20世纪90年代，高校规模急剧扩大，几乎高校都设有音乐厅，特别是设有音乐学院的大学，建筑声学设计的缺陷尤为突出，不能满足教学的要求，对音乐厅的改造也势在必行。

1、音乐厅改造功能定位

(1）建筑是凝固的音乐，音乐是流动的建筑，音乐厅则是建筑、音乐和声学有机结合体，建造音乐厅的目的就是要听到比户外更丰富、更雄伟、更优美和更委婉的音乐效果，同时建筑艺术也达到上乘，使人们得到更优美的享受。音乐厅展现出的音质，其属性有亲切感、空间感、视在声源宽度、听众环绕感和音乐音质与低音的温暖感等[1]，这些指标与声学属性的物理指标具有一定的相关性，并通过声学设计来实现。

(2）扩声是从建筑声学环境收集声音信号通过处理后再反馈到建声环境，在重放过程中，语言类和音乐类两类声音要求是不同的，语言的清晰度和发音的自然特性居于主要地位，丰满感居于次要地位，因此，语言类扩声中要求室内建声环境清晰度尽可能地高，同时兼顾丰满度和混响感，保证音乐放声的自然特性。

(3）改造功能定位，音乐学院的音乐厅功能定位为能进行话剧、舞台剧、综艺晚会等演出，能进行多种会议、技术交流、学术论坛等活动的多功能音乐厅，既要适应自然声演出，又要适应扩声系统辅助演出。其中音质是体现音乐厅建筑声学是否合格的一项重要指标，后期声学测试和调整很重要。建声装饰改造在实现规定功能同时不改变原结构，并达到有关专业指标要求，这是最基础、最基本的条件，也是能否满足自然声演出的先决条件，为此，必须进行严格的、科学的“声学装修”。

2、音乐厅改造声学设计要求

(1）音质设计的原则以建声（自然声）为主，电声为辅，打造能量密度均匀，在各个传播方向作无规则分布的声场。其技术目标包括体形合理、混响时间合理、厅内响度足够、声场扩散良好、有较丰富的前次反射声和侧向反射声，以及厅内噪声足够低等，特别注意的是，混响时间控制是件极不易的事情，许多音乐厅、甚至专业影音房间音质不好，也是这个原因。

音乐厅的声场分布，受到室内几何形状的制约，且不同的材料，声学性能是不同的，材料密度大吸声量小，材料密度小吸声量大，同时厅内的湿度可以改变材料的密度，进而改变材料的吸声量，改变混响时间。

(2）设计上除了常规建筑、装饰、灯光和音质设计外，增加了舞台机械和电声系统设计，借助于电声系统和可调混响装置。因此，严格区分“声学装修”与“普通精装”，在设计上以声学专业为理论，在施工中以声装的原理为基础，做好每一环节工艺流程。

(3）在室内装饰设计中，最重要是对室内声场进行扩散设计，以达到声场均匀分布和消除声学缺陷的要求。当声音进入到不同材质界面时，声波一部分被反射一部分被吸收，且多次发生，把握不同材料声学性能是音乐厅声学设计的基础问题。因此，通常设计墙面凸凹不平，天棚不同曲率弧面，以及对扩散面的处理是装饰设计最重要的细节。

墙面扩散设计，20世纪70年代，施罗德根据数论原理设计了一种平面型多槽的扩散体，一种利用+1和-1二进制数列组成“最长数列扩散体MLS”(Maximum Length Sequence）。另一种“二次剩余扩散体QRD”沿用数论计算的二次剩余序列的比例关系确定扩散体起伏程度[2]。

顶棚的声学设计自由度较大，造型也是多变，设计师有较大发挥空间，同时对音乐厅的音质音响效果也很关键，顶棚的形式多样且复杂，相关房间形状和室内音质关系密切，而且影响因素众多[3]。对于会议和剧院顶棚高度要求较低，对于音乐演奏需要较高的顶棚，对于话剧类的顶棚高度要求在两者之间，为了满足不同的用途，可使用机械装置来调整其高度，控制顶棚早期衰减时间对于音质设计至关重要。

如波尔图音乐厅采用薄膜充气结构作为舞台上方的反声板[4]（其上层采用200 um厚ETFE膜片，下层采用5 mm厚柔性PVC材料，透光率大于80%，面密度大于5 kg/m2），通过机械改变反声板的高度、充气气压和倾斜度，进而改变其声学性能。

近年来音乐反声罩用于音乐会演出，侧重于听，反射板高度在8 m左右，整个舞台均可接受到来自吊顶较多的早期反射声，当舞台吊顶较高时，设置反射板是必要的。去掉反射板后，弦乐整体感和相互听闻变差，而管乐和打击乐混响感有所改善[5]

