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演艺建筑声学设计面临的机遇和挑战
 
慧聪网   2005年10月8日16时25分   信息来源:慧聪网音响灯光行业频道    

    北京市建筑设计研究院教授级高级工程师 项端祈

  摘要:介绍了近年来国内演艺建筑的建设情况,阐述了演艺建筑的声学设计是一项系统工程,分析了建筑声学设计工作的现状,指出建筑声学面临的机遇和挑战。

  概述

  近年来,全国各地、特别是沿海地区和各大城市都在兴建演艺中心=文化艺术中心和艺术中心等演艺建筑,通常冠以地区或城市的名称,以此作为精神文明建设的标志性建筑、对外文化交流的窗口。目前正在设计和建设中的具有相当规模的演艺建筑有国家大剧院、上海东方艺术中心、广州歌剧院等32项工程,近年建成交付使用各类演艺建筑据初步统计有42座。此外,正在建设中的奥运场馆,均考虑平时和比赛的功能相结合,绝大多数设计为多功能使用,并以综艺演出为主要使用方向。

  当今修建的演艺建筑,具有造型要求新颖独特(多数通过国际招标评选)、容量大、建造周期长、舒适度要求高,以及观、演效果好等特点。就高品质的厅堂而言,确保其视、听功能无疑是关键所在。视觉效果有规可循,比较容易解决;而对大容量、舒适程度高,同时要求自然声演出的厅堂来说,建立优异的音质效果,则是一项难度很大的工作。面对工程建设的实际需要,我国的声学工程必须迎接这艰巨的挑战。

  演艺建筑的声学设计是一项系统工程

  厅堂建筑中的声学设计,有别于一般单体工程中的专业配合和实验室内的试验研究工作。它作为工程建设中的一个专业,渗入并依赖于其它专业的配合和协作。此外,建筑声学是一门边缘学科,它不仅与建筑技术和艺术有关,同时还与生理、心理、音乐、戏剧环境和计算机等学科密切相关。因此,建声设计是一项系统工程,贯穿于工程设计和建造的全过程:从工程的招、投标开始就要进入角色,历经建筑方案的深化、初步设计、技术设计和施工图,以及土建和装修设计和施工,直至竣工度用的声学调试和修改,通常要经历几年的时间(少则3年,一般为5——6年,广州星海音乐厅为8年,悉尼歌剧院长达14年之久)。声学工程师必须明晰工程设计和施工操作程序,了解不同阶段与哪些相关专业合作,并明确应承担的声学工作。忽视和疏漏任一环节,厅堂音质就不可能获得预期的效果,乃至造成严重的音质缺陷。声学工程的成败,不单纯决定于声学技术的理论水平,而在很大程度上取决于声学工程师的实践经验和与各专业、多工种的密切协作。国际上一些著名声学家在工程实践中也有失败的教训,在车外和港台地区都曾经出现过。

  近期,笔者对江浙地区和上海等地外国声学工程师参与的剧院、音乐厅建筑的调研(声学测定和音质主观评价)表明:一些主要声学指标(混响时间、可调混响的调幅量、早期反射声的覆盖面和噪声限值等)均未能达到设计值,音质效果平平。关键就在于,他们对建声设计虽然从属于工程设计,但本身又是一项系统工程的特殊性了解不够,没有掌握工程设计和施工程序在不同阶段应完成的工作;在漫长的建造过程中,又不能及时地深入现场、监理工程,发现问题未能及时进行必要的修正。所以,笔者认为,当今大量演艺建筑中的声学设计,必须主要依靠国内声学工程师的参与,或国内外工程师协同工作。这对我国声学工作者来说是前所未有的机遇,它必将促进我国建筑声学领域内各学科和声学材料(或构体)工业的发展。

  建筑声学设计工作的现状

  我国建筑声学的研究和设计工作始于20世纪50年代初,由中科院声学研究所马大猷教授的带领下开展起来的、至20世纪60年代初,已构成相当规模的研究和设计力量。继中科院声学所建立声学实验室后,上海同济大学、清华大学、南京大学、北京市建筑设计研究院和建研院物理所等单位相继建立声学实验室、配置声学测试设备、开设声学专业、培养人才。同济大学建筑系还专门设立了建筑物理专业(声、光、热专业),这些毕业生成为20世纪80——90年代全国建筑声学的骨干力量。

  1959年为庆祝建国十周年而建造了人民大会堂,万人礼堂声学设计的成功进一步推动了当时我国建筑声学的发展,仅中国建筑科学研究院声学研究室就配备40多名研究人员,由此可见一斑。至20世纪70年代末80年代初,全国设有建筑系的高等院校和各大设计院也都建立了声学实验室,培养建声设计人才。有些大学还招收声学硕士研究生和博士生,至今我国已有一支庞大的建筑声学队伍,担负着国内外演艺建筑声学设计的重要任务。

