深圳南山文体中心大剧院的声学设计

杨志刚

（华东建筑设计研究院有限公司章奎生声学设计研究所，上海 200041）

1 工程概述

深圳南山文体中心项目位于深圳市南山区中部，总用地面积达39 586.98 m2，项目包括剧院、体育馆、游泳馆三个相对独立的建筑单体，以及由其与已建成的艺术博物馆及图书馆围合而成的城市广场。该项目由匈牙利Zoboki-Demeter联合建筑设计所和中建国际（深圳）设计顾问有限公司合作设计，邀请了巴黎Federico Cruz Barney- Studio DAP担任国外声学顾问，中方声学顾问则分别邀请了华南理工大学（设计单位聘请）和华东建筑设计研究院有限公司章奎生声学设计研究所（业主单位聘请），舞台机械施工单位是浙江大丰实业股份有限公司。

通过调节观众厅吊顶高度来改变观众厅体积，以达到改变剧院混响时间和其他声学参量的效果，从而让剧院能够满足不同剧目的最佳声学效果，这项技术有一定的难度，造价也比较昂贵，所以实际上采用的并不多, 这项技术在国内还是首次应用。如，巴西圣保罗音乐厅就是通过调节吊顶高度来调节体积的，它是世界上第一个用电机控制上下升降天花板的音乐厅，其天花板由15块可以分别控制的板块组成，这些板块同步升降时可以改变观众厅的总体积，独自升降时可以形成耦合空间，升降范围为15.5 m～22 m，以适应不同演出曲目的要求。还有其他体积可调的剧院则是通过设在观众厅四周的混响室实现的，如美国达拉斯Meyerson交响乐中心、英国伯明翰国际会展中心交响乐大厅瑞士卢塞恩文化和会议中心音乐厅、芬兰拉蒂西贝柳斯会议和音乐厅、美国费城Kimmel演艺中心音乐厅、新加坡滨海艺术中心音乐厅以及苏州文化艺术中心大剧院等。

2 大剧院的功能及建筑概况

深圳南山文体中心大剧院主要承接大型歌剧、舞剧、音乐剧、综艺晚会的演出，并兼顾电声音乐、交响乐、会议和语言类节目的需要，具备承接国际演出团队演出的基本功能和条件。声学设计上，通过调节观众厅吊顶的高度来改变观众厅的体积，调节观众厅侧墙、池座后墙和二层楼座后墙的吸声帘幕来改变观众厅内的吸声量，以达到调节剧院混响时间和其他声学参量的效果，满足不同剧目最佳声学效果的需求。

剧院包括1个1 338座的大剧院和1个356座的小剧院。大剧院观众厅共三层，内景如图1所示，其中观众厅一层设645个座椅，二层设341个座椅，三层设352个座椅。观众厅吊顶由四周的固定吊顶和中间的可升降部分构成，其中可升降部分包括4块可升降吊顶和3块可升降面光桥，通过调节可升降部分的高度来改变观众厅的声学容积，以适用不同演出模式的需要。交响乐演奏时舞台设置声学反射罩，反射罩的宽度为14 m～17.3 m，深度为6.55 m，包络面积较小，只有102 m2，需要乐池升起作为舞台的一部分才能容纳四管制的交响乐队。

