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【摘 要】介绍上海大剧院的改造工程，并详细分析对比吸声帘幕、反射声罩对音质效果的影响。
【关键词】声学改造；音质效果；混响时间RT；侧向反射系数LF；声场力度G
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2015.11.006
1 概述
上海大剧院被誉为“水晶宫”，是国内第一座国际性现代化大剧院，也是目前华东地区最具影响力的演出场所。剧院座落于上海市中心人民大道西侧，东邻市政府、北靠人民公园、南望上海博物馆；于1994年开工建设，1998年8月27日竣工开演；占地面积2.1公顷，总建筑面积6.4万平方米，地面高40 m；设有1 800座大剧场、600座中剧场、300座小剧场及多个排练厅；配备有1 700 m2品字形机械舞台，是当时国内面积最大、设施最先进、功能最多的全电脑控制机械化舞台。
1 800座大剧场主要上演歌剧、芭蕾舞剧及交响音乐会等。观众厅的平面形式为钟型，长、宽、高分别为30 m、31 m、19 m。观众厅内设两层挑台楼座，两侧各设三层侧包厢。主舞台开口尺寸为18 m×12 m，台口前的大型升降乐池可兼做伸出舞台及观众席。当演出交响音乐会时，舞台上装设一个包络体积为1 800 m3的大型音乐反射罩，以满足自然声条件下演出交响音乐会的要求。
经过15年长期不间断的运作，上海大剧院主体建筑装饰出现了破损、开裂、老化等现象，舞台机械、建筑工程、安防系统、空调系统、设备仪器等设施也出现了各种故障，需要对建筑、设备进行优化调整和大修改造。
上海大剧院大修改造自2013年9月10日正式开工，主要分两个阶段：第一阶段于2013年10月底结束，主要为保证11月7日的演出提供条件；第二阶段主要是中、小剧场区域的装修改造，至2014年4月底完成。此次工程工期短、任务重，不仅需要保证大剧院局部区域的正常使用，还要考虑其使用的现行规范比旧的规范在建筑节能、无障碍设施、建筑防火、建筑智能等方面有较大的提高。
2 声学改造要求
上海大剧院的声学效果在过去15年的演出中逐渐得到了广大观众、专业演出团队及专家的广泛认可。因此，业主要求改造工程不能影响大剧院原有的音质效果。在实际的改造过程中，大剧院的室内装修基本保持不变，只是进行了简单的修补。
与声学效果有关的改造主要包括三个方面：座椅的面料和海绵垫、后墙和侧墙上部的吸声帘幕，以及音乐反声罩。
3 吸声帘幕的改造对音质的影响
将1998年7月、12月刚建成后的声学测试数据，2013年2月改造前的声学测试数据，以及2013年11月（歌剧演出模式下舞台上有道具的情况）、2015年3月（舞台上有音乐反声罩）改造后的声学测试数据进行详细的对比，分析其变化（见图1）。
改造前吸声帘幕对混响时间的影响比较大，为0.2 s～0.3 s（中高频）；改造后吸声帘幕对混响时间的影响比较小，只有约0.1 s。经过现场检查，发现约三分之一面积的吸声帘幕无法收起，影响了吸声效果。事实上，改造后吸声帘幕的吸声效果并不理想，已经建议施工单位进行整改，可以直接去掉吸声帘幕，可以适当提升混响时间。
舞台上幕布和道具的变化对混响时间的影响比较明显，中频约有0.3 s的变化（见图2）。也就是说，当上演歌剧或综艺演出时，由于舞台上布景变化（有的舞台上道具的布置就像设置了一个音乐反声罩，如图3中意大利斯卡拉歌剧院Opera Elektra演出状态），场馆的混响时间也随之变化，实际演出前的空场混响时间往往比舞台上挂满幕布的空场测量混响时间要长。同时，由于演出上座率（观众数）和季节（服装）的不同，满场混响时间也会不同程度地变化。