3、音乐厅改造实例

江苏师范大学音乐学院马可音乐厅，土建由东南大学建筑设计研究院设计，建筑声学由江苏省建筑设计院设计,于2004年建成，主要功能为教学服务，其位于音乐学院教学楼南端，1层框架结构，宽28.15 m，长41.35 m，高11.8 m，室内吊顶高度约6.5 m～7.5 m，厅内设有416座位，音乐厅周围设有各类服务用房及教室等房间。由于使用时间较长，设备以及装修理念已经不能满足教学使用需求。

使用单位提出功能需求：能进行自然声场的古典音乐演出(声乐、钢琴、器乐、交响乐)；能进行有舞台灯光、视频背景和立体音响配合的专业舞蹈演出；能进行有舞台灯光、视频背景和立体音响配合的流行音乐演出；能进行话剧、舞台剧、综艺晚会等演出；能进行会议、技术交流、学术论坛等活动。根据功能要求，需进行建声装修声学设计，具有很强的专业性，常规装修设计无法满足。

3.1 建声方案设计技术要求

(1）该多功能音乐厅，是一个综合性服务场所，需要多个专业协调统一，具体系统有建声装修系统；控制室设计；音响扩声系统；LED大屏显示系统；舞台灯光系统；舞台机械系统；舞台幕布系统；空调、新风系统；强弱电系统，其中最重要的是建声装饰。

(2）建声装修设计本质是音质设计，主要包括容积控制设计；体型控制设计；混响控制设计；声场控制设计；内装用材控制设计，其特点是混响时间设计合理，满足音乐厅要求，观众听起来声音厚重雄浑，音质丰富饱满；声学结构要保证吸音与扩散合理，材料和结构无共振、不存在听音缺陷；声场均衡，声音达到每个席位基本接近，满足音乐会、演出、会议需求，语言清晰、音乐丰满、声像一致；灯光线明亮、层次清晰、照度合理，观众能看得亲切；公共区域走廊应加隔声减振、吸声处理，避免外部噪声传递到厅内影响演出效果；空调系统设置静音（低噪）空调，避免集中空调噪声干扰，影响演出效果。

(3）建声装修设计重要的声学指标。混响时间500 Hz～4 000 Hz，舞台空场T60=1.5s；舞台反射板使用时T60=2.0 s～2.2 s；观众席空场T60=1.5 s～1.8 s，背景噪声小于或等于NR30，厅内应有良好的隔声隔振措施,隔声量40 dBA。厅内建筑门窗、吊顶、玻璃、座椅、装饰物等设施不得有共振现象，不得出现回声、颤动回声、房间驻波和声聚焦等缺陷，声场扩散应均匀。其中混响时间是声学装修中要控制的首要指标，是进行声学装修的精华所在，音质是否优美，这项指标起决定因素，也是要用科学仪器来测量最终结果的声学参数。

混响时间控制。观众厅的混响时间决定于体积大小或单人容积、座椅吸声性能、厅内吸声材料的配置及吸声性能等因素，要求达到自然声演出，混响时间要求偏长些，为此，设计时多做扩散反射面，局部进行吸声处理。

3.2 建声装修方案设计

(1）首先对房间做一次声学测量，测出其大致混响时间，如无条件直接测量，可根据经验在空场时用拍手掌的方法判断其长短，设计出吸声处理方案，然后根据方案选用各类材料的吸声面积，查表求出平均吸声系数，计算出混响时间。

(2）观众席墙面设计

两侧墙面设计倾斜，防止平行声反馈，听众只能听到一次反射声，整个观众席设计墙面，角度向观众席内部倾斜6°，材料选用实木扩散折面造型，有效提高语言清晰度和明晰度，如图1。墙面材质龙骨，根据房间的高度，所采用的轻钢龙骨为1.0 mm厚，尺寸100 mm×50 mm×1 mm，需进行定制，才能满足墙面硬度（结实牢固）需求，不至于低音箱一开引起整个房间的颤动、共振。弧状板材，厚度确保在18 mm以上，弧度是根据房间扩散的性能以及频率来进行设计的，所以在施工中的要严格保证，确保扩散的效果；弧状板1/5部分区域需做穿孔处理，该区域孔径的大小以及开孔率也影响整个房间的吸声量，孔径4 mm，开孔率22%，属非标产品，需加工定制。

图1  声扩散折面造型

观众席墙裙采用实木扩散折面造型，首先，下墙裙在整体安装时需做倾斜处理，增加中间区域近次反射声，避免由于平行两墙面所产生的颤动回声；其次，板材的折散角度，确保声音的反射的方向以及反射力度，采用专用声学数论结构,如图示2。