大剧院池座长约26.85 m，一层楼座后墙向后延伸约7.35 m，二层楼座后墙向后延伸约12.65 m；观众厅最宽处约26 m，池座的宽度为17.3 m～23.4 m。耳光采用明吊的方式，台口侧墙未设置专门的耳光室；天花设三道面光天桥；一层楼座下开口高度与出挑深度的比值为1:1.3；二层楼座下开口高度与出挑深度的比值为1:1.12。池座观众席和楼座观众席均为全台阶形式，池座固定坐席共15排，第一排标高为-0.89 m，最后一排标高为1.05 m，平均起坡为0.13 m；一层楼座共10排，第一排标高为4.20 m，最后一排标高为7.80 m，平均起坡为0.36 m；二层楼座共10排，第一排标高为11.40 m，最后一排标高为16.35 m，平均起坡为0.495 m；各层观众席末排的视点俯角分别为池座6°，一层楼座16°，二层楼座26°。升降乐池的活动座椅的排距为0.9 m，池座前排座椅为的排距为0.97 m～1.04 m，池座后排和楼座座椅的排距为1.05 m，较为舒适。观众厅侧墙设有四层侧包厢。池座观众席前部设有两块大小不一的升降乐池，可形成大、小两种规模的乐池，乐池总面积约150°。舞台包括主舞台和两个侧舞台，舞台开口为17.4 m×10.4 m；主舞台长29 m，深25 m，高约32.9 m（到梁底）；主舞台面积约725 m2；主舞台一层栅顶标高为25.2 m，二层栅顶标高为28.3 m；三层马道标高分别为11.40 m、15.00 m及20.40 m；舞台上设升降舞台等机械化舞台。剧院主扬声器采用明吊式安装。音控室、灯控室设于一层楼座后墙的中部。大剧院的池座、一层楼座、二层楼座的平面图分别如图2、图3、图4所示。

3 大剧院主要建声设计技术指标

大剧院主要建声设计技术指标和不同使用模式的可调状态由华南理工大学根据业主和专家的意见确定，详见表1和表2。

4 观众厅表面装修用材的声学设计要求

从建声设计角度对观众厅各部位装修用料、配置及构造设计进行说明。

4.1 观众厅地坪及走道

观众厅地坪用料为木地板，将龙骨间隙填实，以避免地板共振吸收低频。

4.2 墙面

观众厅的池座、二层楼座后墙以及一层楼座的栏板，部分使用了厚度为25 mm的织物软包吸声板。其他观众厅的侧墙和后墙均做木装修，构造为7层厚度为5 mm的夹板加上厚度为3.6 mm的木饰面板，厚度共达38.6 mm，面密度约30 kg/m2，且整个观众厅墙面整体呈带状分布的波浪形扩散造型（波的最大深度约300 mm），可以使声音较好地扩散。

表1 大剧院主要建声设计技术指标

表2 不同使用模式的可调状态

4.3 天花

在建筑声学上，天花会起到重要的前次反射声作用，因此，要求在屋架荷载允许的条件下，尽可能采用较为厚重的反射型天花，以避免过多的低频声能被吸收，因此，装饰层采用3层厚度为10 mm的FC板，其面密度为30 kg/m2。

4.4 舞台墙面

舞台空间较大，为了避免其与观众厅空间之间因耦合空间而产生的不利影响，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。因此，在舞台（包括主舞台、侧舞台）一层天桥以下墙面作吸声处理，采用厚度为25 mm的防撞木丝吸声板（刷黑色水性涂料）、75系列轻钢龙骨（内填厚度为50 mm、密度为48 kg/m3的离心玻璃棉板，外包玻璃丝布）以及原有粉刷墙体。

5 建声测试结果

5.1 建声测试仪器系统图及测点布置图

大剧院空场测量在28℃～29℃、69%湿度的室内条件下进行。测量声源选择了无指向性扬声器作点声源，置于舞台台口中心线向内1 m处，高度为距离舞台地面1.5 m，测试系统如图8所示。测点布置如图9～图11所示，其中S为声源点，R为传声器测点，ST为舞台支持度测点。

5.2 主要建声测试结果

建声测试分别在不同演出模式下进行。

（1）交响乐状态下的建声测试包括状态1和状态2两种情况，其中，状态1下吊顶为声学反射罩顶板的延伸，见图12，状态2下观众厅屋顶是高度约为18 m的平吊顶，见图13。空场声学参数的测试结果见表3～表5。

（2）歌舞剧状态的空场声学参量的测试结果见表6。

（3）电声音乐（歌剧模式+吸声帘幕）的空场声学参量的测试结果见表7。

（4）语言类模式有两种状态，分别为状态1（无吸声帘幕）和状态2（有吸声帘幕）。语言类的空场声学参量的测试结果见表8～表10。其中为了避免升降吊顶和二层楼座的闭合不够严密而产生耦合效应，技术人员调整了升降吊顶，使二层楼座尽量闭合，设为状态1-2，其测量数据见表9。

