廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳的建聲設(shè)計(jì)與音質(zhì)評(píng)價(jià)

1、演藝科技 ENTERTAINMENT TECHNOLOGY241 工程概述廈門國(guó)際會(huì)議中心是廈門市東部城市副中心的新標(biāo)志,地處廈門島的南半部分思明區(qū)的東端,南臨會(huì)展中心,北接國(guó)際游艇碼頭;與金門島隔海相望,直線距離僅4.6 km ?？偨ㄖ娣e140 000 m 2,功能包括會(huì)議中心、五星級(jí)酒店、音樂(lè)廳等三部分。廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳外形為橢球形,外表面幕墻采用了雙曲面玻璃幕墻及蜂窩鋁板。音樂(lè)廳建筑和室內(nèi)方案設(shè)計(jì)單位為日本設(shè)計(jì)株式會(huì)社,建筑施工圖設(shè)計(jì)單位為上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,建聲設(shè)計(jì)單位為上?，F(xiàn)代建筑設(shè)【摘 要】 概述廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳的工程,介紹該廳的建筑概況、

2、主要建聲設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)、計(jì)算機(jī)模擬分析以及建 聲測(cè)試結(jié)果和音質(zhì)評(píng)價(jià)等。The Construction Audio Design and Sound Quality Evaluation for Musical Hall ofXiamen International Conference CentreY ANG Zhi-gang ,ZHANG Kui-sheng(Zhang kui-sheng Acoustic Design and Research Studio, Shanghai Xian Dai Architectural Design (Group Co. Ltd., Shanghai

3、200041, China【Abstract 】A birds-eye view of building for Musical hall of Amoy International Conference Centre was got from the aspects of general situation of construction, technique parameters of audio design, numerical simulation analysis, testing result, sound quality and the like.【Key Words 】sou

4、nd quality index; audio design; sound spread; noise control; numerical simulation for sound eld; testing of scale model on room acoustic design 廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳的建聲設(shè)計(jì)與音質(zhì)評(píng)價(jià)楊志剛,章奎生(上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)(集團(tuán)有限公司 章奎生聲學(xué)設(shè)計(jì)研究所,上海 200041計(jì)集團(tuán)章奎生聲學(xué)設(shè)計(jì)研究所。圖1為廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳夜景圖。圖1 廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳夜景圖演藝科技 ENTERTAINMENT TECHNOLOGY252 音樂(lè)廳建筑概況音樂(lè)

5、廳的使用功能為專業(yè)音樂(lè)廳,以室內(nèi)樂(lè)演出為主,兼顧小型交響音樂(lè)會(huì)及合唱演出。該觀眾廳總?cè)葑鶠?68座,其中池座561座,兩側(cè)升起包廂78座,后部樓座129座。音樂(lè)廳的總體積約為11 000 m 3,單座容積約為14m 3/人。觀眾廳的建筑平面呈橢圓形,前部盡端式演奏臺(tái)平面呈扇形,寬12 m 22 m ,深度為11.66 m 。演奏臺(tái)面比池座第一排地面高0.6 m 。演奏后墻至池座后墻水平距離40 m ;觀眾廳最大寬度27 m 。池座觀眾席為全臺(tái)階起坡升起形式,共21排,前后高差(總起坡為5.3 m ,平均起坡為0.265 m ;4個(gè)圓弧形側(cè)包廂各設(shè)2排觀眾席,前后高差(總起坡為0.3 m ,平均

6、起坡為0.3 m ;樓座共4排觀眾席,前后高差(總起坡為1.365 m ,平均起坡為0.455 m ; 池座、樓座和側(cè)包廂觀眾席末排的視點(diǎn)俯角分別為12、21和24;挑臺(tái)開(kāi)口高深比為4:5.3 = 1:1.3;音控室、燈控室設(shè)于池座后墻的中部。圖2、圖3為音樂(lè)廳的平、剖面圖。演奏臺(tái)的折線形后墻、展斜形兩側(cè)墻及弧形的前部吊頂構(gòu)成了音樂(lè)反射罩的形式。3 音樂(lè)廳主要音質(zhì)指標(biāo)根據(jù)音樂(lè)廳的容座規(guī)模、單座容積及使用功能,建聲設(shè)計(jì)確定的主要音質(zhì)指標(biāo)如表1所示。4 建聲設(shè)計(jì)措施在確保音樂(lè)廳內(nèi)的音質(zhì)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期要求方面,除了平剖面體形起到較為重要的先天作用,觀眾廳內(nèi)各個(gè)界面的材料選擇、構(gòu)造做法以及座椅的吸聲

