荔枝大剧院整体改造的声学设计
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作者:周克胜 夏媛
[摘要]介绍荔枝大剧院改造的声学设计方案。
[关键词]荔枝大剧院;改造;声学设计;优化;音质;计算机模拟
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.04.005
1荔枝大剧院项目简介
荔枝大剧院容座1100座，是由江苏省广播电视总台倾力打造的多功能艺术表演剧院。荔枝大剧院的改造设计中，室内设计方为HPP亨派建筑设计咨询（上海）有限公司，建筑声学设计方为华东建筑设计研究院有限公司·声学及剧院专项设计研究所，双方紧密配合，不断互相融合，最终设计了视觉和音效俱佳的剧院，让观众获得满意的艺术体验。图1为效果图，图2为实景照片。
2声学设计方案
2.1功能定位对声学设计的要求
改造前的荔枝大剧院，主要的功能是各类电视综艺节目的录制。改造后的荔枝大剧院需要满足歌剧、舞剧、话剧、戏曲、杂技、会议、新闻发布和电视晚会演出，辅助以音乐反声罩，可满足交响音乐会、民乐音乐会等音乐会的演出。
由于剧院的主要功能产生了变化，剧院的声学设计也需要进行有针对陛的调整，主要体现在以下三个方面：
（1）建筑声学方面，由于主要功能是满足各类舞台剧目的演出、音乐会演出，因此，对观众的聆听体验有了更高的要求，但仍需兼顾电视节目录制功能，希望能有一个干净的声学环境。
（2）电声系统方面，声学设计需要提前对电声系统的扬声器布局、点位、覆盖进行规划，便于剧院扩声系统的设计建设。
（3）反声罩建设方面，对于音乐会的演出，在没有电声系统的情况下，需要使用音乐反声罩，才能达到较好的演出和聆听要求。
当然，以上的设计要素还需要纳入剧院整体的装饰设计中，同时也要考虑到满足舞台演出的各类功能性需要。
2.2荔枝大剧院的体型的声学优化设计
荔枝大剧院有椭圆型的观众厅和“品”字型的舞台。观众厅长约23.7m，宽约24.6m～30.7m，平均高约12.9m，舞台开口尺寸为18mX 10m。观众厅体积为8132m3，每座容积7.4m3/人。观众厅体量适中，适合歌劇、舞剧等综艺演出剧院要求。图3和图4为荔枝大剧院的建筑平面图和剖面图。
根据体型分析，着重对以下三方面采取声学优化措施：
（1）初始延迟时间ITDG的优化设计。初始延迟时间与声音亲切感密切相关。结合国内外剧院的数据分析：剧院的初始延时时间控制在30ms以内，亲切感较好;剧院的初始延时时间控制在25ms以内，亲切感优秀。荔枝大剧院观众厅的宽度略大，改造前初始延迟时间约38ms，声音的亲切感略差。由于是改造项目，原有土建墙体不能改变，因此，仅对八字墙形状进行局部调整，侧墙用室内造型方式做声学扩散造型，初始延迟时间控制在29ms，提高了观众厅声音的亲切感，优化观众的主观听闻感受。
（2）顶面和墙面反射声的控制。这一部分的设计体现在侧墙扩散造型和顶面造型设计上，需要确保每位听众听到的声音都丰满而细腻。参见图5的顶面声线分析图和图6的侧墙声线分析图。
观众厅楼座下高深比为1：1.72，不符合规范要求。由于本次改造中土建的高深比不能修改，因此，池座后区4排基本没有来自顶面的反射声。
（3）优化二次反射声的设计。由于观众厅是椭圆型的，宽度比较大，即使做了侧墙扩散，对于观众席中轴线区域的坐席，侧向声反射声强度比较弱。作为改善措施，剧院的楼座尽量延伸至台口，包围整个观众厅，楼座下部的吊顶采用弧形造型，增加楼座下部顶面给予池座观众席的二次反射声，尽可能地增加不同层次的反射声，提升每个坐席的观赏体验。图7为二次反射声示意图，图8为楼座下部顶面的弧形造型。
