国家大剧院歌剧院建筑声环境.docx

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国家大剧院歌剧院建筑声环境

建筑声环境结课论文

论文名称：

国家大剧院歌剧院建筑声环境

班级：

 2011级建筑

（2）班

1.国家大剧院中的歌剧院

国家大剧院位于北京西长安街南侧、人民大会堂西侧，占地118900m2，总建筑面积217500m2（包括地下车库近46600m2）。

于2001年12月13日开工建设，经过建筑师等各方的共同努力，于2007年12月21日正式拉开大幕。

国家大剧院主体建筑为独特的半椭球壳体造型，高46.68m，地下最深32.50m，椭球长轴135m，短轴93m，周长达600余米。

壳体表面由18398块钛金属板和1226多块超白玻璃共同组成，2种材料的拼接曲线，仿佛舞台大幕徐徐拉开。

建筑主体周围环绕着人工湖，湖畔均以绿色植被覆盖，端庄大气，自然舒适，营造出一种安逸、幽雅、温馨、浪漫的环境氛围，以一团浓绿融入到首都的政治文化中心天安门地区。

国家大剧院外观如图1所示。

图1国家大剧院外观图

国家大剧院歌剧院是国家大剧院内比较宏伟的建筑，以金色为主色调。

主要上演歌剧、舞剧、芭蕾舞、及大型文艺演出。

国家大剧院歌剧院观众厅设有池座一层和楼座三层，共有观众席2398个（含站席）。

国家大剧院歌剧院有具备推、拉、升、降、转功能的先进舞台，可倾斜的芭蕾舞台板，可容纳三管乐队的升降乐池。

这些世界领先水平的舞台机械设备为艺术家的现场表现提供了可能。

2.观众厅、舞台（乐池）及声控室

2.1观众厅

图2歌剧院观众席

歌剧院观众厅采用三面围合的马蹄形布局，拥有观众席2354席（包括135个站席），分4层，其中第2层楼座为贵宾席。

观众厅内部装饰与外部相互呼应，以金色和红色为主色调，金色的金属网及橘红色的背景、紫红色丝绸饰面的强吸声构造后墙，橘黄色的吊顶以及红色的座椅显得歌剧院雍容华贵，富丽堂皇，典雅庄重。

观众厅的装饰装修风格烘托了演出时热烈融合的气氛，歌剧院观众厅如图2所示。

歌剧院观众厅最具视觉冲击力的是巨大的空间体量，平均9.8m3/人。

另外就是具有现代感、层层弧线型楼座的艺术灯带及顶部椭圆环灯带，环环相映，活泼跳跃。

观众厅声学设计以自然声为主、电声为辅的原则，设计中频满场混响时间为1.5s，背景噪声满足NR25。

实际测试结果都达到了预期的目标值。

图3观众厅舞台平面图图4观众厅舞台平面图

图5舞台正面图

2.2舞台和乐池

剧院舞台采用典型的“品”字形舞台形式，可储藏3个整场布景，配置有先进的、现代化的大型舞台机械设备，歌剧院舞台如图5所示。

包括主舞台、左右侧舞台和后舞台，具备

图6乐池

推、拉、升、降、转等功能，便于演出中迅速地进行场景切换。

其中，主舞台有6个升降台，既可整体升降又可分别单独升降。

左、右侧舞台各有6台可横向移动的车台，依赖主舞台升降台可互换位置，既可以迁换场景，又可以参与演出，观众厅舞台平面图如图3所示。

后舞台下方距台面15m处，还储存着1块国内面积最大的专用芭蕾舞台板，主舞台升降台下降后，芭蕾舞台可移动到主舞台台面上，用于芭蕾舞演出。

芭蕾舞台面可倾斜至5.7°，采用美国俄勒冈松木，并用三层结构保证舞蹈演员所需要的弹性。

舞台上方栅顶高度为32m，景物吊杆、灯光渡桥通过钢丝绳悬挂在空中，数量之多居于世界领先地位。

61道电动吊杆，78台轨道单点吊机，24台自由单点吊机，另外还设置了1台飞行器，2块电动升降乐池的面积为120m2，可容纳90人的三管编制乐队，可升至观众席水平位置安装座椅，也可升至舞台平面用于舞台。

