上海文化广场音乐剧院的建声设计

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）

1 工程概述

上海文化广场音乐剧院于2006年9月开始改建，2011年9月投入使用。工程占地约47000 m2，绿化面积26000 m2，是目前世界上最大、最深、座位最多的地下剧院，最深处达22 m。这是国内第一家以演出音乐剧为主的专业剧院，其他时尚及经典舞台艺术为辅，努力成为上海音乐剧产业的孵化和培育基地是该剧院的目标。

该剧院不仅是上海近代政治文化的缩影，更是上海百年社会发展史的缩影。解放前，这里是上海法租界著名的逸园跑狗场。1952年，时任上海市长的陈毅将其命名为文化广场。此后，为迎接亚太区域和平会议的召开，这里建成了拥有15000个座位的大看台。1969年12月，文化广场失火，1970年复建。后又几经变迁，演变成为目前的音乐剧院。

该剧院由上海现代建筑设计集团旗下华建建筑设计院与美国BBB建筑事务所合作承担建筑设计，大堂和观众厅的室内设计方案由美国著名设计公司STUDIOS Architecture 和Team 7 International联手完成。

新建成的剧院宛若一只舒展巨翅的白色凤凰栖息在绿茵上。它的奇特之处在于不是“平地而起”，而是“向下造房”，基础最深达24.3 m。工程总建筑面积为65000 m2，其中7 823 m2为地上三层；57000 m2则位于地下，为地下五层。设计中采用了大量动感曲线，用流线型的造型和凤凰羽毛装饰图案来烘托建筑造型。剧院门厅的中央，造型新颖的透明“艺术之树”顶天立地，为地下各层空间洒下一抹阳光。大厅正面巨幅玻璃画出自著名旅美画家丁绍光之手，是目前世界上最大的彩色玻璃画作。屋顶则设计得错落有致。图1、图2为剧院门厅和观众厅内景。

2 剧院的功能及建筑概况

2.1 使用功能

剧院主要用于大型百老汇音乐剧、大型戏剧及大型歌剧演出，声场以扩声系统为主，建声为辅。

2.2 容座

观众厅容座为1 887座。其中池座1 247座（乐池如升起作为观众厅的一部分可布置55座）；一层楼座188座（含侧包厢36座）；二层楼座452座（含侧包厢28座）。图3!图5分别为池座和一、二层楼座平面图，图6为剖面图。

2.3 建筑概况

观众厅建筑平面近似马蹄形；舞台开口：20 m × 11.5 m，舞台面比池座第一排高0.95 m；厅内建筑尺寸：舞台台口至池座后墙最大水平距离为32 m；最大宽度：35 m；平均高度：约15.3 m。

台口侧墙设两道耳光；天花设两道面光天桥，一道追光。观众席后部设两层挑台，侧墙设两层侧包厢。二层挑台开口高深比：4.1∶6.3=1∶1.54，基本符合规范要求的≥1∶1.5。三层挑台开口高深比：2.8∶3.7=1∶1.32，符合规范要求的≥1∶1.5。

图5 二层楼座平面图

池座观众席为全台阶形式，共23排，第一排标高为-12.95 m，最后一排标高为-7.50 m，前后高差（总起坡）为5.45 m，平均起坡为0.25 m；一层楼座（贵宾包厢）共3排，第一排标高为-4.55 m，最后一排标高为-3.499 m，前后高差（总起坡）为1.05 m，平均起坡为0.5 m； 二层楼座共4排，第一排标高为-0.560 m，最后一排标高为3.992 m，前后高差（总起坡）为4.552 m，平均起坡为0.65 m。各层观众席末排的视点俯角：池座为12º，一层挑台为22º，二层挑台为32º。观众席前部设升降乐池，开口面积为68 m2。

舞台包括主舞台、2个侧舞台和后舞台。主舞台尺寸：长35 m，深21.6 m，高28.8 m；左右侧舞台尺寸：长19 m，深21.6 m，高13.5 m；后舞台尺寸：长24.4 m， 深18.6 m，高13 m。主舞台栅顶标高为16.8 m；三层灯光渡桥标高分别为：1.0 m、5.5 m及10.0 m；舞台设升降舞台及旋转车台等舞台机械。声控室、灯控室设于池座后墙的中部。

3 剧院主要建声设计技术指标

（1）中频满场混响时间RT： 1.3 s ± 0.1 s，频率特性如表1所示；

（2）明晰度C80：在1dB～3 dB之间；

表1 混响时间频率特性

图6 剖面图

（3）侧向反射系数LF：在0.15～0.35之间；

（4）声场力度G：-1 dB～2 dB；

（5）本底噪声：NR ≤ 20曲线。

4 观众厅表面装修用材的声学设计要求

在观众厅的声学装修设计中，中高频吸声材料主要配置在走道上。而低频吸声则主要借助于大天花吊顶、挑台天花吊顶及侧墙面等处不同材质及厚度的板共振起到的吸声作用。对观众厅各部位用料、配置及构造的声学设计要求如下：

（1）观众厅内地坪及走道

观众厅内地坪用料可由建筑师及室内设计师根据装修标准、清洁要求及经济等因素确定，声学设计仅要求地板面料为贴实材料，如用木地板，龙骨间隙应填实，以避免地板共振吸收低频。最后确定地面采用石材，便于清洁；观众厅内走道部位铺设地毯，以防滑并避免脚步走动噪声。