2.3音质指标设计
荔枝大剧院改造的功能定位：在使用电声系统的情况下满足歌剧、话剧、戏曲等舞台演出需求，兼顾电视节目录制。辅助以音乐反声罩的情况下，满足音乐会的演出。
（1）中频满场混响时间RT：1.20s±0.10s;
考虑到交响乐为兼顾情况，舞台上加设乐罩（演奏交响乐时）中频满场混响时间RT：1.40s±0.10s，混响目标值对于交响乐来说偏短，需要电声适当补充。
根据荔枝大剧院的体量和功能，初始建议的满场混响时间是1.40s±0.10s。由于较短的混响时间有利于电视节目的录制，并考虑到剧院人均体积不大，最终确定了以上混响目标值。
（2）混响时间频率特性：
低频比重BR：1.1～1.3（提高低频RT珂增强音乐丰满度）高频混响比重：0.8～0.9（降低高频RT珂提高语言清晰度）;
（3）侧向反射系数LFE4：15%～35%;
（4）声场力度Gmind：-1dB～2dB;1.5dB～5.5dB（有乐罩）;
（5）音乐明晰度G80（30）（空场）：1.0～3.0;
（6）本底噪声：NR-30;
（7）每座容积：7m3/人～9m3/人;
（8）厅内任何位置上不得出现回声、多重回声、颤动回声、声聚焦和共振等声学缺陷。
2.4荔枝大剧院的用材介绍
根据音质计算，对于荔枝大剧院的室内用材进行了声学控制。
（1）观众厅的吊顶应是一个封闭面，以避免产生耦合效应。在整体装饰设计的“LED漫天星光、光影如梦如幻”创意顶面的前提下，要求每个LED的空洞做好封堵，同时在这层满是灯光孔的上部再做一层GRG封闭顶面，整个顶面材料的面密度≥50kg/m2，以避免过多的低频声能被吸收。
（2）观众厅的墙面，结合音质计算和体型分析，全部采用厚重的扩散造型，材料的面密度≥50kg/m2。 （3）栏板需要做扩散造型，避免反射声返回舞台，干扰演出，并采用厚重的扩散造型，材料的面密度≥50kg/m2。
（4）观众厅地板面料为木地板，在龙骨间隙用轻料混凝土填实，以避免地板共振吸收低频。
（5）座椅吸声系数吸声量在声学控制指标范围内。
（6）舞台吸声处理，确保舞台的混响时间接近观众厅，避免耦合现象。
（7）结合消声计算，设置暖通设备管路上的消声措施。
（8）观众厅和舞台的围合墙体隔声量达到60dB。
（9）观众厅和舞台均设置声闸，采用双道35dB隔声量的专业隔声门。
2.5荔枝大剧院的计算机模拟
在音质设计控制好用材的前提下，结合装饰设计方最终的室内方案和图纸，对大剧院进行了计算机模拟，以确保达到声学目标值。图9为荔枝大剧院的odeon模型，图10～图14为荔枝大剧院计算机模拟测色网格图，表1为荔枝大剧院计算机模拟结果。
对观众厅14个接收点的模拟计算结果进行统计分析，并结合观众厅内各声学参量的网格分布图，关于本观众厅的音质效果可以得到以下结论：
（1）对于满场条件下混响时间RT及其频率特性这一重要的音质评价指标，从模拟计算结果来看，观众厅的满场中频混响时间约1.13s，符合设计目标值。考察混响时间的频率特性：低频T30值相对中频T30值有一定提升，高频T30受到空气吸声的影响相对中频有一定的下降。
（2）中频声场力度平均值Gmid为1.7dB，符合设计要求。
（3）从观众厅内声场分布网格图可以直观地看出，观众厅内的声场分布相对比较均匀，最大最小声级的差值都在8dB以内，对于带有两层楼座的厅堂而言，即便是±4.5dB的差值，也是非常小的差别。再考察观众厅内相邻位置声级变化的趋势，可以看出声级变化是缓慢而连续的，这表明相邻位置的声级差异不明显，这也证明室内声场分布不仅是均匀的，而且不存在声聚焦、声共振等音质缺陷。