4 反声罩的更新对声音效果的提升
更新反声罩是上海大剧院声学改造中很重要的一部分。此前使用的反声罩已经使用了十多年，贴面已出现翘壳，结构连接处出现脱焊，存在安全隐患；高密度板的材料及其钢架的总重量达30 t，每次从后台推送到前台要花费6个小时，久而久之对舞台地板也造成损坏。新反声罩更新了原来的材料和技术，使得反声罩自重减轻至3 t，安全性提升；颜色、装潢、铝合金嵌条与原先的反声罩尽可能保持一致，不会让观众觉得不习惯或突兀；整个推送时间也缩短到2个小时以内；新反声罩所围成的区域比原先的更大一些，可以轻松容纳120人的大型乐队。
交响乐条件下，改造前后音质参量的变化主要是分析更新反声罩后音质参量的变化。需要说明的是改造前（2013年2月测试）升降乐池没有布置座椅，而改造后（2015年3月测试）升降乐池布置了3排共92把座椅。
4.1 RT（混响时间）和EDT（早期衰变时间）的变化
改造前后（老、新反声罩）的测试结果说明，中频混响时间RT约有0.1 s的提升，早期衰变时间EDT（与人耳的主观感觉比较一致）在250 Hz～2 000 Hz有0.13 s～0.21 s的提升（见图4～图5），这是比较有利的。
反声罩自重从30 t减轻到3 t，原反声罩的高密度板厚度约为30 mm，而新反声罩构造为两层厚度约2 mm的铝板中间夹白色的发泡阻尼材料，总厚度也约为30 mm，但重量却只有原来的1/10。这和以往采用铝蜂窝板或纸蜂窝板的反声罩（低频混响降低很多）完全不同。美国温格尔公司根据声学要求，针对老反声罩存在的问题，专门设计了新型反声罩，确保低频混响不会降低。这主要是因为阻尼材料降低了铝板的振动，从而减少了对低频声能的吸收所致。相对于专业交响乐厅，大剧院（加音乐反声罩）的混响时间RT和早期衰变时间EDT一般都要小一些，这主要是因为大剧院主要是歌剧和综艺演出为主，需要兼顾语言清晰度和音乐明晰度。
4.2 C80（音乐明晰度）和D50（语言清晰度）的变化 从C80（音乐明晰度）的测试结果来看，改造后低频略有下降而高频略有提升，总的来说差别不大（见图6）。从D50（语言清晰度）的测试结果来看，改造后整体略有下降（见图7），这很正常，混响时间加长，语言清晰度自然会下降，但对音乐丰满度而言是有利的。C80，3为500 Hz、1 kHz、2 kHz三个倍频带的C80平均值，改造后的C80，3为0.22，比交响乐要求的C80，3（-3～0）要求偏大一些，这也是比较正常的，毕竟大剧院还是以歌剧和综艺演出为主。
4.3 LF（侧向反射系数）的变化和改造后的1-IACCE（早期双耳听觉互相关系数）
LFE4为125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 kHz四个倍频带0 ms～80 ms的LF平均值，（1-IACCE3）为500 Hz、1 kHz、2 kHz三个倍频带的0 ms～80 ms（1-IACCE）平均值，是评价空间感的两个重要声学参量。改造后LFE4的值为0.14，比改造前下降了0.1（见图8），下降幅度较大（估计测量方面也有一定的误差），相当于音乐厅的声学等级从A+、A级（0.17～0.23）下降到B+级（0.11～0.20）。分析其原因，主要是原来台口侧墙为实心墙体表面刷黑色涂料，属于硬的反射面，基本不吸声。而改造后，由于功能需要在台口侧墙的中下部（最主要的声学反射面）增设了LED显示屏和左右声道的扬声器开口（见图9、图10）。由于LED显示屏的模板比较薄，在全频带都有一定的吸声效果。而声能经过扬声器的开口也基本上被全部吸收掉。改造后的（1-IACCE3）为0.52（见图11），也相当于B+级（0.46～0.61）。
