长沙音乐厅的声学设计
作者：文立森杨志刚李佳菊
来源：《演艺科技》2016年第04期
[摘要]介绍长沙音乐厅交响乐大厅的建筑声学设计及音质效果，分析其主要的声学音质参量指标，并通过音质计算、音质模拟以及缩尺模型实验的结果与实际验收测试结果的对比，分析不同设计验证方式的特性及准确性。
[关键词]建筑声学；混响时间；音质参量；缩尺模型
文章编号：10.3969/j.issn.1674—8239.2016.04.006
长沙音乐厅位于湘江与浏阳河交汇的新河三角洲滨江文化园内，是滨江文化园的灵魂建筑，按照正规音乐厅标准建设，于2006年8月21日奠基施工，并于2015年12月28日首演。音乐厅以“经典艺术的斤欠赏殿堂、群众艺术的展示舞台、高雅艺术的教育基地、文化艺术的交流平台”为目标定位，力争打造成为湖南省内顶尖、国内一流、国际知名的音乐厅。因此，其优良的音质效果是至关重要的环节。
1.建筑概述
长沙音乐厅总建筑面积约28 000 m2，建筑高度约28m，主要包括1 400余座交响乐大厅（湘江大厅）、490座多功能厅及198座室内乐厅。
主厅即交响乐大厅，1446座、总面积约1790 m2，厅内形制为不等边多边形（见图1）；长约47m，最宽处约41m，最高处约17m；最远座位距离舞台指挥位置30m（见图2）。楼座呈梯田形散布在舞台四周（见图3），能满足大型多编制交响乐团的演出。下文以该厅为例介绍建筑声学的设计。
2.建筑声学设计
2.1混响时间
混响时间是建筑声学设计中最主要的声学参量。根据音乐厅主要演出大型交响乐的功能定位以及观众厅的规模和容积，中频（500H7～1000H7）混响时间（满场）RT应达到
1.9s±O.1s，且要求混响时间频率特性为中高频基本平直，但高频允许下降10%～20%，低频混响要求有10%～20%的提升，低音比BR值为1.1～1.25。各频带混响时间设计值见表1。
2.2其他主要音质参数
其他对建筑声学音质影响较大的重要声学参量也需要相应的设计要求。其中包括与混响感相关的早期衰变时间EDT、与声音响度相关的强度因子G、代表音乐可分辨程度的明晰度
C80、与声音空间方向感相关的侧向反射系数LF、与观众亲切感或临场感相关的初始时延间隙ITDG，以及与舞台乐手相互听闻感受相关的舞台支持度ST-eady。各主要音质参量设计值见表2。
2.3声场不均匀度
进行交响乐、室内乐等以自然声为主的演出时，要求厅内前区和后区的声场强度差别应小于6dB，横向中区和左右两侧区域的声场强度差别小于3dB。该音乐厅1446座交响乐厅声场不均匀度△LP≤±3dB。
2.4本底噪声
在空调、通风系统正常运行的状态下，厅内本底噪声不大于NR-25噪声评价曲线要求；空调关闭时不超过NR-20噪声评价曲线，相应的A声级不超过30dBA。
2.5总体音质评价
观众厅的音质应保证观众席各处有足够的声音响度、均匀的声场分布、合适的混响特性、足够的早期反射声和侧向反射声，并有良好的清晰度和丰满度。观众厅内任何位置无回声、颤动回声、声聚焦等声缺陷。
2.6观众厅内形体声学要求
为达到上述音质设计目标，需要对交响乐厅的平剖面体形以及每座容积进行调整。在与建筑及室内设计师的沟通协调中，对建筑及室内的方案侧墙进行适当微调，尽量满足观众区各位置声学早期侧向反射声；对建筑及室内方案的吊顶进行调节，尽量满足观众区各位置声学要求的顶面反射声及厅内每座容积；打破建筑形体上的凹弧结构，防止声音聚焦；尽可能结合室内装饰的风格对各个声音反射面做扩散、微扩散处理，使声音扩散、声场均匀。
2.7观众厅内表面声学材料要求
交响乐厅内各个表面声学材料的选择与配置位置及其数量关系到厅内声场的分布和扩散性能，更关系到厅内混响时间及其频率特性的控制。因此，对下列表面材料提出了相应的设计要求：
（1）观众厅地面
为避免地板共振吸收过多的低频声，采用实木地板并将龙骨间隙填实。
（2）吊顶天花
声学上要求吊顶天花具有较强的反射，同时还要求减少对低频的吸收，保证一定的刚度和防火等级要求。因此，采用增强纤维预制石膏板（即GRG板）吊顶，其面密度大于
40kg/m2。
（3）墙体
对楼座及池座而言，交响乐厅内墙体都是十分重要的早期声反射面，这些墙面能向观众席提供较多的早期反射声能，提高观众位置上听音的空间感。因此，墙面声学要求尽可能厚实、坚硬，主要起到声反射的作用，充分利用声能而尽可能减少声吸收。采用如下做法：
①在原有结构墙面上安装预制的增强玻璃纤维石膏板，再设计GRG或GRC（玻璃纤维增强水泥）扩散造型。此构造刚度较好，造型新颖，其表面贴上木皮也可达到木饰面的装饰效果，其面密度均要求大于50kg/m2。
②在原有结构墙面的基础上实贴（或外包）实木，实木面层可结合装修做装饰处理，既可以美化装修，又起到扩散作用；实木面层做防火处理，其面密度均要求大于50kg/m2。
两种做法都根据室内设计方案做成横竖向凹凸条纹及分层的构造，较好地解决了厅内声场的扩散问题（见图4）。
（4）座椅
观众席是交响乐厅内最重要的吸声面，中高频的吸声量占到整个交响乐厅总吸声量的80%左右，对厅内的实际混响时间影响很大。因此，选择座椅的形式及用料并控制其声学性能，成为交响乐厅音质设计的重要环节。对于该交响乐厅，要求座椅在空椅和坐人两种条件下的吸声性能尽可能接近，使得在空场和满场条件下观众席厅内的声场音质效果无较大的变化；坐垫翻动时不产生噪声，尤其不允许产生碰撞声；座椅宜采用木靠背及木扶手，靠背宜留木边框，同时靠背软垫不需太厚；坐垫下底面宜做吸声处理，建议选用局部穿孔木板面。
3辅助设计措施
在音质设计时主要使用的辅助设计措施有三种。
3.1混响时间计算
混响时间计算是建筑声学设计最基本的要求，计算公式如下：
