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多功能厅声学设计方案

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多功能厅声学设计方案







背景介绍

本方案以广东省广州市某学院的多功能厅声学建设为例。该多功能厅主舞台高度高达15m,一般设有数量很多的吊杆;舞台面积较大,含主台、侧台和后台,整体呈品字型。



场馆概述



多功能厅功能定位:以文艺演出为主,兼顾举办大型会议、环绕声电影放映功能。

多功能厅观众厅平面呈钟形,观众厅长37m,宽32m,最高点8.1m,最低点3.6m。舞台面比第一排高0.8m。观众厅为大跨度的轻质屋面,舞台屋面为混凝土楼板。

舞台口尺寸:15.8m*5.6m。舞台呈品字型,主舞台长宽为15.8m*6.2m,侧舞台长宽为8.6m*7.3m,后舞台长宽16.6m*6.9m

观众厅侧墙设一道耳光,吊顶设一道面光,均为暗藏式。观众厅为全台阶形式,共22排,第一排与最好一排高度差(总起坡)为3.3m,平均每阶高差约15cm。观众厅布置一层座位,共986座,属中型剧场。观众厅平面面积约1372㎡,容积约6578m³,每座容积6.67m³/座。

声学设计原则以电声演出为主,良好的声环境是电声系统高效发挥的基础,要求厅堂建成后具备较高的清晰度,均匀度。


声学设计依据

本项目的声学设计依据以相关国家标准和相关经典声学文献为准,列举如下:

GB501182010《民用建筑隔声设计规范》

GB50121-2005《建筑隔声评价标准》

JGJ57-2000《剧场建筑设计规范》

GBT/T 50356-2005《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》

GB/T 16731-1997 《建筑吸声产品的吸声性能分级》

ISO3382:2008 Acoustics Measurement of the reverberation time of rooms with reference to other acoustical parameters.

《音乐厅和歌剧院》白瑞纳克著

多功能厅 相关图纸与提供的相关信息


声学设计指标

多功能厅需要较高的语言清晰度,全厅声压级分布均匀,无明显回声和颤动回声等声学缺陷根据相关规范要求以及本项目的功能特点,兹确定以下的音质设计指标:


多功能厅内本底噪声:本底噪声是指房间内无人占场,空调、通风系统和音视频灯光系统正常运行时的噪声水平。多功能厅内本底噪声应不超过NR30噪声评价曲线,用A 声级评价时要求噪声级不能超过35dBA。本底噪声测量时分两种工况:厅堂内音视频舞台机械和暖通设备关闭、开启。前者是检验厅堂建筑围护构造的噪声隔绝能力,后者是测试设备排放噪声的情况。

多功能厅内任何位置无音质缺陷,如声聚焦、回声、颤动回声等声学缺陷。多功能厅内总体评价应达到混响合适、频率特性优良、声场均匀,声音清晰真实、无明显噪声等。

控制室音质设计指标:中频500~1000Hz满场混响时间为:RT60=0.4秒,各频率混响时间平直。


体型和声线分析

体型设计是音质设计的重要内容。厅堂体型直接决定了反射声的时间和空间分布,甚至影响直达声的传播,大量的早期反射声是优良音质的有力保证。早期反射声是指在直达声后50ms之内到达的反射声,对于音乐可放宽到80ms内。

早期反射声不仅在时间分布上、同时在方向分布上都与音质效果有关。来自前方的早期反射声有提高直达声强度和增加亲切感的作用,而来自侧向的早期反射声,有形成围绕感的作用。这对音乐厅和歌剧院来说都是至关重要的。

合适的体型设计是良好音质的必备条件之一,而科学的装饰完成面造型设计能为获得良好音质提供先天性的有利条件。墙面形状、尺寸、布置的合理设计以及扩散体的设计与布置来满足。设计合理的吊顶可以为观众厅提供丰富而均匀的早期反射声,舞台台口至面光桥之间的大天花,能够为前中区提供早期反射声,面光桥后部的天花吊顶能够为中后部观众席提供早期反射声。而合理设计侧墙的造型,能够使观众厅的侧向反射声更丰富,声场更为扩散,这也有利于加强观众席的空间感。而侧墙上扩散反射体的设计能够为观众厅提供大量的侧向反射声,这都能改善观众厅的空间感并使观众厅具有良好的声场分布均匀度。


观众厅声线分析



3可以清楚看出,对观众厅两侧墙体造型优化后,反折线造型能为中部观众区带来更多的早期反射声,界面有效反声利用率较高,不存在颤动回声、声聚焦、声影等声学缺陷。(红圈为声源,蓝色线为入射声线,红线为反射声线)