4.4 G（声场力度）的变化
衡量声场力度参量主要为G125和Gmid，改造前的G125和Gmid分别为4.55和3.85，改造后的G125和Gmid分别为4.74和3.93。相比较而言略有提升，但高频部分却有一定下降，总的来说，变化不大（见图12）。交响乐厅G125和Gmid的优选值分别为3～6，1.5～5.5，改造前后的G（声场力度）都在优选值范围内。
5 总结
总的来说，上海大剧院改造是比较成功的，尤其是音乐反声罩的改造，既减轻了重量、减少了安装时间，从而避免了对舞台地板的损害，同时又保证了较好的声学效果。在此，笔者有两点建议供其他剧场改造时进行参考。
（1）在剧院中安装吸声帘幕进行混响可调，一般仅可调节0.2 s左右。实际上由于种种原因，如：装修设计没有预留足够的收纳帘幕空间，帘幕无法完全收起；自动收藏的机械系统质量不合格，往往无法正常运转，或运转几次就坏了；实际演出时基本不使用可调帘幕，时间久了也就坏掉了。通常，一般人对0.3 s以内的混响时间感觉不明显，而吸声帘幕仅可调节0.2 s左右，因此，建议其他剧院可以不做吸声帘幕。
（2）台口侧墙是重要的声反射面，要合理布置扬声器或LED屏的位置，否则会减少前中区的侧向反射声。相对合理的方法是，将布置扬声器的台口侧墙设计成两个面，正对观众的一面布置扬声器或LED屏，正对伸出舞台（或乐池）的一面用作反射面（不再开口）（见图13、图14）。
2014年5月8日，上海大剧院大修改造工程举行了竣工验收仪式。2014年5月20日，第四次亚信峰会文艺演出在上海大剧院上演，40多个国家元首共同见证了上海大剧院改造后的良好音质。
（编辑 薛云霞）
【关键词】声学改造；音质效果；混响时间RT；侧向反射系数LF；声场力度G
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2015.11.006
1 概述
上海大剧院被誉为“水晶宫”，是国内第一座国际性现代化大剧院，也是目前华东地区最具影响力的演出场所。剧院座落于上海市中心人民大道西侧，东邻市政府、北靠人民公园、南望上海博物馆；于1994年开工建设，1998年8月27日竣工开演；占地面积2.1公顷，总建筑面积6.4万平方米，地面高40 m；设有1 800座大剧场、600座中剧场、300座小剧场及多个排练厅；配备有1 700 m2品字形机械舞台，是当时国内面积最大、设施最先进、功能最多的全电脑控制机械化舞台。
1 800座大剧场主要上演歌剧、芭蕾舞剧及交响音乐会等。观众厅的平面形式为钟型，长、宽、高分别为30 m、31 m、19 m。观众厅内设两层挑台楼座，两侧各设三层侧包厢。主舞台开口尺寸为18 m×12 m，台口前的大型升降乐池可兼做伸出舞台及观众席。当演出交响音乐会时，舞台上装设一个包络体积为1 800 m3的大型音乐反射罩，以满足自然声条件下演出交响音乐会的要求。
经过15年长期不间断的运作，上海大剧院主体建筑装饰出现了破损、开裂、老化等现象，舞台机械、建筑工程、安防系统、空调系统、设备仪器等设施也出现了各种故障，需要对建筑、设备进行优化调整和大修改造。
