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西昌凉山民族艺术中心大剧场声学设计和计算机模拟分析研究

文章发布2013年11月19 有5080人次访问

摘要:凉山民族艺术中心是我国少数民族居住地凉山自治州西昌市的标志性文化建筑,总建筑面积2m2,功能包括一个固定座席860座的大剧场及相关设施,一个小剧场(250座),两个电影院(分别为223座和127座),一个多功能厅,一个歌舞厅,三个展厅,和一条商业街。本文介绍大剧场的声学设计技术指标及建声设计技术特点,观众厅的声场计算机模拟及建成后中期空场混响时间特性,圆形观众厅内GRG扩散体消除音质缺陷改善音质的作用,观众厅座椅下送风风口吸声特性的实验分析研究,计算机模拟和中期测试结果的对比分析与评价。大剧院把科学合理的声学设计溶入到华美的装修中,取得了满意的音质效果。

关键词:混响时间  计算机模拟分析  音质
一.工程设计简介
   
凉山民族文化艺术中心暨火把广场是四川省凉山州丰富群众文化事业,提高全民文艺欣赏水平,建构和谐社会的一项重要建设项目。艺术中心位于凉山州西昌市凉山民族文化公园内火把广场的东侧,是一座以演艺中心为主体,融学术交流、展览、商业、休闲、娱乐为一体的多功能文化建筑。艺术中心总建筑面积为
2万平方米,功能包括一个固定座席850座的大剧场,一个小剧场(250座),两个电影院(分别为223座和127座),一个多功能厅,一个歌舞厅,三个展厅,和一条商业街等。其中大剧场观众厅正圆形平面,最宽处为30.4m,进深为28.5m,面积为690m²,在观众厅后墙设有两层包厢楼座,升降乐池可加座111座。大剧场室内设计采用具有民族风格的木格栅装饰,木格栅造型从彝族服饰、器物中的典型纹样中提取元素,进行抽象简化,表现热情奔放民族特征。
民族文化艺术大剧场属于民族歌舞类综艺节目兼顾与语言要求的多功能厅堂。大剧场设计要求中频500Hz在混响时间1.3-1.4秒,声场不均匀度为±3dB,背景噪声为NR25。建筑设计由中国建筑设计研究院承担,清华大学建筑学院承担建声设计工作,还负责了小剧场、多功能厅和歌舞厅的建声设计和咨询服务工作。整个凉山民族艺术中心工程于2006 年初启动设计和施工建设,并预计于2006 12 10日全部竣工并正式启用,迎接冬旅会召开。
二.观众厅建筑声学设计
1.观众厅容积的确定与体型设计
凉山艺术中心剧院观众厅主要用于民族综艺类节目演出,建声设计主要考虑民族歌舞演出使用,观众厅演出要求以自然声为主,电声为辅,扩声系统主要用于会议功能。艺术中心观众厅的体型是接近圆的圆弧形,建筑设计结合当地彝族火把节文化,其形态围绕日月同辉的天文意境和天文崇拜,贴合西昌市月城太阳城中国航天城的城市主题。
观众厅吊顶及墙面的反射声,以及直达声的传播,决定了声场时间和空间的分布状况。因此,观众厅的形体和表面的声学性质也就决定了室内的音质。圆弧型的剧场声学上先天存在声场聚焦和声场不均匀问题,要求声学设计处理好观众厅内的扩散和吸声,弧形墙面上需布置大量扩散体及吸声材料。观众厅中前部侧墙上部和后墙部分布置不规则造型吸声体,防止剧场内出现长延时的反射声;观众厅中前部侧墙下部布置随机排列的扩散体,提供观众席有益的侧向声能。经过声学处理的观众厅整场声压级分布均匀,声场不均匀度≤6dB,较好的改善了声场聚焦缺陷,使得观众厅混响时间均匀。观众厅侧墙采用透声装饰木格栅,以掩遮声学痕迹,保证良好的装饰效果。剧院观众厅前部顶棚采用弧形反射板,为座席中前部提供均匀扩散的近次反射声。观众厅顶棚高度
15.5m,观众厅体积10510m3,每座容积12.3m3


