国内大剧院混响时间及相关参量特性分析

文立森

(华东建筑设计研究院有限公司声学及剧院专项设计研究所，上海200070)

0 引 言

随着中国近年来经济及文化的发展，国内新建了大量的大剧院，其建筑声学音质效果很重要。国外对音乐厅与歌剧院的声学效果早有研究，Beranek[1]对全世界有名的100个音乐厅及歌剧院进行了声学参数分析及评价，得到了具有代表性的歌剧院的建筑声学参量优选值，至今仍是剧院建筑声学设计的最重要的参考。国内大剧院主流的剧目与国外存在一定的差别，整体上音质设计效果如何，是否存在差别等问题，目前仍缺乏相关的深入研究和总结评价。

混响时间作为目前建筑声学音质设计及评价里最重要的指标，是声学设计的主要设计参考指标，因此本文通过实际测量，选取国内较具代表性的1 200座以上的50个大剧院的混响时间进行了分析(其中有观众厅体积数据的有45个)，研究国内大剧院混响时间的范围特性及其与其他参数的相关性，希望可为国内大剧院建筑声学设计提供参考。

1 厅堂测量统计概况

国内剧场建筑设计规范[2]中把大于 1 200座的剧场归类为大型剧场，同时各地大型的剧院更具有设计代表性、功能通用性及社会知名度，因此本文统计了如表1所示的各剧院。本文相关剧院的数据来源于华东建筑设计研究院有限公司声学及剧院专项设计研究所近年来的现场测量，参考ISO 3382国际标准[3]测量脉冲响应。测量均为空场条件；舞台幕布为正常演出状态；声源统一设置在舞台中心线大幕线后0.5 m的位置。

表1 剧院列表Table 1 List of theaters

2 混响时间特性分析

2.1 混响时间大小分布

50个剧院空场混响时间统计结果如图1所示。测量混响时间数值根据实际测量信噪比情况选用T30表示，即基于声压级衰变初次达到原始数值以下5 dB与35 dB的两个时间点之间的衰变曲线线性外推出声压级衰变60 dB的衰变时间。结果显示，各剧院混响时间的频率特性为低频(125、250 Hz平均，下同)时较高、高频(2 000、4 000 Hz平均，下同)时较低，中频混响时间平均值为1.55 s，低频、高频与中频的混响时间比值分别为 1.19、0.90，整体满足国家规范对剧院的频率特性的要求[2]。

由图1数据分布可见，同一频率不同的剧院相差比较大，就中频而言不同剧院的混响时间相差最大为 0.66 s，低频、高频时的混响时间在不同剧院相差更大。相对于Beranek[1]对大于1 200座的歌剧院优选值建议的中频满场混响时间1.4～1.6 s，表1中 50个剧院的混响时间统计结果平均值按满场估算预计在1.4 s左右，处于下限值范围。

图1 50个剧院不同频率混响时间统计Fig.1 Statistics for reverberation time at different frequencies of 50 theaters

2.2 混响时间与早期衰变时间大小关系

早期衰变时间(Early Decay Time, EDT)作为评价混响感的另外一个指标，与混响时间关系极其密切，统计 50个剧院中频早期衰变时间与混响时间(Reverberation Time, RT)的大小关系如图2所示。

图2 中频混响时间与中频早期衰变时间的关系Fig.2 Relation between reverberation time(0.5 ～1 kHz)and early decay time

由图 2可知，早期衰变时间明显小于混响时间，50个剧院的早期衰变时间与混响时间的平均差值为0.2 s，最大差值为0.47 s，早期衰变时间与混响时间之比平均为0.78，说明在剧院中的声能衰减并不是均匀衰减，而是早期声能衰减比较快；作者统计过的16个音乐厅和16个加乐罩的剧院的早期衰变时间与混响时间的比值平均为 0.96[4]，而相同剧院有、无乐罩情况下早期衰变时间与混响时间的比值为0.96与0.88。说明由于剧院舞台空间对声音的吸收，导致了类似于莫方朔等[5]研究的无顶空间引起的前后期衰减不一致的特性。