7、性能也與音樂(lè)廳的音質(zhì)密切相關(guān)。具體建聲設(shè)計(jì)目標(biāo)要求和技術(shù)措施如下:(1合理控制混響時(shí)間,并有足夠的低音比觀眾廳地坪采用木地板彈性實(shí)貼的方法,木地板和混凝土樓板之間不設(shè)木龍骨,即聲學(xué)要求不能有空腔。具體做法:砂漿找平層+底涂專用膠+專用彈性粘接膠+泡沫墊+專用彈性粘接膠+木地板。建聲設(shè)計(jì)要求演奏臺(tái)斜側(cè)墻、后墻和觀眾廳下部側(cè)墻的聲擴(kuò)散體后部不能有空腔,具體做法為擴(kuò)散體后部的空 腔用細(xì)石混凝土搗實(shí),裝飾面層為18 厘夾板貼實(shí)木皮,用專用膠粘貼在混凝土上。觀眾廳上部側(cè)墻和吊頂均為GRG 板,聲學(xué)要求GRG 的面密度為50 kg/m 2。(2使墻面和頂面均具有高擴(kuò)散性具體表現(xiàn)在:中部頂面前后共由4塊大的

8、弧形板構(gòu)成,且弧形板表面有微擴(kuò)散處理,兩邊的吊頂均向下傾斜形并呈弧形,以利聲音向廳內(nèi)中部擴(kuò)散反射;演奏臺(tái)周圍側(cè)墻均安裝深度為50 mm 300 mm 不等的折線形聲擴(kuò)散體;觀眾廳的下部側(cè)墻由大弧形墻面構(gòu)成且墻的表面又布置深度為50 mm 的鋸齒形擴(kuò)散體,上部GRG 側(cè)墻由大鋸齒形墻面構(gòu)成且墻的表面有波浪形微擴(kuò)散處理;觀眾廳的后墻采用散射系數(shù)較大的QRD 擴(kuò)散體;挑臺(tái)欄板的表面做50 mm 深度的鋸齒形擴(kuò)散體,除了演奏臺(tái)的后墻和挑臺(tái)欄板,其余墻面和頂圖2 音樂(lè)廳平面圖圖3 音樂(lè)廳剖面圖中頻滿場(chǎng)混響時(shí)間 1.8 s 2.0 s 早期衰變時(shí)間EDT 2.0 s 2.3 s 明晰度C 80(3-1 -

9、4雙耳聽(tīng)覺(jué)相關(guān)系數(shù)(1-IACC E30.62 0.71中頻聲場(chǎng)力度G mid4 dB 5.5 dB 初始時(shí)延間隙t I 20 ms 低音比 1.1 1.25表面擴(kuò)散因子SDI1.0背景噪聲NR-20表1 音樂(lè)廳主要建聲設(shè)計(jì)指標(biāo)演藝科技 ENTERTAINMENT TECHNOLOGY26面沒(méi)有布置任何吸聲材料。圖4、圖5為音樂(lè)廳內(nèi)景照片。(3噪聲控制合理設(shè)計(jì)音樂(lè)廳的總體建筑布局,讓設(shè)備機(jī)房盡量遠(yuǎn)離聲學(xué)用房;音樂(lè)廳墻體采用雙墻,出入音樂(lè)廳的門均為聲閘,以有效隔絕外界噪聲;音樂(lè)廳內(nèi)所有空調(diào)管道均進(jìn)行最不利風(fēng)管條件計(jì)算,合理配置消聲器和減振器,嚴(yán)格控制風(fēng)管和風(fēng)口的氣流速度,以降低氣流噪聲,并強(qiáng)調(diào)選

