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【摘 要】介绍了天津市红旗剧院声学改造设计的主要内容，通过调整观众厅内的体型，以及隔声、吸声、反射和声扩散设 计，使剧院达到了比较理想的音质效果，能够满足以评剧演出为主的多用途功能需求。
【关键词】 红旗剧院；改造；声学设计；音质效果
文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2015.07.007
戏剧院建筑是观演建筑重要的组成部分，是丰富人民群众文化生活的重要公建设施，在弘扬传统戏曲文化方面扮演着重要角色。随着科技的发展和观众欣赏需求的改变，现代演出形式发生了许多改变，很多有着悠久历史的传统剧院，声学问题日益凸显，难以满足新时期演出的需求。
以评剧演出为主的天津红旗剧院，坐落于评剧发祥地天津，在近现代戏曲的发展过程中扮演了重要角色。本文着重介绍了天津红旗剧院改建过程中的声学设计。
1 项目概况
红旗剧院位于天津市南开区红旗路，总建筑面积8 488 m2（其中原有建筑面积5 708.5 m2，改扩建后新增加建筑面积2 779.9 m2），地上部分4层，建筑面积为8 123 m2；地下1层，建筑面积为3 65 m2，改造后的效果如图1所示。
红旗剧院始建于1988年，至今已有27年的历史，期间未进行过大修改造。由于年久失修，剧院的各种设备、系统，以及管道、电路等都存在严重问题，其中声学问题尤为突出。由于目前剧院周边的建筑、交通状况发生了巨大变化，再加上结构老化，原来墙体的隔声隔振性能已不能满足新的使用要求；同时，观众厅声场分布状况较差，座位数为859座，总容积为6 050 m3，观众厅每座容积约为7.04 m3/座，远大于理想值，这对于主要以评剧演出为主的红旗剧院，已然不再适合，需要结合使用功能对室内装修和观众厅的形式进行适当的调整，进行适当的声学改造。
2 剧院声学设计任务及目标
结合红旗剧院的建筑形体、功能和结构形式，并参照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，确定了声学改造的目标如下：
（1）需要对剧院进行噪声控制，防止因为红旗剧院周边环境以及内部原有空间划分不合理而带来的噪声问题，使剧院厅堂内部实现较低的背景噪声；
（2）在厅堂体型设计方面，应尽可能地充分利用直达声和早期反射声，保证厅堂内有足够的响度、理想的声场均匀度和合理的反射声序列；
（3）通过体型大小的控制以及适当的材料布置，保证厅堂内部有合适的混响时间和频率特性，使厅内声音既清晰又丰满、圆润。
当然，在声学改造过程中也要避免因体型和空间设计不合理而带来的回声、多重回声以及声聚焦等声学缺陷的出现。
3 剧院噪声控制
红旗剧院主入口毗邻城市次干道红旗路，且周边有在建的地铁六号线，是剧院面临的主要外部噪声源。然而，观众厅与主入口之间有门厅和声控室相间隔，因此，厅内受交通噪声的影响相对较小。剧院东侧立面主要以玻璃幕墙为主，为了提高外维护结构的隔声性能，玻璃幕墙选用了隔声量为39 dB的中空双银超白钢化玻璃。剧院屋面为穿孔压型镀锌钢板轻型屋面，为了防止降雨时金属屋面在受到雨点的撞击后产生的雨噪声干扰，在屋面上方加设轻质隔声层，具体构造如图2所示。
根据GB/T 50356-2005《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》中关于观众厅和舞台背景噪声限值的规定，将红旗剧院观众厅和舞台的噪声限值定为NR-30。噪声评价曲线NR-30对应的各倍频带噪声限值如表1所示。
红旗剧院内部的噪声源主要是空调机房和泵房，它们紧邻舞台和观众厅，会造成厅内较高的背景噪声级，影响厅内的音质效果。在项目改造过程中，为节约成本无法进行平面布局的调整，因此，对空调机房的墙体进行了加建改造。根据对机房噪声释放量的测量和舞台区域背景噪声级的限定要求，确定了加建墙体结构的隔声量，如表2所示。
图3是机房改造后的墙体结构的示意图，经核算改造后的墙体的隔声量能够满足设计要求（见表3），可以很好地避免空调机房对舞台区域的噪声影响。