对于相同混响时间的不同剧院，早期衰变时间的差别竟然达到0.4 s，是否因为受到体型、墙面吸声或者扩散程度的差异影响，需要更深入的研究。

2.3 混响时间与明晰度、清晰度的关系

混响时间与明晰度(Clarity)C80与清晰度(Definition)D50密切相关，测试结果如图3、4所示。结果显示明晰度随混响时间的提高而下降，根据趋势线，明晰度要达到1 dB的变化需要改变混响时间0.2 s，但在相同混响时间下不同的剧院明晰度最大有 2.1 dB的差别，明晰度的最小可察觉差(Just Noticeable Distortion, JND)为1 dB[3]。对于明晰度而言，根据国际上评价较高的歌剧院的音质参数统计，对于混响时间为满场 1.4～1.6 s时，空场明晰度C80,3(500、1000、2 000 Hz 平均)为 1～3 dB[1]，本文中50个剧院的平均值则为2.7 dB，而混响时间空场大于1.5 s的剧院，其明晰度大部分也在这个范围内。

图3 中频混响时间与明晰度C80,3的对应关系Fig.3 Relation between reverberation time (0.5～1 kHz)and clarity

中频清晰度也随混响时间的增大而下降，根据趋势线清晰度D50要达到0.05的变化需要改变混响时间为 0.17 s，而相同混响时间情况下，不同剧院的中频清晰度差别最大为 0.1(清晰度的 JND为0.05[3])。根据王季卿对D50与汉语言清晰度的关系研究，当1 000 Hz的D50约大于0.45时，汉语清晰度能达到80%以上[6]，统计50个剧院的中频清晰度平均值都为0.52，图4中最小值为0.44，说明整体语言清晰度都能达到较高的水平。

图4 中频混响时间与中频清晰度D50的对应关系Fig.4 Relation between reverberation time (0.5～1 kHz)and definition

2.4 混响时间与每座容积、体积的关系

混响时间与观众厅体积、每座容积相关。剧场建筑设计规范要求混响时间随观众厅容积的增加而增加[2]。由图 5的结果显示，混响时间与观众厅体积关系不大，按体积大小排序，前后相邻体积剧院混响时间的最大差别为 0.58 s，而平均差别为0.18 s。

图5 中频混响时间与观众厅体积的对应关系Fig.5 Relation between reverberation time (0.5～1 kHz)and volume of auditorium

剧场建筑设计规范对歌剧、舞剧功能的剧院要求观众厅每座容积为 5～8 m3；话剧、戏曲功能的剧院要求观众厅每座容积为4～6m3[2]。由图6的结果显示，每座容积明显偏大于规范要求，且每座容积与混响时间无明显的相关性。

图6 中频混响时间与每座容积的对应关系Fig.6 Relation between reverberation time (0.5～1 kHz)and volume per seat

3 讨 论

相对于国外歌剧院混响时间的优选值范围，国内的大剧院混响时间略低，原因是歌剧演出并非大剧院演出的主要或者常用功能，国内大剧院实际是以多用途剧场居多，声学设计师会根据功能的定位而设计不同的混响时间，如电声为主的剧院混响时间会设计较低，而有交响乐演出需求的剧院混响时间会设计略高。但对于部分有自然声演出、交响乐演出功能的剧院，国内外剧院混响时间则无太大的差别。说明国内大剧院设计及建造一定程度上参考了国际上优秀的歌剧院，同时也考虑了国内剧院实际功能的需求。

早期衰变时间、清晰度、明晰度与混响时间的关系规律较明显，在对应的混响时间区间内这三个参数也处于正常值范围，说明了国内剧院在混响与清晰度的平衡关系上也取得了一定的效果。

剧院观众厅体积及每座容积虽然是与混响时间关系密切的建筑参量，但实际上声学设计并不单独以此来设计混响时间大小，而是根据剧院的主要使用功能定位，在一定的容积范围内结合厅内的吸声布置实现混响时间的控制，导致其反而与混响时间数据上关系不大，甚至与设计规范的推荐值有所偏差。

4 结 论

国内大部分的大剧院混响时间设计比较规范；小部分数据与规律偏差较大，是由于其特殊且单一的特性，需要进行更深入且有针对性的研究。若在混响时间不改变的同时能定向调整其他相关的参量，以此保证多方面音质参数实现定向设计，可为达到音质最佳的效果提供一个优化设计的方向。研究结果对于国内大剧院的声学设计有重要的参考价值。

致谢 感谢多年来华东建筑设计研究院有限公司声学及剧院专项设计研究所同事对数据的收集。