厦门国际会议中心音乐厅的建声设计与音质评价

杨志刚，章奎生

（上海现代建筑设计（集团）有限公司 章奎生声学设计研究所，上海 200041）

厦门国际会议中心音乐厅的建声设计与音质评价

杨志刚，章奎生

（上海现代建筑设计（集团）有限公司 章奎生声学设计研究所，上海 200041）

概述厦门国际会议中心音乐厅的工程，介绍该厅的建筑概况、主要建声设计技术指标、计算机模拟分析以及建声测试结果和音质评价等。

音质指标；音质设计；声扩散；噪声控制；计算机声场模拟；音质缩尺模型试验

1 工程概述

厦门国际会议中心是厦门市东部城市副中心的新标志，地处厦门岛的南半部分思明区的东端，南临会展中心，北接国际游艇码头；与金门岛隔海相望，直线距离仅4.6 km。总建筑面积140 000 m2，功能包括会议中心、五星级酒店、音乐厅等三部分。厦门国际会议中心音乐厅外形为椭球形，外表面幕墙采用了双曲面玻璃幕墙及蜂窝铝板。音乐厅建筑和室内方案设计单位为日本设计株式会社，建筑施工图设计单位为上海现代建筑设计集团上海建筑设计研究院有限公司，建声设计单位为上海现代建筑设计集团章奎生声学设计研究所。图1为厦门国际会议中心音乐厅夜景图。

图1 厦门国际会议中心音乐厅夜景图

2 音乐厅建筑概况

音乐厅的使用功能为专业音乐厅，以室内乐演出为主，兼顾小型交响音乐会及合唱演出。该观众厅总容座为768座，其中池座561座，两侧升起包厢78座，后部楼座129座。音乐厅的总体积约为11 000 m3，单座容积约为14m3/人。

观众厅的建筑平面呈椭圆形，前部尽端式演奏台平面呈扇形，宽12 m ～ 22 m，深度为11.66 m。演奏台面比池座第一排地面高0.6 m。演奏后墙至池座后墙水平距离40 m；观众厅最大宽度27 m。池座观众席为全台阶起坡升起形式，共21排，前后高差（总起坡）为5.3 m，平均起坡为0.265 m；4个圆弧形侧包厢各设2排观众席，前后高差（总起坡）为0.3 m，平均起坡为0.3 m；楼座共4排观众席，前后高差（总起坡）为1.365 m，平均起坡为0.455 m； 池座、楼座和侧包厢观众席末排的视点俯角分别为12°、21°和24°；挑台开口高深比为4:5.3 = 1:1.3；音控室、灯控室设于池座后墙的中部。图2、图3为音乐厅的平、剖面图。演奏台的折线形后墙、展斜形两侧墙及弧形的前部吊顶构成了音乐反射罩的形式。

图2 音乐厅平面图

图3 音乐厅剖面图

3 音乐厅主要音质指标

根据音乐厅的容座规模、单座容积及使用功能，建声设计确定的主要音质指标如表1所示。

4 建声设计措施

在确保音乐厅内的音质指标达到设计预期要求方面，除了平剖面体形起到较为重要的先天作用，观众厅内各个界面的材料选择、构造做法以及座椅的吸声性能也与音乐厅的音质密切相关。具体建声设计目标要求和技术措施如下：

（1）合理控制混响时间，并有足够的低音比

观众厅地坪采用木地板弹性实贴的方法，木地板和混凝土楼板之间不设木龙骨，即声学要求不能有空腔。具体做法：砂浆找平层＋底涂专用胶＋专用弹性粘接胶＋泡沫垫＋专用弹性粘接胶＋木地板。

建声设计要求演奏台斜侧墙、后墙和观众厅下部侧墙的声扩散体后部不能有空腔，具体做法为扩散体后部的空腔用细石混凝土捣实，装饰面层为18厘夹板贴实木皮，用专用胶粘贴在混凝土上。

观众厅上部侧墙和吊顶均为GRG板，声学要求GRG的面密度为50 kg/m2。

（2）使墙面和顶面均具有高扩散性

具体表现在：中部顶面前后共由4块大的弧形板构成，且弧形板表面有微扩散处理，两边的吊顶均向下倾斜形并呈弧形，以利声音向厅内中部扩散反射；演奏台周围侧墙均安装深度为50 mm ～ 300 mm不等的折线形声扩散体；观众厅的下部侧墙由大弧形墙面构成且墙的表面又布置深度为50 mm的锯齿形扩散体，上部GRG侧墙由大锯齿形墙面构成且墙的表面有波浪形微扩散处理；观众厅的后墙采用散射系数较大的QRD扩散体；挑台栏板的表面做50 mm深度的锯齿形扩散体，除了演奏台的后墙和挑台栏板，其余墙面和顶面没有布置任何吸声材料。图4、图5为音乐厅内景照片。