上海大剧院大修改造自2013年9月10日正式开工，主要分两个阶段：第一阶段于2013年10月底结束，主要为保证11月7日的演出提供条件；第二阶段主要是中、小剧场区域的装修改造，至2014年4月底完成。此次工程工期短、任务重，不仅需要保证大剧院局部区域的正常使用，还要考虑其使用的现行规范比旧的规范在建筑节能、无障碍设施、建筑防火、建筑智能等方面有较大的提高。
2 声学改造要求
上海大剧院的声学效果在过去15年的演出中逐渐得到了广大观众、专业演出团队及专家的广泛认可。因此，业主要求改造工程不能影响大剧院原有的音质效果。在实际的改造过程中，大剧院的室内装修基本保持不变，只是进行了简单的修补。
与声学效果有关的改造主要包括三个方面：座椅的面料和海绵垫、后墙和侧墙上部的吸声帘幕，以及音乐反声罩。
3 吸声帘幕的改造对音质的影响
将1998年7月、12月刚建成后的声学测试数据，2013年2月改造前的声学测试数据，以及2013年11月（歌剧演出模式下舞台上有道具的情况）、2015年3月（舞台上有音乐反声罩）改造后的声学测试数据进行详细的对比，分析其变化（见图1）。
改造前吸声帘幕对混响时间的影响比较大，为0.2 s～0.3 s（中高频）；改造后吸声帘幕对混响时间的影响比较小，只有约0.1 s。经过现场检查，发现约三分之一面积的吸声帘幕无法收起，影响了吸声效果。事实上，改造后吸声帘幕的吸声效果并不理想，已经建议施工单位进行整改，可以直接去掉吸声帘幕，可以适当提升混响时间。
舞台上幕布和道具的变化对混响时间的影响比较明显，中频约有0.3 s的变化（见图2）。也就是说，当上演歌剧或综艺演出时，由于舞台上布景变化（有的舞台上道具的布置就像设置了一个音乐反声罩，如图3中意大利斯卡拉歌剧院Opera Elektra演出状态），场馆的混响时间也随之变化，实际演出前的空场混响时间往往比舞台上挂满幕布的空场测量混响时间要长。同时，由于演出上座率（观众数）和季节（服装）的不同，满场混响时间也会不同程度地变化。
4 反声罩的更新对声音效果的提升
更新反声罩是上海大剧院声学改造中很重要的一部分。此前使用的反声罩已经使用了十多年，贴面已出现翘壳，结构连接处出现脱焊，存在安全隐患；高密度板的材料及其钢架的总重量达30 t，每次从后台推送到前台要花费6个小时，久而久之对舞台地板也造成损坏。新反声罩更新了原来的材料和技术，使得反声罩自重减轻至3 t，安全性提升；颜色、装潢、铝合金嵌条与原先的反声罩尽可能保持一致，不会让观众觉得不习惯或突兀；整个推送时间也缩短到2个小时以内；新反声罩所围成的区域比原先的更大一些，可以轻松容纳120人的大型乐队。
交响乐条件下，改造前后音质参量的变化主要是分析更新反声罩后音质参量的变化。需要说明的是改造前（2013年2月测试）升降乐池没有布置座椅，而改造后（2015年3月测试）升降乐池布置了3排共92把座椅。
4.1 RT（混响时间）和EDT（早期衰变时间）的变化
改造前后（老、新反声罩）的测试结果说明，中频混响时间RT约有0.1 s的提升，早期衰变时间EDT（与人耳的主观感觉比较一致）在250 Hz～2 000 Hz有0.13 s～0.21 s的提升（见图4～图5），这是比较有利的。
反声罩自重从30 t减轻到3 t，原反声罩的高密度板厚度约为30 mm，而新反声罩构造为两层厚度约2 mm的铝板中间夹白色的发泡阻尼材料，总厚度也约为30 mm，但重量却只有原来的1/10。这和以往采用铝蜂窝板或纸蜂窝板的反声罩（低频混响降低很多）完全不同。美国温格尔公司根据声学要求，针对老反声罩存在的问题，专门设计了新型反声罩，确保低频混响不会降低。这主要是因为阻尼材料降低了铝板的振动，从而减少了对低频声能的吸收所致。相对于专业交响乐厅，大剧院（加音乐反声罩）的混响时间RT和早期衰变时间EDT一般都要小一些，这主要是因为大剧院主要是歌剧和综艺演出为主，需要兼顾语言清晰度和音乐明晰度。
