为双层，双层门之间设“声闸”。声闸内做强吸声处理，两侧墙体均贴附50厚玻璃棉外封穿孔埃特板，并做0.8厚白色穿孔金属板上覆50厚玻璃棉吸声吊顶。声闸的设置使隔声效果大为提高并能防止亮光直接射入剧场内部。剧场中观众厅和舞台部分除观察窗与放映窗以外不开设窗户。

2.2 固体传声的隔绝

固体传声是由振动物体直接撞击结构（楼板或墙）使之产生振动，并沿着结构传播开去而产生的噪声。这些噪声的振动源包括空调设备、给排水设备、变压器、某些灯光设备、舞台机械以及来自相邻房间通过空气及固体传声传入的噪声和振动等,都将对观众厅的安静造成干扰。将观众厅设双层墙，并将下面的钢筋混凝土梁也分成双梁，是隔绝固体振动声传播的最理想措施。同时进入观众厅和舞台的各种管线最好集中布置，穿墙管线周围缝隙要用玻璃棉赛严。剧场内严禁开洞进线，避免降低隔声效果。

华亭影剧院由于出于节省投资和施工便利的原因没有设置双层墙。在声学装修设计时为了隔绝固体传声，我们紧贴观众厅和舞台主体混凝土墙内侧做了轻质隔声墙，采用50轻钢龙骨12厚两层石膏板错缝拼接内填玻璃棉的做法；观众厅和舞台屋顶网架下做了12厚双层石膏板隔声吊顶，上覆50厚玻璃棉外包黑色玻璃丝布。这两项措施和混凝土墙和叠合屋顶结合形成双层维护，有效解决了固体传声的问题，同时也加强了空气声的隔绝。后期在声学测试时证明这种做法达到了背景噪声控制在NR-25（相当于30dBA）的设计预期。除此之外，设备基础做隔振处理，从声源处杜绝固体声的传播。

3 吸声

剧场建声设计中，舞台部分一般做强吸声处理，避免有多次反射声到达观众席，使声音混乱模糊；而观众厅前部要做一些反射体，让演出的首次反射声尽量多的到达观众席；观众厅后部则以吸声为主，以减少多次反射声，避免混响时间过长而影响声音的清晰度。吸声处理可以有效的降低厅堂内的声压级，调整适合的混响时间，以达到满意的听音效果。一般，首先根据功能需要确定剧场的混响时间，然后可以用赛宾公式（3-1）反算求得各频段的总吸声量。

A＝0.16V/ T60 （3-1）

（式中：A ―― 为总吸声量，V ―― 为实际容积，T60―― 为混响时间）

华亭影剧院业主定性为：以会议为主要使用功能，兼顾文艺演出及电影放映的综合剧场。鉴于业主对会议功能的重视，混响时间定为比综合类剧场混响时间略低的1.4s左右（125-4000Hz）。确定了合理的混响时间后我们通过计算得出了各频段的总吸声量，再通过计算得出各种吸声材料和构造的面积比例，确定最终的装修方案。

华亭影剧院主要采用以下吸声材料和构造：

3.1 多孔吸声材料

多孔吸声材料有玻璃棉、岩棉、矿棉等，这些材料内部纤维蓬松交错，存在大量微小的孔隙，是典型的多孔性吸声材料，具有良好的吸声特性。可以制成墙板、天花板、空间吸声体等，可以大量吸收房间内的声能，降低混响时间，减少室内噪声。多孔吸声材料对声音中高频有较好的吸声性能。

华亭影剧院在声装中大量采用了50厚32KG/M3玻璃棉作为背衬吸声材料，这种构造做法有效加强了表层材料的吸声性能。由于玻璃棉为松散的多孔材料，在使用时有诸多不便，所以将玻璃棉加工成玻璃棉毡，并且外包玻璃丝布。

3.2 穿孔板吸声结构

在各种薄板上穿孔，背后设置空腔形成穿孔吸声结构。薄板本身并不具有良好的吸声性能，但穿孔后并安装成带有一定厚空腔的吊顶或贴面墙则可形成“亥姆霍兹共振”吸声结构，因而获得较大的吸声能力。这种穿孔板吸声结构广泛地应用于厅堂音质及吸声降噪等声学工程中。穿孔板的穿孔率一般为2%-17%。

如果在穿孔板后空腔内填充多孔吸声材料时，空气分子在共振时的摩擦阻力增大，各个频率的吸声性能都将有明显提高，这就兼有多孔吸声材料和穿孔吸声结构两者特点的穿孔板组合吸声结构。

华亭影剧院观众厅后部穿孔石膏板吊顶和木质穿孔板墙面、舞台后墙穿孔木质吸音板墙面以及放映室、声控室穿孔金属板吊顶背衬玻璃棉均属于这种吸声构造，实践证明这种构造各频段的吸声效果都比较理想。穿孔板的另一个优点就是有多种材质可供选择，可以设计出不同的装修风格。

3.3 薄板共振吸声结构

将各种薄板，例如：木胶合板、塑料板、水泥纤维板、各种金属板等不透气无空隙的薄板，四周固定在墙或顶棚的龙骨架上，板背后留有一定深度空气层，就构成了薄板共振吸声结构。板后空气层必须密闭，以使板具有弹性，这就要求板不是透气的，板周边与龙骨必须紧密牢固的结合，施工时一定要注意板的安装不应随时间的推移而出现松动现象。由于薄板的共振频率较低，一般为80HZ~300HZ，因此低频声比高频声容易激发薄板的共振，所以薄板共振吸声结构具有吸收低频声的特性。

华亭影剧院在墙裙部分采用了这种结构。观众厅后墙墙裙为600高樱桃木饰面板，400厚空腔，主要为了解决穿孔板和多孔材料低频吸音率偏低的问题。

另外，华亭影剧院声反射体主要布置在观众厅前部。台口两侧和耳光干挂20厚米黄大理石，40宽斜拼角接缝；声桥和观众厅前部2/3吊顶为轻钢龙骨纸面石膏板，白色乳胶漆饰面，让首次反射声尽量多的到达观众席。

4 结论

华亭影剧院声学设计基本成功，投入使用后得到了业主的好评，但在设计中还是有一些遗憾和不足，例如观众厅吊顶为了造型的需要做的较平，楼座后两排的音质较差一些。

通过几次工程实践，个人认为建筑声学设计需要丰富的声学知识和实际工程经验，并把声学要求融入建筑形体和装修设计中，把声学功能与艺术创作有机地结合为一体，才能使剧院成为音质优异的艺术殿堂。

参考文献

[1]《建筑设计资料集2》（第二版）第8章P133-159

[2]《建筑设计资料集4》（第二版）第5章P71

作者简介：

陈瑞刚，出生于1978年6月2日，性别：男，汉族，现就职于北京城建设计研究总院有限责任公司，工程师，大学本科学历，主要从事剧场类建筑和轨道交通沿线开发的建筑设计及研究工作。