敦煌大剧院的建声设计

宋拥民

【摘 要】 概述敦煌大剧院的建筑概况，重点介绍1 200座大剧场的音质设计思想、技术指标及建声措施，并对观众厅进 行了空满场室内音质计算机模拟分析和1/20声学缩尺模型试验。

【关键词】 敦煌大剧院；大剧场；音质计算机模拟；声学缩尺模型试验；音质评价

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.10.011

【Abstract】An overview on the architectural design of Dunhuang great theater was introduced. The main ideas and acoustic targets of acoustic design on 1 200-seats audience are introduced in detail. Then acoustic simulation analysis was done both in occupied and unoccupied hall. Meanwhile， 1/20 scale-model test of 200-seats audience was done.

【Key Words】great theater； computer acoustic simulation； scale-model test； acoustic evaluation

1 引言

敦煌大剧院位于龙行九洲敦煌丝绸之路国际会展中心广场东北侧，省道314线南侧，背靠鸣沙山，总建筑面积31 200 m2，分地下二层（局部一层）、地上四层，主体建筑高度35 m。敦煌大剧院不仅可以满足《丝路花雨》《大梦敦煌》等大型剧目演出，而且也可以举行1 200人的大型会议。作为2016年9月20日开幕的首届丝绸之路（敦煌）国际文化博览会的演出场馆，2016版《丝路花雨》就在大剧院隆重首演。

敦煌大剧院建筑形式[1]汲取了中国汉代建筑古朴敦厚的造型风格，采用了大坡屋顶、高塔、高台基、墙体、古典窗格、柱梁斗拱等富有中国特色的建筑元素，并采用了现代建筑的造型方法，塑造了端庄的建筑形象。图1所示为敦煌大剧院外景照片及夜景效果图。

2 音质设计难点及重点

大剧院观众厅建筑平面类矩形，舞台大幕线至观众厅最远处33.4 m，观众厅最宽处30.7 m，最高点距地20.1 m。池座24排（不含乐池3排）最大高差5.65 m；楼座7排，最大高差2.42 m，两侧各三个包厢，合计36座。池座后部设有灯控室和音控室，楼座后部设有追光室，池座和楼座均采用钢结构支撑。图2和图3分别为剧场观众厅平面及纵剖面。

2.1 音质设计原则及指标

敦煌大剧院专为丝路文博会打造，主要演出剧目包括《丝路花雨》和《大梦敦煌》。为此，剧院的声光电设计均以《丝路花雨》剧组的要求为基础。在业主和专家顾问的要求下，敦煌大剧院采用德国Vivace电子可调系统来调节剧场的声场条件，以使剧场在满足会议及歌舞演出的基础上，能够兼顾话剧、综艺演出等。观众厅音质设计原则确定为“以扩声演出为主”，所有演出形式均采用扩声系统，而建声设计只需要为扩声系统创造良好的声场环境即可。基于此，建声设计要求做到体型合理、混响略短、廳内无声缺陷及本底噪声足够低等。因此，音质设计将以混响时间RT、清晰度D50及背景噪声级BNL作为最主要的技术指标。

依据剧场规模和容积，并参考相关规范[2]确定大剧场观众厅音质设计目标值如表1所示。

2.2 设计难点及重点

敦煌大剧院从建筑方案设计到交付使用仅有9个月的时间，因此，在设计及施工过程中要求满足进度为第一要义。但作为首届丝绸之路国际文化博览会主表演场，其声音质量也必须保证。为此，敦煌大剧院在设计之初就确定建造成国内继大连国际会议中心之后第二座钢结构剧场。显然，钢结构的采用对隔振提出了非常高的要求。同时，由于敦煌地处西北，风沙漫天，秋冬季节飞扬的砂砾对钢结构屋面的撞击也是需要在做隔声设计时特别考虑的。