在隔声的同时还需要进行隔振处理，为此，对空调箱设备加设了隔振台座。由于设备会经由楼板及其连接结构，最后通过墙体、顶棚、地面等向房间振动辐射声音。因此，地面应加铺玻璃棉板垫层，做成“浮筑楼板”，如图4所示。
同时，为防止设备振动传递到与其连接的管道上，在设备与管道以及管道之间都采取弹性连接。风机与风道连接时，为防止振动随风道传递出去，在接口处使用帆布或橡胶片作为软连接。机房内落地管道与地面之间设橡胶隔振胶垫，吊装管道与顶面之间加设弹簧减振器。同时，对各类风管也加设了钢板套管，并在风管与套管间的空隙中填塞离心玻璃棉。
4 观众厅音质设计
4.1 观众厅原有体型的声学分析
图5是对原来红旗剧院观众厅的声线分析，从图中可以看出，舞台声源处到最后一排座椅的距离小于33 m，且观众席均布置在以声源为顶点的140°角的范围内，可以保证声源的指向性。但是，反射声在观众席内的分布状况却不理想，主要问题有两个：（1）从平面声线分析图可以看出，观众厅侧墙反射声分布不均匀，一层中间区域反射声密度较好，两侧反射声密度较小，尤其是两侧后部。一层及二层中前部均无侧墙反射声，因此，需要对前部侧墙体型调整以保证早期反射声得到充分利用；（2）从剖面声线分析图可以看出，尽管天花提供的反射声基本可以均匀覆盖观众厅区域，但是提供给观众厅中前部的反射声密度较小。二层挑台挡板处的倾斜角度不当，易产生回声问题，需对二层挑台体型进行优化处理。
4.2 体型调整
根据视觉效果，改造后的红旗剧院的墙面造型为连续弧形。为了保证墙体对声音的充分扩散，同时避免局部的声聚焦，对连续圆弧的规格做了严格的声学界定，如图6所示，圆弧横向跨度a的建议值在1 m至2.2 m之间，保证对不同频带的声音都具有扩散效果；每个圆弧的纵向跨度b要大于相应圆弧横向跨度的0.15倍，即b≥0.l5a；同时圆弧间距d要满足3a≥d≥a的要求。在建筑设计和声学设计的配合下确定了内墙形式，如图7所示。 针对新的建筑设计造型的内表面进行了声线分析，并进一步对观众厅局部侧墙和天花的体型进行调整，使得观众厅内反射声分布均匀。同时为了避免回声问题的产生，将二层挑台的栏板也调整成为弧形，如图8所示。调整后的观众厅能够充分利用早期反射声，且反射声分布均匀，调整后的厅堂的最终效果图如图9所示，新的墙面造型新颖大气，既丰富了立面效果，同时又起到了很好的声学扩散的作用。
4.3 混响时间计算
在体型初步调整后，对观众厅的混响时间进行了核算。改造后红旗剧院观众厅的容积为6 011 m3，座位数为861个，每座容积约为6.98 m3/座。根据厅堂的每座容积参数和使用功能，确定了红旗剧院各频带的最佳混响时间如表4所示。
依据观众厅的视觉效果和声学分析，确定了厅内各个界面的材质分布。侧墙前部采用了36 mm成品曲面木挂板，并实贴在基层上，以保证该区域能够有效地向厅内提供反射声；为防止回声，侧墙后部及后墙采用吸声处理，材料为18 mm木质曲面吸声板，其中开槽宽度3 mm，穿孔率7.2%，穿孔直径10 mm，后附吸声无纺布，吸声板后200 mm空腔，内填50 mm离心玻璃棉，具体构造如图10所示。
在天花前部采用三层纸面石膏板吊顶，尽量保证声音的反射。后部则采用12.5 mm的单层纸面石膏板，后设400 mm的空腔，龙骨为50 mm×100 mm，从而使这部分区域能够对于低频率声适当的吸收。为了缩短观众厅内的混响时间，保证评剧演出的清晰度，在二层挑台下的天花上布置了穿孔石膏板来增加吸声量，如图11所示。
按照以上材料的布置方案得到空场和满场的混响时间计算值如表5所示，可以看出改造后的观众厅空场和满场的混响时间接近设计值，且频率响应良好，能够适应评剧演出的需要。
4.4 软件模拟
为了验证声学设计的最终效果，利用声学模拟软件Odeon对红旗剧院进行了软件模拟。对声场均匀度、混响时间、明晰度和语言传输指数等指标进行了模拟计算，如图12所示。从图中可以看出，改造设计后观众厅内混响时间适当，混响时间的频率响应合理，音乐的明晰度和语言的清晰度都较高，且声场均匀，能够很好地与评剧演出的需要相匹配，达到了声学改造的目的。
