天津市光华剧院的声学改造

徐立军　马蕙

【摘 要】 介绍天津市光华剧院的声学改造，根据改造前声学现场测试以及分析确定声学设计上存在的主要问题，进而通 过调整观众厅的体型，以及有针对性的吸声、反射和扩散设计，使音质效果达到比较理想的状态。

【关键词】 光华剧院；改造；声学设计；混响时间；语言清晰度；音质效果

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.08.015

Acoustic Redesign of the Guanghua Theater in Tianjin

XU Li-jun，MA Hui

（School of Architecture， Tianjin University， Tianjin 300072， China）

【Abstract】The main contents of the acoustic redesign of the Guanghua Theater in Tianjin were introduced in this paper. According to the acousticmeasurement and analysis before the reconstruction， the main problems in the acoustic redesign of the Guanghua Theater were determined. Through adjusting the shape of the auditorium and making use of sound absorption， soundreflection and sounddiffusion design， desirable acoustic effect of Guanghua Theater was achieved.

【Key Words】Guanghua theatre； reconstruction； acoustic design； reverberation time； speech articulatio； sound effect

儿童戏剧作为一种让儿童观看或参与表演的舞台艺术形式，是儿童精神文化生活的重要组成部分，因此，提供满足儿童剧表演形式需求的演出场所是非常必要的。天津市光华剧院是一个以儿童剧演出为主的剧院，笔者主要分析了光华剧院当前存在的声学问题，结合光华剧院主要演出的功能需求，有针对性地进行了声学改造。

1 项目概况

光华剧院位于天津市河西区，剧院造型新颖、构思独特，为五波流水式建筑。光华剧院集演出、办公、排练等功能为一体，剧院内观众厅平面呈多边形，面积785 m2，顶棚高度22.8 m，容积7 162 m3，可以容纳坐席929 座，剧院每座容积7.7 m3/座，远远超出了理想值；舞台面积951 m2，舞台容积23 014 m3。光华剧院以儿童剧演出为主，这要求剧院具备良好的声学条件，既要混响时间适当，同时声场应尽量均匀，保证整个观众厅各个位置的观众有足够的响度和清晰度。但是经过长时间的使用，设备、管道和电路等有不同程度的老化，同时也存在一些声学问题，需要对剧院内观演厅进行适当的声学改造。

2 现存音质问题

进行观演建筑的声学改造之前，要充分了解现状，通过现状分析明确现存的主要问题，从而有针对性地提出声学改造建议和方案。在光华剧院改造工程启动的初期阶段，项目组对光华剧院进行了建声音质水平检测，并对光华剧院原有的体型进行声学分析，发现主要存在以下问题。

（1）测试结果显示，光华剧院观众厅各频段混响时间均高于規范要求。光华剧院观众厅容积为7 162 m3，结合GB/T 50356-2005《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》的要求，兼顾光华剧院的实际使用要求，建议其500 Hz～1 000 Hz最佳满场混响时间为0.9 s～1.1 s之间。通过计算得出500 Hz～1 000 Hz理想空场混响时间的为1.1 s～1.3 s之间；而通过分析测试结果发现，观众厅混响时间各频段均高于规范要求的数值0.5 s左右（见表1）。作为以话剧演出为主要功能的剧院，这容易造成话剧演员语言声模糊，降低声音的清晰度和可懂度，从而影响话剧的演出效果。通过分析发现，造成光华剧院混响时间过长的主要原因是：①观众厅每座容积高于规范值，《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》推荐话剧院观众厅每座容积为4 m3/座～6 m3/座，而光华剧院观众厅每座容积为7.7 m3/座；②观众厅内吸声材料布置不足，观众厅内装以弧形反射板为主，只在后墙布置木质吸声板。

（2）平面采用适宜话剧演出的宽平面，但通过分析发现，建成方案并未能充分地利用反射声，导致反射声在观众席内的分布不够均匀。主要问题有两个：①光华剧院观众厅建成方案未能充分地利用侧墙中前段对于声能的反射（侧墙反射声覆盖范围见图1），导致侧向反射声不能均匀地分布于整个观众席区域内，使得大部分观众区缺乏侧向反射声；同时，大部分中前部观众区来自侧墙的侧向反射声与直达声时间间隔在50 ms以上，如果不进行声学扩散设计，极易出现回声等声缺陷；②分析光华剧院观众厅顶棚反射声覆盖范围（见图2），其结果显示顶棚前部反射声集中于观众厅中部，观众厅前部缺乏反射声，而后部反射声则集中在观众区最后一排，这容易同时造成观众厅后部区域声压级不足以及声场不均匀。通过以上分析可以发现，由于侧墙和顶棚并未能够从声学角度得到有效处理，造成观众厅内声压级分布不均匀，在观众厅前部产生空间感缺失和回声问题，影响声音响度和观众的听音效果。

（3）舞台未作任何吸声处理，会产生耦合效应，使得演员的声音变得模糊，从而降低观众厅内的语言清晰度，产生比较严重的声缺陷。

3 設计目标

根据以上现有问题分析，参照《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》的要求，确定此次光华剧院声学改造目标如下：

（1）在每座容积过高的情况下，降低混响时间，这需要合理选择光华剧院内观众厅侧墙、后墙以及吊顶的内装材料，适当增加观众厅内吸声量，使得观众厅内各个频率混响时间满足规范要求，提高观众厅语言清晰度水平。