表1 音乐厅主要建声设计指标

（3）噪声控制

合理设计音乐厅的总体建筑布局，让设备机房尽量远离声学用房；音乐厅墙体采用双墙，出入音乐厅的门均为声闸，以有效隔绝外界噪声；音乐厅内所有空调管道均进行最不利风管条件计算，合理配置消声器和减振器，严格控制风管和风口的气流速度，以降低气流噪声，并强调选用低噪声设备。

5 声学采用的技术手段

为了确保音乐厅的音质效果达到预期的设计目标，本音乐厅的音质设计采用了混响控制计算、计算机声场模拟分析和缩尺模型音质试验等3种设计技术手段，相互验证，取长补短，使音质设计更具科学性，音质效果也更有可靠性。

5.1 混响控制计算

混响控制计算是厅堂音质设计的主要环节，其目的是要达到设计预定的厅内混响时间及其频率特性的目标值。其关键是如何设计选定厅内声学材料、构造及配置位置和面积，特别是正确合理地确定厅内各个表面的吸声系数取值。混响时间的控制计算采用的公式为Eyring公式：

计算表明本音乐厅的混响时间及其频率特性可以达到设计预定的指标。

5.2 计算机声场模拟分析

计算机声场模拟分析既可验证体型设计，更可预测各项音质参量。目前，厅堂音质的计算机模拟软件已经较为成熟，广泛地应用于厅堂音质设计、音质评价、声场特性研究等领域。与实物模型（缩尺模型）相比，它克服了模型制作和测试中的困难，而且它的模型的建立和修改快捷，大大地节约了时间和费用。特别是在最近十几年，计算机声场模拟分析已经成为厅堂良好音质设计中重要的辅助设计技术。声场的计算机模拟是通过建立实际厅堂的数学模型，然后按几何声学法则来模拟声波在厅堂内的传播规律。本项目采用的声学模拟软件ODEON 9.2兼有声像法和声线法的功能，并可采用Lambert散射算法，使模拟的过程愈加逼真，计算的结果也更加接近实测值。图6为音乐厅计算机模型内景图，图7 ～ 图11为5个声学参量的模拟结果图。

图7 混响时间T30的模拟结果图

图4 音乐厅内景照片一

图5 音乐厅内景照片二

图6 音乐厅计算机模型内景图

图8 早期衰变时间EDT的模拟结果图

图9 明晰度C80的模拟结果图

图10 侧向反射声能比LF的模拟结果图

图11 响度G的模拟结果图

5.3 缩尺音质模型试验

本音乐厅缩尺模型试验由华南理工大学建筑技术研究所完成，模型按照1:10的缩尺比例制作。整个模型的外框用5 mm厚夹板封闭，表面抹灰打磨喷漆。音乐厅内墙面用8 mm厚夹板制作，表面抹灰打磨喷漆。音乐厅后墙的QRD扩散体用2 mm ABS板制作，表面喷漆。舞台反射板用3 mm ABS板，表面喷漆。音乐厅吊顶用5 mm安迪板制作，表面喷漆。缩尺模型内景照片见图12、图13。缩尺模型试验结果表明，音乐厅无明显音质缺陷。

6 竣工后的音质检测

2009年7月，厦门国际会议中心音乐厅竣工后，章奎生声学设计研究所和华南理工大学建筑技术研究所先后分别进行了空场和满场条件下的建声测试，两个单位的实测数据基本一致，测试仪器和软件均为B&K系列产品，表明测试结果正确可靠，现以章奎生声学设计研究所测试数据为参考进行分析。

图12 缩尺模型内景照一

图13 缩尺模型内景照二

表2 混响时间（满场）测量数据

参照美国声学专家白瑞纳克著作《音乐厅和歌剧院》中关于音乐厅的客观评价方法，对厦门国际会议中心音乐厅的EDT、（1-IACCE3）、Gmid、tI、BR、SDI等6个互不相关的声学参数进行结果汇总，并与世界上音质评价等级为A+和A的音乐厅进行比较，具体结果如下：

6.1 混响感

有3个参量混响时间RT、早期衰变时间EDT和明晰度C80与人的混响感相关，但EDT相关性更好。

混响时间RT是音乐厅声学设计中最重要的音质评价指标，世界上评价等级为A+和A音乐厅的中频满场混响时间平均值为2.0 s，混响时间的优选值为1.8 s ～ 2.0 s。从厦门国际会议中心音乐厅混响时间（满场）测量数据可以得出，中频500 Hz和1 000 Hz的平均混响时间为2.04 s（预计整改后满场中频混响时间约为1.95 s），如表2所示。改造前满场混响特性曲线为：低频有足够提升，中高频基本平直，符合设计预期要求。EDT的优选值为2.0 s ～ 2.3 s，厦门国际会议中心音乐厅的空场实测中频EDT为2.34。明晰度C80（3）的优选值为-1 ～ -4之间，从厦门国际会议中心音乐厅12个测点的实测C80的平均值计算可得C80（3）为-1.74。