在升降乐池上还特别为指挥设计了专用指挥升降台，用于调节指挥的高度。

2.3声控室

国家大剧院歌剧院的音响师与灯光师同等重要，位于观众厅池座后部，十分突出，“享受”有总统包厢的最佳位置和特权，歌剧院控制室如图7所示。

音响师一侧视窗玻璃可向上开启，室内装修成深黑色，工作灯明亮，演出时暗场。

声控室内装备有扩声系统用数字调音台、模拟调音台、CD播放机等音响设备。

遗憾的是演出中音响师与灯光师在同一空间中，略感拥挤，且灯光师们会制造出“噪声”。

控制室是演出音响和舞台灯光的控制中心。

为了使控制室达到良好的声音环境，利于工作人员的工作，又使控制室内的声音不会泄露到观众厅中影响观众看戏，控制室做了吸声处理，使混响时间控制得比较短。

吊顶采用15mm矿棉吸声板，墙面采用厚50mm空腔填充矿棉，表面12mm厚木吸声构造板。

图7歌剧院控制室

3歌剧院的建声环境

3.1降声隔噪

3.1.1地铁振动干扰问题

地铁一号线作为北京人出行的重要交通线路，东西横贯北京城区。

而国家大剧院恰恰坐落在地铁一号线边旁。

在建设之初，地铁对大剧院震动和噪声的干扰问题，曾让设计者和使用者担心过，希望由地铁振动而引起的噪声级比剧场内允许的背景噪声级低3dB。

地铁一号线距离大剧院外表壳体最近为160m，到歌剧院外墙为220m。

呼啸的地铁从天安门西站风弛而过，如果振动产生的噪音在40dB~50dB之间，就需要在剧院外部建隔振墙;如果振动大于50dB，就必须对剧场结构和地铁进行必要的减振措施。

振动衰减的计算结果表明:

在超过150m的衰减后，地铁的振动和噪声不会对大剧院的演出产生影响。

竣工后试演出情况验证了当时的判断的正确性，工程上节省了投资，保证了工期。

图8地铁一号线天安门站

3.1.2减振降噪措施

依靠建筑壳体和四周的地下围墙，使大剧院被自然地保护起来。

使用高阻尼连接和钛金属板隔断噪声的干扰，使得壳体隔声量Dn，w=40dB==>Rw=42dB。

为了进一步减少噪声，创造一个安静的声音环境，除了隔断外部噪声干扰以外，还针对观众厅内的噪声源进行了严格的控制。

例如:

电梯竖井远离观众厅，并且在竖井内加装钢套;采取置换式座椅椅脚送风的空调方式，减小空调风口产生的噪声;观众座椅采用阻尼缓冲装置以减少座椅翻起的冲击噪声等等。

3.1.3剧场空调出风口的降噪措施

作为现代化的剧场，确保观众能够在温度舒适的环境中观看演出是至关重的，因此观众席的空调使用必不可少。

而空调又是最容易对声音效果产生影响重要环节，因此如何处理好空调的噪声问题，是摆在声学专家面前的重要课题国家大剧院选择的是座椅下送风方式，即每一个座位下部都有一个通风口行送风，置换送风的方式为“下送上回”。

