海音乐厅声学设计论文【1】
摘要:音乐厅建筑作为精神文明建设的重要方面，正受到各方面的重视。
目前国内各大城市正在建设或筹建中的音乐厅为数甚多。
由于音乐厅均为自然场演出、且音质要求很高，因而有别于国内大量建造的、采用扩场系统的厅堂，设计难度大，又缺乏经验。
对此，本文就已竣工交付使用的广东星海音乐厅的声学设计作出一概要介绍，并就其中的一些声学问题提出个人的见解，供设计参考
关键词:扩场系统音质声学问题
星海音乐厅是以人民音乐家冼星海的名字命名的。
音乐厅建于珠江之畔风光旖旎的二沙岛上。
它与已建成的美术馆和正在建设中的博物馆等建筑构成广东省相当规模的文化中心。
星海音乐厅包括1437座的交响乐大厅，462座的室内乐厅，96座的视听音乐欣赏室，排练室，琴房和音乐资料馆，以及水上演奏台和音乐喷泉、各种配套用房。
建筑面积1800m2，是我国目前规模最大、设备先进和音质优异的现代化音乐厅。
也是我国第一座采用“葡萄园”形(或称山谷梯田形)配置方式的音乐厅。
星海音乐厅交响乐厅、室内乐厅的各项声学设计指标*
星海音乐厅于1998年6月13日冼星海诞生日正式使用。
广州交响乐团和中国交响乐团合唱团进行首场演出。
演奏了钢琴协奏曲《黄河》和贝多芬第九交响曲《欢乐颂》，获得成功，著名音乐家、指挥家和教育家李德伦、吴祖强出席了首演式。
相继一周内，中国交响乐团，以色列交响乐团，澳大利亚交响乐团和德国管风琴演奏家，在该厅献艺。
音乐家们对大厅良好的音质均给予高度的评价。
一、星海音乐厅的设计宗旨和各项声学指标
星海音乐厅这座华丽的艺术殿堂是为满足广大观众欣赏高雅音乐的殷切的需求、并作为国内外文化交流的基地和窗口而建造的。
音乐厅设计始终把音质效果放在首位，以继承传统音乐厅的良好品质、而又能适应现代生活提出的各种需求为设计的宗旨。
声学设计指标是根据国际上获得“顶级”音质效果的音乐厅为参照对象，广泛听取我国音乐家和声学家的意见确定的。
交响乐厅、室内乐厅的各项“最佳”。
为实现上述指标、确保获得良好的音质，分别在设计、施工、竣工后调试的不同阶段，采取了一系列的保证措施:
·初步设计阶段:通过计算机模型和1/40缩尺实体声学模型试验与声学估算相结合，分析体形、了解声场状况和可能出现音质缺陷的部位;
·技术设计和施工图阶段:用1/10缩尺实体声学模型试验和围护结构的隔声量试验，以及各种声学构件声学性能的实验室测定，确定声学构造的部位、尺度和装修用材。
并进行较为详细的声学计算;
·施工阶段:在没有专业施工队的条件下，主要是施工交底和监理，检查隐蔽工程，并在交响乐大厅主体结构完成后，进行首次混响和声场分布的现场测定;
·竣工调试阶段:用以解决声学计算、缩尺模型试验与实际效果存在的差距。
要修正客观存在的偏差，就必须采用声学测定与乐团试用的主观感受相结合的方法。
作多次调试、修改装修、直至达到预期的效果。
星海音乐厅通过三个月的调试工作，才实现所要求的演奏和听闻效果。
二、交响乐大厅的声学设计
交响乐大厅是星海音乐厅的主体。
容纳1437名听众，有效容积效期2400m3，每座占容积8。
6m3。
大厅采用“葡萄园”形的配置方式，即在演奏台四周逐渐升起的部位设置听众席。
这种形式的最大优点是在大容量厅堂内缩短后排听众至演奏台的距离，从而确保在自然声演奏的条件下，有足够强的响度。
此外，利用演奏台四周厢座的栏板和楼座的矮墙，可使听众席获得足够强、且有较大覆盖面的早期侧向反射声。
