剧院厅堂室内声学设计要点

剧院厅堂室内声学设计要点

歌剧院、音乐厅、戏剧院等观演空间实际上是音质第一的听音场所。这些文化建筑往往投资巨大,若音质不佳,实乃资源、经费的巨大浪费。注重表演厅堂的形体、容量、地面起坡、边界面的布置和表面处理等要点的设计,是保证剧院室内声学效果的重要支持。例如:要保持声音响度,需要合理的厅堂体型、观众席起坡设计及充足早期反射声;要保持声音的均匀分布,除了合理的体型还需恰当的声扩散处理配合;控制适当的每座容积及吸声、反声的正确选择、布置则是最佳混响的保证。

观众区平面设计

作为表演厅堂最基本的组成部分——观众区,其体型设计是厅堂内部优良音质的先决条件。欧洲古典的歌剧院,多采用古典风格的马蹄形或接近马蹄形的“U”形平面。其特点是容量大、视距短,而设置于周边的层层包厢、繁琐浮雕装饰起到良好的声扩散作用。维也纳国家歌剧院、巴黎伽涅尔歌剧院、伦敦考文特花园皇家歌剧院等均为马蹄形平面。但其缺陷是声学处理较麻烦,容易造成沿边反射,甚至出现声聚焦,且台口两侧的观众视觉效果较差。现在使用的马蹄形是改进版,台口两侧不再设观众席,会处理成斜面,增强中前区观众席的侧墙早期反射声。美国的肯尼迪演艺中心便是采用此种方式。

现代风格剧院的观众区平面形式则有更多的选择——矩形、钟形、扇形、多边形及复合形等。如:法国巴士底歌剧院采用的是钟形;东京新国立歌剧院是矩形和扇形的结合。矩形平面的优点是规整、结构简单,声能分布均匀;但两平行侧墙之间容易产生颤动回声,不过,可通过墙面处理解决。如杭州大剧院便将矩形观众区的两侧墙面做成锯齿形状,避免可能产生的颤动回声。扇形平面的观众容量较大,但偏远座较多,后排座视距较远,难以接收直达声,且池座大部分座席几乎得不到侧墙的早期反射声。钟形平面与矩形平面基本相似,也可以说是矩形的一种改进形式。其偏座区比扇形平面少而结构可按矩形的处理(相同容量情况下)。台口两侧逐渐收拢的斜墙面为观众区提供了早期反射声。法国巴士底歌剧院、上海大剧院即是这方面的典型例子。

随着音乐、剧目的多样化发展,对剧院表演厅的要求日趋多功能化,要求有灵活变化观众厅容量空间及符合多种需要的声学效果等。由此产生的复合式平面利用高科技实现厅堂进行灵活多变的组合或拆分。但复合形平面多变的空间模式除了建声之外还需要电声系统的配合,且设备和结构等比较复杂,造价昂贵。国外很多现代多功能剧院为适应多种剧目、音乐会的表演需求,多采用此形式。

观众区容积、起坡、挑台设计

自然声演出的厅堂,由于自然声源声功率有限,为确保达到一定的音节清晰度,要控制适当的厅堂容积量。当然,不同类别的声源声功率及厅堂用途,其最大容积量也不同。厅堂的总容积量也决定着观众的吸声量,进而对混响时间产生影响。适当的每座容积既可减少吸声材料的使用,也保证了最佳的混响效果。

而针对观众区容易出现的掠射吸收现象,就必须重视观众席的起坡度尺寸设置。一般情况下,池座前后排高差不小于8cm,楼座前后排高差不小于10cm。如果出于功能需求,观众席必须是水平的,可考虑抬高声源位置减少掠射吸收,并利用反射面给后排提供前次反射声,弥补后排声压级的不足;或做成可升降地面。

观众区的挑台容易对顶棚的反射声构成遮挡,虽然在声波衍射作用下,挑台下部空间在开口附近可接收到低频反射声,但缺乏高频反射声。挑台下空间深处的反射声则更少,这导致声音丰满度欠佳,这种音质缺陷称声影区。控制挑台下部空间开口高度和深度的比值,在挑台下顶棚及将后墙倾斜做反射面,补充早期反射声可以改善此缺陷,但效果有限。

反射面及扩散体的运用

当混响时间较长,声音的丰满度上升,其清晰度便会下降,这是音质设计常会遇到的矛盾。选择最佳混响时间是解决的方法之一,而设置反射面制造反射声加强直达声是另一种两全方法,这同时满足了观众对声音的丰满度与清晰度的要求。但要注意尽可能制造有益于音质表现的早期反射声,减少延时反射声,还有保证观众区的前中座接收到充足的早期反射声。

顶棚算是观众区较大的反射面。从声线分布看,锯齿式、扩散体式、浮云式三类顶棚能给全区尤其是前中座提供充足的早期反射声,其平面形状的选择自由度也较大。而平面式、折线式、弧面式三类顶棚则会将大部分声音反射至后中座,令前排缺少反射声。因此,此三类顶棚需要加入侧墙的反射声作用。除了顶棚,反射面也可设置于侧墙下部、后墙上部等位置。有需要时,跌落式挑台的栏板、观众区分割隔断也可作为专设侧向反射板。善用各方位反射面可以满足对音质要求同样严格却体型各异的厅堂。

然而,各反射面提供的定向反射声容易造成音质生硬感。这便需要扩散体进行多方位的散射,既减轻音质生硬感,又保证观众区每个座位之间不存在明显声压级差,保持了室内声场均匀。扩散体可以设置在侧墙上或悬挂在天花上,一般为大小不一的体块或是凹凸不平的墙面。例如:锯齿形墙面或墙面装饰、凸出的包厢,甚至外露的结构部件等等。像前文提到的欧洲古典剧院,其优美的音质,除了得益于厅堂的体型设计,也得益于其室内的装修处理(包厢、繁复装饰)所产生的声扩散。

细节处的噪声控制

音乐厅、剧院的表演厅堂对室内背景噪声的要求很严格,因为不同程度的噪声会影响低频声的传播。观演建筑的噪声控制分为建筑噪声控制及室内噪声控制。建筑噪声控制首先涉及到建筑位置的选择,一是尽可能远离噪声与振动源;二是要进行选地环境噪声、振动测量及仿真预测。如此,能为建筑围护结构的隔声需要提供设计依据,达到控制室内噪声的需要及标准。而室内噪声控制是针对表演厅堂内部噪声振动源的处理。主要包括空调设备、给排水设备、变压器、机电房,某些灯光、舞台机械设备,甚至相邻区域空间通过空气或固体(墙面、天花、地面)传声传入的噪声和振动等,这都会对表演厅堂的安静需求造成干扰。

上海大剧院便曾存在这样的问题。曾有乐迷在上海大剧院观看演奏之后表示,“现场声音模糊,演奏及演唱效果,像隔了一层纱,细节听不清……”考察过上海大剧院的声学专家认为,其用于隔音防噪的双层墙体没有完全封闭,墙体虽然是双层的,但顶板和底板相接处没有做到完全隔断。如此,厅外的声音或空调、通风系统的低频噪音便容易通过空气及墙面传入厅内。可见,虽然建筑设计已解决了大部分的声学效果问题,但不代表室内设计装修可以放松要求。大至各区域空间设计,小至一块墙板的安装技术,都会影响到厅堂内部声音的完美呈现。

[参考书目]

刘振亚:《现代剧场设计》,中国建筑工业出版社,2000.09

华天礽:《剧场建设中的建筑声学问题》,《音乐艺术—上海音乐学院学报》,2002

《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学技术规范》,2005.10