长江剧场“黑匣子”剧场的声学设计
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作者:王海玲 徐真德 刘海生
[摘要]介绍长江剧场“黑匣子”场的建筑隔声设计与噪声控制、音质设计、全息声系统等声学设计，可以满足戏曲自然声和全景声系统对建声环境的需求。
[关键词]长江剧场;黑匣子剧场;隔声设计;噪声控制;音质设计;全息声系统
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.11.010
1项目概况
长江剧场位于上海市黄浦区黄河路35号鸿祥大厦辅楼内，前身为卡尔登（CARLTON）大戏院，1957年和1976年进行过两次大修。2017年再次进行修缮，新的长江剧场在原有的建筑布局基础上，将大剧场的舞台和观众厅“一分为二”（图1），化身为一个可容纳230人的“红匣子”剧场（原观众厅部分，图2）和一个可容纳100人的“黑匣子”剧场（原舞台部分，图3）。长江剧场装修工程荣获2019年上海市优秀工程勘查设计项目三等奖。
具有先锋色彩的“黑匣子”剧场打破舞台观众席分隔的传统剧场概念，12块升降台既能做舞台也能做观众席，辅以可全方位转动升降的灯景吊杆系统，可根据不同艺术表演要求做自由组合，观众席位和表演区几乎零距离。“黑匣子”剧场建筑平面呈近似矩形，最大长度约16.5m，宽约11.5m，水平投影面积约173m2，平均高度为11.5m，主演厅容积约1990m3。厅内采取合理的建声设计，配备“四维全息声”音频系统，为观众提供极致的视听体验，也为戏曲内容的创新演绎提供展示空间。
2建筑隔声设计与噪声控制
将原剧院的观众厅和舞台分隔成两个独立的演出空间，首先要解决的便是两厅的隔声问题。为保证两厅同时使用的情况下，不受彼此噪声干扰，在结构荷载非常苛刻的条件下，本工程采用中间400mm厚加气混凝土砌块、两侧具有隔振和阻尼构造的轻质隔声层的复合隔声构造，在全频带取得良好的隔声效果。施工中期对其进行现场声学检测，复合墙体的计权标准化声压级差达到63dB，可基本满足两厅同时使用的隔声要求。墙体各频带的标准化声压级差DnT舱测结果见表1。
此外，剧场屋顶有大量机组设备，为避免机组设备振动和噪声对剧场内产生振动、噪声干扰，分别在“红匣子”和“黑匣子”剧场上空做轻质隔声吊顶，并对新增机组采取有效隔振措施，有效解决屋顶机组设备对剧场的振动噪声干扰。
3音质设计
新的长江剧场功能定位为先锋性、实验性、创新性小剧场，以戏曲为主，兼顾戏剧类演出和教育展示活动。“黑匣子”剧场需兼顾自然声演出与全息声扩声演出需求，而两者对声学设计指标与建声环境需求有较大差别：自然声演出时，为避免声音过于干涩，提高声音的丰满感与空间感，一般要求适当的早期反射声与稍长混响时间（本项目规模理想中频满场混响时间约1.2s），而全息声演出是通过扩声系统来构建三维声场环境，所有音效在演出前已制作完成，并要求厅内建声环境以直达声为主、较短混响时间（本项目规模理想中频满场混响时间约0.7s）。为平衡两功能要求的冲突，在具体设计及声学指标上进行兼顾、折中设计，设计指标如下。
（1）中频满场混响时间设计值：RTmid=0.90±0.10s。
（2）混响时间频率特性要求尽量平直，允许低频段适当提升。
（3）厅内不应出现可识别的音质缺陷，如声聚焦、回声、颤动回声、共振等。
具体声学设计如下。
3.1墙面
采用阻燃装饰吸声板与QRD扩散体间隔布置，二者面积比例为1：1，既实现厅内在使用全息声系统时观众区以直达声为主，又保证自然声演出所需要的合适混响时间。此外，为均衡低频吸声，同时考虑建筑空间限制，阻燃装饰吸声板采用100mm空腔和200mm空腔兩种构造（图4）。
