長沙音樂廳的聲學設計

1、長沙音樂廳的聲學設計長沙音樂廳的聲學設計長沙音樂廳位于湘江與瀏陽河交匯的新河三角洲濱江文化園內(nèi)，是濱江文化園的靈魂建筑，按照正規(guī)音樂廳標準建立，于2022年8月21日奠基施工，并于2022年12月28日首演。音樂廳以經(jīng)典藝術的斤欠賞殿堂、群眾藝術的展示舞臺、高雅藝術的教育基地、文化藝術的交流平臺為目的定位，力爭打造成為湖南省內(nèi)頂尖、國內(nèi)一流、國際知名的音樂廳。因此，其優(yōu)良的音質效果是至關重要的環(huán)節(jié)。1.建筑概述長沙音樂廳總建筑面積約280002，建筑高度約28，主要包括1400余座交響樂大廳湘江大廳、490座多功能廳及198座室內(nèi)樂廳。主廳即交響樂大廳，1446座、總面積約17902，廳內(nèi)形制

2、為不等邊多邊形見圖1；長約47，最寬處約41，最高處約17；最遠座位間隔 舞臺指揮位置30見圖2。樓座呈梯田形分布在舞臺四周見圖3，能滿足大型多編制交響樂團的演出。下文以該廳為例介紹建筑聲學的設計。2.建筑聲學設計2.1混響時間混響時間是建筑聲學設計中最主要的聲學參量。根據(jù)音樂廳主要演出大型交響樂的功能定位以及觀眾廳的規(guī)模和容積，中頻500H71000H7混響時間滿場RT應到達1.9s.1s，且要求混響時間頻率特性為中高頻根本平直，但高頻允許下降10%20%，低頻混響要求有10%20%的提升，低音比BR值為1.11.25。各頻帶混響時間設計值見表1。2.2其他主要音質參數(shù)其他對建筑聲學音質影響

3、較大的重要聲學參量也需要相應的設計要求。其中包括與混響感相關的早期衰變時間EDT、與聲音響度相關的強度因子G、代表音樂可分辨程度的明晰度80、與聲音空間方向感相關的側向反射系數(shù)LF、與觀眾親切感或臨場感相關的初始時延間隙ITDG，以及與舞臺樂手互相聽聞感受相關的舞臺支持度ST-eady。各主要音質參量設計值見表2。2.3聲場不均勻度進展交響樂、室內(nèi)樂等以自然聲為主的演出時，要求廳內(nèi)前區(qū)和后區(qū)的聲場強度差異應小于6dB，橫向中區(qū)和左右兩側區(qū)域的聲場強度差異小于3dB。該音樂廳1446座交響樂廳聲場不均勻度LP3dB。2.4本底噪聲在空調、通風系統(tǒng)正常運行的狀態(tài)下，廳內(nèi)本底噪聲不大于NR-25噪聲

4、評價曲線要求；空調關閉時不超過NR-20噪聲評價曲線，相應的A聲級不超過30dBA。2.5總體音質評價觀眾廳的音質應保證觀眾席各處有足夠的聲音響度、均勻的聲場分布、適宜的混響特性、足夠的早期反射聲和側向反射聲，并有良好的明晰度和飽滿度。觀眾廳內(nèi)任何位置無回聲、顫抖回聲、聲聚焦等聲缺陷。2.6觀眾廳內(nèi)形體聲學要求為到達上述音質設計目的，需要對交響樂廳的平剖面體形以及每座容積進展調整。在與建筑及室內(nèi)設計師的溝通協(xié)調中，對建筑及室內(nèi)的方案側墻進展適當微調，盡量滿足觀眾區(qū)各位置聲學早期側向反射聲；對建筑及室內(nèi)方案的吊頂進展調節(jié)，盡量滿足觀眾區(qū)各位置聲學要求的頂面反射聲及廳內(nèi)每座容積；打破建筑形體上的凹

