大中型报告厅的建筑声学改造技术研究

谢辉，吴会飞，邓智骁



大中型报告厅的建筑声学改造技术研究

谢辉1,2，吴会飞1,2，邓智骁1,2

(1. 重庆大学建筑城规学院，重庆 400045；2. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

对大中型报告厅的室内音质缺陷和相应声学改造原则进行了初步分析和探讨。通过对工程实践的总结，得出了6种适用于大中型报告厅声学改造的技术措施，确保了在声学改造时，既不降低原有的室内美学品质，又满足室内声学的要求。同时，部分声学改造技术已应用在重庆市渝州宾馆中华厅的声学改造实例中，改造后的混响时间、声场不均匀度均得到了明显改善，良好的声学效果也表明了该技术措施的适用性。

大中型报告厅；建筑声学；声学改造

0 引言

报告厅是会议报告、学术讲座、演讲等的主要场所，其规模按座位数分为小型(300座以下)、中型(300～500座)和大型(500座以上)[1]。其中300座以上的大中型报告厅面积较大，承担的报告和会议的规格与级别较高，对室内物理环境尤其是声环境的要求也相对严格。为了确保声音能清晰准确地传递给听众，提高报告或会议的交流效率，需要对未满足声学要求的大中型报告厅进行声学改造，使之达到预期的音质效果。针对报告厅等语言类建筑的声学理论研究集中在提高语言清晰度方面，如查学琴等[2]提出频率从63 Hz开始处理语言用途建筑室内的低频混响时间，其频率特性的下降有利于提高可懂度。H. Drotleff等[3]提出语言类建筑室内混响时间及其频率特性的要求，包括了较为平直的混响时间频率特性，合适的中频混响时间以及较低上升的低频混响时间。H. V. Fuchs等[4]提出已建成建筑的声学改造措施，即在室内墙面和吊顶边缘安装宽频带吸声构造来满足其声学要求。

目前厅堂音质的理论研究和工程实践多关注歌剧院、音乐厅、录音室等对音质要求较高的场所，对于报告厅往往欠缺建筑声学方面的考虑。大中型报告厅室内设计多偏重于视觉感官体验而忽略听觉，导致部分报告厅室内混响时间过长、声场不均匀度较高，甚至存在回声、颤动回声等声缺陷，造成语言的清晰度和可懂度较低，无法满足使用功能的要求而不得不进行室内声学改造。本文从工程实践的角度出发，对大中型报告厅室内音质缺陷的原因进行初步分析；在保证其室内装修风格基本一致的前提下，提出声学改造的基本原则；并对适用于大中型报告厅的声学改造技术措施进行了探讨。在实际项目中，应根据具体工程的不同情况选用最恰当的改造措施，保证声学改造的科学性和有效性，使之既达到报告厅的室内声学要求，又能够在最大程度上维持其室内装修原貌，缩短改造工程周期、节省人力物力。

1 大中型报告厅的声学改造原则和技术措施

良好的听觉体验是构成空间使用品质的核心要素。大中型报告厅按1.2 人·m-2计算，其建筑面积一般在360 m2以上，同时一些报告厅地面起坡较大，空间高度较高。较大的室内空间，加之在体型设计、声学材料的选择、声学构造的实现以及施工工艺细节的优化等方面缺乏专业指导和严格控制，导致部分大中型报告厅未达到设计规范的要求。作者根据参与的若干改造工程实践以及相关文献，初步总结出大中型报告厅典型的音质缺陷(见表1)以及改造的原则。

表1 大中型报告厅典型的音质缺陷及其原因

大中型报告厅的声学改造原则包括：① 改造的部位应尽量隐蔽，改造的范围应尽量缩小，保持原室内设计装修风格的统一；② 应首先进行建筑声学的改造，确保室内音质达到基本的建声要求。在恶劣的建声环境下，即便进行扩声系统的改造，仍会造成厅内听音不清的情况，不能使信息顺利传递至接收者；③ 保证改造后的声学指标达到设计规范的要求。声学改造要求包括：合适的混响时间，观众厅内没有声缺陷，背景噪声级不宜超过噪声评价曲线NR-35限值。

存在音质缺陷的大中型报告厅，为使其室内声环境满足使用功能的要求，在符合上述改造原则的前提下，可以采取以下声学改造技术措施。

1.1 平面体型轮廓改造

为控制每座容积，缩短声程差，在不影响报告厅使用空间的前提下，对大中型报告厅进行平面体型轮廓上的小幅度调整。如报告厅的平面体型为矩形时，可将侧墙做成倾斜面或锯齿状，使平面体型呈梯形。但由于墙面往往是室内装修重点表现的部位，大面积的内扩可能会导致原有装修风格的丧失，因此平面体型轮廓改造时应充分考虑其原墙面的整体装修，斟酌比较，选择合适的改造方案。