由于敦煌大剧院的建造时间远远短于大连国际会议中心，因此，设计师在设计中必须预留一定的施工质量余量，才能保证最终的质量。为此，在确保工期的前提条件下，如何选择设计余量实现最优性价比是各个专业都面临的最大挑战。而对于声学专业而言，此剧场异于其他剧场之处体现在以下几个方面。

（1）固定安装振源的隔振要求

钢结构梁柱本身并不会振动，但是固定安装的机组设备的振动却可以沿着钢结构快速传递出去。由于钢的衰减量很小，机组设备振动在钢结构楼板上的振动较常规混凝土楼板的振动要大。因此，固定安装的设备机组隔振的要求就更高。本剧院±0以下的地下层采用混凝土现浇结构，而地上层采用钢结构，因此，地上层和地下层的设备机组隔振需采用不同的隔振形式，地上层设备机组全部采用弹簧加橡胶浮筑的双隔振措施。

（2）活动振源隔振处理的特别需要

除了机电设备会激发振动外，人员活动也会激发振动，譬如高跟鞋撞击地面、拖拉办公桌椅等。对于钢结构的剧院而言，这些活动所激发的振动也会反过来影响剧场的正常使用。为此，需要对可能激发振动的活动场地以及振源进行必要的隔振处理。在本剧场内，对剧场使用造成振动干扰的活动场地主要包括舞台上方的舞蹈排练厅及观众厅坐席。

对于舞蹈排练厅，人员活动时可能存在跳动，其振动冲击较大，设计采用浮筑楼板隔振方式来隔绝活动时的振动对正下方剧场的影响，具体浮筑构造如图4所示。

对于坐席区，考虑到结构载荷问题，设计简易浮筑构造来隔振，如图5所示。

（3）钢结构梁柱隔振

考虑到隔振系统并不能够完全将振动隔离，因此，尚存在振动沿着钢结构梁柱传递的风险。为此，在钢结构梁与结构柱的连接处也进行相应的隔振处理。首先，所有的钢结构柱采用现浇混凝土包覆；其次，钢结构柱与钢结构梁连接处尽量不采用焊接，而采用带弹性垫的螺栓连接。endprint

（4）钢结构屋面撞击声隔声

因为敦煌的地理位置及其气候条件，在大剧院建造过程中需要考虑屋面撞击声隔声。为此，声学设计在建筑方案设计之初就介入，和建筑设计师一起，结合汉唐风，将敦煌大剧院设计为内外两层表皮。外层结构完全为建筑风格服务，采用钢结构体系。而内部的剧院则尽量与外部结构脱离。平面上，剧院墙体通过各层的公共连梁与外表皮连接，而顶部则完全与外结构脱开。敦煌大剧院近一年的使用实践证明，双层体系构造很好地解决了屋面撞击声隔声的难题。

3 音质设计技术措施

因混响控制的需要，观众厅墙面需要布置比较多的吸声材料，而室内设计师想要墙顶连体的视觉效果。考虑到顶面防火需求，顶面不做任何吸声处理。而侧墙对剧场前中区而言是十分重要的早期声反射面，这些墙面能向池座前区的观众席提供足够的早期反射声能，提高观众位置上听音的空间感。声学要求该部位的墙面尽可能厚实、坚硬，主要起声反射作用，充分利用声能而尽可能减少声吸收。因此，吸声材料首先选择在后墙安装，其次考虑池座部分侧墙。为营造墙顶连体的视觉效果，在耳光室及其前部墙面以上及二层楼座侧墙和顶面全部采用增强纤维预制石膏板（即GRG板），板的面密度实际达到45 kg/m2以上。而池座其他部分墙面及楼座后墙均选择与GRG板颜色相近的木条纹穿孔吸声板。图6为大剧场内景效果图。

