旅游劇場聲學設計初探
——以炎帝大劇院為例

饒紫云，胡小明，王凡

（中信建筑設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

1 引言

隨著旅游產業的發展，旅游演藝成為其中不可或缺的內容。諸多旅游景區、主題樂園內紛紛設置以游客為主體觀眾的各種類型的劇場。文化行業標準WH/T 59《演出場館設備技術術語 劇場》將這類劇場定義為旅游劇場（或游樂劇場）。

旅游劇場的演出富有旅游景區的特色或者切合主題樂園的主題需要，演出類型多樣，如舞蹈、音樂、雜技、戲曲、多媒體及新科技手段演示等，大多數是專劇專演，長年演出較為固定的劇目。旅游劇場的投資往往沒有專業劇場投資高，并且大部分的投資用于舞臺燈光、視頻和聲效，而對于建筑聲學設計不太重視，導致不能達到很好的音質效果。筆者以神農架景區炎帝大劇院為例，提出建筑聲學設計要點，為旅游劇場聲學設計提供參考。

2 劇場概況

炎帝大劇院是為《神農秘境》劇目而建設，以反映當地的自然風光、風土人情和擴大當地旅游影響力為主要目的。劇場內的建筑、裝飾風格和舞臺工藝都圍繞劇情設計。舞臺和觀眾廳有關參數見表1、表2。劇場平剖面圖見圖1、圖2。

表1 舞臺參數

圖1 炎帝大劇院平面圖

圖2 炎帝大劇院剖面圖

3 建筑聲學設計

3.1 建筑聲學設計要點

由于旅游劇場以擴聲使用為主，因此建筑聲學設計主要是為擴聲的使用提供良好的先天條件。建筑聲學設計要點主要是：1）控制合適的混響時間和背景噪聲限值；2）觀眾廳內不出現回聲、顫動回聲和聲聚焦等音質缺陷。

炎帝大劇院建筑特點：1）觀眾廳未設置樓座，從表2可以看出，觀眾廳縱向長度、橫向寬度和室內凈高都偏大。而劇場合適的縱向長度≤30 m[1]，橫向寬度≤17 m[1]，室內凈高≤8.5 m[1]。過寬、過高的體型容易導致側墻面和頂面的反射聲線形成回聲，因此，側墻和頂面應考慮吸聲或者擴散構造。2）觀眾廳未設置吊頂?？紤]表演和觀眾的互動氛圍，廳內設置威亞，方便雜技演員在觀眾廳內表演，如此導致觀眾廳內每座容積偏大于正常值一倍。這對控制混響時間及其頻率特性的難度加大，特別是低頻混響時間難以控制。并且觀眾廳需要布置較多吸聲材料，極大地增加聲學相關工程造價。3）舞臺空間較大。由于劇場有多個場景切換，演員數量較多，如此會導致舞臺的空調送風距離較遠且舞臺的空調噪聲偏高，空調的氣流噪聲控制難度大。主舞臺空調噪聲過大會影響觀眾席前區觀眾觀演。

表2 觀眾廳參數

3.2 聲學設計指標

由于劇場以擴聲系統使用為主，為保證擴聲的效果，觀眾廳中頻混響時間設計值略低，頻率特性良好，廳內無聲缺陷現象。確定的主要建聲設計技術指標如表3所示。

表3 建聲設計技術指標

3.3 音質設計

3.3.1 體型設計

劇場平面為鐘形平面，臺口側墻根據聲學要求設置成凸弧形擴散構造，一是使側向反射聲的延遲時間較短；二是增加擴散度。根據劇情需要，舞美專業在臺口側墻設置大量凹凸假山造型，假山造型面積約占馬道以下側墻面的三分之二。為使假山造型起到擴散效果，聲學提供假山造型的擴散突出和寬度尺度要求，并提出面密度大于40 kg/m2的要求。

觀眾廳由于未設置吊頂，結構頂較高（超過20 m），頂面的反射聲易形成回聲。另外，觀眾廳的馬道底部為鋼板硬反射面，因此利用馬道底部和容易產生不利聲反射的頂面設置鋁板網吸聲構造，考慮增加構造的低頻吸聲性能，采用100 mm厚，容重48 kg/m3的憎水玻璃棉包裹黑色玻纖布。

3.3.2 混響時間控制

觀眾廳混響時間設計指標是按照多用途劇場確定為中頻（500 Hz、1 000 Hz）1.3 s。后期隨著劇場的演出形式明確，擴聲系統除了采用線陣列揚聲器，還在側墻、后墻增加了若干效果聲全頻揚聲器，為保證擴聲系統的還音效果，混響時間設計指標按照多用途劇場低限考慮，調整混響時間為中頻（500 Hz、1 000 Hz）1.1 s。