折线转折点直角的设计更利于板材之间的拼接、灯槽的设计安装,并不会产生尖锐的转角。

吊顶作为最重要的一个反声面,需要科学合理的设计,将声音有效地反射到观众区域,提供大量的早期反射声,有利于加强直达声,提高声场均匀度、响度和语言清晰度。本方案的吊顶造型基于装饰效果美观的前提下,最大量利用顶部为观众席提供反射声,并使来自顶部的反射声能均匀覆盖观众席。

4可以清楚看到,声音从舞台发出后,经第一段、第二段和第三段吊顶反射,早期反射声能覆盖范全部观众席区域,且反射界面体量大。


隔声设计

为了防止外界噪声传入室内影响多功能厅正常使用,故多功能厅的门窗墙体楼板等建筑构件需满足隔声要求。科学的隔声设计能提高语言私密性,提高会议内容的保密性;防止外界噪声传入多功能厅,降低厅堂使用体验。

根据等传声量设计原则,多功能厅墙的隔声量比门窗高出10dB即可;即门的修正计权隔声量Rw+C需要大于35dB,建议使用成品隔声门,注意对门缝的密封处理。外窗的修正计权隔声量Rw+Ctr需要大于35dB,建议使用双层中空玻璃如5+12A+5的构造,同时注意对窗四周缝隙的密封处理。多功能厅内常会配备暖通空调送回风系统等噪声源,若送回风口噪声较大,需根据机组噪声情况以及多功能厅内允许噪声水平进行消声处理。


声学材料布局

吊顶作为重要的反射面,其形状经过严格设计,以便为观众提供更多的早期反射声,增加语言的清晰度和音乐的明晰度。

观众厅内各界面声学材料的选择与安装位置和数量关系到观众厅的总体装修效果和投资,关系到厅内声场的分布和扩散,更关系到厅内混响时间及其频率特性的控制,这里将对观众厅内各个主要表面的材料选择及其配置部位提出建筑声学专业设计的建议和意见,供业主及室内装修设计和施工单位参考。多功能厅内各界面材料及构造如下:


吊顶天花

吊顶天花声学上要求具有较强的反射,可采用双层石膏板吊顶,具施工工艺成熟、价格低廉等优点,同时有较好的低频吸声能力,能使对各频段的吸声变得更加均衡,有利于提高音质,提高语言清晰度。



本案多功能厅墙体材料平面布局图如下:


后墙

对观众厅后墙作强吸声处理,既能使厅堂获得一个低混响的声环境,同时能降低后墙产生回声的风险。具体做法为:GA-ART槽孔吸声板+50mm48K玻璃棉板+100mm以上的空腔。注意点为不可使用一整块木工板打底,只能使用板条,槽孔吸声板与玻璃棉板之间不可有一整块底部。玻璃棉板需尽量紧贴槽孔吸声板,不可贴墙体。


槽孔吸音板性能要求:

1. 声学产品必须具有好的声学稳定性;

2. 面层材料要求:槽孔吸声板正面开槽,背面开孔,槽孔中心相对;

3. GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》标准达到A级防火;

4. 甲醛释放量满足《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放量》(GB18580-2001E1类标准要求;甲醛释放量低于0.1mg/L(提供权威机构检测报告);

5. 声学性能:100-5000Hz平均吸声系数≧0.70,NRC0.80

6. 内填白色憎水性48K5mm吸声棉(憎水性≥98%(憎水性能报告)

侧墙

中后部侧墙布置微孔吸声板进行吸声处理,折线造型能提高声扩散效果,提高声场均匀度、语言清晰度,避免产生颤动回声声学缺陷;

具体做法为:微孔吸音板PAV4/0.7+50mm48K玻璃棉板+空腔(按现场情况)。要求降噪系数NRC=0.8,平均吸声系数α在0.65-0.7范围内。



舞台口展斜墙


声学上要求此界面为反射面,不可做吸声处理。使用木饰面板+木工板打底即可。

根据JGJ57-2000《剧场建筑设计规范》,剧场墙面材料,顶部设有排烟装置(排烟窗、排烟风机)的可以用B1级防火材料,若没有则需要用A级防火。


观众厅地面

地面建议使用PVC胶地板或水磨石,相对于地毯具有易清洁、寿命长的效果。


舞台墙面

A级孔木吸音板+50 轻钢龙骨(填 50mm 48k 玻璃棉,外包玻纤布)+建筑墙体,为减少对舞台灯光的反光,应选用黑色,安装位置为舞台墙面一层天桥以下墙面,其他非吸声墙面刷黑色乳胶漆,其构造及安装方式如下:


声控室

与观察窗相对墙体:满铺FAE32无醛布艺软包+50mm空腔;两侧墙直通型GA-ART槽孔吸音板+50mm48K玻璃棉+50mm空腔。其余一面墙(观察窗所在墙体)按装饰设计要求,可为抹灰刷白墙;