舞台顶部和舞台墙面布置吸声材料,声学设计要求舞台空间内的混响时间接近观众厅的混响时间,避免免舞台空间与观众厅空间之间因耦合空间而产生的不利影响。观众厅包厢内后墙和侧墙布置吸声材料,控制包厢内的混响时间,给包厢内听众提供良好的音质。乐池内的墙面布置木槽吸声板,利于伴奏声有效地辐射至观众厅、同时兼顾到乐队演奏时的相互听闻。
    2
.观众厅的混响时间设计指标
为了满足综艺类节目演出需要较好的音质丰满度,同时兼顾会议使用良好的语言清晰度,观众厅混响时间设计指标中频500Hz混响时间为1.3±0.1,混响时间频率特性曲线允许低频有15-20%的提升,高频有10-15%的降低。
观众厅背景噪声的大小,将对听音产生非常大的影响。根据我国现行剧场设计规范,确定大剧场观众厅背景噪声为25NR噪声评价曲线。合适的响度是听音的基本要求,对于一个大厅,用强度指数G作为评价响度的相对指标。体积较大民族艺术中心大剧场观众厅强度指数G大于0dB,有满意的音质效果。
明晰度是到达观众的早期声能与后期声能比的对数值,它与音质的清晰度有关。各音质指标见表。
.剧场各项音质指标的数值范围
3.观众厅的混响时间控制

天花:为了充分反射声音,前部弧形天花吊顶采用双层12mm厚纸面石膏板材料,乳胶漆面层。后部天花为原建筑顶棚。
墙面:综合考虑装修与控制混响时间要求,防止观众厅内声场分布不均匀,对圆弧型墙面划分区域进行特殊处理。台口两侧墙到耳光部分侧墙采用混凝土刷涂料做法,给观众厅中前区提供重要的早期声反射。整个观众厅装饰面层的木格栅后预留了
500mm厚的空腔,空腔内布置吸声和扩散材料进行声学处理(图56)。观众厅耳光以后一层包厢以下弧形侧墙部分布置随机排列的GRG扩散体,扩散体采用轻钢龙骨外贴纸面石膏板做法;侧墙上部和后墙部分采用和GRG扩散体相同造型的穿孔纸面石膏吸声板做法,穿孔石膏板内填50厚玻璃棉(图3)。扩散板的三角型造型结构稳定不易产生低频共振吸收,穿孔吸声板的后空腔由不同尺寸构成,在全频带有很好的吸声特性。在装饰木格栅后安装一道铜网以掩遮声学痕迹,保证良好的装饰效果(图4)。木格栅和铜网的透空率要求大于85%以上。
为控制舞台空间的混响时间,在墙面
6以下部分采用25厚木丝板,兼有吸收低频和防撞功能。舞台墙面6以上至第一道马道标高12位置,满贴玻璃棉(外包玻璃丝布),外罩钢板罩面(钢板网喷黑漆);顶棚采用T型龙骨600×600离心玻璃棉吸声板吊顶。
观众座椅对控制混响时间有重要作用,设计拟定单个座椅的吸声量
0.6m2/个,待观众厅装修完毕后,座椅安装前需进行中期声学测试,座椅的声学性能必须符合中期测试要求方可安装。

4.观众厅的噪声控制

 (1) 0.6³对于由观众厅外有可能传入大厅的环境噪声,主要依靠隔声处理。对于在休息厅活动的观众噪声干扰,需采取在休息厅和观众厅环廊的吊顶做吸声处理,在观众厅入口处采用声闸和隔声门等,在经过上述处理后可保证达到大厅所允许的噪声水平。吸声吊顶的降噪系数NRC
(2)
对于由空调通风设备传入大厅的机械噪声及气流噪声,需由设备专业按照大厅允许噪声指标要求采用相应措施。送风方式为座椅下送风,风口气流应均匀,流速应小于
0.2m/s,单个风口声功率应小于10dB(A)
(3)
所有灯具必须采用低噪声灯具。
40dB
。隔声门由专业厂家生产。³60dB。与观众厅相连的单层隔声门、窗的隔声量应Rw³(4)观众厅为避免环境噪声干扰,墙体隔声量Rw
(5)
为避免观众厅的座椅在翻动时产生碰撞噪声,应采用缓起立座椅。
三.观众厅计算机模拟分析

在观众厅声学设计中进行了全面地计算机音质模拟分析。本分析采用大型声场模拟软件系统RAYNOISE(它是世界上公认模拟结果最可靠的建声模拟软件之一),其主要功能是对封闭空间或者敞开空间以及半闭空间的各种声学行为加以模拟,它能够较准确地模拟声传播的物理过程。该系统可以广泛应用于剧场、录音室、演播室音质设计和预测。
针对厅堂声场音质,建立与施工图纸精确度相同的三维立体模型(图X),在软件中输入厅堂装修材料声学参数,指定声源位置,通过计算机阵列服务器运算,十分准确的仿真出建声声场分布和音质参数,及时发现声场缺陷。通过模拟分析,调整设计方案,保证观众席声学效果。RAYNOISE可以准确地预测混响时间、声场分布、脉冲声响应等,还可以计算厅堂音质主观评价参数。并根据声学设计要求,对观众厅方案进行声学效果评价,指导设计改进方案。


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