国家大剧院建筑声学设计分析

国家大剧院位于北京市心脏地带,西长安街沿线,与人民大会堂和天安门广场相邻,占地面积11.89万平方米,总建筑面积21.75万平方米(包括地下车库近4.66万平方米)。

一般而言，建筑声学设计的工作内容主要包括音质设计和噪声控制两大部分。下面我仅从以下几个方面来分析：一、室内音质设计·确定音质设计指标及其优选值。根据厅堂的使用功能选择混响时间、明晰度、强度指数、侧向能量因子、双耳互相关系数等音质评价指标，并确定各指标的优选值，是音质设计的重要任务。这些指标及其优选值的选定，将为进一步进行音质参量计算和将来竣工后的音质测试提供目标和依据。大剧院的厅堂平面设计·室内音质的评价标准：1、主观评价指标——合适的响，较高的清晰度和明晰度，足够的丰满度，良好的空间感，没有声缺陷和噪声干扰。

2、客观物理量——声压级，混响时间，反射声的时间分布，反射声的空间分布。·其基本原则有：1、充分利用直达声2、合理分布前次反射声

3、正确地控制混响时间及其频率特性

4、注意避免和消除声音缺陷和噪声影响·确定厅堂体型及体量。为看得清楚、听得清晰，各类厅堂都有个长度的限制。厅堂的宽度会涉及到早期侧向反射声的组织，与音质的空间感有重要关联。厅堂的高度不仅影响竖向早期反射声的组织，而且影响早后期声能比和混响声能的大小及方向。厅堂的体积和每座容积都直接影响混响时间等音质参数。厅堂的体型更是关系到是否存在回声、颤动回声、声聚焦、声影区等音质缺陷。所有这些，都必须在初步方案设计阶段就提供建筑声学的专业意见。二、混响时间分析在厅堂（室内）声学设计中，混响时间是一个重要的概念与指标。声音在室内衰减的过程称之为混响过程。声音在室内将从稳态开始衰减，直至衰减到其声能为原有声能的百万分之一时，这段时间被称为“混响时间”，也即衰减60dB所需的时间，记作（RT或T60）。在厅堂内，适度的混响时间，可使音乐丰满，语言宏亮、饱满。过短的混响时间使声音干涩无力；混响过长将使语言清晰度降低，音乐缺乏节奏感和力度，唱词模糊还清。因此，在厅堂音质设计中，根据不同的性质和要求，必须选择一个“最佳”的混响时间。但混响时间并非决定厅堂音质的唯一指标。噪声控制也非常重要，也是室内音质设计的重要指标之一。

三、声学材料分析工程上把吸声系数较大的材料与结构（一般大于0.2）称为吸声材料或吸声结构。其主要用途在于控制室内混响时间，消除音质缺陷。如国家大剧院音乐厅“魅顶”，音乐厅“魅顶”除了为音乐厅增添艺术的氛围，它还是一个考虑升学效果的设计。对于音乐厅而言，第一重要的就是声音，一切建筑和装饰设计都要为声音效果服务。凹凸不平的顶棚，更加有利于声音的扩散，不规则图形的浮雕顶棚，就是一个声音扩散器，把舞台上发出的声音扩散到观众席的每一个角落。

浮雕顶棚设计浮雕顶棚只是大剧院声学窍门中的一个，为声学考虑的精巧设计处处可见。歌剧院室内看上去是椭圆形的，但观众眼睛看到的形状却是个“假想”。从视觉美观上讲，弧形墙面的椭圆剧场会更加美观，但是圆弧形对于音质来说却是致命的形状。长方体型有利于反射声音，音质最好，但看上去又会古板。最后，设计师使用了一个两全其美的办法。灯光映射下的金属网

现在长方形歌剧院被蒙上金属网，看上去歌剧院墙面呈弧形，但声音确能穿过金属网投射到金属网背后真正的墙面上。此外，金属网和墙面之间还安装了装饰灯，灯光映上金属网后面的红色墙面，再透过金色的网面，看上去富丽堂皇。另一个声学设计是“数字墙”。在音乐厅和歌剧院中，我们能看到四周墙面都是凹凸的立体木质墙面，就像站立起来的钢琴琴键。凹凸墙面也是为了声音可以得到更多的反射，保证坐在每个位置的观众，都能听到同样优质的声音。数字墙的设计处理

这些只是显而易见的声学设计，改大剧院的地下还隐藏着录音棚、录音演播室等设施，它们都要求最优质的声学设计，而工程师最像考虑的就是如何阻断外界的噪音。国家大剧院地下正好与北京地铁二号线相邻，地铁不可避免地发出振动，振动通过地面传导以后，会给录音棚带来噪声。解决振动噪声的办法——给录音棚装一个避震器。而且设计师让房子站在了弹簧避振器上，但是每一根锰钢弹簧的承载力是一吨左右，设计寿命为年。四、隔声降噪设计所谓隔声，就是在围护结构把声源所发出的声音限制在局部范围内，基声波传播途径上用屏蔽把遮挡住一部分，这种使声能减弱的物理性能就称之隔声。噪声危害很大，例如——噪声损害人的听觉，对人的睡眠的干扰，对语言交流的干扰，噪声可引起多种疾病等等。通常音乐厅、剧场等厅堂都要求很低的室内背景噪声，因此，这些厅堂的选址很重要，应尽可能远离户外的噪声与振动源。另外，还要进行场地环境噪声与振动调查、测量与仿真预测，目的是为进行厅堂建筑围护结构的隔声设计提供依据，保证厅堂建成后能达到预定的室内噪声标准。围护结构的隔声设计分为空气声隔声设计及固体声隔声设计两部分，均包括隔声量的计算、隔声材料的选择以及隔声构造设计等内容。除理论计算外，经常需要进行隔声构件的实验室或现场测量，来确定其各频带的隔声量为中国设计国家大剧院