根據表2，劇場的每座容積偏大許多，低頻（125 Hz、250 Hz）混響時間控制比較困難。采用低頻吸聲特性較優越的防火穿孔板，根據共振頻率公式計算，確定共振頻率[2]在低頻125 Hz～250 Hz的穿孔吸聲構造，穿孔率不大于5%，板后空腔不小于150 mm，經計算防火穿孔板共振頻率[2]在200 Hz，較好地解決了低頻混響時間偏長的問題。另外，低頻聲無指向性，低頻吸聲防火穿孔板設置在觀眾廳側墻后區和馬道以上的臺口墻面。

式中：

L——板后空腔深度（mm）；

t——板的厚度（mm）；

d——孔徑（mm）；

C——聲速（mm/s）；

P——穿孔率（穿孔面積/全面積×100%）。

觀眾廳后墻為主揚聲器朝向的墻面，后墻的不利聲反射會在觀眾廳前區、舞臺形成回聲。觀眾廳后墻采用穿孔率大于20%的穿孔鋁板強吸聲構造。觀眾廳平均自由程大，頂部吸聲材料的吸聲效率[3]較低，且距離聲源越遠效率越低[4]，因此，頂部吸聲材料設置在馬道底部，盡量靠近主揚聲器。觀眾廳的頂板為多個坡屋頂連續的造型，朝向舞臺的頂面容易產生不利聲反射返回至舞臺，形成回聲。綜合吸聲特性、施工的便易性和經濟性，采用25 mm有機纖維吸聲噴涂，吸聲噴涂容重不小于50 kg/m3。

3.3.3 舞臺音質設計

舞臺和觀眾廳形成耦合空間，舞臺空間的長混響對觀眾廳會造成不利聲耦合，因此舞臺采取強吸聲措施[5]，舞臺混響時間應盡量和觀眾廳保持一致。炎帝大劇院較其他類型劇場大不相同，舞臺上除大幕外，天幕、邊幕、檐幕等均采用LED大屏代替。幕布具有中高頻吸聲特性，而LED屏幾乎為反射面，因此，不能只是在主舞臺局部墻面做吸聲處理，需要舞臺的所有墻面采用強吸聲構造。墻面3 m以下采用防撞木絲吸音板，3 m以上采用穿孔FC板，穿孔率18.5%，板后預留空腔150 mm，空腔內填充50 mm厚，容重48 kg/m3玻璃棉，玻璃棉包裹無紡吸音布。

3.3.4 噪聲控制設計

（1）觀眾廳

觀眾廳采用座椅下送風，廳內能較好地控制送風氣流噪聲。觀眾廳回風口設置在觀眾廳側墻標高5 m的位置，尺寸為5 m×0.5 m，百葉片長度超過2 m，回風口風速較低，不超過4 m/s，氣流噪聲控制較好?；仫L口的產品質量也會影響風口噪聲，百葉片厚度太薄，會導致葉片抖動輻射噪聲，因此，聲學要求鋁百葉風口的葉片厚度不小于2 mm。另外，由于空調機房設置在三層，并且均未緊鄰觀眾廳，觀眾廳送、回風管段均經過較長管段衰減，并且回風管設置了多個消聲彎頭，風機運行的噪聲經管段衰減至回風口經消聲計算滿足觀眾廳內背景噪聲限值要求。

（2）舞臺

主舞臺送、回風口噪聲為舞臺主要噪聲源。舞臺臺口高度10 m，主舞臺寬度35.6 m，深度24.7 m，主舞臺送風口距離地面約12.8 m，送風口為噴口。由于送風管經過較長距離和多個彎頭的自然衰減作用，再加上房間的吸聲衰減作用，即便是送風噴口風速7.4 m/s，最終疊加的氣流噪聲值較低，也能滿足背景噪聲限值要求。

側舞臺和后舞臺風口距離主舞臺演出區域較遠，并且舞臺內設置大量吸聲材料，經計算，側舞臺和后舞臺風口噪聲衰減至主舞臺區域時，各個頻率均衰減20 dB以上，因此，側舞臺和后舞臺的風口噪聲對主舞臺和觀眾廳幾乎不會造成噪聲影響。

過渡季節排風機的噪聲則可以通過設置片式消聲器和消聲彎頭使風機運行噪聲沿管段衰減后滿足舞臺背景噪聲限值要求。

4 計算機模擬分析

根據計算機1:1仿真模擬，觀眾廳的三維模型和音質模擬結果如下：

根據劇場的平剖面圖建立觀眾廳的三維聲學模型，共有4 604個包絡面圍成，見圖3。

圖3 計算機三維聲學模型圖

觀眾廳空場狀態下的主要聲學參量：T30云圖見圖4、圖5，接收點反射聲序列模擬分析圖見圖6～圖9。觀眾廳平面為左右對稱，取半場均勻布置15點，接收點布置圖見圖10。各接收點平均混響時間結果和空場計算值見圖11。