1.2 吊顶改造

一般大中型报告厅的空间高度较高，常常导致每座容积严重超标，前次反射声不能被充分利用，观众混响感过强。对吊顶的改造包括降低吊顶高度、改变吊顶形式以及在吊顶上做吸声处理等。

① 在吊顶装修不复杂的情况下，根据最佳的每座容积计算得出报告厅体积，然后确定改造后的吊顶高度，通过调整吊顶高度来控制每座容积；

② 在某些地面起坡大的报告厅中，传统的连片式吊顶可以改造为分层式吊顶。该吊顶形式将室内空间局部吊顶降低，构成不同形状的分层小空间，既可以在断层面上设计竖向的扩散体[5]，也可以利用错层空间来布置吸声材料或吸声构造；

③ 将连片式吊顶改造为悬空式吊顶。把杆件、板材或薄片吊挂在结构层下，形成格栅状、井格状或自由状的悬空层，可使报告厅的空间高度接近最佳混响时间的空间高度，还可根据需要吊挂各种吸声材料。

1.3 观众厅座椅改造

观众厅的座椅在改造设计阶段是可大面积调整的位置，可根据需要增加其吸声量，使整体吸声量达到设计要求。例如，厅内座椅使用吸声量较大的软椅，或增加具有较好中低频吸声性能的织物软垫。此外，还可在坐垫下加设共振吸声结构，调节座椅的吸声量[6]。

1.4 局部增加吸声材料

由于大中型报告厅往往采用高级装修，原设计风格与室内装修不宜过大改动，因此寻找可供建筑声学改造的位置尤为重要。

① 在台口墙面上配置不同尺寸和倾角的吸声材料，构成宽频带吸声构造。观众厅后墙改造应以吸声面为主，可避免来自后墙的长延迟的反射声，同时也适当控制了观众厅内的混响时间；

② 在墙面和吊顶交接处，配置吸声材料，辅以木条栅格饰面，将其对室内美感的影响降到最小；

③ 局部材料替换。将对厅堂整体风格影响不大的局部材料替换为与原装修材料质感类似的吸声材料或者吸声构造。在替换位置类似的情况下，应替换易拆卸位置的装修材料。此外，还应根据不同报告厅的体型以及功能要求，合理设置吸声材料或扩散材料的数量。

1.5 扩声系统改造

根据中华人民共和国国家标准《GB50371-2006厅堂扩声系统设计规范》[7]的要求：扩声系统应保证厅堂内观众席有足够的声压级、声音应清晰、声场应均匀。在建声无法满足使用要求的情况下，如确实改造困难，也可利用扩声系统进行补偿：

①采用分散式系统。将扬声器从平顶上吊挂下来，以缩小覆盖区范围；或将小口径的扬声器安装到前排座椅靠背后面或桌上，使声场均匀度更好；

②使用高指向性的扩声系统，如数字线性阵列音箱等。高指向性扩声系统可将声束投射到观众区，并在较长距离内保持一定的强度，因此可以提高语言的清晰度，满足部分大中型报告厅的基本听音需求。

1.6 控制背景噪声

在报告厅背景噪声级超过规范中的噪声评价曲线NR-35时，声学改造应侧重噪声源的控制，并根据不同的噪声源采取相应的改造措施：

① 观众厅入口处增设声闸，布置强吸声材料；将普通门替换为隔声门。对于有休息厅(廊)或前厅的观众厅，可在这些部位布置声学材料以隔绝外界噪声；

② 如果是设备系统的噪声干扰，可在通往观众厅的送风、回风管道和风口采取消声降噪措施，此外与观众厅连通的一些辅助空间，例如耳光、面光等空间都应进行吸声处理[8]；

③ 观众走动较多的走廊、通道区域，在原地面装修的基础上铺设9 mm厚的专用地毯，提高吸声量。

2 重庆市渝州宾馆中华厅声学改造实例

2.1 工程概况

渝州宾馆建于1958年，是重庆市政务接待宾馆，隶属于重庆市市级机关事务管理局，主要从事重庆市各项重大政务接待工作。中华厅位于宾馆会议中心功能区块内，是重庆市政府举行政治、外交、文化活动的重要场所，主要承办政府的重要会议、大型报告等，属于有政治性会议要求的报告厅。其主体部分长约33 m，宽约31 m，高约10 m，室内有效容积12 044 m³。主席台面积约250 m2，台高为600 mm(见图1)，室内主要装饰材料或构造的面积见表2。以回字形和U字形布局时容纳人数为300人，最多可容纳人数800人。

