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【摘 要】 介绍厦门沧江剧院改造项目的音质设计思想、技术指标及建声措施，并运用声场计算机模拟软件对剧院音质进 行模拟，模拟结果验证了声学设计的有效性。
【关键词】 厦门沧江剧院；建声设计；声场模拟；音质测量
文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.01.007
Architectural Acoustics Design and Acoustics Evaluation of Xiamen Cangjiang Theatre
YU Bin
（Shanghai Zhangkuisheng Acoustic Engineering Consultant Co.， Ltd.， Shanghai 200086， China）
【Abstract】An overview on main ideas and technical approaches of acoustics design of Xiamen Cangjiang Theatre is briefly introduced and acoustics simulation analysis was done with Odeon room acoustics program. Objective measurements results show that its acoustics is satisfied.
【Key Words】Xiamen Cangjiang Theatre； acoustics design； acoustics simulation； acoustics measurement
1 建筑概况
厦门沧江剧院（“沧江剧院”）位于厦门市海沧区，原名海沧文化中心影剧院，只能满足影视放映和企业会议等功能。为此，对沧江剧院进行全面改造和升级，打造成为东南地区国际化的精品剧院，成为注重发挥公益作用的区域文化标杆和“海丝”文化、两岸文化交流平台。
改造前，沧江剧院观众厅内混响时间偏短，局部位置音质不佳，只能满足影视放映等简单需求，期望通过改造升级，提升室内音质，使其满足新的使用功能要求。此次改造主要包括观众厅和舞台声学及装修改造，前厅及功能用房调整与装修，舞台灯光、音响、机械设备及使用功能改造提升，同时还对空调、消防、智能化等方面进行维修改造。改造前剧院内景见图1，改造后的剧院内景见图2和图3。
沧江剧院观众厅约850座，其中池座约560座，楼座约290座，无侧包厢。池座长约25 m，楼座后墙向后延伸约5 m；观众厅最宽处约28 m。侧墙设两道耳光，有专门的耳光室；天花设一道面光和一道追光。池座观众席和楼座观众席均为全台阶形式。舞台开口约14 m×7.7 m，舞台面高度比第一排观众席高约1 m；舞台包括主舞台和一个侧舞台；剧场主扩扬声器采用专用音响天桥；音控室设于池座后墙的中部。
改造升级后，沧江剧院以“精品话剧+音乐剧+舞剧”为定位，实现以精品话剧演出为主，传统戏剧、交响乐、室内乐、舞剧、室内演唱会等为辅的功能。沧江剧院的改造，在硬件设施、剧院功能及内部空间利用等方面都将能够承接国内外主流演出项目和大型活动。[1]
2 建声设计
剧院观众厅的声学设计要确保整个观众席区域具有合适的混响，为电声创造合适的建声环境。另外，观众厅还需要有合理的体型条件，响度合适、声场扩散条件良好和本底噪声足够低，观众厅内任何位置上不得出现颤动回声、多重回声、声聚焦和共振等可识别的声缺陷等。为此，在综合考虑剧场的使用功能和规模的基础上，设定了表1所示的建声技术指标。