5、弧構造，防止聲音聚焦；盡可能結合室內(nèi)裝飾的風格對各個聲音反射面做擴散、微擴散處理，使聲音擴散、聲場均勻。2.7觀眾廳內(nèi)外表聲學材料要求交響樂廳內(nèi)各個外表聲學材料的選擇與配置位置及其數(shù)量關系到廳內(nèi)聲場的分布和擴散性能，更關系到廳內(nèi)混響時間及其頻率特性的控制。因此，對以下外表材料提出了相應的設計要求：1觀眾廳地面為防止地板共振吸收過多的低頻聲，采用實木地板并將龍骨間隙填實。2吊頂天花聲學上要求吊頂天花具有較強的反射，同時還要求減少對低頻的吸收，保證一定的剛度和防火等級要求。因此，采用增強纖維預制石膏板即GRG板吊頂，其面密度大于40kg/2。3墻體對樓座及池座而言，交響樂廳內(nèi)墻體都是非常重要的早期

6、聲反射面，這些墻面能向觀眾席提供較多的早期反射聲能，進步觀眾位置上聽音的空間感。因此，墻面聲學要求盡可能厚實、堅硬，主要起到聲反射的作用，充分利用聲能而盡可能減少聲吸收。采用如下做法：在原有構造墻面上安裝預制的增強玻璃纖維石膏板，再設計GRG或GR玻璃纖維增強水泥擴散造型。此構造剛度較好，造型新穎，其外表貼上木皮也可到達木飾面的裝飾效果，其面密度均要求大于50kg/2。在原有構造墻面的根底上實貼或外包實木，實木面層可結合裝修做裝飾處理，既可以美化裝修，又起到擴散作用；實木面層做防火處理，其面密度均要求大于50kg/2。兩種做法都根據(jù)室內(nèi)設計方案做成橫豎向凹凸條紋及分層的構造，較好地解決了廳內(nèi)聲

7、場的擴散問題見圖4。4座椅觀眾席是交響樂廳內(nèi)最重要的吸聲面，中高頻的吸聲量占到整個交響樂廳總吸聲量的80%左右，對廳內(nèi)的實際混響時間影響很大。因此，選擇座椅的形式及用料并控制其聲學性能，成為交響樂廳音質設計的重要環(huán)節(jié)。對于該交響樂廳，要求座椅在空椅和坐人兩種條件下的吸聲性能盡可能接近，使得在空場和滿場條件下觀眾席廳內(nèi)的聲場音質效果無較大的變化；坐墊翻動時不產(chǎn)生噪聲，尤其不允許產(chǎn)生碰撞聲；座椅宜采用木靠背及木扶手，靠背宜留木邊框，同時靠背軟墊不需太厚；坐墊下底面宜本文由論文聯(lián)盟搜集整理做吸聲處理，建議選用部分穿孔木板面。3輔助設計措施在音質設計時主要使用的輔助設計措施有三種。3.1混響時間計算混

8、響時間計算是建筑聲學設計最根本的要求，計算公式如下：其中RT為混響時間s；V為音樂廳的體積3；s為音樂廳內(nèi)外表積2；百為平均吸聲系數(shù)；4為空氣吸聲系數(shù)。根據(jù)使用材料，其材料吸聲系數(shù)取值如表3所示，計算得到混響時間如表4所示。混響時間計算結果滿足設計指標要求。3.2計算機模擬輔助設計計算機聲場模擬是現(xiàn)代建筑聲學設計的重要方式。該音樂廳設計采用的計算機模擬軟件為丹麥技術大學編制的DEN9.2版本。DEN建聲模擬軟件是世界上公認模擬結果最可靠的建聲模擬軟件之一，已廣泛地應用于廳堂音質設計、音質評價、聲場特性研究等領域。選取樓座池座12個位置進展模擬平均，模型按實際建筑圖紙等比例尺寸建立，模擬設置材料

9、吸聲系數(shù)按混響時間計算用的材料吸聲系數(shù)，即表3所示。計算機DEN軟件模擬結果如表5所示。3.3聲學縮尺模型實驗聲學縮尺模型試驗既是廳堂音質設計的一個重要輔助設計方法，也是廳堂音質預測評價中有效的檢驗方式。該音樂廳的實驗模型按1：10的比例模型按縱軸線分左右兩半制作，最后密封拼合而成，觀眾席座椅采用PV板雕刻成型并鋪貼織物制作見圖5。在1：10模型的混響室中進展了模型坐席吸聲系數(shù)的實測試驗：測得座椅在相當于實物的1kHz倍頻帶單位面積吸聲系數(shù)為0.89，接近滿場座椅單位面積吸聲系數(shù)的設計值0.85。模型主體的地面、墻面及頂面均由GRG板外表打光，刷油漆制作。先經(jīng)1：10模型內(nèi)未放置座椅的縮尺模型