图2  声学数论结构

后墙面采用3种材质保证声音的反射与吸声，一是墙裙安装角度向观众席内部倾斜6°；二是声学数码结构，墙面中间区域，采用40 mm×40 mm木方间隔50 mm安装，内填吸声材料，主要是为了平衡整个房间的声学效果，木方部分得到部分声反射，使声音丰满；钢网部分是声全吸收，将杂乱的混响声吸干净。这种结构称为声学数论结构，广泛应用于专业场所的后墙的声学处理之中；三是弧状声反射板，墙面两侧采用弧状声反射板，与侧墙浑然一体，增加观众席后区的反射声，提高了试听效果，如图3。

图3  后墙面反射与吸声

(3）吊顶声学设计

吊顶在整个声场环境中起着举足轻重的作用，整个音乐厅房间的反射、扩散的总吸音量50%以上在顶棚内，所以，顶部的造型以及材料选择会影响到整个房间的建筑声学特性。吊顶反射板造型及角度是通过几何声线计算顶部采用双曲面弧状结构，以便获得更多的早期反射声、并提高楼座声级，保证声场均匀度，将声音均匀的反射给观众，增加观众席位的近次反射声，提高观众席的语言清晰度和声场均匀度，如图4。

图4  吊顶反射板

为了提高音乐厅近次反射声及整个声场的扩散效果，铝板造型为双曲弧面，铝板弯曲的弧度需要进行定制，每块的尺寸都是异形扇面的，而且安装完要达到平整如一，结构整齐，外观漂亮。吊顶铝板采用2.5 mm厚微穿孔铝板，孔径4 mm，穿孔率15%，若铝板厚度过薄，声音打向铝板会产生谐波及共振现象，从而会引起声染色现象。

吊顶里满铺100 mm厚超细玻璃棉，容重为37.5 kg/m3特材吸声材料，施工中，要用黑色透声无纺布包2层缝成被状（防止施工维修中吸音棉变形、堆积，影响初始性能），下敷黑色钢丝网，使吸声材料摆放位置固定，保证其建声特性长期稳定性，满铺在顶棚内以及墙面板里。吸音棉安装位置，决定着吸收频率特性，以及吸声量的大小，并非任务式的随意放置就了事，对于吸音棉尺寸、安装位置稍有差错，都会造成声学环境的变质变味、不合格。

吊顶中必须设计声桥，它是一个声学工艺品，是舞台声音反射给观众席的“必经之地”，非常重要，声桥无论从材料到施工工艺必须严格把关，否则会失去做音乐厅的意义。声桥铝板弯曲弧度是由多个曲率半径组成的，通过反射角度来确定近次反射声的覆盖范围，提高声音清晰度，装修加工更要精确。另外，为防止铝板与铝板硬性连接，造成彼此摩擦共振，发出高频刺耳声，对所连接处进行工艺定制，使其带有减振功能。

(4）舞台设计反声罩

在自然声音演出时，舞台吊顶及两侧增加声反射罩，根据声音反射原理并通过几何算法确定，可以为观众席前区提供最佳的前期反射声。声反射罩合围投影面积可根据需要作适当调整，本项目合围投影面积约107 m2，由顶反射板、左右侧反射板、后反射板，顶板为2片3组吊挂式固定蝶形式反射板组成，顶片采用遥控垂直翻转后，利用景杆提升至舞台上空收藏，左右侧板为反声塔小车3片一组，共4组活动蝶形式反射板组成，使用时推到所需位置展开（上下场设计有演员通道门各一个），不使用时收回蝶形装置放置舞台左右侧位置，后反射板为3片一组，共4组活动蝶形式反射板组成，不使用时收回蝶形装置放置舞台后侧位置。声反射罩骨架及小车采用成型铝型材制作，反射板采用20 mm弧形铝蜂窝板，蜂窝板上下底板采用1.2 mm的铝板以达到更好的反声效果，铝蜂窝板底板采用黑色处理，面板表面木纹处理。反声罩配置41个LED反声罩专用灯具，10 m高度照度为500LUX，具备三管乐队演奏使用。设计的舞台声反射罩安装后观众厅和舞台中频空场混响时间相比于没有声反射罩时增长0.1 s～0.25 s。如图5、图6。