与常规的顶棚“下送上回”送风方相比，“下送上回”换送风方式的优点在于：

1）每一个观众座椅下方的风口对众进行送风，针对性强、送风效率比较高，且风量平均；2）因其送风效率高，此有效的避免了因空间巨大而引起的能量的损耗。

虽然距离人腿较近的送风方第3章歌剧院建筑声环境效率较高，同时也带来了因距离过近而引起的“吹腿”现象。

为解决这个问题清华大学建筑物理实验室专门建造了极低背景噪声通风实验室，通过实验开发静音均流风口。

风口内的均流和静音结构，既确保了风流的均匀传播，同时有的控制了噪声。

根据测试，风口在常规50m3/小时的风量下，垂直流场风速低0.2m/s，噪声声功率小于5dB（A），观众席的换风次数根据需要为5-8次/小时。

图9观众座椅下送风口

4.音质设计

4.1观众厅形状

歌剧院观众厅形状设计十分独特巧妙，很好地解决了建筑师希望的完美造型与声学专家希望的良好建声条件的矛盾。

声学专家认为长方形的观众厅两侧墙有利于近次声反射，音质设计获得好评的成功率高。

但是对于建筑师来说，长方形的观众厅视觉效果略显古板，圆弧形墙面更加优美。

图10设计师手绘观众席图

经过建筑师和声学专家的多次交流达成共识，决定采用建筑结构实体墙与金属网装饰面相结合的双层墙面，实现了视觉空间与听觉空间的完美融合。

声学设计如图11所示。

建筑师的基本设计理念是基于典型的马蹄形剧院形式，又摈弃传统式包厢布局在视线和音质上的缺陷。

内墙的金属网装饰，利用其易变优势能随意地将观众厅围成弧线状，另一方面，利用金属网的通透性，为了达到各种声学指标使声学专家可大胆地创建最佳建声环境，而不必担心影响观众厅的美观。

因此，利用金属网的视觉遮蔽，把背后的实体墙做成了有利于声反射的斜墙面，在观众厅内看不到更多的声学设计痕迹，金属网及声学折线墙如图12所示。

图11声学设计

图12金属网及声学折线墙如图

4.2装饰装修面

4.2.1金属网侧墙面

观众厅装饰金属网背后凹凸不平墙面构成了一个扩散空间，声音能够透过金属网在扩散空间中进行乱反射，使厅堂的声音达到最佳。

在池座后墙金属网后，以及台口和乐池上方的吊顶面均采用了专为国家大剧院设计的MLS扩散构造墙面，即按照数论的解析方法计算确定的凹凸形状分布，目的是使每个位置的观众都能够听到同样优质的声音。

同时，使演出声能够通过顶面反射到乐池内，使乐队和演员之间有良好的交流。

也有利于将声音反射到池座前区，使前排观众能够获得较好的早期自然反射声。

MLS扩散墙面，全称为MaxLengthSerices最大长度序列声学扩散构造，戏称为“数码墙”。

国家大剧院内MLS扩散构造N=31，l=10cm，深度为15cm。

不仅在歌剧院、音乐厅侧墙，也在戏剧场侧墙广泛采用。

MLS“数码墙”构造如图13所示，MLS施工图如图14所示。

图13MLS“数码墙”构造图14MLS施工图

4.2.2强吸声构造后墙面

观众厅后墙做了足够宽频带的强吸声构造，采用玻璃丝棉吸声材料和穿孔木板，并在外玻璃丝棉上覆盖紫红色丝绸，与观众厅装修风格和谐一致。

歌剧院观众厅后墙强吸声构造墙节点如图15所示。

图15歌剧院观众厅后墙强吸声构造墙节点

4.2.3天花

歌剧院的顶棚天花及每层楼座眺台均采用了与地板相同的松木，既有很好的声音反射效果，外观又大方典雅，再配合大型的椭圆形灯带，与金属网统一色调，典而别致。

观众厅后部的吊顶结合三道面光的布置，将木吊顶装饰做成斜L形，远看就像三层柔和的波浪，即起到装饰作用又利于声音的反射和扩散。

观众厅吊顶如图16所示。

图16观众席天花顶棚

4.2.4地板

观众厅中除了演出声、观众话语声外，最容易发出声音的就是地板。

观众进入观众厅或退场时所产生的脚步声会直接影响观众厅噪声水平，地板的吸声情况对观众厅的声学性能影响也较大。

通过对备选木材进行脚步声测试、地板振动测试和地板吸声测试，歌剧院的地板采用了软硬适中的松木，除了与歌剧院的色调和谐统一外，最重要的是声学指标良好。

在脚步声测试中，人穿普通皮鞋和高跟鞋以普通速度行走的噪声分别仅为53.2dB（A）和61.6dB（A）。

图17观众席地板

4.2.5声闸

观众厅是一个声音封闭的空间，观众不希望观众厅堂外部的嘈杂声音影响到演出，同时厅堂外部也应尽量避免演出声的外泄。

那么观众厅的入口就成为了建筑声学设计的薄弱环节。

歌剧院的观众厅入口采用双道门的声闸，歌剧院声闸如图18所示，声闸内部的墙面和顶部采用了与观众厅地面、吊顶相同的木材，并且将侧墙设计为带有吸声孔的强吸声墙面，能够有效地吸收声闸内外的声音。