剧院的音质效果主要决定于其接收到的直达声与反射声的时间和空间分布状况。一个较好的观众厅体型（吊顶和墙面形状）和表面的声学性质，可以保证厅内声场时间和空间的均匀分布，也就决定了剧院的优良音质效果。在演出时，观众厅内任何位置上不得出现可识别的声缺陷，如：直达声与强反射声的声程差不应超过17 m，否则易造成回声；避免凹弧形墙面或吊顶造成局部声聚焦；平行墙面造成颤动回声；装修面层与龙骨之间安装不牢靠易产生共振等声学缺陷。其中台口侧墙和吊顶的形状特别重要。
（1）合理的形状能为观众厅前中区提供有效的早期反射声；早期反射声声场分布均匀，使该区域既能看得好，同时也能听得好。
（2）台口侧墙和吊顶的地方是布置扬声器的位置，因此台口侧墙和吊顶的形状应满足扩声设计的要求，保证扬声器的投射效果和指向性不受影响。
（3）由于吊顶上还要布置面光桥（有时也会布置顶光、追光），因此吊顶的形状应满足灯光设计的要求，保证面光（顶光、追光）的投射角度不受影响。此外，观众厅的吊顶应是一个有良好声反射作用的封闭面。
基于此，对观众厅的侧墙和吊顶形状进行声线分析和調整（见图4）。经过与室内装修设计者的多次沟通及方案修改，观众厅的侧墙和吊顶形状变得合理，一次反射声可以均匀有效地覆盖整个观众席区域。侧墙的角度合理，一次反射声能有效覆盖观众席大部分区域（见平面声线分析图）。吊顶的形状和角度合适，来自吊顶的一次反射声能够覆盖观众席的绝大部分区域（见剖面声线分析图）。此外，眺台栏板的形状由两段平折线改为两段弧线后能有效发散投射到其表面的声能，避免在舞台区域产生回声干扰。
为了控制观众厅内的混响时间在设计指标范围内，经过详细的声学计算，建议观众厅池座后墙和楼座后墙做吸声处理，具体构造为木格栅护面的复合吸声构造，木格栅内填100 mm厚32 kg/m3离心玻璃棉板，离心玻璃棉板采用玻璃丝布包覆，后墙吸声构造图见图5。
由于舞台空间的体积比较大，为了避免舞台空间与观众厅空间之间因耦合效应而产生的不利影响，声学设计要求舞台空间内的混响时间应基本接近观众厅的混响时间。声学设计要求在舞台一层天桥以下墙面做吸声处理。 （1）距舞台面3 m以下的舞台墙面：20 mm厚防撞木丝吸声板（刷黑色水性涂料）+100 mm厚空腔（内填50 mm厚32 kg/m3袋装离心玻璃棉）+原有粉刷墙体，以增加抗撞击强度。
（2）距舞台面3 m至第一道马道的舞台墙面：10 mm厚穿孔FC板（穿孔率≥18%）+100 mm厚空腔（内填50 mm厚32 kg/m3袋装离心玻璃棉）+原有粉刷墙体。
3 室内声场计算机模拟
为验证建筑声学设计的科学性和有效性，对剧院进行了室内音质计算机模拟，预测观众厅内的各项音质设计指标，所采用的室内音质计算机模拟软件是Odeon 12.12，兼有声像法和声线法的功能。
采用Odeon软件进行室内音质计算机模拟的步骤为：首先，建立实际厅堂符合声学软件要求的三维几何模型，剧院三维声学模型图见图6；然后，对三维几何模型的所有面布置声学材料，将材料声学特性参数值输入计算机软件，包括吸声系数和散射系数，就形成了三维声学模型；最后，由软件按几何声学法则，兼顾考虑材料的散射和吸声特性来模拟声波在厅堂内的传播规律，并得到声场的特性。
模拟计算结果表明：中频（500 Hz～1 kHz）满场混响时间平均值为1.16 s；中频清晰度D50平均值约为0.6；侧向反射系数LF平均值约0.2；语言传输指数平均值约0.62，均在设计指标范围内。此外，从观众席多个接收点满场反射声序列图看出，未发现明显的声聚焦、声共振等音质缺陷，初始时延间隙ITDG均小于35 ms，厅内有较好的亲切感。
4 音质测量