圖4 計算機模擬結果T30云圖（500 Hz）

圖5 計算機模擬結果T30云圖（1 000 Hz）

圖6 接收點R9（1 000 Hz）反射聲序列

圖9 接收點R14（1 000 Hz）反射聲序列

圖10 計算機仿真模擬接收點布置圖

圖11 混響時間計算機模擬值與計算值比較折現圖

從計算機仿真模擬結果可以看出，T30云圖分布較均勻，各接收點的平均混響時間中頻（500 Hz、1 000 Hz）平均值為1.14 s，空場計算值為1.16 s，計算機模擬結果和計算結果較符合，混響時間頻率特性一致。并且從選取的接收點反射聲序列圖可以看出各點無回聲音質缺陷。

圖7 接收點R10（1 000 Hz）反射聲序列

圖8 接收點R13（1 000 Hz）反射聲序列

5 建聲測試結果

劇場完工后，對觀眾廳和舞臺空場狀態下進行建聲測試，各測點布置圖見圖12。

圖12 建聲測試測點布置圖

5.1 主要建聲指標測試結果

測試時由于條件限制，滿場狀態無法測量，考慮座椅采用的是劇場專用座椅，坐墊和靠背局部有軟墊，且座椅底板穿孔處理，座椅坐人和不坐人的測試結果差距不大，故測試空場狀態數據?；祉憰r間測量方法采用中斷聲源法，測試聲源采用廳內揚聲器系統，測試信號采用粉紅噪聲，傳聲器位于距地面1.2 m處。傳聲器位置上的峰值聲壓級高于相應頻段內背景噪聲45 dB，滿足信噪比要求?；祉憰r間和背景噪聲測量結果見圖13、圖14。

圖13 混響時間實測與計算值比較折現圖

圖14 背景噪聲實測與設計指標比較折現圖

5.2 建聲測試結果分析

（1）根據現場測量結果可知，觀眾廳各頻段混響時間空場測量值與空場計算值基本接近，低頻（125 Hz、250 Hz）有一定提升，高頻略有下跌，測得的低音比BR值1.26，可以看出觀眾廳混響時間及其頻率特性良好。

（2）舞臺混響時間測試值和觀眾廳相比較略偏長，中頻（500 Hz、1 000 Hz）比觀眾廳偏長約0.31 s。位于觀眾廳第一排座席和舞臺口附近的R13～R15點測試數據并沒有比觀眾廳混響時間平均值偏長或有較大偏差。由此可見，舞臺空間混響時間偏長對于觀眾廳混響時間并未造成較大影響。綜合經濟性和舞臺空間的實際狀況，舞臺空間的吸聲處理滿足設計和使用要求。

（3）根據背景噪聲測試結果可以看出，在空調開啟的狀態下，觀眾廳和舞臺測得的倍頻帶聲壓級明顯優于設計目標NR 35噪聲評價曲線。觀眾廳背景噪聲滿足NR 25噪聲評價曲線，舞臺背景噪聲滿足NR 30噪聲評價曲線。

炎帝大劇院已經于2021年10月正式竣工首演，建設方邀請當地企業的職工、當地居民和各參建單位觀看演出，參與演出的演員和觀眾對劇場的音質十分滿意。該項目最終聲學效果能夠達到甚至高于設計目標，很大程度是業主對建筑聲學非常重視，聲學相關裝修采取專項分包，并且要求施工單位嚴格按照聲學顧問的設計選擇聲學材料，實施聲學構造。聲學顧問根據擴聲系統設計調整相適應的建聲設計目標。最終劇場聲環境能取得較優的效果，達到各方滿意的結果。

6 結語

（1）旅游劇場不同于其他類型劇場，混響時間設計指標應根據表演的形式、聲效的要求，適當降低混響時間，以保證擴聲的還音要求。

（2）旅游劇場聲學在做體型設計時，一般受到演出形式、舞美特殊要求的限制，往往達不到較優的體型，需要采取額外的聲學措施，避免回聲、多重回聲等音質缺陷、混響時間過長等問題。

（3）旅游劇場一般容積較大，吸聲材料運用量大，聲學相關工程造價較高。但遇到劇場投資有限，并且裝飾效果要求不高、業主不重視時，聲學措施的實施難度很大，常常導致觀演效果不理想。

（4）旅游劇場若是專劇專演，劇目的演出要求應盡早明確，聲學專業宜盡早介入，建筑、舞臺工藝、聲學和舞美等相關專業在方案階段充分溝通，提高各專業融合度，避免聲學專業出現無法挽回的音質缺陷。

（5）旅游劇場演出時氣氛熱烈，背景音樂歡快熱烈，觀眾廳內背景噪聲不影響觀眾觀看演出即可，一般可按照規范中低限選擇。