图1 渝州宾馆中华厅平面图

表2 渝州宾馆中华厅室内材料参数

观众席区域近似为正方形，吊顶采用连片式石膏板折线造型吊顶，辅以12个造型丰富细腻的玻璃灯具和2个大型中央式水晶灯。地面铺设薄地毯，墙面装修采用大理石饰面，间隔设置面层为浅灰色帆布的半圆形木柱，硬包的基层板厚为12 mm，后部留有厚约110 mm的半圆形空腔。疏散门均为硬质实木门(见图2)。

图2 渝州宾馆中华厅室内

2.2 声学参数测试与评价

在中华厅内举办的大型报告、重要会议的声学效果不佳，与会人员经常反映听音不清。依据国标《GB-T 50076-2013室内混响时间测量规范》[9]，使用丹麦B＆K便携式6通道数据采集系统(3050-A-060)、B&K无指向声源进行现场实测。

实测结果表明，室内声场的不均匀度较高，混响时间偏长，达不到《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》的要求(1.1～1.4 s)。厅内背景噪声限值低于噪声评价曲线NR-35。

2.2.1 每座容积

根据《建筑声学设计手册》所提供的数据(见表3)[10]，语言类厅堂每座容积应控制在3.5～4.5 m³/座。按该报告厅的最大容纳人数计算，每座容积约为15 m³/座，远超出允许范围。

2.2.2 混响时间和声场不均匀度

现场实测发现中频混响时间偏高，约为2.0 s。这主要是因为中华厅室内大理石饰面、硬木门和石膏板吊顶的吸声效果较差(平均吸声系数约为0.1)，而硬包木柱仅对低频吸声有效。混响时间过长进而导致整个观众席区域的语言清晰度较低。根据接收点的声压级测量值，计算得出报告厅内各频率声场不均匀度。该结果表明，中频声场不均度尚可接受，低频和高频声场不均匀度较高，约为7 dB，见表4。

表4 改造前空场混响时间和声场不均匀度的频率特性

2.3 中华厅声学改造设计

2.3.1 声学改造目标

根据《GB/T50356-2005剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》[11]，该报告厅在中频(500 ～1 000 Hz)时满场的合适混响时间范围为1.1～1.4 s，背景噪声级的限值不宜超过噪声评价曲线NR-35。从经济性角度出发，在达到预期声学效果的前提下，应尽量减少改造部分，计划替换的材料尽可能易于拆除改动。同时，美学效果上，所采用的声学材料应与原装修材料质感类似，尽量保证设计风格的统一。

2.3.2 声学改造方案

考虑到该厅经常举行重庆市的各种大型报告和重要会议，改造工期十分有限，故将改造工程分为两期。一期声学改造方案对墙面进行改造，二期声学改造方案对吊顶进行改造。

在室内声场计算机模拟分析的基础上，决定对其体型、吊顶形式不做调整。确定了以局部材料替换为主的改造原则，通过吸声材料和构造增加其整体吸声量。由于中华厅墙面硬包半圆木饰面易于替换，结合此前声学计算的结果，设定了以改造墙面为主、改造吊顶为辅的改造策略。

一期声学改造方案对墙面装修材料进行替换，墙面改造的位置见图3(红色区域)，该方案吸声处理部分的面积为276 m2。原墙面装修构造是干挂天然大理石和硬包半圆木饰面，将易拆除的硬包半圆木饰面更换为50 mm厚的强吸声材料玻璃纤维吸声板(360 mm空腔)。为了在最大程度上保持其原有的设计风格，在吸声材料表面铺浅灰色帆布面层。

图3 墙面改造部位示意图(红色区域)

二期声学改造方案对吊顶装修材料进行替换，吊顶改造的位置见图4(红色区域)。原吊顶装修造型别致，安装吸声构造会影响美感，改造方案中将吊灯周围装修材料替换为与原装修材质类似的21 mm厚AGG无缝砂岩板功能性装饰系统。该吸声构造由20 mm玻璃纤维板与1 mm玻璃纤维吸声板(面层为AGG涂层)复合构成，在中高频的吸声性能良好，并且自重较轻。

图4 吊顶改造部位示意图(红色区域)

2.3.3计算机仿真模拟

在改造工程施工前，为准确预测改造设计的效果，应用声学软件CATT Acoustic进行模拟。通过大量实测数据在计算机中重现中华厅内部的装修构造，细化房间内部表面，如大型吊灯和舞台处LED显示屏以及墙面装修的凹进与凸起等(见图5)，以降低散射系数对模拟的影响[12]。室内主要装饰材料的吸声系数设置借鉴了英国标准《BB93: Acoustic design of schools - performance standards》[13]，见表5。计算机模拟在检查和发现厅堂的声学缺陷，预测声学参数等方面具有直观、便捷、快速等优点，可以进行体型和声学材料的优选[14]。通过预测不同方案建成后的声学效果，最大程度地降低前期决策和改造成本。