10、用低噪聲設(shè)備。5 聲學(xué)采用的技術(shù)手段為了確保音樂(lè)廳的音質(zhì)效果達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo),本音樂(lè)廳的音質(zhì)設(shè)計(jì)采用了混響控制計(jì)算、計(jì)算機(jī)聲場(chǎng)模擬分析和縮尺模型音質(zhì)試驗(yàn)等3種設(shè)計(jì)技術(shù)手段,相互驗(yàn)證,取長(zhǎng)補(bǔ)短,使音質(zhì)設(shè)計(jì)更具科學(xué)性,音質(zhì)效果也更有可靠性。5.1 混響控制計(jì)算混響控制計(jì)算是廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié),其目的是要達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定的廳內(nèi)混響時(shí)間及其頻率特性的目標(biāo)值。其關(guān)鍵是如何設(shè)計(jì)選定廳內(nèi)聲學(xué)材料、構(gòu)造及配置位置和面積,特別是正確合理地確定廳內(nèi)各個(gè)表面的吸聲系數(shù)取值?；祉憰r(shí)間的控制計(jì)算采用的公式為Eyring 公式:計(jì)算表明本音樂(lè)廳的混響時(shí)間及其頻率特性可以達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定的指標(biāo)。5.2 計(jì)算機(jī)聲場(chǎng)模擬分析計(jì)算

11、機(jī)聲場(chǎng)模擬分析既可驗(yàn)證體型設(shè)計(jì),更可預(yù)測(cè)各項(xiàng)音質(zhì)參量。目前,廳堂音質(zhì)的計(jì)算機(jī)模擬軟件已經(jīng)較為成熟,廣泛地應(yīng)用于廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)、音質(zhì)評(píng)價(jià)、聲場(chǎng)特性研究等領(lǐng)域。與實(shí)物模型(縮尺模型相比,它克服了模型制作和測(cè)試中的困難,而且它的模型的建立和修改快捷,大大地節(jié)約了時(shí)間和費(fèi)用。特別是在最近十幾年,計(jì)算機(jī)聲場(chǎng)模擬分析已經(jīng)成為廳堂良好音質(zhì)設(shè)計(jì)中重要的輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。聲場(chǎng)的計(jì)算機(jī)模擬是通過(guò)建立實(shí)際廳堂的數(shù)學(xué)模型,然后按幾何聲學(xué)法則來(lái)模擬聲波在廳堂內(nèi)的傳播規(guī)律。本項(xiàng)目采用的聲學(xué)模擬軟件ODEON 9.2兼有聲像法和聲線法的功能,并可采用Lambert 散射算法,使模擬的過(guò)程愈加逼真,計(jì)算的結(jié)果也更加接近實(shí)測(cè)值。圖6

12、為音樂(lè)廳計(jì)算機(jī)模型內(nèi)景圖,圖7 圖11為5個(gè)聲學(xué)參量的模擬結(jié)果 圖。圖4 音樂(lè)廳內(nèi)景照片一 圖5 音樂(lè)廳內(nèi)景照片二圖6 音樂(lè)廳計(jì)算機(jī)模型內(nèi)景圖圖7 混響時(shí)間T 30 的模擬結(jié)果圖演藝科技 ENTERTAINMENT TECHNOLOGY27 5.3 縮尺音質(zhì)模型試驗(yàn)本音樂(lè)廳縮尺模型試驗(yàn)由華南理工大學(xué)建筑技術(shù)研究 所完成,模型按照1:10的縮尺比例制作。整個(gè)模型的外框用5 mm 厚夾板封閉,表面抹灰打磨噴漆。音樂(lè)廳內(nèi)墻面用8 mm 厚夾板制作,表面抹灰打磨噴漆。音樂(lè)廳后墻的QRD 擴(kuò)散體用2 mm ABS 板制作,表面噴漆。舞臺(tái)反射板用3 mm ABS 板,表面噴漆。音樂(lè)廳吊頂用5 mm 安迪板