近期的研究表明，这是传统音乐厅所以能获得良好音质的重要原因。
而传统音乐厅则是通过窄跨度的侧墙实现的。
因此，这种形式不仅继承了传统音乐厅所具有的良好品质，又能适应现代大容量音乐厅的各种需求。
它自1963年德国柏林“爱乐”交响乐大厅首创至今，在国际上已被广泛采用。
但在国内尚属首次。
大厅的屋盖选用“马鞍”形壳体。
所有横剖面均为凹弧形面而引起声聚焦，从而造成声场不均。
通过1/40缩尺实体模型试验和三维计算机模型试验充分证实了这一点。
图2即为大厅横剖面计算机模型显示的声反射图，可见声聚焦的状况。
此外，在大厅壳体拆模后的现场测定均表明，顶部不悬吊抽射板时，厅内声场分布不均和存在回声现象。
对此，在演奏台上悬吊了12个弦长3.2m，曲率半径为2.6m的球切面反射体，其目的除了消除回声和声聚焦以外，还可加强乐师间的相互听站，提高演奏的整体性。
同时也使堂座前区和厢座听众获得较强的顶部早期反射声。
为加强听众席后座的声强，在球切面反射体周围设置了锥状和弧形定向反射板。
以此获得厅内均匀的声场分布。
为使大厅达到中频(500z)满场1。
8s的混响时间，并使低频(125Hz)混响提升1。
15倍(相对于中频)，即2。
07s。
采取如下几项措施:
·增大容积，每座容积取8。
6e
·厅内所有界面均不用吸声材料，在容易引起不利声反射的部位(后墙和后部吊顶)设置锥状扩散体;壳顶拆模后上刷涂料;墙面为35mm厚硬木板实贴在18mm厚的多层板上;地面均为实贴木地板，仅演奏台设木筋架空地板;所有悬吊的反射体采用刚度大的阻燃玻璃钢结构。
·减低座椅的声吸收，并使其吸声时接近听众的吸声量，从而减少厅内空、满场混响时间的差值。
根据以上确定的容积和内装修构造，进行了混响时间的计算和1/10缩尺实体声学模型试验，其结果见图7所示。
由图可见，缩尺模型的测定结果仅中频较为接近，其它频率偏差较大，这是因为模拟材料不可能在很宽的频度范围内有一对一应的吸场性能。
大厅的扬扩散是除混响时间以外的另一个重要音质指标。
当听众感到乐声似乎以相等的幅度来四面八方时，扩散是最好的，表征声扩散的指标是d，它定义为;厅内声场扩散值与自由场扩散值之比，即
d=1-m/m(1)
式中m-为厅内声场的扩散值;
m0-为在自由声场的扩散值;
m-△M(声强的平均差值)/M(各方位角的平均声强);
m0-的求同m，只是在自由声场中。
交响乐大厅的声扩散是通过多边的形体、差落的包厢和楼座栏板，以及顶部悬吊的反射体实现的。
缩尺模型试验测定的结果表明，大厅具有良好的声扩散，d值均大于0.85，最大达0。
93。
对于音乐厅来说，厅内希望获得良好的声扩散，但又不要求完全扩散(即d=1)，因为听众在要求乐场来自各方的同时，还希望有一定的方向感，即乐声来自演奏台。
传统音乐厅所以能获得良好的音质，除了有最佳的混响时间和良好的声扩散以外，早期侧向反射声起着重要的作用，它加强了直达声的强度和提高了亲切感。
因此近年所建音乐厅无不考虑早期侧向反射的设计，星海交响乐厅是通过侧墙、厢座栏板、楼座矮墙对所覆盖的听众席提供早期侧向反射的;此外，壳顶下悬吊的反射体也给听众席提供顶部的早期反射声。
早期反射声的状况，可以通过脉冲声测定获得测点的反射声序列，并能计算求得声能密度，为了便于定量比较。
目前常用早期声能与后期声能之比的C值作为评价指标。
时间的分界为80ms(以音乐丰满为主的厅堂)和50ms(以清晰为主的厅堂).