为验证声学装修方案的科学性及可靠性，先后采用厅堂音质计算机模拟及声学缩尺模型试验两种辅助设计手段进行验证。

3.1 观众厅音质计算机模拟

在观众厅的音质设计中采用了声场计算机模拟的辅助设计手段，目的是进一步优化平剖面体型、计算音质参量并对声学装修方案作音质预测评价。选用Odeon12.12室内声学模拟软件，它兼有声像法和声线法的功能。图7为计算机模拟中声学模型的效果图，图中颜色深浅代表表面材料吸声性能的优劣。表2和表3分别为剧场观众厅空场及满场条件下各音质参量的模拟结果。

从表3可知，计算机模拟的各个声学参量均在设计要求范围内。这说明观众厅的体形设计、材料选择均是合适的。同时，从测点反射声序列的模拟结果看，厅内反射声组织也比较合理，前50 ms内有足够的反射声。

3.2 声学缩尺模型试验

为进一步检验观众厅的音质效果，制作了1：20的声学缩尺模型。模型的顶面、地面及墙面均采用GRG制作，GRG干燥后在需要吸声处理的侧墙面和后墙面实贴吸声材料。为确保缩尺模型内所使用的声学材料的声学性能与实际厅堂材料的声学性能具有可比性，特意制作了1：20的缩尺混响室。在缩尺混响室内对墙面吸声材料进行吸声测试，并将其换算成实际混响室内的吸声性能，确认所选材料的吸声性能满足实际厅堂的声学要求后才布置在缩尺观众厅内。对于座椅，首先按1：20比例用亚克力制作骨架，再在1：20模型混响室对座椅坐垫及靠背材料进行测试，使座椅的吸声性能符合设计要求。通常，一种材料或构造是很难保证几个频带的吸声性能都符合设计要求的。显然，只要不断更换座椅的材料，是可以进行全频带缩尺模型试验的，但材料遴选的工作量实在太大，为此，本模型试验仅对500 Hz的各声学参量进行测试。图8为大剧场1：20缩尺模型完工后的内景图。

在此缩尺模型内参照相关规范[3]利用高频空气吸收进行缩尺模型试验，并对高频空气吸收进行补偿[4]，模型试验的测试结果如表4所示。反射声序列也是厅堂缩尺模型试验中一个重要的测量项目，为此，在模型纵轴线单侧布置了12个测点，图9所示分别为池座和楼座典型测点的反射声序列图。

对照表3和表4可以看出，缩尺模型试验结果与计算机模拟结果误差在允许范围内；同时，图9也显示出歌剧厅内并不存在声学缺陷，这再次验证了观众厅的体形设计、材料选择均是合理的。

4 现场测试结果

2016年8月23日～26日，设计师按照相关标准[5] [6]的要求对大剧院进行了音质参量的空场测试，结果如表5、表6所示。

由表5可知，剧院空场中频混响时间为1.37 s，与计算机模拟的空场结果完全一致。考虑到满场演出时，乐队和1 200名观众会有一定吸声增量，预计满场中频混响时间为1.1 s～1.2 s之间，完全符合设计要求。剧院D50值达到0.57，说明观众厅内有足够高的语言清晰度。而表6则表明剧场观众厅内实测本底噪声低于NR-25噪声评价曲线。

5 结语

敦煌大剧院作为首届丝绸之路国际文化博览会的主表演场馆，是西北地区乃至全国重要的专业演出场馆之一，承担了敦煌文博会开幕式演出的重任，它可满足现场电视直播和大型歌舞剧、音乐会、戏曲、杂技、话剧、会议等多種活动需求。

自2016年9月19日的《丝路花雨（2016版）》成功首演起，敦煌大剧院先后经历了“一节三季”四个板块文化演出的检验，经过近200场演出，敦煌大剧院的音质效果得到了专家及演出团队的一致认可。2017年9月，中国举行了以“双创促升级、壮大新动能”为主题的2017年全国双创活动，敦煌大剧院工程成功入围双创工程，在上海主会场进行了专题介绍与宣讲。endprint