13、制作,表面噴漆?？s尺模型內(nèi)景照片見(jiàn)圖12、圖13?？s尺模型試驗(yàn)結(jié)果表明,音樂(lè)廳無(wú)明顯音質(zhì)缺陷。6 竣工后的音質(zhì)檢測(cè)2009年7月,廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳竣工后,章奎生圖8 早期衰變時(shí)間EDT的模擬結(jié)果圖圖9 明晰度C 80的模擬結(jié)果圖圖10 側(cè)向反射聲能比L F 的模擬結(jié)果圖圖11 響度G的模擬結(jié)果圖圖12 縮尺模型內(nèi)景照一演藝科技 ENTERTAINMENT TECHNOLOGY28聲學(xué)設(shè)計(jì)研究所和華南理工大學(xué)建筑技術(shù)研究所先后分別進(jìn)行了空?qǐng)龊蜐M場(chǎng)條件下的建聲測(cè)試,兩個(gè)單位的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致,測(cè)試儀器和軟件均為B&K 系列產(chǎn)品,表明測(cè)試結(jié)果正確可靠,現(xiàn)以章奎生聲學(xué)設(shè)計(jì)研究所測(cè)試數(shù)據(jù)為參考進(jìn)行

14、分析。參照美國(guó)聲學(xué)專家白瑞納克著作音樂(lè)廳和歌劇院中關(guān)于音樂(lè)廳的客觀評(píng)價(jià)方法,對(duì)廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳的EDT 、(1-IACC E3、G mid 、t I 、BR 、SDI 等6個(gè)互不相關(guān)的聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行結(jié)果匯總,并與世界上音質(zhì)評(píng)價(jià)等級(jí)為A+和A 的音樂(lè)廳進(jìn)行比較,具體結(jié)果如下:6.1 混響感有3個(gè)參量混響時(shí)間RT 、早期衰變時(shí)間EDT 和明晰度C 80與人的混響感相關(guān),但EDT 相關(guān)性更好?；祉憰r(shí)間RT 是音樂(lè)廳聲學(xué)設(shè)計(jì)中最重要的音質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo),世界上評(píng)價(jià)等級(jí)為A+和A 音樂(lè)廳的中頻滿場(chǎng)混響時(shí)間平均值為2.0 s ,混響時(shí)間的優(yōu)選值為1.8 s 2.0 s 。從廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳混響時(shí)間(滿

15、場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)可以得出,中頻500 Hz 和1 000 Hz 的平均混響時(shí)間為2.04 s (預(yù)計(jì)整改后滿場(chǎng)中頻混響時(shí)間約為1.95 s ,如表2所示。改造前滿場(chǎng)混響特性曲線為:低頻有足夠提升,中高頻基本平直,符合設(shè)計(jì)預(yù)期要求。EDT 的優(yōu)選值為2.0 s 2.3 s ,廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳的空?qǐng)鰧?shí)測(cè)中頻EDT 為2.34。明晰度C 80(3的優(yōu)選值為-1 -4之間,從廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳12個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)C 80的平均值計(jì)算可得C 80(3為-1.74。6.2 空間感空間感即視在聲源寬度A S W ,有2個(gè)參量L F E 4和(1-IACC E3與空間感有關(guān),但(1-IACC E3可靠性大。世

16、界上評(píng)價(jià)等級(jí)為A+和A 音樂(lè)廳的LF E4值范圍為0.17 0.23,(1-IACC E3值范圍為0.62 0.71。廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳的LF E4實(shí)測(cè)值為0.30,計(jì)算得到(1-IACC E3為0.72。6.3 響度響度以中頻聲場(chǎng)力度G mid 表示。G mid 的優(yōu)選值為4 dB 5.5 dB ,廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳的空?qǐng)鰧?shí)測(cè)G mid 值為5.45 dB 。6.4 親切感親切感以初始時(shí)延間隙t I 表示。音樂(lè)廳中央位置的t I 優(yōu)選值為20 ms ,廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳的中央位置(測(cè)點(diǎn)5實(shí)測(cè)t I 值為23 ms ,略大于20 ms ,預(yù)計(jì)演奏臺(tái)頂部安裝好聲反射板后,應(yīng)會(huì)符合優(yōu)選