声能比C80，C50又称明晰度，这是一项与早期声能相关的指标。
L.L.Beranek建议以500Hz,1000Hz和2000Hz,C80的平均值C80(3)作为评价音乐厅指标，其最佳值为0~-4.0。
交响乐大厅的噪声控制，主要解决单层壳顶的隔声和空调系统的消声和减振两方面:
交响乐大厅的墙体均为内隔重墙，只有壳顶暴露在室外，单层230mm厚的钢筋混凝土壳体，具有足够的空气隔声量(基地噪声为67~71dBLeq(A))。
但大雨冲击的撞击隔声量却很低，对此做了隔离撞击声的构造，并在实验室内做了测定，其结果表明。
实施的构造可以隔离大雨时的冲击声。
空调系统的消和减振，是大厅获得良好的听闻条件的最基本的保证，开启空调时内噪声不得大于28dBA，也即以听不到的空调噪声为设计指标。
对此，采取了如下措施:
(1)在空调系统的管路系统内设置阻、抗复合型消场器，减低风机噪声沿管路传至厅内;
(2)防止气流噪声，限止流速:主风道低于6m/s，支风道低于3。
5m/s。
出风口低于1。
5m/s。
为实现这一目标，采用侧送、局部顶送(演奏台上方球切面，反射体间)，座席地面下回风的方式。
(3)送风与回风量相适应，也即采用1:1的送回风比例。
(4)全部空调、制冷设备均作隔振处理，水泵、冷水机组采用SD型橡胶隔振装置;风机采用弹簧隔振器;管道用软接管，并用弹簧吊架。
有关其它的工程设备和需要隔声的构件，均采用常规的做法处理。
三、交响乐大厅的声学测量和音质调试
在交响乐即将竣工的前后，曾对所有各项声学指标进行了测量，并在竣工后的试用阶段，听取了乐团的意见进行了音质调试。
(一)声学测量
声学测量的内容包括响度、混响时间、早期反射声、声扩散、声场分布、频率响应和噪声第七项。
明晰度(声能比)C80和低音比BR(温暖感)是分别根据脉冲响应和混响时间测定的结果计算求得。
现将混响时间和早期反射声的测定结果分述如下:
(1)混响时间(RT):
混响时间菜测定了四次，测定频率为63Hz~8000Hz八个倍频程的中心频率。
其结果是中频(50Hz)满场为1.82s，空场为2.19s。
(2)早期反射声测定:
早期反射声测定是在演奏台上配置脉冲声源。
在大厅的七个区内，选择有代表性的座席测定其反射声序列。
时标为100ms，由图内可观察早期反射声的状况、反射声的时延间隙(t1)和计算求得明晰度C80和C50。
在演奏台上声源取2个位置，S1和S2，在厅内各区分别测定27个点。
计54幅图。
为压缩篇幅。
在图9内列出S1和S2各7个测点结果。
由反射声列图见，时延间隙(t1)为3~7ms。
由早期反射声测定结果，可用式(2)求得500Hz,1000Hz和2000Hz三个频率的C80值，然后取其平均值。
即C80(3)的值。
交响大厅七个区的明晰度C80(3)求得C50(3)见图10所示。
C80(3)的平均值-1.43。
通过声学指标的测定结果表明:交响乐大厅的声学设计达到了预期的指标。
(二)音质调试
声学设计的最终目的是为乐师和听众创造优异的演奏和听闻环境。
各项声学参数虽然达到了国际上“顶有”音乐厅的指标，但是能否获得同等的主观评价呢?对此，，由广州交响乐团进行多次配合演出，召开座谈会，听取各方面的意见，经归纳有如下几点:
·普通反映混响时间长，因而层次不够，清晰度差;
·弦乐器部位(小提琴、中音提琴区)缺乏反射声，得不到演奏台侧墙的支持;
·打击乐和钢管乐声级过高，相应地弦乐声较低，影响乐声的平衡。
根据上述意见，采取了如下的改善措施: