成都城市音乐厅可变混响的实现方法

陈崑

【摘 要】 通过逐一研究目前常见的可变混响时间技术方案在成都城市音乐厅项目中实施的可行性，总结分析各项技术的特点与差异，综合各方法投资估算，最终结合项目特点作出选择。

【关键词】 可变混响技术；改变容积法；改变吸声量法；电声法

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.07.004

1 采用可变混响的现实意义

1.1 演出场所的多功能使用需求

正在建设的成都城市音乐厅，担负着提升成都城市品质、完善城市功能、塑造特色风貌的使命。作为城市文化地标性建筑，成都城市音乐厅拟于2018年底在成都市武侯区建成并投入使用。

成都城市音乐厅的设计功能将同时满足歌剧、舞剧、话剧、戏曲、交响乐以及歌舞、曲艺、大型综艺等多种演出需求。虽然该项目中已包含了歌舞剧厅、音乐厅、戏剧厅、小音乐厅等四个专业剧场，但经过对国内既有剧院的走访发现，在实际使用过程中难免会出现由于专业剧场档期与来访院团档期重叠等原因产生的单项剧场需多功能使用的现象。同时，目前也不乏因票务因素需要指定在其中的戏剧厅剧场来演出一种本不属该剧场类型的演出形式的先例。鉴于上述现实情况的存在，为确保戏剧厅在不同功能使用情况下仍能获得良好的观众听感效果，并从专业、经济、有效等方面综合考量，在戏剧厅的观众厅引入可变混响技术是可行的。

房间中声场的声能密度衰减到原来的百万分之一时所经历的时间称为混响时间，记为T60，单位是s（秒）。该指标是厅堂清晰度的决定性指标，亦是直接关系到观众对欣赏环境主观评价的重要参数。孙广荣先生曾在《混响时间百年研究》一文中提出：在厅堂音质设计中，混响时间是第一位的设计参量。由于不同功能演出场所的最佳混响时间是不同的（见图1），要满足多功能使用，也就对厅堂的可变混响时间提出了需求，采用可变混响的技术手段满足这一需求，从而获得更加“对味”的听感。

1.2 戏剧厅的多风格使用需求

在确定各个专业剧场的混响时间设计值的过程中会发现，无论是现行的GB 50356-2005《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》，还是新颁布的JGJ57-2016《剧场建筑设计规范》，都未对厅堂的最佳混响时间给出限制值或建议值。

经与四川音乐学院的诸位艺术家沟通，音乐家们提出，不同风格的作品也对厅堂混响时间有着不同的要求。

通过查阅资料发现，德国纽伦堡研究所的库尔曾做过一个名为“录音室最佳混响时间的调查实验”研究。研究对一百名音乐家及声音工作者就20种不同声学环境中录制的28个不同风格交响乐片段进行音质主观评价。最后得出了不同风格的作品的确有其对应的最佳演奏厅堂混响时间（见表1）。以上研究不但印证了四川音乐学院音乐家们的说法，也有力地解释了众多古典音乐爱好者流传的“莱比锡听巴赫，阿姆斯特丹听瓦格纳”说法。因此，适应不同的音乐风格，从另一个层面对于厅堂的可变混响时间提出了需求。

2 实现可变混响时间的建声方法

2.1 系统原理

在成都城市音乐厅的建筑方案设计前期，首先对可变混响时间的建声方法进行的可行性探索。实现可变混响时间的建声方法主要分为改变容积法和改变吸声量法。美国物理学家赛宾提出的赛宾公式：T60（混响时间）=0.161V（房间容积）/A（吸声量），发现了混响时间近似与房间体积成正比的关系，与吸声量成反比关系。上述两类方式分别是通过改变房间容积V和改变吸声量A来调整混响时间。

2.2 可行性分析

可变混响时间的建声方法分两大类，共9种（具体分析详见表2）。

2.3 实际效果评估

根据以上分析，笔者所在的项目组对上述9种方法进行了实际效果评估，对每种方法的可行性及效果评价按照优、良、中、差评选。其中，优、良、中各选2种，差选3种。最终项目组评审一致认为：优等级：活动吊顶法、耦合空间法；良等级：升降隔断法、旋转法；中等级：翻板法、空腔法；差等级：幕帘法、百叶法、升降法。