天花:25mm玻纤板吊顶

地面:铺设架空防静电地板。


声学效果

混响时间计算:最佳混响时间确定后,就须进行混响时间的计算,以此确定房间各界面所需的吸声量,混响时间的计算目前均采用伊林(Eyring)公式。

混响时间计算,通常要计算125250500100020004000 Hz六个频段的值。





室内音质计算机模拟

本次模拟采用的软件是由丹麦技术大学声学技术系研究开发的正版声学软件ODEON 15.12 ODEON软件因为其可靠的计算模拟结果和人性化的操作,在全世界范围内已经得到了声学行业的广泛认可,是全球最优秀的声学模拟软件之一。

采用计算机声学模拟试验,进行声场分布和早期反射声测定,主要目的是检查体形设计中是否存在缺陷和反射声的分布并以此为依据进行修正。

本次模拟的主要目的是为了利用计算机辅助设计的方式多功能厅的室内声场环境进行预测,目的是在设计阶段找出厅堂内可能出现的问题,并加以解决,对厅堂体型、使用的建筑材料进行优化,以确保厅堂建造完成后能拥有出色的音质。


观众厅三维声学模型

本三维模型对观众厅体型作了适当简化:根据ODEON官方建议,对门窗与墙作同一平面处理,曲面用平面拟合,在保证模拟准确度的基础上提高音质计算效率。上图为从舞台望向观众厅后墙方向声学模型渲染图,下图为后部观众席区域望向舞台口方向声学模型渲染图。



声源和测点布置说明


红点为声源点位于舞台中央,高1.5m,以模拟人站立时嘴巴的高度;蓝点为测点共12个测点,高1.2m,均匀布置于观众席区域。因观众厅纵向对称,故仅在一侧布置测点。


观众厅音质模拟结果及分析

音质模拟结果以两种方式展示:

彩色网格法:将观众区听音面划分成0.75m x 0.75m的小方格,对每一格进行音质模拟计算,音质数值以颜色表示。

多点平均统计法:在观众区内均匀布置若干个测点,对每个测点进行音质模拟计算,所有计算结果做统计分析。


(1) 满场混响时间 T30

混响时间T30与客观混响感关系度最高。

从彩色分布图中可直观看出,中频满场混响时间分布均匀,不存在音质突变区域。



3 12个测点混响时间平均值和标准差



3,观众厅内12个测点满场中频混响时间平均值为0.93s,在设计指标范围(0.9-1.1s)内;较低的中频混响时间是厅堂具备良好语言清晰度的基础。标准差数值小,说明混响时间分布均匀,每个测点的混响时间接近。

低频混响时间相对中频有一定的抬升,低音比BR=1.15>1,保证语音具良好的饱和度、浑厚感;高频与中频接近,保证语音具良好的嘹亮感;混响时间的频率特性平直符合设计要求。据T30 彩色网格分布图可以看出,混响时间分布比较均匀,最大值和最小值在合理的范围内。


(2) 早期衰变混响时间EDT

早期衰变时间EDT与主观混响感关系度最高。

EDT彩色网格分布图可以清楚看出,观众厅中部EDT值较高。

从统计值中可以清楚看出,中频早期衰变时间EDT 平均值约为0.9 秒。低的EDT值也是较高语言清晰度的有力保证。





(3) 声场不均匀度

音质模拟所使用的ODEON声源为无指向形点声源,增益设置为31dB;按此设置,声源放在消声室内,距其10m处的声压级为0dB,满足响度系数G的定义要求。




从声压级数值彩色网格分布图可以清楚看出,观众厅声压变化均匀,不存在突变区域


5可以得出,观众厅内除125Hz频段外,各个频段的最大和最小声压级差均稍稍大于6dB。原因是本案厅堂长度过大,最后一排到舞台大幕线的距离超过34m,高于剧场一般要求的30m以内;最后排离舞台距离较远,故舞台上的声音传递到最后排后能量过小,导致其与前排的声压差稍稍大于6dB。若除去30m以外的那最后几排,整个声场声压变化均匀,均匀度较好,能满足设计指标要求。

同时需指出的时,本厅堂无自然声演出,使用设计得当的电声系统后,因其具有较强的指向性,故声场均匀度会大大提高。


(4) 清晰度D50

清晰度D50表征语言清晰度的好坏,取值范围0-1,数值越大清晰度越高。通常D50大于0.5,可认为具备较好的语言清晰度。


从清晰度D50值彩色网格分布图可以清楚看出,仅有小部分观众区域(主要集中在观众区中部,面积约10%D50值略低于0.5。通过合适的电声系统,可进一步提高全场的语言清晰度。

12个测点的统计值中可以得出,中频D50平均值为0.61,说明观众坐席区整体具备良好的语言清晰度。




使用材料

                 微孔吸音板                                 无醛布艺吸音板

                饰面板


其他项目

案例一:贵州电信金阳枢纽楼


案例二:孟加拉外交部外交学院大礼堂


案例三:山东省第二十三届运动会指挥中心



案例四:成都七中导播中心



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