3.2顶面
由于剧场建筑高度较高，高11.5m，为避免出现回声，也为在自然声演出模式下给地面观众提供来自顶部的早期反射声，在距地面8.5m高度设置折线形反声板，其材质为双层12mm厚石膏板。
3.3音质检测
剧场竣工后，按照国家测量规范对其进行声学检测（空场状态）。厅内主要音质指标测量结果见表2。
“黑匣子”剧场空场中频混响时间为1.0s左右，达到满场混响时间设计预期。厅内声场分布均匀，音质明晰，可较好地满足戏曲自然声和全景声系统演出模式对建声环境的需求。
4全息声系统扩声方案在“黑匣子”剧场中的运用
“黑匣子”剧场灵活的演出方式对电声系统的设计提出新的挑战。由于演出和观演的位置不固定，传统的立体声扩声系统无法满足声像一致的要求，导致定位感知的失真。因此，采用一套基于波场合成理论（WFS）而开发的“四维全息声”系统扩声方案。整个系统由多层扬声器阵列扩声与全息电子声罩两部分组成。该系统能够不受物理空间限制，全息重构声场，准确还原声像;能够根据不同场景的演出需求，匹配不同的混响时间，具有高度的灵活性。
全息扩声系统由4只超重低音扬声器、“0层”37只墙面环绕扬声器、“+1层”13只墙面环绕扬声器、“+2层”10只顶面扬声器共计64只扬声器组成的声阵列组成，合成三维声场。扬声器布置示意如图5所示。“0层”位于人的耳朵高度，在水平面内对不同方向的声音进行定位，与上面两层及吊顶下的扬声器相结合，可实现三维声像定位，在垂直方向上较为丰满地延伸了听音效果。全息电子声罩由16支分布于剧场天花以及四周墙面的定制传声器组成。
全息声扩声系统模拟的声源分两类，场外声源和场内声源。场外声源主要是风声、雨声、雷电、市井喧闹声等环境声。这部分声效预先制作完毕，通过激发不同方向的扬声器，进行延迟和预滤波后合成声场，再现场外声的方位、距离和时频特性。场内声源主要是演员和乐器，电子声罩系统获得信号后，对强度和方位等信息进行分析，驱动不同的扬声器单元，再现场内声源的空间位置和时频特性。由于WFS技术是基于声场合成的原理，因此相比于传统的立体声技术，它对声音空间感的再现更强。在整个观演空间中，每个位置都能获得比较真实的方位感，不存在“皇帝位”。
2019年5月，沉浸式全息声版越剧《再生缘》以戏曲艺术为载体，结合费迪曼逊四维全息声技术，为观众呈现全新的观演体验，现场反响热烈、好评如潮（图6）。
5结论
作为时尚、先锋的戏曲专属实验剧场，长江剧场“黑匣子”通过合理的声学设计，兼顾自然声演出和全景声扩声系统，在音效再现上获得良好的空间感。“黑匣子”剧场打破演员和观众的界限，使观众置身于戏曲中，成为戏曲演出的一部分，实现声学技术和戏曲演出艺术的同步创新，为观众带来沉浸式戏曲观演的美妙体验。
作者简介：
王海玲，声学工程师，建筑声学专业硕士，主要从事建筑声学设计与研究、噪声与振动控制工程设计与研究以及声学测量工作。
王海玲，声学工程师，建筑声学专业硕士，主要从事建筑声学设计与研究、噪声与振动控制工程设计与研究以及声学测量工作。
徐真德，全息声与3D音频技术专家，录音师，中国美术学院音画双3D研究所研究员，现任费迪曼逊多媒体科技（上海）有限公司董事、总经理兼技术总监。曾主持设计与建设上海中心126阻尼器全息声效音乐厅、上海交响乐团录制系统、数字电视国家工程研究中心实验室等几十例工程项目。
刘海生，同济大学声学研究所副教授，硕士生导师，主要从事建筑声学设计与研究、噪声与振动控制工程设计与研究以及声学测量工作。
（编辑：王芳）
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