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剧场声学设计

剧场声学设计

[文章来源:大音希声建材]    [作者:声学编辑]    [日期:2015-05-08 ]    [热度:]

剧场声学设计效果图
 
  剧场声学设计对于每个剧场的设计都是尤为重要的,剧场声学设计能凸显出整个设计的主旨,更能表达出每个设计者的不同的设计理念,完美的诠释整个设计的核心价值观,从而完全体现出设计的灵魂,展现出它的设计艺术魅力!所以对于每位设计者来说,剧场声学设计都是一个至关重要的一个环节,都必须全身心投入其中,完全融入到设计理念中!

一、室内音质设计
  确定音质设计指标及其优选值。根据厅堂的使用功能选择混响时间、明晰度、强度指数、侧向能量因子、双耳互相关系数等音质评价指标,并确定各指标的优选 值,是音质设计的重要任务。这些指标及其优选值的选定,将为进一步进行音质参量计算和将来竣工后的音质测试提供目标和依据。

室内音质的评价标准:
1、主观评价指标--合适的响,较高的清晰度和明晰度,足够的丰满度,良好的空间感,没有声缺陷和噪声干扰。
2、客观物理量--声压级,混响时间,反射声的时间分布,反射声的空间分布。

其基本原则有:
(1)、充分利用直达声。
(2)、合理分布前次反射声。
3)、正确地控制混响时间及其频率特性。
(4)、注意避免和消除声音缺陷和噪声影响。

二、混响时间分析
  在厅堂(室内)声学设计中,混响时间是一个重要的概念与指标。声音在室内衰减的过程称之为混响过程。声音在室内将从稳态开始衰减,直至衰减到其声能为原有声能的百万分之一时,这段时间被称为“混响时间”,也即衰减60dB所需的时间,记作(RT或T60)。在厅堂内,适度的混响时间,可使音乐丰满,语言宏亮、饱满。过短的混响时间使声音干涩无力;混响过长将使语言清晰度降 低,音乐缺乏节奏感和力度,唱词模糊还清。因此,在厅堂音质设计中,根据不同的性质和要求,必须选择一个“最佳”的混响时间。但混响时间并非决定 厅堂音质的唯一指标。歌剧院、音乐厅、戏剧院等观演空间实际上是音质第一的听音场所。

  这些文化建筑往往投资巨大,若音质不佳,实乃资源、经费的巨大浪费。注重表演厅堂的形体、容量、地面起坡、边界面的布置和表面处理等要点的设计,是保证剧院室内声学效果的重要支持。例如:要保持声音响度,需要合理的厅堂体型、观众席起坡设计及充足早期反射声;要保持声音的均匀分布,除了合理的体型还需恰当的声扩散处理配合;控制适当的每座容积及吸声、反声的正确选择、布置则是最佳混响的保证。

剧场声学设计效果图

三、观众区平面设计
  作为表演厅堂最基本的组成部分——观众区,其体型设计是厅堂内部优良音质的先决条件。欧洲古典的歌剧院,多采用古典风格的马蹄形或接近马蹄形的“U”形平面。其特点是容量大、视距短,而设置于周边的层层包厢、繁琐浮雕装饰起到良好的声扩散作用。维也纳国家歌剧院、巴黎伽涅尔歌剧院、伦敦考文特花园皇家歌剧院等均为马蹄形平面。但其缺陷是声学处理较麻烦,容易造成沿边反射,甚至出现声聚焦,且台口两侧的观众视觉效果较差。现在使用的马蹄形是改进版,台口两侧不再设观众席,会处理成斜面,增强中前区观众席的侧墙早期反射声。美国的肯尼迪演艺中心便是采用此种方式。

  现代风格剧院的观众区平面形式则有更多的选择——矩形、钟形、扇形、多边形及复合形等。如:法国巴士底歌剧院采用的是钟形;东京新国立歌剧院是矩形和扇形的结合。矩形平面的优点是规整、结构简单,声能分布均匀;但两平行侧墙之间容易产生颤动回声,不过,可通过墙面处理解决。如杭州大剧院便将矩形观众区的两侧墙面做成锯齿形状,避免可能产生的颤动回声。扇形平面的观众容量较大,但偏远座较多,后排座视距较远,难以接收直达声,且池座大部分座席几乎得不到侧墙的早期反射声。钟形平面与矩形平面基本相似,也可以说是矩形的一种改进形式。其偏座区比扇形平面少而结构可按矩形的处理(相同容量情况下)。台口两侧逐渐收拢的斜墙面为观众区提供了早期反射声。法国巴士底歌剧院、上海大剧院即是这方面的典型例子。随着音乐、剧目的多样化发展,对剧院表演厅的要求日趋多功能化,要求有灵活变化观众厅容量空间及符合多种需要的声学效果等。由此产生的复合式平面利用高科技实现厅堂进行灵活多变的组合或拆分。但复合形平面多变的空间模式除了建声之外还需要电声系统的配合,且设备和结构等比较复杂,造价昂贵。国外很多现代多功能剧院为适应多种剧目、音乐会的表演需求,多采用此形式。观众区容积、起坡、挑台设计;自然声演出的厅堂,由于自然声源声功率有限,为确保达到一定的音节清晰度,要控制适当的厅堂容积量。