  建筑声学的设计和研究依赖于声学实验。从某种意义上讲,建筑声学是一门实验科学,遍布国内的声学实验室都是按国际标准组织(ISO)的标准设计建造的,测试仪器在20世纪90年代前购置成套丹麦B&K公司的仪器。随着计算机技术的发展,声学仪器面临一场革命,数字化、软件化的设备替代了单一功能的笨重仪器。21世纪初,中科院声学工作站已编制生产了用于测试建声设计中各项指标的软件包,使现场测试装备更轻便,也便于操作和减轻工作量。

  国内用于厅堂音质计算机模拟实验的软件主要采用丹麦和比利时编制的EASE、ODEON和RAYNOISE等三种。而实体缩尺声学模拟试验,我国早在1957年就在中科院声学所马大猷教授的指导下开始了厅堂1:40的模拟试验,首先应用于天津教工俱乐部礼堂,主要用于测定混响时间。在至今的半个世纪内,清华大学、建研院物理所和北京市建筑设计院等单位相继对国内外几十座大型厅堂开展了缩尺(1:10)模拟试验工作,用来测定混响时间、声场分布和早期反射声序列。在实践中积累了丰富的资料和经验,同时制订了缩尺声学模拟试验规范,为预测厅堂音质创造了条件。

  我国的建声工作者,在长期的研究和工程实践中已取得了丰硕的成果,并成为一支具有丰富实践经验的队伍,面对演艺建筑建设高潮的新机遇,完全能应对当今的艰巨挑战。

  是机遇,更是挑战

  目前,大型演艺建筑——音乐厅和歌剧院建筑的设计,均采用国际招标的方式。国外建筑师在造型设计方面占有优势,中标率很高,大量的国外著名建筑师进入我国建筑设计市场,随即国外一些声学设计事务所也相继要求参与部分工程的声学设计(也包括奥运场馆建筑),从而形成了竞争的格局。我国的声学工程师面对良好机遇的时时,必须接受新的挑战。要在竞争中取胜,就要充分发挥国内建声设计机构的优势:熟悉国情,便于制定适合于国内功能要求的指标;有长期从事声学设计实践的声学工程师和切合实际的设计、操作程序;具备测试所有声学指标的实验定和仪器设备;便函于在周期较长的设计和建造过程中深入现场,不断修正设计。

  国外的声学工程师均从属于名牌声学研究机构或设计、研究合一的事务所,如美国的BBM、Artec Consultants INC、德国的Mueller-BBM和日本的永田音响设计株式会社等,他们的一些声学家有的直接参与工程设计,在竞争中提高了知名度。由于研究和设计的一体化,能把研究成果迅速转化为产品在工程中应用(如微扩散板),又能指导实践中出现的问题反馈到机构中进行研究。同时,承接设计的费用为试验研究提供足够的资金。因此,这种机制不仅有利于促进声学技术的发展,也为在竞争中取胜创造了条件。我国当前缺乏这种机制,一些很有实用价值的研究成果(如有源消声的研究),至今不能在工程中应用;有些研究成果被国外厂商制作定型产品再销到国内市场(如微穿孔透明薄膜吸声结构)。声学设计单位与从事理论研究机构脱节,从长远看必将影响今后建筑声学技术的持续发展。

  但国外的声学工程师参与国内工程的设计也存在很多不利因素:首先,不了解中国国情,特别是我国的民族音乐和戏剧,以及观众的习俗,所以确定的设计指标不能适应实际需要;其次,不能携带各种测试设备,在漫长的工程设计和建造过程中,配合设计,以及对建筑工程的设计(土建和装修)程序和相关专业的知识了解甚少。此外,缺少建筑构造和知识和实践经验,也啬了配合设计工作的困难。

  综观国内外声学设计竞争双方的状况,目前国内的声学设计机构还处于优势地位。从实用声学的观点看,目前的建声理论运用得当,完全可以设计出音质优异的厅堂。至于近年来对厅堂设计方案阶段的计算机仿真模拟和自相关函数的研究。前者,在十几年前,国内曾对一些援外的厅堂建筑做过缩尺模型内预测厅内音质效果,前几年在上海大剧院的方案设计中也曾做过;后者则是很有实用价值的研究,虽然有些专家认为对安藤四一双耳互相关的研究结果要10年后才能做出正确的评价,但这方面的工作,对建成后厅堂的主观评价具有重大作用。从长远考虑,我国也应重视主观评价的研究,它有利于建筑声学的持续发展。

 
 
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