两道门之间的地毯柔软厚实，观众进入厅堂伊始就已经感受到了舒适，同时，地毯也起到了吸声作用，配合墙面保证了声音空间的封闭。

图18歌剧院声闸

4.2.6舞台吸声处理

为配合观众厅的建筑声环境，使舞台空间混响时间和观众厅尽量保持一致，需要在舞台侧墙上做强吸声处理;为保证舞台上演员能够很好地听到演出的正常声音，不能完全吸声，于是最终在舞台距离地面6m以上采用13.6%水泥穿孔板后填吸声棉的吸声构造。

最终使得主舞台全频带总吸声量需大于1000m2，在放下防火幕情况下，歌剧院左舞台、右舞台和后舞台的混响时间<3s。

舞台设备设有专用的设备机房，将噪声控制到最低。

4.2.7座椅

歌剧院座椅为软座，如图19所示，既满足了舒适度，同时也成为重要的吸声材料。

座椅背板采用木质材料，充当一定的反射面作用。

座椅的等效吸声单位将空椅与有人坐两种情况下的变化尽可能减小，即缩小了满场及空场混响时间的差别。

观众厅座椅下送风是置换送风的一种具体形式，新鲜的冷空气由座椅底部椅腿送风口以极低的速度（0.03~0.20m/s）送入观众厅。

送风温度与室温接近，送风温差较小，送入的新鲜空气向上慢慢升起，使人具有更高的舒适感。

但是，由于气流经过风口出风时会产生气流声，风速越快噪声越高。

经过多方讨论实验研究，最后确定:

送风速度为50m3/h，人体脚部风速为0.2m/s以内，噪声在22dB（A）以内。

图19观众席座椅

5声学测试和主观评价

5.1声学测试音乐会

2007年12月4日晚，在刚刚落成的国家大剧院音乐厅进行了一场带观众的声学测试音乐会。

音乐会开幕前由法国CSTB公司和清华大学建筑学院声学研究所共同进行了带观众的声学测试。

这是厅堂音质评价的重要一环，为准确地评价国家大剧院音乐厅的声学效果提供科学的数据。

5.2测试结论

用发令枪发出脉冲声音，主要的目的还是为测量观众厅的满场混响时间、频率传送特性、声场均匀度等物理指标。

统计收集来的大量数据，为评价厅堂音质提供科学的依据。

实际测试结果表明，国家大剧院的声学指标除了空调噪声外，全部达到了设计指标。

除此之外，国家大剧院还在现场对观众和歌唱家、艺术家进行了音质主观评价调查，大家都积极配合测试工作，提供了自己的声音感受。

本次评价采用调查问卷的形式，«音乐厅主观评价测试问卷»正文包括初步印象、观众评价、演出人员评价、全体人员评价、个人资料、整体印象及建议等6个部分，囊括了从整体氛围到各个声部的感受等各个方面。

在问卷设计中引入了语意分析法（SD尺度法），将评价分为优秀、良好、一般、较差、很差五个等级，参与者可以根据自己的主观感受进行选择。

总体来说，超过70%的观众对音乐厅音质评价都为“优秀”和“良好”。

结语

国家大剧院的落成，离不开幕后无数设计人员的辛勤劳动。

从剧院的外观到内部装饰，从观众席的座椅到舞台上的灯光和音响，可以说每一个细节都倾注了设计师们的一份心血，特别是剧院的声学设计，更是科学和艺术的完美结合。

从国家大剧院首场演出至今已有两年时间，期间举办了百余场大小演出，很多表演艺术家对3个剧场的声学质量做出了很高的评价。

相信在未来会有更多更好的剧目及音乐会上演，会有更多的艺术家能够在这里为观众呈现最震撼最美妙的音乐与视觉盛宴。

参考文献

[1]秦佑国，王炳麟编著.建筑声环境.北京：

清华大学出版社，1999

[2]卢向东.中国现代剧场的演进——从大舞台到大剧院.北京：

中国建筑工业出版社，2009

[3]李国棋主编.国家大剧院音响系统及运行管理.北京：

中国建筑工业出版社，2009

[4]李国棋主编.国家大剧院音响技术及演出管理.北京：

中国建筑工业出版社，2010

[5]叶欣，中国传媒大学硕士毕业论文《国家大剧院歌剧院多声道技术研究》2009-5

[6]邓志勇，香港演艺学院硕士毕业作品粤语话剧《罗密欧与朱丽叶》音响设计报告2004-3