  当然,不同类别的声源声功率及厅堂用途,其最大容积量也不同。厅堂的总容积量也决定着观众的吸声量,进而对混响时间产生影响。适当的每座容积既可减少吸声材料的使用,也保证了最佳的混响效果。
而针对观众区容易出现的掠射吸收现象,就必须重视观众席的起坡度尺寸设置。一般情况下,池座前后排高差不小于8cm,楼座前后排高差不小于10cm。如果出于功能需求,观众席必须是水平的,可考虑抬高声源位置减少掠射吸收,并利用反射面给后排提供前次反射声,弥补后排声压级的不足;或做成可升降地面。观众区的挑台容易对顶棚的反射声构成遮挡,虽然在声波衍射作用下,挑台下部空间在开口附近可接收到低频反射声,但缺乏高频反射声。挑台下空间深处的反射声则更少,这导致声音丰满度欠佳,这种音质缺陷称声影区。控制挑台下部空间开口高度和深度的比值,在挑台下顶棚及将后墙倾斜做反射面,补充早期反射声可以改善此缺陷,但效果有限。
  
四、反射面及扩散体的运用
  当混响时间较长,声音的丰满度上升,其清晰度便会下降,这是音质设计常会遇到的矛盾。选择最佳混响时间是解决的方法之一,而设置反射面制造反射声加强直达声是另一种两全方法,这同时满足了观众对声音的丰满度与清晰度的要求。但要注意尽可能制造有益于音质表现的早期反射声,减少延时反射声,还有保证观众区的前中座接收到充足的早期反射声。顶棚算是观众区较大的反射面。从声线分布看,锯齿式、扩散体式、浮云式三类顶棚能给全区尤其是前中座提供充足的早期反射声,其平面形状的选择自由度也较大。而平面式、折线式、弧面式三类顶棚则会将大部分声音反射至后中座,令前排缺少反射声。因此,此三类顶棚需要加入侧墙的反射声作用。除了顶棚,反射面也可设置于侧墙下部、后墙上部等位置。有需要时,跌落式挑台的栏板、观众区分割隔断也可作为专设侧向反射板。

  善用各方位反射面可以满足对音质要求同样严格却体型各异的厅堂。
然而,各反射面提供的定向反射声容易造成音质生硬感。这便需要扩散体进行多方位的散射,既减轻音质生硬感,又保证观众区每个座位之间不存在明显声压级差,保持了室内声场均匀。扩散体可以设置在侧墙上或悬挂在天花上,一般为大小不一的体块或是凹凸不平的墙面。例如:锯齿形墙面或墙面装饰、凸出的包厢,甚至外露的结构部件等等。像前文提到的欧洲古典剧院,其优美的音质,除了得益于厅堂的体型设计,也得益于其室内的装修处理(包厢、繁复装饰)所产生的声扩散。
  
五、细节处的噪声控制
  音乐厅、剧院的表演厅堂对室内背景噪声的要求很严格,因为不同程度的噪声会影响低频声的传播。观演建筑的噪声控制分为建筑噪声控制及室内噪声控制。建筑噪声控制首先涉及到建筑位置的选择,一是尽可能远离噪声与振动源;二是要进行选地环境噪声、振动测量及仿真预测。如此,能为建筑围护结构的隔声需要提供设计依据,达到控制室内噪声的需要及标准。而室内噪声控制是针对表演厅堂内部噪声振动源的处理。主要包括空调设备、给排水设备、变压器、机电房,某些灯光、舞台机械设备,甚至相邻区域空间通过空气或固体(墙面、天花、地面)传声传入的噪声和振动等,这都会对表演厅堂的安静需求造成干扰。

剧场声学设计效果图
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