（2）调整观众厅侧墙以及顶棚的体型，充分利用早期反射声，使得反射声能够较为均匀地分布在坐席区，整体提升观众的主观听感。

（3）舞台容积较大，为防止舞台混响时间过长，需要进行声学处理，使得舞台混响时间与观众厅接近。

4 观众厅声学设计

4.1 体型调整

为了充分利用早期反射声，保证观众厅内具有理想的声场均匀度，对剧场原有观众厅侧墙以及顶棚轮廓线进行调整。同时，为了保证墙体对声音的扩散，并结合观众厅内部视觉效果，将原来平直的轮廓线调整为连续弧形，经过调整的光华剧院观众厅侧墙轮廓线方案如图3所示。对改造后的反射声覆盖范围进行分析（见图4），结果显示侧墙反射声能较为均匀地分布于整个观众区域内，反射效果良好，同时增加了声扩散，避免出现回声等声学问题。为了增加观众区前部的早期反射声，同时保证整个观众区声场分布均匀，对观众厅顶棚轮廓进行调整，整过后的顶棚轮廓如图5所示，经过声线分析（见图6）发现，与现状方案相比，更多的直达声能被反射到观众厅坐席区前部以及后部，这能够有效地改善坐席区后部的声音强度和听闻效果，同时顶棚反射声分布较为均匀，保证整个观众厅的音质效果。

4.2 观众厅混响时间计算

光华剧院观众厅容积为7 162 m3，以儿童话剧演出为主，因此其主要功能定位为语言类演出。根据《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》，并兼顾扩声需求，建议其500 Hz～1 000 Hz最佳满场混响时间约为0.9 s～1.1 s之间，各中心频率最佳满场和空场混响时间如表2示。

确定混响时间的主要目标后，结合观众厅的视觉效果与声学要求，确定了厅内各个界面的材质分布。侧墙前部主要为观众厅提供足够的反射声，因而侧墙靠近舞台的三段弧面墙采用36 mm厚的木质反射板，具体做法详见图7。由于前三段侧墙已经足够使早期反射声能分布均匀，因此，后两段侧墙提供的侧向反射作用很小，同时考虑到观众厅每座容积比较大，混响时间过长，需要足够的吸声面积，将侧墙后两段圆弧采用吸声处理，这样也为了避免产生声源定位问题，吸声部位为木制穿孔吸声板（孔径10 mm，孔距32 mm），板后附无纺布以及100 mm厚矿棉，矿棉后留100 mm空腔，具体做法详见图8，为了避免出现回声，后墙同样采用吸声处理，具体的材料选择与构造做法与侧墙后三段圆弧一致。

为了保证声能的反射，吊顶前部采用G.R.G反射板面贴木皮。同时，为了缩短观众厅内的混响时间，保证话剧演出的清晰度，在吊顶的后半部分区域采用双层石膏板面贴木皮，其后附吸声无纺布与100 mm厚矿棉板，从而增加吸声量。整个观众厅的选材方案示意见图9，改造后的混响时间计算详见表3，可以看出改造方案可以实现剧院观众厅混响时间的设计目标，能够满足儿童剧演出的需求。

4.3 舞台混响时间设计

光华剧院舞台容积为14 900 m3，舞台容积较大，容易出现混响声能倒灌观众厅的问题，为了保证观众厅的音质效果以及演员的现场听觉感受，应对舞台进行适当的吸声处理，尽量控制舞台的混响时间，使其与观众厅混响时间保持一致。为了达到设计目标，综合考虑整个舞台的视觉效果，最终确定了舞台的选材方案如表4所示。

对舞台选材方案进行混响时间计算，结果如表5所示，结果显示此选材方案能够保证混响时间在设计目标之内，低频混响时间较低意味着能够很好地控制以低频为主的空调噪声和设备噪声，实现更好的音质效果。

5 计算机模拟验证

为了验证设计效果，同时对音质控制和体型改造提供分析手段与结果检验，采用声学模拟软件Odeon进行了计算机模拟。通过建立厅堂的三维模型（见图10所示），对厅堂界面声学特性进行模拟，调整后的方案能够预测改造后厅堂内任意位置的声学指标变化，从而对室内音质进行控制。

5.1 声场不均匀度模拟

通过Odeon模拟得出光华剧院坐席区调整后各频率声压级分布（见图11），结果显示调整后坐席区各频率声压级数值差距比较小，整个声场不均匀度各频率均在8 dB以内，属于合理范围。因此，调整后的光华剧院的声场分布比较均匀，坐席区后排能够达到足够的声音强度和良好的音质效果。

5.2 语言清晰度指数模拟

通过Odeon模拟得出光华剧院坐席区调整前语言清晰度指数分布，如图12所示，结果显示调整前坐席区语言清晰度较差，大部分区域语言清晰度指数都在0.55以下，属于较差的音质状况。经过调整后，进行语言清晰度指数计算机模拟，结果如图13所示，调整后坐席区语言清晰度良好，大部分区域语言清晰度在0.6以上，属于非常好的音质状况，部分区域语言清晰度在0.654以上，属于极好的音质。说明采取的调整措施能够起到良好的效果，能够保证光华剧院演出时的清晰度在较高的水平。

6 结语

光华剧院的声学改造设计中，在每座容积比较大的情况下，通过调整体型，选择合理的材料，进行有针对性的吸声、反射和扩散设计，而后通过计算机模拟，验证了设计效果。光华剧院目前已经投入使用，根据反馈，改造过后剧院的音质还是有了明显的改善和提升，观众对剧院音质效果比较满意。