10、現(xiàn)場測試，并由實測混響時間換算得到GRG外表的10kHz吸聲系數(shù)為0.072。測試采用線性調頻信號作為聲源信號，通過接收信號與聲源信號的反卷積獲得模型聲場的脈沖響應。測試的頻率范圍為中心頻率10000Hz相當于實物1000Hz的倍頻帶。按模型測試時的溫度、濕度等氣象條件，根據(jù)Is96131國際標準的要求，將1：10模型的10000Hz倍頻帶空氣吸聲修正為溫度20、相對濕度50%時廳堂在1000Hz倍頻帶的吸聲。測試聲源采用高頻無指向性六面體揚聲器、BK41381/8無指向性電容傳聲器，搭配BK2690前置放大器及FirefaeU聲卡。測試選取了16個測點進展平均，測試結果如表6所示。4.建筑聲

11、學測試結果分析4.1現(xiàn)場測量結果長沙音樂廳在首演前進展了現(xiàn)場建筑聲學測試工作。測量采用IS03382國際標準要求進展，測量設備采用丹麥BK7841-DIRARAustisSftare建聲測試分析軟件、丹麥BK4292無指向球面聲源、丹麥BK2734測試功率放大器、丹麥BK1704-A-002信號放大器、丹麥BK2250手持聲級計、德國SENNHEiSERKH800無線測試傳聲器可調指向性、德國SENNHEISERSKPS無線發(fā)射系統(tǒng)、德國SENNHEISERE500無線接收系統(tǒng)?？請鰷y量均勻選取廳內(nèi)16個位置測點進展平均，現(xiàn)場進展了空場和滿場的測量，但滿場測量現(xiàn)場背景噪聲較大，測量信噪比略低。

12、測量結果如表7所示。結果顯示：長沙音樂廳交響樂大廳湘江大廳建筑聲學設計比擬成功，混響時間很好地控制在設計推薦值范圍內(nèi)，其他參量也滿足設計值或在可以承受的設計誤差范圍內(nèi)，客觀音質到達了較好的效果。在主觀評價上，音樂廳首演邀請了國際十大交響樂團之一的以色列愛樂樂團與國際著名指揮家祖賓梅塔進展演出，聲學音質效果也得到了好評。4.2結果比照對建筑聲學音質設計過程中的混響時間計算、計算機模擬結果、縮尺模型測試結果與現(xiàn)場實測結果進展比照?；祉憰r間特性比照方圖6所示，總音質參量比照方表8所示。結果顯示，在混響時間的控制上，不管是公式計算、計算機模擬還是縮尺模型的驗證，在混響時間的長短和頻率特性上都得到了較準

13、確的驗證結果。這也說明了前期建筑聲學設計過程中混響時間控制方式及技術的準確性和有效性。在不同驗證方式的比照上，縮尺模型的驗證結果較其他措施混響時間略大?？s尺模型材料的選擇及測試過程中的測試試驗誤差，以及經(jīng)過縮尺比例的轉換過程中的誤差放大等都有可能造成模型測試的結果與實際廳堂的音質結果出現(xiàn)偏向。在其他音質方面，早期衰變時間設計及實測都是在空場條件下進展，計算機模擬與縮尺模型為滿場條件，參考混響時間的結果空場比滿場高.25s，預計計算機模擬結果略小，縮尺模型試驗結果與實際值較相符；對于強度因子G值，計算機模擬相對偏短，空場滿場條件會略有差異，但預計比照結果偏向不大；明晰度。相對實測值計算機模擬偏大，縮尺模型結果偏小，但都仍接近設計指標；側向反射聲能比LF，計算機模擬結果大于實測，也都在設計范圍內(nèi)；舞臺支持度ST實測結果偏小于實測結果，原因可能是由于現(xiàn)場樂隊樂器阻礙，測點選擇較少所導致。5.結語長沙音樂廳交響樂大廳湘江大廳的建筑聲學實測結果說明聲學音質效果到達了設計指標要求；同時未發(fā)現(xiàn)音質缺陷及設計的失誤，主觀音質效果也得到了實際運用的認可。該工程設計的成功，也說明了目前主流的音質設計輔助方式音質時間計算、計算機軟件模擬及縮尺模型實驗驗證三種方法的準確性。三種方法互有利弊：音質計算方便快捷，起前期估算作用，但僅能計算混響時間；計算機模擬