5 结语
红旗剧院于2015年6月改造一新，改造后的红旗剧院以其良好的声学环境效果为人们提供了一个丰富精神生活的平台和场所。
【关键词】 红旗剧院；改造；声学设计；音质效果
文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2015.07.007
戏剧院建筑是观演建筑重要的组成部分，是丰富人民群众文化生活的重要公建设施，在弘扬传统戏曲文化方面扮演着重要角色。随着科技的发展和观众欣赏需求的改变，现代演出形式发生了许多改变，很多有着悠久历史的传统剧院，声学问题日益凸显，难以满足新时期演出的需求。
以评剧演出为主的天津红旗剧院，坐落于评剧发祥地天津，在近现代戏曲的发展过程中扮演了重要角色。本文着重介绍了天津红旗剧院改建过程中的声学设计。
1 项目概况
红旗剧院位于天津市南开区红旗路，总建筑面积8 488 m2（其中原有建筑面积5 708.5 m2，改扩建后新增加建筑面积2 779.9 m2），地上部分4层，建筑面积为8 123 m2；地下1层，建筑面积为3 65 m2，改造后的效果如图1所示。
红旗剧院始建于1988年，至今已有27年的历史，期间未进行过大修改造。由于年久失修，剧院的各种设备、系统，以及管道、电路等都存在严重问题，其中声学问题尤为突出。由于目前剧院周边的建筑、交通状况发生了巨大变化，再加上结构老化，原来墙体的隔声隔振性能已不能满足新的使用要求；同时，观众厅声场分布状况较差，座位数为859座，总容积为6 050 m3，观众厅每座容积约为7.04 m3/座，远大于理想值，这对于主要以评剧演出为主的红旗剧院，已然不再适合，需要结合使用功能对室内装修和观众厅的形式进行适当的调整，进行适当的声学改造。
2 剧院声学设计任务及目标
结合红旗剧院的建筑形体、功能和结构形式，并参照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，确定了声学改造的目标如下：
（1）需要对剧院进行噪声控制，防止因为红旗剧院周边环境以及内部原有空间划分不合理而带来的噪声问题，使剧院厅堂内部实现较低的背景噪声；
（2）在厅堂体型设计方面，应尽可能地充分利用直达声和早期反射声，保证厅堂内有足够的响度、理想的声场均匀度和合理的反射声序列；
（3）通过体型大小的控制以及适当的材料布置，保证厅堂内部有合适的混响时间和频率特性，使厅内声音既清晰又丰满、圆润。
当然，在声学改造过程中也要避免因体型和空间设计不合理而带来的回声、多重回声以及声聚焦等声学缺陷的出现。
3 剧院噪声控制
红旗剧院主入口毗邻城市次干道红旗路，且周边有在建的地铁六号线，是剧院面临的主要外部噪声源。然而，观众厅与主入口之间有门厅和声控室相间隔，因此，厅内受交通噪声的影响相对较小。剧院东侧立面主要以玻璃幕墙为主，为了提高外维护结构的隔声性能，玻璃幕墙选用了隔声量为39 dB的中空双银超白钢化玻璃。剧院屋面为穿孔压型镀锌钢板轻型屋面，为了防止降雨时金属屋面在受到雨点的撞击后产生的雨噪声干扰，在屋面上方加设轻质隔声层，具体构造如图2所示。
根据GB/T 50356-2005《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》中关于观众厅和舞台背景噪声限值的规定，将红旗剧院观众厅和舞台的噪声限值定为NR-30。噪声评价曲线NR-30对应的各倍频带噪声限值如表1所示。
红旗剧院内部的噪声源主要是空调机房和泵房，它们紧邻舞台和观众厅，会造成厅内较高的背景噪声级，影响厅内的音质效果。在项目改造过程中，为节约成本无法进行平面布局的调整，因此，对空调机房的墙体进行了加建改造。根据对机房噪声释放量的测量和舞台区域背景噪声级的限定要求，确定了加建墙体结构的隔声量，如表2所示。
图3是机房改造后的墙体结构的示意图，经核算改造后的墙体的隔声量能够满足设计要求（见表3），可以很好地避免空调机房对舞台区域的噪声影响。
