河北艺术中心音乐厅的声学设计

1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果河北艺术中心音乐厅的声学设计摘要：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Abstruct: The concert hall, an important part of HebEi Art Center is mainly used for symphony by natural sound and with other functions. The acoustical design and the technical measurements suitable to the funcitions, as well as the evaluation since operation will be introduced briefly in this article.Key words: conc

2、ert hall, natural sound performance, acoustical design概述河北艺术中心建于河北省首府石家庄市，占地，总建筑面积为3000m2，其中包括280座的杂技表演厅和980座的音乐厅，以及相关的配套用房和服务设施。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800m3，每座占容积，总表面积368m2。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XX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：声学设计指标的确定声学设计指标是在参考

3、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：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：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。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。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。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。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

4、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。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。为确保可调混响实效，遵循如下设计准则：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125Hz4000Hz的覆盖频率范围内有接近相当的可变吸声量；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；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

5、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，帘幕125m2)，占总表面积的%，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。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。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。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：混响时间(RT)测定2混响时间测定按厅内可调

6、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：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。声场不均匀度Lp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Lp=Pmax-Pmin(dB)，测定结果列于表3。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)=-,C50(3)=+C80(3)为500Hz,1 000Hz和000HzC80值的平均值，C50(3)类同。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

7、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720ms范围内。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)。厅内噪声级N厅内实测背景噪声为27dBA，开空调时。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

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(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，普遍反映混响太长，后调至，得到了认可)能提升至，对交响乐演奏将会有更好的效果。对此，也做了改进方案，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。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XX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,How They Sound:Concert and Opera Halls.19962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.XX.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.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(125000Hz)，中频(5001 000Hz)平均为。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：XX年10月河北艺术中心外景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课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。

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