图5 用CATT Acoustic软件建立的渝州宾馆中华厅声学模型

表5 室内主要装饰材料不同频率时的吸声系数

序号项目1 kHz2 kHz4 kHz 1吊顶(石膏板)0.250.250.26 2玻璃窗及LED屏幕0.070.050.02 3实木门0.100.100.07 4薄地毯0.300.300.30 5镂花木窗0.130.120.12 6硬包半圆木0.190.170.05 7地面(大理石)0.010.020.02

改造后混响时间的理论计算值、软件模拟值基本一致。模拟结果显示，一期改造工程完工后的空场中频混响时间为1.6 s左右(见图6)，语言清晰度得到明显的提高。在满场情况下，其声品质基本可满足该厅堂的使用要求；二期改造工程完工后，混响时间的降低更明显，可将空场中频混响时间控制在1.3 s以内，相比于改造前降低了0.7 s(见图7)。

图6 一期改造工程(墙面)前后的混响时间对比

图7 二期改造工程(墙面+吊顶)前后的混响时间对比

2.3.4 改造后效果

根据渝州宾馆中华厅的声学改造要求，首先完成了一期改造工程(施工现场和完工后的实景图见图8、图9)，改造后的现场实测结果见表6。与改造前相比，报告厅的声场不均匀度在低频有所降低，高频略有上升，但尚在允许范围内。改造前后混响时间的实测对比见图6。改造后报告厅的空场中频混响时间为1.6 s，与软件模拟预测值基本一致，在中高频吻合度更高。改造后混响时间在低频稍有上升，是由于木质在低频吸声性能相对较好。由于语言声的能量集中在中高频，在观众满场情况下可满足语言声的听闻要求。

图8 一期改造工程施工现场图

图9 一期改造工程完成后渝州宾馆中华厅实景图

表6 改造后空场混响时间和声场不均匀度的频率特性

由于一期改造工程完成后，已基本解决了报告厅的室内声学问题。为节约人力物力，决定暂缓二期改造工程，对吊顶不做处理，以满足中华厅日后可能出现的其他需求。

3 结论

随着国民经济的进一步发展，国内会议报告及各类学术交流日益频繁，规模不断扩大，大中型报告厅的数量也逐年增长。对于室内音质不达标的大中型报告厅而言，声学改造是解决其音质问题的主要技术手段。本文从工程实践出发，得出如下结论：

(1) 提出了大中型报告厅声学改造的若干技术措施，即平面体型轮廓改造、吊顶改造、观众厅座椅改造、局部增加吸声材料、扩声系统改造以及控制背景噪声等；

(2) 在渝州宾馆中华厅的声学改造实例中，改造后的良好效果，验证了前述方法的适用性和有效性；

(3) 大中型报告厅的声学改造往往存在诸多限制，要求声学设计师要掌握建筑声学的基础理论知识，使声学改造在达到预期结果的同时，兼顾视觉效果。

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Refurbishment technologies of acoustics for large and medium sized lecture halls

XIE Hui1,2, WU Hui-fei1,2, DENG Zhi-xiao1,2

(1. Faculty of Architecture and Urban Planning, Chongqing University, Chongqing 400045, China； 2. Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area, Chongqing 400045, China)

This paper analyses and discusses the indoor acoustic defects and the relevant refurbishment principle of the large and medium sized lecture halls. Based on the previous practical projects, six types of appropriate technologies for acoustic refurbishment of large and medium-sized lecture halls are summarized, and they can fulfill the requirements of good acoustic quality without sacrificing its original interior aesthetic quality. Some of those acoustic technologies have been successfully applied in the refurbishment project of the Zhonghua Hall of Yuzhou Hotel in Chongqing. Given the significantly improved reverberation time and sound distribution, the applicability and effectiveness of the above technologies are demonstrated.

large and medium-sized lecture halls; building acoustics; acoustic refurbishment

TU112

A

1000-3630(2018)-04-0337-07

10.16300/j.cnki.1000-3630.2018.04.008

2017-11-07;

2018-01-01

国家自然科学基金项目(51678089)；中央高校基本科研业务费项目(106112017CDJXSYY0002)

谢辉(1982－), 男, 山东莱芜人, 研究员, 博士生导师, 研究方向为建筑声学及城市声环境。

谢辉, E-mail: xh@cqu.edu.cn