表3 交响乐状态1空场声学参量的测试数据

表4 交响乐状态2空场声学参量的测试数据

5.3 主要建声测试结果分析

5.3.1 交响乐状态

表5 交响乐状态1和状态2舞台支持度ST1的测试数据

表6 歌舞剧状态空场声学参量的测试数据

表7 电声音乐状态空场声学参量的测试数据

表8 语言类状态1-1（无吸声帘幕）空场声学参量的测试数据

表9 语言类状态1-2（无吸声帘幕）空场声学参量的测试数据

由于实测交响乐状态的混响时间比设计要求的偏短，测试人员建议将吊顶的标高调整到如图13所示的状态2，可调吊顶的平均高度约18 m。这也是因为借鉴世界上著名音乐厅的经验，如维也纳金色大厅为17.4 m，荷兰阿姆斯特丹音乐厅为17.1 m，美国波士顿交响乐厅为18.6 m，德国柏林音乐厅为17.7 m等。测试结果与设计要求逐一比较分析如下：

表10 语言类状态2（有吸声帘幕）空场声学参量的测试数据

（1）混响时间RT（1.9 s±0.1s）：调整吊顶标高后，中频空场混响时间RT由1.86 s提高到1.97 s，约提高0.1 s。根据以往的测试经验，空场和满场的混响时间相差约0.3 s左右，因此，估计满场混响时间约为1.7 s，与设计的中频满场混响时间 RT 1.9 s±0.1 s接近。事实上，测试人员已经建议将后墙和楼座挑台栏板上的织物软包吸声板去掉，改为带状波浪形扩散造型，这样混响时间也会适当提高，从而满足设计要求。

（2）低音比 BR（1.0～1.3）：状态1和状态2的BR分别为0.92和0.90，都比设计要求偏小，这主要是因为国内声学反射罩多采用铝蜂窝板或纸蜂窝板（美国温格尔），表面为木饰面或三聚氰胺贴面，这样做是为了减轻反射板的重量，以避免移动时对舞台地板造成损害。但是，由于反射板的重量较轻，所以低频吸收较大，低音比小于1。这也是剧院（加声学反射罩）演出交响乐和专业音乐厅的最大区别，即低频力度不够。因此，测试人员建议声学反射罩应既考虑重量也兼顾声学的要求，建议在铝蜂窝板的表面贴2层厚度为9 mm的胶合板（表面做木饰面），适当增加反射板的面密度，尽可能减少低频的吸收。

（3）强度指数G（≥2）：提高吊顶标高后中频力度Gmid和低频力度G125分别从3.83和3.05下降到1.26和1.08，强度指数G反而不符合设计要求。这是因为观众厅体积增大，声能密度就会降低，强度指数G自然也会降低。将后墙和楼座挑台栏板上的织物软包吸声板去掉后强度指数G会相应提高。

（4）明晰度 C80（-2～2）：状态1和状态2的C80分别为0.12和1.34，均符合设计要求。

（5）侧向反射效率LF（0.2～0.3）：状态1各个频率的LF值均符合设计要求，而状态2的低频LF略低于0.2。

（6）舞台支持ST1：从状态1和状态2的4个测点的测试数据可以看出，没有声学反声罩的2个测点ST-3和ST-4明显降低，舞台支持度（即指挥与演奏人员、演奏人员与演奏人员之间的相互听闻）变差。这主要是由于上部吊顶高度从约12 m上升到17 m，来自顶部的支持变差的缘故。

综合分析，状态1应该更适合交响乐演出，尽管其混响时间可能略低了一些。在剧院中演奏交响乐，混响时间略低是正常的，毕竟剧院还是以演出歌舞剧为主。总的来说，相对于大部分大剧院（非专业音乐厅），本剧院演出交响乐声学效果较为满意。

5.3.2 歌舞剧状态

测试结果与设计要求逐一比较分析如下：

（1）混响时间RT（1.6±0.1s）：实测中频空场混响时间RT为1.64 s。根据以往的测试经验，空满场的混响时间相差约0.2 s左右，因此，估计满场混响时间约为1.44 s，与设计的中频满场混响时间 RT 1.6 s±0.1 s接近。预计将后墙和楼座挑台栏板上织物软包吸声板改为带状波浪形扩散造型后混响时间将会完全满足设计要求。