图5  舞台声反射罩展开

图6  舞台声反射罩收起

(5）座椅

低频在空气中衰减慢而传播远，中高频在空气中衰减快而传播近，因此，一般情况下应增加后座的中高频反射量，在顶棚设置反射板，使会场在整体上保持平直的频率特性。在观众满座和观众稀少时声学参数不致大起大落，应让座椅的吸声特性与观众的吸声特性接近，解决办法是在椅靠和翻垫的里层粘贴软包面。

3.3 混响时间的测量

(1）混响时间是衡量音乐厅建声效果的基础数据，也是衡量音乐厅最重要的数据，由于音乐厅是一个特殊的环境，对声学要求极高，所以即便在精确设计的图纸下施工，由于施工工艺各异，需分阶段对现场进行多次测量摸底，及时发现问题进行调整，保证最终声场符合设计数据。空场阶段，当建筑拆除完之后，需对空场进行一次测量，做到心中有数；施工阶段1/3，竖好轻钢龙骨，封板之前做一次声学测量，主要检测厅内基础结构安装是否规范，是否有共振产生，厅内是否有声学缺陷等等，若有需要及时进行修正，根据所测量情况进行下一步工作的指导；施工阶段1/2，舞台吊顶内吸声棉安装完毕，观众席吸音棉安装完毕，对整个大厅再次进行测量，确定基础装修是否满足需求；施工阶段2/3，施工待面板及吊顶安装完毕后，对整个大厅再次进行测量，确定空场混响时间是否满足需求；施工完毕且座椅安装，对整个会场进行再次测量，比对混响时间是否和设计相吻合。

(2）混响时间EASE验证，采用计算机厅堂声学设计软件（EASE），它是一种用于厅堂声场设计的计算机软件，存有各种房间体形、吸音材料、扬声器等资料，可以根据实际需要进行选择、设计，计算出房间的混响时间、描绘出声场分布图、声线图和各种声学特性曲线，为厅堂音质设计和音响工程施工提供了很大的方便。通过EASE模拟，混响时间自动生成曲线和实际计算曲线基本吻合，也就证明了建声装修方案满足音乐厅声学。装修的要求，如图7，图8。

图7  软件模拟

图8  观众厅混响时间（1.5 s～1.8 s)

(3）如装修完毕，放音乐时若缺少温柔感，声音够大但过于清亮单薄，则是高音反射过强，应适当铺设高频吸声材料；反之，若声音低沉，语言齿音不清，整个会场在低音段轰轰隆隆，则是低频混响过长而高音反射不足，应铺设低音吸声材料；若出现低频共振峰，这种共振吸收体实际上是物理学中的赫姆霍兹谐振腔，利用其固有的共振频率来消耗吸收该频率点的声能，可安装共振箱或多格穿孔共振腔来吸收共振峰，安装时可将其做成薄型箱体埋于墙内，并用装饰材料隐蔽起来。吸收频率较低时因容积大可做成独立的共振箱，吸收频率高时可做成多格式，但每格的容积单独计算，同一容积的腔体越多，对同一频率的声音吸收量越大，这种共振腔可有效吸收20 Hz～200 Hz的共振峰。

4、结论与建议

(1）高校老旧音乐厅通过建筑声学改造，可以满足语言和音乐两类声音对音质要求。改造时应进行科学的“声学装修”，控制混响时间，注重细部扩散面和吸音的处理，加强分阶段声学测试和调整。

(2）音乐厅建声装修设计本质是音质设计，对室内声场进行扩散设计时，墙面可采用实木扩散折面造型，一是墙裙安装角度向观众席内部倾斜6°，二是声学数码结构；三是弧状声反射板；顶棚根据声线计算可采用双曲面弧状结构，吊顶里满铺100 mm厚超细玻璃棉，其中声桥是一个声学工艺品，也是舞台声音反射给观众席的“必经之地”，非常重要，无论从材料到施工工艺必须严格把关。

(3）在自然声音演出时，舞台吊顶及两侧增加声反射罩，根据声音反射原理并通过几何算法确定，可以为观众席前区提供最佳的前期反射声。

参考文献：

[1]欧阳时来.论音乐厅建筑声学设计与音乐艺术的融合[C].//2107年全国声学设计与噪声控制工程学会论文集,2017:30.

[2]王季卿.建筑厅堂音质设计[M].天津:天津科学技术出版社,2001:126-135.

[3]孙广荣,王季卿.房间形状与是内音质浅说[J].艺术科技,2000(4):36.

[4]吕帅,燕翔.波尔图音乐厅建筑声学与研究[J].建筑技术,2014(3):115.

[5]李倩.音乐厅舞台支持度音响因素研究[D].华南理工大学,2012;35.

苏宜根,顾克新.高校多功能音乐厅建筑声学装饰改造实践[J].江苏建筑,2020(01):110-114.