3 可变混响时间的电声方法

观众厅可变混响的电声方法是指采用电声系统，通过电声声场控制技术来控制室内的混响时间特性。它所建立的声场具有自然的时间特性和空间特性。

3.1 系统原理

目前电声可变混响的方式有很多种，在此不做算法层面比较。目前较为常见的做法是，在舞台及观众厅上空设置传声器，在观众厅上空及侧墙（可共用环绕声扬声器）设置扬声器。将不同传声器的信号通过信号放大及处理后分配到不同扬声器中（详见图2）。

3.2 可行性分析

从土建条件的角度讲，电声可变混响技术对于土建的要求和限制极小，只是增加部分扬声器预留吊挂点，也不需要装修专业做构造空间的预留。

从投资造价的角度讲，电声可变混响技术增加的是独立于扩声系统之外部分传声器、扬声器、处理器及功放的造价。若该厅堂本身设计有环绕扬声器的话，部分扬声器及其功放是可以共用的。由于不需要做空间预留，也不会产生传动机械造价，因此，增加的成本可控性较强。

3.3 相关案例考察

为确保技术实现顺利落地，特就此技术对国内的部分案例进行了实地考察，并在現场通过乐器演奏的方式进行效果实验。考察的剧院包括：北京天桥艺术中心、甘肃敦煌大剧院、深圳观澜艺术中心等。

经现场考察，安装电声可变混响的剧场（见图3）本身建声设计混响时间均在1.5 s以内。经过电声可变混响技术处理后，能明显地提升观众厅的听觉空间感。系统设计时，可针对各剧场设置多种可变混响模式（见图4），以便于使用人员一键式操作。

通过现场对不同乐器演奏的主观评价（见图5），当电声可变混响时间设置在2.5 s以内时，均不会有明显的人耳可辨声染色。从实际效果上讲，可以说这是一种良好的可变混响技术手段。因此，项目组参照前述建声方法评估的结果，一致给予了优等级的效果评分。

4 投资估算

成都城市音乐厅项目一直秉持节约、经济、高效的原则开展规划、设计及施工。为了使可变混响时间技术能够更加合理地使用，项目组在完成技术可行性研究和考察后，又进行了投资估算分析。具体方式是，在本项目场景应用情况下对上述10种方法逐一做投资估算。为使结果更加客观地反应实际情况，此投资估算除包含方法本身所需的设备设施成本外，还包含了因此而增加的土建、装修配合费用、所占用面积、容积的相应土地成本、使用5年内的设施维护成本等。具体结果详见表3。

5 总结

可变混响的建声方法及电声方法在国内外剧场有大量的实用案例，为便于总结，列举了部分比较项，详见表4。

为了便于比较各种方式的性价比，同时通过数字的方式一目了然体现各自的优缺点。研究过程中设计了一个性价比的计算公式，即：声学效果得分-该技术应用于本项目中的投资估算×0.000 000 1=最终得分。

其中，声学效果得分根据其可行性及案例效果来进行客观评价，按照优（10分）、良（8分）、中（6分）、差（4分）计算，满分10分。具体计算详见表5。

通过上述计算可见，电声方法综合得分遥遥领先，位列二、三位的分别是建声方法中的活动吊顶法和耦合空间法。这与各种方法主观评价结果也较为相似。除上述比较项以外，本项目原本设计有环绕扬声器。电声可变混响的回放扬声器可与这些环绕扬声器共用，亦可节约部分投资。这从另一个角度也成为了该技术的“加分项”。

在本项目对于用地面积以及投资均有严格限制的情况下，经多方专家评估，最终成都城市音乐厅项目的戏剧厅选择了电声可变混响的技术。通过对大量技术细节及案例的比较，可以说两种技术其实是在用各自不同的思维来解决同一个问题。两种技术虽然各有所长，但都有各自尚待完善的技术细节。很期待两种技术并肩发展，甚至融合发展，造就出更完善合理的可变混响解决方案。

电声可变混响技术作为现代科技进步的新兴手段，植入到成都城市音乐厅这座现代化建筑中，充分体现了该建筑的科技感、时代感和先进性。这与本项目建设初期所提出的“世界一流、时代之巅”的目标不谋而合。在为音乐爱好者提供高品质视听享受的同时，也为运营者提供了完善的可持续发展基础。期待着增加了可变混响技术的成都城市音乐厅戏剧厅，能够如虎添翼，专业性、经济性并举，为提升成都城市品位、打造城市文化新名片发挥更大的作用。

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