声学设计团队于2016年7月27日对改造升级后的沧江剧院进行了建筑声学测量，测试在无乐罩的空场条件下进行。测量声源采用无指向性的12面体球面声源，置于舞台台口中心线内3 m处，距舞台地面1.5 m高。因观众厅平面左右对称，故测点均布置在一侧的半场内，池座选取了12个测点，楼座布置6个测点，测点高度均离地1.2 m。测量声源信号采用扫频信号（e-sweep）。建声现场实测结果见表2。观众厅125 Hz～4 kHz各倍频带的背景噪声值见表3，满足NR-30噪声评价曲线的要求。观众厅混响时间频率特性曲线见图7。
混响时间为1.20 s，预计满场中频混响时间为1.10 s左右，基本符合设计要求。考虑到剧场以精品话剧演出为主，设计略短的混响时间有助于提高话剧演出的语言清晰度。清晰度D50参数主要用于评价观众厅内的语言清晰度，测得本剧场观众厅内中频空场D50值为0.57，表明话剧、地方戏或歌剧演出中，观众厅内具有相对合适的语言清晰度。声学上的亲切感很大程度上取决于初始时延间隙，目前国际上最好的剧场中池座中心位置初始时延间隙范围为15 ms～30 ms；本剧场测得的值为17 ms，在最佳值范围内。剧场观众厅内实测本底噪声不超过NR-30噪声评价曲线，符合设计要求。
现场测量中还利用先进的可调指向性测试传声器对剧场进行了侧向反射声系数LF值的测量。LF中频平均值为19%，表明侧墙面起到了较好的侧向扩散反射作用，剧场空间感和环绕感也比较好。这也说明剧院观众厅的平剖面体形设计和声场扩散处理是比较成功的。
测试结果表明，前期声学设计合理，未發现明显的音质缺陷和声学计算失误。厅内混响时间等主要音质参量的控制符合设计要求。
5 结语
通过采用各种专业设计手段对沧江剧院进行声学设计，克服了改造项目存在的各种限制，按期完成了声学设计任务。声场计算机模拟计算结果和现场实测结果表明混响时间等主要音质参量均满足声学设计要求，为电声营造了良好的建声环境。剧院演出时具有良好的音质效果，可以满足业主的使用要求。
参考文献：
[1] 沧江剧院建声设计获得一致赞誉. http：//zadi-sh.cn/xwdt/gsdt/2016/0817/433.html.
【关键词】 厦门沧江剧院；建声设计；声场模拟；音质测量
文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.01.007
Architectural Acoustics Design and Acoustics Evaluation of Xiamen Cangjiang Theatre
YU Bin
（Shanghai Zhangkuisheng Acoustic Engineering Consultant Co.， Ltd.， Shanghai 200086， China）
【Abstract】An overview on main ideas and technical approaches of acoustics design of Xiamen Cangjiang Theatre is briefly introduced and acoustics simulation analysis was done with Odeon room acoustics program. Objective measurements results show that its acoustics is satisfied.
【Key Words】Xiamen Cangjiang Theatre； acoustics design； acoustics simulation； acoustics measurement
1 建筑概况
厦门沧江剧院（“沧江剧院”）位于厦门市海沧区，原名海沧文化中心影剧院，只能满足影视放映和企业会议等功能。为此，对沧江剧院进行全面改造和升级，打造成为东南地区国际化的精品剧院，成为注重发挥公益作用的区域文化标杆和“海丝”文化、两岸文化交流平台。
