河北艺术中心音乐厅的声学设计

点赞:5679 浏览:19495 近期更新时间:2024-01-11 作者:网友分享原创网站原创

摘 要:音乐厅是河北艺术中心的重要组成部分.主要供自然声演奏交响乐使用,兼有多项其它功能.本文概要介绍音乐厅的声学设计和适应多功能使用的技术措施,以及建成启用后的评价.

关 键 词:音乐厅自然声演奏声学设计

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Keywords:concerthall,naturalsoundperformance,acousticaldesign

概述

河北艺术中心建于河北省首府石家庄市,占地2.4hm2,总建筑面积为32000m2,其中包括2780座的杂技表演厅和980座的音乐厅,以及相关的配套用房和怎么写作设施.音乐厅以演奏交响乐和室内乐为主,兼供其它多项功能使用.容纳980名听众(池座535名,楼座445名),有效容积8500m3,每座占容积

8.7m3,总表面积3368m2.为适应多功能使用要求,并使每项功能均具最佳混响时间,音乐厅采用了圆柱形转体和帘幕相结合的可调吸声装置,分布式计算机调控.

音乐厅的声学设计从方案阶段的体形设计就开始介入,贯穿于整个工程的设计、施工和竣工调试的全过程,以确保大厅的音质.艺术中心于1999年10月建成,经调试后于2000年11月启用.第七届国际杂技艺术节就在这里召开.音乐厅经多种剧目的演出后,普遍对厅内的音质和适应性给予很高的评价.图1为艺术中心的外景.

音乐厅的声学设计

音乐厅的声学设计包括设计指标的确定、体形分析、混响时间的控制、噪声控制、主客观声学指标的测试和调试等几方面,现分述如下:

⒈声学设计指标的确定

声学设计指标是在参考国外资料、结合国情、听取有关部门的意见并取得业主认可的条件下确定的.音乐厅所确定的各项声学设计控制指标,见表1所示:

⒉音乐厅的体形设计

体形设计关系到厅内的声扩散、声场分布、频率响应、早期反射声的强度和分布、后座的响度和消除音质缺陷等一系列的声学问题.因此,声学设计必须在方案阶段就进入角色.

艺术中心音乐厅的平面采用六角形,它比传统的“鞋盒”式要有利得多,表现在如下几方面:

①听众席处在倒扇形的平面内,前、中区的听众比“鞋盒”式在相对应的座席有更多的早期倾向反射声.

②消除了平行墙面引起的回声,在没有的巴洛克装修的现代音乐厅内,是非常有利的设施.

③所有的听众席均在声源最佳的投影角范围内,从而有良好的方向性和频率响应.传统“鞋盒”式音乐厅两侧廊座前半部分则方向性很差.

④在听众人数相同的情况下,缩短了后座至台口的距离,艺术中心音乐厅楼座后排至演奏台距离仅为23m,同时还可减少后部听众人数.

⑤演奏台构成“喇叭”形,它比“鞋盒”式矩形演奏台节省了面积,且有利于乐师间的相互听闻和把融洽后的乐声传播至听众席.

通过上述分析对比,艺术中心音乐厅在容量不大的情况下,仍不采用传统的“鞋盒”式,而采用六角形平面.

音乐厅的剖面设计,把演奏台的吊顶压低,以使前区听众早期反射声的时延间隙缩短,同样,在较矮的吊顶下还悬吊了球切面扩散体,使乐师间有较好的相互听闻条件;台口前的锥状反射板,主要为加强后座声级而设置;为了加强声扩散,大厅的侧墙配置半圆柱体,可调圆柱形转体,当反射面暴露时也为圆柱体.音乐厅的平、剖面和内景分别见图2和图4所示.

⒊可调混响时间的设计[1]

一个近代音乐厅,无论是专业的或供多功能使用,都必须设置可调混响装置.理由很简单:首先,不同音乐作品要求有各自的混响时间,为使每个作品都有最佳的混响时间就要求有可调装置;其次是为了充分发挥音乐厅的使用效率,提高经济和社会效益,扩大其使用范围是完全应该的,这是近代厅堂设计必须考虑的实际问题.对此,音乐厅设置了用计算机调控的混响装置②.

为确保可调混响实效,遵循如下设计准则:

①可调结构必须有足够的可变吸声量(足够的可调面积和强吸声构造),且在125Hz~4000Hz的覆盖频率范围内有接近相当的可变吸声量;

②可变吸声结构,当反射面暴露时,应对低频有较低的声吸收,并能起到声扩散的作用;

③可变吸声结构应具有操作简便、性能可靠和先进的调节手段.

根据上述准则,音乐厅内采用了40个旋转圆柱体(直径800mm,半圆柱面吸声,另半圆柱面反射)和6个可调帘幕相结合的可变吸声装置.可调面积为358m2(转体232.6m2,帘幕125m2),占总表面积的10.6%,根据经验,它有可能达到设计调幅量的要求.图5为旋转圆柱体的构造示意.

⒋厅内各界面的用材

厅内各界面用材设计,主要为了控制混响、获得良好音色和消除音质缺陷;厅内墙面均采用多层板外贴三合板的构造;可调圆柱体的反射面是在20mm厚的松木企口板外贴三合板;楼座后墙为木格栅内设可调帘幕;池座后墙为条木吸声结构,木地面和架空木板演奏台,石膏板吊顶.

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厅内座椅是音乐厅内影响最大的吸声体,为减少其吸声量,并尽可能接近听众本身的吸声量,采用硬木板椅,仅靠垫和座垫为软包的构造.

⒌噪声控制

音乐厅的噪声控制包括围护结构(墙、天花和门、窗)的隔声和空调系统的消声、减振设计两部分.前者做了构件隔声量的计算和试验,确保各构件均有所需的计权隔声量;后者均做了消声、减振(基础和管道)和限制气流速度的设计,以确保厅内噪声达到设计指标.