17、值的要求。6.5 溫暖感(豐滿感溫暖感用低音比BR 來(lái)表示。對(duì)混響時(shí)間較長(zhǎng)的廳堂優(yōu)選值為1.1 1.25,廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳滿場(chǎng)BR 為1.15。6.6 表面擴(kuò)散因子SDI廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳的墻面和頂面均具有高擴(kuò)散性,因此,SDI 值接近于1.0。SDI 的最佳值為1.0,世界上評(píng)價(jià)等級(jí)為A+和A 音樂(lè)廳的SDI 的范圍為0.8 1.0。6.7 其他聲學(xué)參量觀眾廳內(nèi)空調(diào)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)測(cè)本底噪聲為30 dB (A ,符合噪聲評(píng)價(jià)曲線NR-20曲線。音樂(lè)廳內(nèi)池座和2個(gè)樓座共58個(gè)測(cè)點(diǎn)各頻率的平均聲場(chǎng)不均勻度均2.9 dB 。音樂(lè)廳聲閘的一道隔聲門計(jì)權(quán)隔聲量為37 dB (A ,雙道隔聲門計(jì)權(quán)

18、隔聲量為58 dB (A 。以上廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳的現(xiàn)場(chǎng)客觀測(cè)量結(jié)果表明不僅全部達(dá)到了建聲設(shè)計(jì)預(yù)定的各項(xiàng)音質(zhì)指標(biāo),而且與國(guó)際上公認(rèn)的幾個(gè)音質(zhì)效果最佳達(dá)到A+級(jí)著名音樂(lè)廳的音 圖13 縮尺模型內(nèi)景照二頻率倍頻程中心頻率(Hz125250500 1 k 2 k 4 k 滿場(chǎng)RT的平均值(改造前(s2.402.291.992.081.931.59表2 混響時(shí)間(滿場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)演出場(chǎng)館建設(shè) 建 筑 聲 學(xué) Building of Entertainment Stadium 表3 與著名音樂(lè)廳音質(zhì)指標(biāo)對(duì)比 音樂(lè)廳名稱 中頻RT 滿場(chǎng)（s） 2.00 1.89 2.00 2.04（改前） 1.95（改后

19、） 中頻EDT C80（3） 空?qǐng)觯╯） （空?qǐng)觯?2.63 -3.3 2.37 -2.7 3.03 -3.7 2.34 -1.74 （1-IACCE3） 0.54 0.61 0.73 0.72 LFE4 0.18 0.22 0.17 0.30 Gmid空?qǐng)觯╠B） 4.3 5.5 5.5 5.45 tI空?qǐng)?（ms） 25 16 11 23 低音比BR 1.08 1.07 1.11 1.15 中頻RT 空?qǐng)觯╯） 阿姆斯特丹音樂(lè)廳 2.59 波士頓音樂(lè)廳 2.52 維也納音樂(lè)協(xié)會(huì)大音樂(lè)廳 3.06 柏林音樂(lè)廳 廈門國(guó)際會(huì)議中心音樂(lè)廳 表4 2.43 空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)觀眾廳噪聲測(cè)試 頻率 倍頻程中心頻率（Hz） 500 21 24 計(jì)權(quán)聲級(jí)（dB） A聲 級(jí) C聲 級(jí) 30 41 測(cè)點(diǎn) 測(cè)點(diǎn)（dB） NR-20（dB） 63 33 51 125 27 39 250 24 30 1 k 16 20 2 k 14 16 4 k 12 14 質(zhì)指標(biāo)十分接近。與各音樂(lè)廳數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表3，空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 觀眾廳噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。 為音樂(lè)廳音質(zhì)效果很好。首席大提琴家趙云鵬認(rèn)為清晰度 很好，但又不干澀，包圍感很好，聲音親切、生動(dòng)，聲音 效果達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水平。中國(guó)愛(ài)樂(lè)樂(lè)團(tuán)的許多演奏人員認(rèn) 7 主觀音質(zhì)評(píng)價(jià) 2009年8