改造前，沧江剧院观众厅内混响时间偏短，局部位置音质不佳，只能满足影视放映等简单需求，期望通过改造升级，提升室内音质，使其满足新的使用功能要求。此次改造主要包括观众厅和舞台声学及装修改造，前厅及功能用房调整与装修，舞台灯光、音响、机械设备及使用功能改造提升，同时还对空调、消防、智能化等方面进行维修改造。改造前剧院内景见图1，改造后的剧院内景见图2和图3。
沧江剧院观众厅约850座，其中池座约560座，楼座约290座，无侧包厢。池座长约25 m，楼座后墙向后延伸约5 m；观众厅最宽处约28 m。侧墙设两道耳光，有专门的耳光室；天花设一道面光和一道追光。池座观众席和楼座观众席均为全台阶形式。舞台开口约14 m×7.7 m，舞台面高度比第一排观众席高约1 m；舞台包括主舞台和一个侧舞台；剧场主扩扬声器采用专用音响天桥；音控室设于池座后墙的中部。
改造升级后，沧江剧院以“精品话剧+音乐剧+舞剧”为定位，实现以精品话剧演出为主，传统戏剧、交响乐、室内乐、舞剧、室内演唱会等为辅的功能。沧江剧院的改造，在硬件设施、剧院功能及内部空间利用等方面都将能够承接国内外主流演出项目和大型活动。[1]
2 建声设计
剧院观众厅的声学设计要确保整个观众席区域具有合适的混响，为电声创造合适的建声环境。另外，观众厅还需要有合理的体型条件，响度合适、声场扩散条件良好和本底噪声足够低，观众厅内任何位置上不得出现颤动回声、多重回声、声聚焦和共振等可识别的声缺陷等。为此，在综合考虑剧场的使用功能和规模的基础上，设定了表1所示的建声技术指标。
剧院的音质效果主要决定于其接收到的直达声与反射声的时间和空间分布状况。一个较好的观众厅体型（吊顶和墙面形状）和表面的声学性质，可以保证厅内声场时间和空间的均匀分布，也就决定了剧院的优良音质效果。在演出时，观众厅内任何位置上不得出现可识别的声缺陷，如：直达声与强反射声的声程差不应超过17 m，否则易造成回声；避免凹弧形墙面或吊顶造成局部声聚焦；平行墙面造成颤动回声；装修面层与龙骨之间安装不牢靠易产生共振等声学缺陷。其中台口侧墙和吊顶的形状特别重要。
（1）合理的形状能为观众厅前中区提供有效的早期反射声；早期反射声声场分布均匀，使该区域既能看得好，同时也能听得好。
（2）台口侧墙和吊顶的地方是布置扬声器的位置，因此台口侧墙和吊顶的形状应满足扩声设计的要求，保证扬声器的投射效果和指向性不受影响。
（3）由于吊顶上还要布置面光桥（有时也会布置顶光、追光），因此吊顶的形状应满足灯光设计的要求，保证面光（顶光、追光）的投射角度不受影响。此外，观众厅的吊顶应是一个有良好声反射作用的封闭面。
基于此，对观众厅的侧墙和吊顶形状进行声线分析和調整（见图4）。经过与室内装修设计者的多次沟通及方案修改，观众厅的侧墙和吊顶形状变得合理，一次反射声可以均匀有效地覆盖整个观众席区域。侧墙的角度合理，一次反射声能有效覆盖观众席大部分区域（见平面声线分析图）。吊顶的形状和角度合适，来自吊顶的一次反射声能够覆盖观众席的绝大部分区域（见剖面声线分析图）。此外，眺台栏板的形状由两段平折线改为两段弧线后能有效发散投射到其表面的声能，避免在舞台区域产生回声干扰。
为了控制观众厅内的混响时间在设计指标范围内，经过详细的声学计算，建议观众厅池座后墙和楼座后墙做吸声处理，具体构造为木格栅护面的复合吸声构造，木格栅内填100 mm厚32 kg/m3离心玻璃棉板，离心玻璃棉板采用玻璃丝布包覆，后墙吸声构造图见图5。