（4）从明晰度Go来看，平均值C80（3）等于4.8dB，模拟结果符合设计目标值。此外，从其网格分布图可以看出，分布均匀，变化缓慢而连续。
（5）清晰度平均值D50大于0.5，表明观众厅内具有良好的语言清晰度。其分布图显示该参量在整个观众席分布均匀，变化起伏较小。
（6）各频带LF砰均值均大于0.15，这说明本观众厅侧墙形状对侧向声反射有一定的贡献，来自侧向的声反射会丰富听众的空间环绕感。
通过对观众厅的室内音质计算机模拟计算结果的分析可知，混响时间T30、声场力度G、明晰度Cso等主要音质参量的模拟计算结果基本符合建声设计目标值。
2.6竣工后的音质检测
剧院整体项目建设完成后，进行了声学测试（空场），主要测试数据见表2。
对测试结果进行分析：
（1）混响时间测量结果：荔枝大剧院空场情况下，中频1.16s，低音比1.08。舞台上搭建乐罩后，空场情况下，中频1.48s，低音比0.91。
结合业主要求，场内混响指标是1.20s±0.10s（满场），座位的空满场数值差距较小，混响基本在目标低限值。混响时间频率特性还是较好的，即低频有一定提升，中频基本平直，高频由于空气吸声可适当下跌。
舞台上搭建乐罩后场内混响指标是1.40s±0.10s（满场），混响基本在目标低限值，但是乐罩的面密度过小，仅8kg/m2～12kg/m2，因此，收了较多的低频，频率特性较为平直、未能翘起。
（2）通过明晰度的测量结果，显示音乐明晰度较高，音乐细节的可识别度较高。
（3）语言清晰度达到了0.67，说明厅内语言声音的可识别度相当好。
（4）本剧院观众厅测量结果声场力度、声场均匀度、初始时延间隙都符合国际上较好的剧院的响度要求。
（5）本厅背景噪声达到NR-30的标准。
3总结和思考
荔枝大剧院投入运营一年来，成功举办各类演出近八十场，演出类型囊括了歌剧、交响乐、音乐剧、合唱、演唱会、戏曲、曲艺、歌舞晚会、电视综艺节目等大部分舞台演出形式。这些演出形式中，既有对电声依赖较强的流行音乐类节目，也有完全不使用电声系统的交响音乐会。总体来说，荔枝大剧院的声学设计充分满足了功能需要，演出的声音效果获得了国内外各演出团队的赞赏。
从专业的角度来看，由于受建筑条件和装饰的限制，荔枝大剧院的声学性能还是有可以改进的地方，一是低频问题;二是电影扬声器侧墙开孔的问题;三是反声罩和声桥的衔接问题。
（1）低频问题主要体现是流行音乐演出时，超低扬声器的能量无法均匀覆盖全场。
（2）剧院在功能设计后期，又增加了一组电影放映用的环绕声扬声器，导致侧墙的开孔增加，削弱了侧向反射声。
（3）由于剧院反声罩的结构和吊杆的结构限制，顶部反声罩无法同声桥衔接，导致交响乐演出时乐队前排的反射声能量较低。
对一个兼容性比较强的演出场所进行声学设计时，需要厘清什么是最核心、最常用的功能，什么是兼顾的功能，并由此进行核心的声学指标的设计。如：（1）荔枝大剧院舞台原开口22m，此次根据功能需求调整为18m，并且对舞台及八字墙造型、扬声器安装空间、字幕屏安装点位进行了优化设计。这方面虽然牺牲了舞台应用于电视拍摄的灵活性，但是确保了核心的演出功能。（2）顶部及侧墙的造型设计与声学功能方面，优化了反射声，但是在电影扬声器開孔方面做了妥协。（3）座椅选型方面，在考虑舒适美观的基础上，严格把控了座椅的吸声性能。
这些声学设计方面的坚持和妥协，最终体现在观众和演员的感受中。当然，声学设计也不是孤立的，如何在进行声学设计时兼顾剧院的其他功能和需求，比如观众的视觉体验、演出的舞美需求、灯光需求等，都有进一步探索和研究的价值。
（编辑：薛云霞）
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