（2）低音比 BR（1.0～1.2）：实测低音比BR为1.3，比设计要求偏高一点。这主要是考虑到交响乐演奏状态声学反声罩会对低频吸收过多，因此，声学装修设计时要求木装修面密度为30 kg/m2（厚度约为38 mm），尽量减少低频吸收的缘故。

（3）强度指数G（≥0）：各个频率的强度指数均大于0，完全符合设计要求。

（4）明晰度 C80（≥2）：除低频125 Hz外各个频率的强度指数均大于2，符合设计要求。

5.3.3 电声音乐状态（歌剧模式+吸声帘幕）

实测中频空场混响时间RT为1.36 s。根据以往的测试经验，空满场的混响时间相差约0.1 s左右，因此估计满场混响时间约为1.26 s，与设计的中频满场混响时间RT 1.2 s±0.1 s相符合。

5.3.4 语言类状态

（1）语言类两种状态（有、无吸声帘幕），实测中频空场混响时间RT分别为1.48 s和1.35 s。根据以往的测试经验，空满场的混响时间相差约0.1 s左右，因此，估计满场混响时间分别约为1.38 s和1.25 s，与设计的中频满场混响时间 RT 1.3 s±0.1s相符合。

（2）低音比 BR（1.0～1.2）：语言类两种状态实测低音比 BR分别为1.49和1.68，比设计要求的明显偏大，这可能会对扩声系统的调试带来一定的困难。

（3）强度指数G（≥2）：语言类状态1的强度指数均大于2，完全符合设计要求。语言类状态2由于增加了吸声面积，有些频率小于2也正常。

（4）清晰度 D50（≥0.45）：语言类两种状态除低频125 Hz外各个频率的强度指数均大于0.45，符合设计要求，这也说明低频125 Hz的混响时间偏长。

（5）由于耦合空间的开口并不大，并且耦合空间内的吸声量比较大（352个座椅），混响时间比较短，根据实测结果可以看出，各项声学指标基本一致。

6 总结

（1）与专业音乐厅相比，在大剧院（加声学反声罩）演奏交响乐的声学效果还具有一定的差距，至少在低频混响和低频力度方面会有一定的损失。为了减少影响，声学设计上要求声学反声罩（对舞台地面磨损较小的前提下）的反射板不能太轻，建议在铝蜂窝板的表面贴2层厚度为9 mm的胶合板（表面做木饰面），适当增加反射板的面密度，尽可能减少低频的吸收。

（2）混响时间并不是交响乐或歌舞剧演出的惟一指标，在调整混响时间这一指标时，需要同时兼顾其他声学指标（如声场力度）。如交响乐状态下，调整观众厅的体积，增加了混响时间，而声场力度却又降低，偏离了设计要求。

（3）当声学反声罩包络面积较小、需要利用伸出舞台时，伸出舞台上部的吊顶不能太高（可控制在离舞台13 m～14 m的高度），否则会影响舞台支持度。

（4）大剧院低频125 Hz混响时间在交响乐状态1、交响乐状态2、歌舞剧状态、电声音乐状态（歌剧模式+吸声帘幕）、语言类状态1、语言类状态2下分别为1.70、1.78、2.38、2.43、2.43、2.46，可以看出，除了交响乐

[1]孟子厚. 用耦合空间来调节声学特性的音乐厅[J]. 艺术科技，2004（4）.

[2]LEO BERANEK. CONCERT HALLS AND OPERA HOUSES (Second Edition).状态下由于声学反声罩的吸收低频混响较低，其他状态下体积变化对低频125 Hz的混响影响并不大（小于0.1 s），甚至连吸声帘幕也对低频125 Hz的混响也没什么影响，这很不正常。经过分析，测试人员认为有两点原因：根据赛宾公式，混响时间和体积是正比关系，体积减少，各个频率的混响时间都会减小，不可能只减小中高频，而不减小低频；为了增加对低频的吸收，所选择的吸声帘幕为由专用吸声布制作的风琴式吸声帘幕（自带空腔），其125 Hz频率下的吸声系数能达到0.5。