由于舞台空间的体积比较大，为了避免舞台空间与观众厅空间之间因耦合效应而产生的不利影响，声学设计要求舞台空间内的混响时间应基本接近观众厅的混响时间。声学设计要求在舞台一层天桥以下墙面做吸声处理。 （1）距舞台面3 m以下的舞台墙面：20 mm厚防撞木丝吸声板（刷黑色水性涂料）+100 mm厚空腔（内填50 mm厚32 kg/m3袋装离心玻璃棉）+原有粉刷墙体，以增加抗撞击强度。
（2）距舞台面3 m至第一道马道的舞台墙面：10 mm厚穿孔FC板（穿孔率≥18%）+100 mm厚空腔（内填50 mm厚32 kg/m3袋装离心玻璃棉）+原有粉刷墙体。
3 室内声场计算机模拟
为验证建筑声学设计的科学性和有效性，对剧院进行了室内音质计算机模拟，预测观众厅内的各项音质设计指标，所采用的室内音质计算机模拟软件是Odeon 12.12，兼有声像法和声线法的功能。
采用Odeon软件进行室内音质计算机模拟的步骤为：首先，建立实际厅堂符合声学软件要求的三维几何模型，剧院三维声学模型图见图6；然后，对三维几何模型的所有面布置声学材料，将材料声学特性参数值输入计算机软件，包括吸声系数和散射系数，就形成了三维声学模型；最后，由软件按几何声学法则，兼顾考虑材料的散射和吸声特性来模拟声波在厅堂内的传播规律，并得到声场的特性。
模拟计算结果表明：中频（500 Hz～1 kHz）满场混响时间平均值为1.16 s；中频清晰度D50平均值约为0.6；侧向反射系数LF平均值约0.2；语言传输指数平均值约0.62，均在设计指标范围内。此外，从观众席多个接收点满场反射声序列图看出，未发现明显的声聚焦、声共振等音质缺陷，初始时延间隙ITDG均小于35 ms，厅内有较好的亲切感。
4 音质测量
声学设计团队于2016年7月27日对改造升级后的沧江剧院进行了建筑声学测量，测试在无乐罩的空场条件下进行。测量声源采用无指向性的12面体球面声源，置于舞台台口中心线内3 m处，距舞台地面1.5 m高。因观众厅平面左右对称，故测点均布置在一侧的半场内，池座选取了12个测点，楼座布置6个测点，测点高度均离地1.2 m。测量声源信号采用扫频信号（e-sweep）。建声现场实测结果见表2。观众厅125 Hz～4 kHz各倍频带的背景噪声值见表3，满足NR-30噪声评价曲线的要求。观众厅混响时间频率特性曲线见图7。
混响时间为1.20 s，预计满场中频混响时间为1.10 s左右，基本符合设计要求。考虑到剧场以精品话剧演出为主，设计略短的混响时间有助于提高话剧演出的语言清晰度。清晰度D50参数主要用于评价观众厅内的语言清晰度，测得本剧场观众厅内中频空场D50值为0.57，表明话剧、地方戏或歌剧演出中，观众厅内具有相对合适的语言清晰度。声学上的亲切感很大程度上取决于初始时延间隙，目前国际上最好的剧场中池座中心位置初始时延间隙范围为15 ms～30 ms；本剧场测得的值为17 ms，在最佳值范围内。剧场观众厅内实测本底噪声不超过NR-30噪声评价曲线，符合设计要求。
现场测量中还利用先进的可调指向性测试传声器对剧场进行了侧向反射声系数LF值的测量。LF中频平均值为19%，表明侧墙面起到了较好的侧向扩散反射作用，剧场空间感和环绕感也比较好。这也说明剧院观众厅的平剖面体形设计和声场扩散处理是比较成功的。
测试结果表明，前期声学设计合理，未發现明显的音质缺陷和声学计算失误。厅内混响时间等主要音质参量的控制符合设计要求。
5 结语
通过采用各种专业设计手段对沧江剧院进行声学设计，克服了改造项目存在的各种限制，按期完成了声学设计任务。声场计算机模拟计算结果和现场实测结果表明混响时间等主要音质参量均满足声学设计要求，为电声营造了良好的建声环境。剧院演出时具有良好的音质效果，可以满足业主的使用要求。
参考文献：
[1] 沧江剧院建声设计获得一致赞誉. http：//zadi-sh.cn/xwdt/gsdt/2016/0817/433.html.