音乐厅的声学测量

音乐厅建成后的声学测定,包括混响时间、声场不均匀度、早期反射声、明晰度和噪声级等内容.现分述如下:

⒈混响时间(RT)测定[2]

混响时间测定按厅内可调吸声结构处在三种不同吸声状态下进行,其结果见表2所示:


⒉温暖感(低音比)BR

温暖感是低音的提升程度,它表征音乐的丰满度,它是低频混响与中频混响时间的比值,即

 (空场),满场为1.04.

⒊声场不均匀度ΔLp

声场不均匀度是以厅内测得的最大声压级Pmax与最小声压级Pmin的差值来表征,即ΔLp等于Pmax-Pmin(dB),测定结果列于表3.

⒋早期反射声序列测定

音乐厅音质效果的重要指标除了混响时间以外,另一项指标是早期反射声的强度和覆盖面,以及时延间隙.对此测定了100ms以内的早期反射声序列.声源采用电火花发声器,测点配置见图5所示.反射声序列见图7(测定了12个点,为减少篇幅,图内仅列出8个测点).

表征反射声优、劣的状况,通常采用明晰度(声能比)C值,即早期声能与后期声场之比的分贝值,并以80ms(音乐)和50ms(语言)为时界,即:

计算时,后期声能取1000ms,8个测点位置上求得的C80(3)和C50(3)dB的平均值为;

C80(3)等于-1.26dB,C50(3)等于+1.41dB

C80(3)为500Hz,1000Hz和2000HzC80值的平均值,C50(3)类同.

⒌早期反射声时延间隙tI

早期反射声时延间隙tI表示一次反射声与直达声之间的时间延迟.当tI小于20ms时,一次反射声有加强直达声强度,提高亲切感的功效.由于厅内各测点的tI值均不相同,目前以池座中的tI值为代表值,根据10排1号反射声序列图可求得tI值在7~20ms范围内.

⒍后座响度L

厅内后座响度,由于后座(楼上)至演奏台仅为23m,池座小于20m,因此,在交响乐自然声演奏时,声压级均大于80dBA(峰值).

⒎厅内噪声级N

厅内实测背景噪声为27dBA,开空调时29.7dBA.

关于厅内是否存在音质缺陷,通过脉冲响应测试和声衰减曲线进行分析表明,厅内没有音质缺陷.以上即为音乐厅声学测试的8项内容.

声学测定结果的分析、评价和调试

上述各项声学参数的测定结果与设计指标(见表1)相对应,可以肯定设计达到了预期的指标.通过试用,音乐家、乐师和听众普遍认为音乐具有良好的音质,表现在音色纯真、音节清晰、声学圆润、低音有较好的丰满度.特别是通过计算机调控混响时间装置,满足了不同音乐作品和类别(交响乐、室内乐、合唱音乐等)对混响时间的要求,给予很高的评价.但也有少数音乐爱好者和乐师认为池座5排至8排的中间座席尚感早期反射声不足.对此,通过演奏台上悬吊反射板倾角的调节,使之得到了改善(见图8所示).

此外,也有一些音乐家(主要是河北交响乐团)认为,如果音乐厅内可调混响的上限值由1.6s(是吸取了广东星海音乐厅的经验确定的:当初音乐厅按设计要求,厅内混响时间达到1.82s,普遍反映混响太长,后调至1.65s,得到了认可)能提升至1.7s,对交响乐演奏将会有更好的效果.对此,也做了改进方案④,即把池座后墙原条木吸声构造改为23mm厚木板凸弧形扩散体(36m2)和取消池座横向走道的地毯(80m2),根据计算,厅内最大混响时间可达1.73s.但该方案还有不同意见(有人认为对民族音乐,混响不宜太长,此外,我国的音乐家也不习惯在混响很长的厅堂内演奏,倾向于以清晰为主),因此,至今尚未实施.设计方案见图9所示.

河北艺术中心音乐厅在世纪之交的2000年1月竣工启用,使用至今已有一年多的时间,通过各类音乐剧目的演奏,以及其它功能的使用表明,厅内具有良好的音质,具有很大的适应性.它的建成,不仅为石家庄市,同时也为华北地区、乃至国内增添了一座欣赏高雅艺术的殿堂.

主要参考文献

[1]L.L.Beranek,《HowTheySound:ConcertandOperaHalls》.1996

[2]项端祈著,《音乐建筑――音乐声学建筑》.中国建筑工业出版社.1999.

[3]项端祈编著,《近代音乐厅建筑》,科学出版社.2000.

[4]项端祈,“音乐厅建筑声学设计的回顾与展望”《工程声学》北京大学出版社,1996.

[5]项端祈,“广东星海音乐厅的声学设计”,《建筑学报》.1999.5期

[6]安藤四一著(戴根华译),《音乐厅声学》,科学出版社,1989.

注:

[1]由北京自动化系统工程设计研究院钟衍、项昆和夏明三位工程师设计.

[2]测定时,池座走道铺满地毯;

平均值为0.54s(125~4000Hz),中频(500~1000Hz)平均为0.56s.

作者单位:北京市建筑设计研究院

河北省建筑设计研究院

收稿日期:2001年10月

河北艺术中心外景(左侧为音乐厅)

河北艺术中心音乐厅内景

河北艺术中心音乐厅的平、剖面

音乐厅内采用的可变吸圆柱休构造示意

早期反射声序列和混响时间测点配置图

池座、楼座和包厢内各测点的反射声序列图

通过调悬吊反射板的倾角和位置使前中座反射声得到改善

池座后墙改为凸弧面扩散结构的方案