（2）后墙面

经过音质计算，观众厅内后墙除门及观察窗外，均可不做吸声处理，但为了防止回声，需做声扩散处理。最后确定采用四棱锥的声扩散体，具体做法为双层12 mm厚膏板衬里加木饰面层，面密度约为30 kg/m2。

（3）侧墙面

中后部侧墙面均做硬的反射面，装修面层的面密度≥30 kg/m2，以避免对低频声能的吸收。最后做法为：木饰面板、玻璃和预铸式玻璃纤维增强石膏板（GRG），面密度均为30 kg/m2。

（4）天花

天花在建声上会起到重要的前次反射声作用，因此，建声设计要求在屋架荷载允许的条件下，尽可能采用较厚重的反射型天花，以避免过多的低频声能被吸收。最后采用GRG（面密度为40 kg/m2）吊顶。

（5）挑台栏板

挑台栏板是厅内容易在前区造成回声的部位，建筑及室内设计中都应予以注意。该剧院的挑台为下倾式弧形或栏板结合表面装饰进行局部扩散处理，以有利于扩散声波，不至于产生回声。

图7 计算机模型内视图（歌剧条件）

图8 计算机三维声学模型图（歌剧条件）

图9 计算机模拟结果彩色网格图（歌剧条件）

表2 声学参量模拟结果汇总表

（6）舞台墙面

舞台包括1个主舞台、2个侧舞台和1个后舞台，空间体积比较大，远超过了剧院观众厅体积。为了避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，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。所以在舞台（包括主舞台、侧舞台及后舞台）一层天桥以下墙面做吸声处理。具体做法为：3 m以下部分，在原有粉刷墙体基础上，使用75系列轻钢龙骨，安装25 mm厚防撞木丝吸声板（空腔，刷黑色水性涂料）；3 m以上部分，在原有粉刷墙体基础上，使用75系列轻钢龙骨，安装5 mm厚的穿孔吸声板（穿孔率20%），内填由玻璃丝布包裹的50 mm厚48 kg/m3离心玻璃棉板。

5 计算机模拟分析

计算机声学模拟分析采用的软件为丹麦技术大学编制的ODEON 9.2建声模拟软件，是世界上公认模拟结果最可靠的建声模拟软件之一。

1950—1970年，中南佛州工程共实施了20年。该项工程主要包括五项内容：一是河道整治，二是胡佛坝的加固与加高，三是修建了多个地表存水区，四是大范围修建防护堤，五是建设排水渠网及入海处防止海水入侵结构物。共修建了1 700 km运河、约1 200 km堤坝、200座控水建筑物、15座主要泵站等。

（1）观众厅的三维模型

图7为计算机模型内视图。根据剧院的平剖面图建立观众厅的三维声学模型，共有1 005个包络面围成，见图8、图9。

（2）观众席主要声学参量的示意图

图9中的A、B、C、D分别为T30、C80、G及LF四个声学参量的模拟分析结果图。

（3）声学参量模拟结果汇总见表2（满场状态）

6 建声测试结果

6.1 主要建声测试结果

建声测试仪器系统图见图10。空场主要建声测试结果见表3和表4。

表3 观众厅空场主要建声测试结果

表4 本底噪声测试结果

图10 建声测试仪器系统图

图11 本底噪声频率曲线图

6.2 主要建声测试结果分析

图11为本底噪声频率曲线图，据此分析可得：

（1）混响时间是剧院建声设计中最重要的音质评价指标，从混响时间（空场）测量数据可以得出，剧院空场18点平均中频（500 Hz～1000 Hz）混响时间为1.54 s。混响特性为低频有一定提升（低音比BR值为1.06），除4 kHz有明显下降外，中高频特性基本平直。预计满场中频（500 Hz～1000 Hz）混响时间将为1.3 s左右，混响特性曲线的低频也会有一定的提升。符合剧场声学设计规范和该音乐剧院的声学设计预期要求。

（2）清晰度D50参数主要用于评价观众厅内的语言清晰度，测得本剧院观众厅内中高频（500 Hz～4 kHz）平均D50值达到0.56，表明本观众厅内清晰度有一定的保障。

（3）从明晰度C80值实测结果分析可见，观众厅的C80(3)平均值为2.83 dB，符合歌剧推荐的1.0～3.0的要求。

（4）中频声场力度的平均值Gmid为-0.82，符合歌剧推荐的-1.0～2.0的要求。

（5）本次现场测量利用先进的可调指向性测试话筒对音乐厅进行了侧向反射声系数LF值的测量，结果表明全频LF值达0.15～0.27，中频平均达0.20。表明剧院观众厅的建筑声学平剖面体形设计和室内装修设计对观众厅的声反射和声扩散都取得了应有的效果。

（6）剧院观众厅内空调开时实测本底噪声为41 dB（A）～48 dB（A），未能达到噪声评价NR-25曲线要求。从现场听觉表明，本底噪声偏离的原因可能是因台上灯光设备的电磁噪声或其他舞台设备散热风扇噪声所致，经剧院舞台技术部门检查后，已予以消除。

通过对剧院的建声测量和分析，总体表明该剧院观众厅内混响时间适当，混响特性良好，声场分布均匀，观众厅有足够的听音清晰度和一定的丰满度，表明建声设计达到了预期的音质要求。总体音质效果可达到国内外同类剧院的先进水平。