声学仿真技术运用于剧场

发布时间:2015-12-14浏览次数:

    该剧场位于甘肃定西,是一座多用途剧场,是以歌剧演出、文艺表演为主,同时可兼用于大型集会、会议等功能。剧场建筑室内面积约为1420㎡,建筑高度约为26米。整个剧场内部有效声容积约为20000m³,设有982个座椅。
    由于剧场建筑平面呈扇形,观众厅墙面设计为圆弧形,易使声场不均匀,产生声聚焦缺陷,大大影响观众厅音质效果。剧场采用镜框式舞台,会使大容量厅堂内的后排观众接近不到演奏台,从而获不到足够强度的直达声,并且距演员距离较远。
    为了合理控制剧场内的混响时间、消除建筑固有的声缺陷及提高观众席的早期反射声。本案例通过综合布置厅内的各种声学装饰材料,严格控制声学装修材料的造型、规格、安装角度及安装方法。来将不利条件影响,转化解决掉,从而达到建声设计的目的。

 
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    本次建声设计,涉及观众厅吊顶、墙面、舞台空间、地面、座椅、面光桥、耳光室、音响桥、门体、通道空间、控制室、空调系统等。为了保证建声设计的科学性,采用瑞典的声学模拟软件CATT,对剧场采取建声设计后的声学性能进行了全面的检验。 建立三维模型时,在不影响模拟结果的前提下,对观众厅的体形作了适当的简化:将观众席的台阶作斜面处理,将曲面用小的平面拟合。实际生活中以125Hz~4000Hz频段的声音为主,4KHz频段以上的声音成分可以忽略不计。按照方案设计中各种材料的组合进行软件模拟,模型的三维视图如下所示,其中选取了4个测试点,本方案中仅展示各主要参数中高频500Hz声学模拟结果。
建声设计
 
D50—语言清晰度及音质清晰度、可懂度
     D50值在50%以上即表示该室内的语言清晰度是符合标准的,室内的语言交流可正常进行。从图中可看出观众区域内的每处D50值基本上都能达到甚至超过50%,因此按这样的设定参数条件下进行模拟设计,该剧场的清晰度是非常好的,适宜进行各种以语言声为主的活动如大型会议等。

 
剧场声学设计
 
C80—音乐明晰度与融合
     C80是用来衡量音乐明晰度与融合度是否良好的指标,C80值在[1—+12]区间内则表示该空间的表演明晰度良好。从图8.2中看的出,因为考虑到该剧场是以举行大型会议为主,即语言声占比最多的活动,因此设计时以控制语言清晰度为主,而语言清晰度与音乐明晰度是负相关的,不可能同时做到标准值。不过音乐明晰度还可通过电声扩声设备来进行声补偿,经过电声设备处理后,C80会在全频段都会趋于0附近,适宜进行文艺演出等音乐成分较多的活动。

 
场馆建声
 
T60—混响时间
    混响时间T60在中频1.1~1.3秒内即满足剧场设计标准,虽是用T30来进行计算,但是模拟出来的分布图的值已经软件处理过即T60=2*T30(工程上可按此进行计算)。从这图中可看出,各个频段的混响时间符合设计标准,而且声能量分布均匀,该剧场的声学环境非常优秀,符合《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》(GB/T50356-2005)标准。

 
建声设计
 
G—强度指数
    G—强度指数,表示室内声场的响度,相对于在自由声场而言。G在(3.0dB~10.0dB)区间内则表示该空间的响度很好,在各个频段内,G值都在2~12dB的区间内,因此说明该剧场的声音响度足够,并且声音成分丰富,各频段声音分布均匀,具有层次感。

 
剧院声学设计
 
    STI—语言传输指数
    由客观测量获得的用于表述传输通道清晰度的量。在房间内听讲话时,从声源到听众构成声传输通道。在声音传输过程中,房间内的回声、混响和噪声使接受到的信号产生畸变,降低了语言可懂度。通过测量传输通道的调制转移函数而导出的语言传输指数,可客观的评价房间内的语言可懂度。剧场内满场80%坐的语言传输指数:
厅堂声学
 
     通过对声学指标的仿真模拟验算,验证了建声设计的效果,可满足预期目标。证明了建声设计的可行性,为工程顺利实施提供了科学依据和强力保障。