在隔声的同时还需要进行隔振处理，为此，对空调箱设备加设了隔振台座。由于设备会经由楼板及其连接结构，最后通过墙体、顶棚、地面等向房间振动辐射声音。因此，地面应加铺玻璃棉板垫层，做成“浮筑楼板”，如图4所示。
同时，为防止设备振动传递到与其连接的管道上，在设备与管道以及管道之间都采取弹性连接。风机与风道连接时，为防止振动随风道传递出去，在接口处使用帆布或橡胶片作为软连接。机房内落地管道与地面之间设橡胶隔振胶垫，吊装管道与顶面之间加设弹簧减振器。同时，对各类风管也加设了钢板套管，并在风管与套管间的空隙中填塞离心玻璃棉。
4 观众厅音质设计
4.1 观众厅原有体型的声学分析
图5是对原来红旗剧院观众厅的声线分析，从图中可以看出，舞台声源处到最后一排座椅的距离小于33 m，且观众席均布置在以声源为顶点的140°角的范围内，可以保证声源的指向性。但是，反射声在观众席内的分布状况却不理想，主要问题有两个：（1）从平面声线分析图可以看出，观众厅侧墙反射声分布不均匀，一层中间区域反射声密度较好，两侧反射声密度较小，尤其是两侧后部。一层及二层中前部均无侧墙反射声，因此，需要对前部侧墙体型调整以保证早期反射声得到充分利用；（2）从剖面声线分析图可以看出，尽管天花提供的反射声基本可以均匀覆盖观众厅区域，但是提供给观众厅中前部的反射声密度较小。二层挑台挡板处的倾斜角度不当，易产生回声问题，需对二层挑台体型进行优化处理。
4.2 体型调整
根据视觉效果，改造后的红旗剧院的墙面造型为连续弧形。为了保证墙体对声音的充分扩散，同时避免局部的声聚焦，对连续圆弧的规格做了严格的声学界定，如图6所示，圆弧横向跨度a的建议值在1 m至2.2 m之间，保证对不同频带的声音都具有扩散效果；每个圆弧的纵向跨度b要大于相应圆弧横向跨度的0.15倍，即b≥0.l5a；同时圆弧间距d要满足3a≥d≥a的要求。在建筑设计和声学设计的配合下确定了内墙形式，如图7所示。 针对新的建筑设计造型的内表面进行了声线分析，并进一步对观众厅局部侧墙和天花的体型进行调整，使得观众厅内反射声分布均匀。同时为了避免回声问题的产生，将二层挑台的栏板也调整成为弧形，如图8所示。调整后的观众厅能够充分利用早期反射声，且反射声分布均匀，调整后的厅堂的最终效果图如图9所示，新的墙面造型新颖大气，既丰富了立面效果，同时又起到了很好的声学扩散的作用。
4.3 混响时间计算
在体型初步调整后，对观众厅的混响时间进行了核算。改造后红旗剧院观众厅的容积为6 011 m3，座位数为861个，每座容积约为6.98 m3/座。根据厅堂的每座容积参数和使用功能，确定了红旗剧院各频带的最佳混响时间如表4所示。
依据观众厅的视觉效果和声学分析，确定了厅内各个界面的材质分布。侧墙前部采用了36 mm成品曲面木挂板，并实贴在基层上，以保证该区域能够有效地向厅内提供反射声；为防止回声，侧墙后部及后墙采用吸声处理，材料为18 mm木质曲面吸声板，其中开槽宽度3 mm，穿孔率7.2%，穿孔直径10 mm，后附吸声无纺布，吸声板后200 mm空腔，内填50 mm离心玻璃棉，具体构造如图10所示。
在天花前部采用三层纸面石膏板吊顶，尽量保证声音的反射。后部则采用12.5 mm的单层纸面石膏板，后设400 mm的空腔，龙骨为50 mm×100 mm，从而使这部分区域能够对于低频率声适当的吸收。为了缩短观众厅内的混响时间，保证评剧演出的清晰度，在二层挑台下的天花上布置了穿孔石膏板来增加吸声量，如图11所示。
按照以上材料的布置方案得到空场和满场的混响时间计算值如表5所示，可以看出改造后的观众厅空场和满场的混响时间接近设计值，且频率响应良好，能够适应评剧演出的需要。
4.4 软件模拟
为了验证声学设计的最终效果，利用声学模拟软件Odeon对红旗剧院进行了软件模拟。对声场均匀度、混响时间、明晰度和语言传输指数等指标进行了模拟计算，如图12所示。从图中可以看出，改造设计后观众厅内混响时间适当，混响时间的频率响应合理，音乐的明晰度和语言的清晰度都较高，且声场均匀，能够很好地与评剧演出的需要相匹配，达到了声学改造的目的。
5 结语
红旗剧院于2015年6月改造一新，改造后的红旗剧院以其良好的声学环境效果为人们提供了一个丰富精神生活的平台和场所。