6.2 空间感

空间感即视在声源宽度ASW，有2个参量LFE4和（1-IACCE3）与空间感有关，但（1-IACCE3）可靠性大。世界上评价等级为A+和A音乐厅的LFE4值范围为0.17 ～ 0.23，（1-IACCE3）值范围为0.62 ～ 0.71。厦门国际会议中心音乐厅的LFE4实测值为0.30，计算得到（1-IACCE3）为0.72。

6.3 响度

响度以中频声场力度Gmid表示。Gmid的优选值为4 dB ～5.5 dB，厦门国际会议中心音乐厅的空场实测Gmid值为5.45 dB。

6.4 亲切感

亲切感以初始时延间隙tI表示。音乐厅中央位置的tI优选值为≤20 ms，厦门国际会议中心音乐厅的中央位置（测点5）实测tI值为23 ms，略大于20 ms，预计演奏台顶部安装好声反射板后，应会符合优选值的要求。

6.5 温暖感（丰满感）

温暖感用低音比BR来表示。对混响时间较长的厅堂优选值为1.1 ～ 1.25，厦门国际会议中心音乐厅满场BR为1.15。

6.6 表面扩散因子SDI

厦门国际会议中心音乐厅的墙面和顶面均具有高扩散性，因此，SDI值接近于1.0。SDI的最佳值为1.0，世界上评价等级为A+和A音乐厅的SDI的范围为0.8 ～ 1.0。

6.7 其他声学参量

观众厅内空调正常运转时实测本底噪声为30 dB（A），符合噪声评价曲线NR-20曲线。

音乐厅内池座和2个楼座共58个测点各频率的平均声场不均匀度均≤±2.9 dB。音乐厅声闸的一道隔声门计权隔声量为37 dB（A），双道隔声门计权隔声量为58 dB（A）。

以上厦门国际会议中心音乐厅的现场客观测量结果表明不仅全部达到了建声设计预定的各项音质指标，而且与国际上公认的几个音质效果最佳达到A+级著名音乐厅的音质指标十分接近。与各音乐厅数据对比见表3，空调运转时观众厅噪声测试数据见表4。

表3 与著名音乐厅音质指标对比

表4 空调运转时观众厅噪声测试

7 主观音质评价

2009年8月底，业主邀请国内著名建声专家、录音师、指挥家和作曲家等，在厦门国际会议中心音乐厅听了两场音乐会并对音质效果作了主观听音评价。听音者认为厅内混响适当，有较好的温暖感、亲切感和空间感，响度适中，厅内本底噪声足够低，声场分布均匀；但也有人认为混响时间偏长，清晰度有些影响；总体评价本音乐厅的音质效果达到优良水平。

2009年10月，章奎生声学设计研究所又对音乐厅做了一些局部改进，具体措施为：在演奏台后墙局部、均匀增加安装织物软包棱锥形装饰吸声体；二楼挑台中段栏板局部加做吸声和扩散处理；空场排练时每2 ～ 3排座椅加盖一层吸声布。改进后满场混响时间由2 s缩短到1.95 s左右，减少了局部挑台栏板的不利声反射，减少排练和演出时的混响差别。

2009年9月7日，荷兰海牙爱乐乐团在厦门国际会议中心音乐厅进行了一场演出，钢琴师认为不管是排练和演出声音都很清晰、但又不觉得干涩。同年12月31日晚，“中国2010新年音乐会”在厦门国际会议中心音乐厅隆重举行。音乐会由中国爱乐乐团演奏，并特邀众多名家和内蒙五彩呼伦贝尔少年合唱团参与演出。杰出的中国指挥家之一、现任中国爱乐乐团艺术总监和首席指挥余隆演出后认为音乐厅音质效果很好。首席大提琴家赵云鹏认为清晰度很好，但又不干涩，包围感很好，声音亲切、生动，声音效果达到国内一流水平。中国爱乐乐团的许多演奏人员认为该音乐厅的声音效果很好。

如今厦门国际会议中心音乐厅已成为厦门爱乐乐团的驻团音乐厅，将为厦门人民带来更多优美动听的音乐演出盛会，成为厦门市的一个崭新而灿烂的文化亮点。

（编辑 潘 浪）

The Construction Audio Design and Sound Quality Evaluation for Musical Hall of Xiamen International Conference Centre

YANG Zhi-gang，ZHANG Kui-sheng
(Zhang kui-sheng Acoustic Design and Research Studio, Shanghai Xian Dai Architectural Design (Group) Co. Ltd., Shanghai 200041, China)

A bird's-eye view of building for Musical hall of Amoy International Conference Centre was got from the aspects of general situation of construction, technique parameters of audio design, numerical simulation analysis, testing result,sound quality and the like.

sound quality index; audio design; sound spread; noise control; numerical simulation for sound fi eld; testing of scale model on room acoustic design

10.3969/j.issn.1674-8239.2011.1.008