4.2 C80（音乐明晰度）和D50（语言清晰度）的变化 从C80（音乐明晰度）的测试结果来看，改造后低频略有下降而高频略有提升，总的来说差别不大（见图6）。从D50（语言清晰度）的测试结果来看，改造后整体略有下降（见图7），这很正常，混响时间加长，语言清晰度自然会下降，但对音乐丰满度而言是有利的。C80，3为500 Hz、1 kHz、2 kHz三个倍频带的C80平均值，改造后的C80，3为0.22，比交响乐要求的C80，3（-3～0）要求偏大一些，这也是比较正常的，毕竟大剧院还是以歌剧和综艺演出为主。
4.3 LF（侧向反射系数）的变化和改造后的1-IACCE（早期双耳听觉互相关系数）
LFE4为125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 kHz四个倍频带0 ms～80 ms的LF平均值，（1-IACCE3）为500 Hz、1 kHz、2 kHz三个倍频带的0 ms～80 ms（1-IACCE）平均值，是评价空间感的两个重要声学参量。改造后LFE4的值为0.14，比改造前下降了0.1（见图8），下降幅度较大（估计测量方面也有一定的误差），相当于音乐厅的声学等级从A+、A级（0.17～0.23）下降到B+级（0.11～0.20）。分析其原因，主要是原来台口侧墙为实心墙体表面刷黑色涂料，属于硬的反射面，基本不吸声。而改造后，由于功能需要在台口侧墙的中下部（最主要的声学反射面）增设了LED显示屏和左右声道的扬声器开口（见图9、图10）。由于LED显示屏的模板比较薄，在全频带都有一定的吸声效果。而声能经过扬声器的开口也基本上被全部吸收掉。改造后的（1-IACCE3）为0.52（见图11），也相当于B+级（0.46～0.61）。
4.4 G（声场力度）的变化
衡量声场力度参量主要为G125和Gmid，改造前的G125和Gmid分别为4.55和3.85，改造后的G125和Gmid分别为4.74和3.93。相比较而言略有提升，但高频部分却有一定下降，总的来说，变化不大（见图12）。交响乐厅G125和Gmid的优选值分别为3～6，1.5～5.5，改造前后的G（声场力度）都在优选值范围内。
5 总结
总的来说，上海大剧院改造是比较成功的，尤其是音乐反声罩的改造，既减轻了重量、减少了安装时间，从而避免了对舞台地板的损害，同时又保证了较好的声学效果。在此，笔者有两点建议供其他剧场改造时进行参考。
（1）在剧院中安装吸声帘幕进行混响可调，一般仅可调节0.2 s左右。实际上由于种种原因，如：装修设计没有预留足够的收纳帘幕空间，帘幕无法完全收起；自动收藏的机械系统质量不合格，往往无法正常运转，或运转几次就坏了；实际演出时基本不使用可调帘幕，时间久了也就坏掉了。通常，一般人对0.3 s以内的混响时间感觉不明显，而吸声帘幕仅可调节0.2 s左右，因此，建议其他剧院可以不做吸声帘幕。
（2）台口侧墙是重要的声反射面，要合理布置扬声器或LED屏的位置，否则会减少前中区的侧向反射声。相对合理的方法是，将布置扬声器的台口侧墙设计成两个面，正对观众的一面布置扬声器或LED屏，正对伸出舞台（或乐池）的一面用作反射面（不再开口）（见图13、图14）。
2014年5月8日，上海大剧院大修改造工程举行了竣工验收仪式。2014年5月20日，第四次亚信峰会文艺演出在上海大剧院上演，40多个国家元首共同见证了上海大剧院改造后的良好音质。
（编辑 薛云霞）