聲學仿真技術運用于劇場

發布時間:2015-12-14瀏覽次數:

    該劇場位于甘肅定西,是一座多用途劇場,是以歌劇演出、文藝表演為主,同時可兼用于大型集會、會議等功能。劇場建筑室內面積約為1420㎡,建筑高度約為26米。整個劇場內部有效聲容積約為20000m³,設有982個座椅。
    由于劇場建筑平面呈扇形,觀眾廳墻面設計為圓弧形,易使聲場不均勻,產生聲聚焦缺陷,大大影響觀眾廳音質效果。劇場采用鏡框式舞臺,會使大容量廳堂內的后排觀眾接近不到演奏臺,從而獲不到足夠強度的直達聲,并且距演員距離較遠。
    為了合理控制劇場內的混響時間、消除建筑固有的聲缺陷及提高觀眾席的早期反射聲。本案例通過綜合布置廳內的各種聲學裝飾材料,嚴格控制聲學裝修材料的造型、規格、安裝角度及安裝方法。來將不利條件影響,轉化解決掉,從而達到建聲設計的目的。

 
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    本次建聲設計,涉及觀眾廳吊頂、墻面、舞臺空間、地面、座椅、面光橋、耳光室、音響橋、門體、通道空間、控制室、空調系統等。為了保證建聲設計的科學性,采用瑞典的聲學模擬軟件CATT,對劇場采取建聲設計后的聲學性能進行了全面的檢驗。 建立三維模型時,在不影響模擬結果的前提下,對觀眾廳的體形作了適當的簡化:將觀眾席的臺階作斜面處理,將曲面用小的平面擬合。實際生活中以125Hz~4000Hz頻段的聲音為主,4KHz頻段以上的聲音成分可以忽略不計。按照方案設計中各種材料的組合進行軟件模擬,模型的三維視圖如下所示,其中選取了4個測試點,本方案中僅展示各主要參數中高頻500Hz聲學模擬結果。
建聲設計
 
D50—語言清晰度及音質清晰度、可懂度
     D50值在50%以上即表示該室內的語言清晰度是符合標準的,室內的語言交流可正常進行。從圖中可看出觀眾區域內的每處D50值基本上都能達到甚至超過50%,因此按這樣的設定參數條件下進行模擬設計,該劇場的清晰度是非常好的,適宜進行各種以語言聲為主的活動如大型會議等。

 
劇場聲學設計
 
C80—音樂明晰度與融合
     C80是用來衡量音樂明晰度與融合度是否良好的指標,C80值在[1—+12]區間內則表示該空間的表演明晰度良好。從圖8.2中看的出,因為考慮到該劇場是以舉行大型會議為主,即語言聲占比最多的活動,因此設計時以控制語言清晰度為主,而語言清晰度與音樂明晰度是負相關的,不可能同時做到標準值。不過音樂明晰度還可通過電聲擴聲設備來進行聲補償,經過電聲設備處理后,C80會在全頻段都會趨于0附近,適宜進行文藝演出等音樂成分較多的活動。

 
場館建聲
 
T60—混響時間
    混響時間T60在中頻1.1~1.3秒內即滿足劇場設計標準,雖是用T30來進行計算,但是模擬出來的分布圖的值已經軟件處理過即T60=2*T30(工程上可按此進行計算)。從這圖中可看出,各個頻段的混響時間符合設計標準,而且聲能量分布均勻,該劇場的聲學環境非常優秀,符合《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學設計規范》(GB/T50356-2005)標準。

 
建聲設計
 
G—強度指數
    G—強度指數,表示室內聲場的響度,相對于在自由聲場而言。G在(3.0dB~10.0dB)區間內則表示該空間的響度很好,在各個頻段內,G值都在2~12dB的區間內,因此說明該劇場的聲音響度足夠,并且聲音成分豐富,各頻段聲音分布均勻,具有層次感。

 
劇院聲學設計
 
    STI—語言傳輸指數
    由客觀測量獲得的用于表述傳輸通道清晰度的量。在房間內聽講話時,從聲源到聽眾構成聲傳輸通道。在聲音傳輸過程中,房間內的回聲、混響和噪聲使接受到的信號產生畸變,降低了語言可懂度。通過測量傳輸通道的調制轉移函數而導出的語言傳輸指數,可客觀的評價房間內的語言可懂度。劇場內滿場80%坐的語言傳輸指數:
廳堂聲學
 
     通過對聲學指標的仿真模擬驗算,驗證了建聲設計的效果,可滿足預期目標。證明了建聲設計的可行性,為工程順利實施提供了科學依據和強力保障。

 

 
 

 

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