湖北省博物館編鐘演奏廳是展示編鐘特色的重要場所，以編鐘演奏為主。根據(jù)編鐘發(fā)聲特點，合理設定音質設計指標；通過優(yōu)化吊頂形式、減少室內(nèi)吸聲面等措施，減弱建筑體型、裝飾做法對音質效果的不利影響。設計思路和方法可為以編鐘等古典打擊樂器演奏為主的演奏廳音質設計提供參考。
編鐘是荊楚文化的象征，編鐘音樂是金石音樂的代表。坐落在湖北省博物館內(nèi)的編鐘演奏廳（以下簡稱：演奏廳）是欣賞和編鐘音樂、弘揚傳統(tǒng)文化，并供相關專業(yè)人員學習、研究和傳承編鐘音樂的場所。
“聲音”是編鐘演奏廳最核心的要求，涉及聲學、建筑、裝飾等專業(yè)。本文根據(jù)演奏廳特定使用功能，設定合理聲學設計目標，分析演奏廳體型和裝飾做法對聲音的影響和作用，利用計算機模擬手段，提出質量可靠、技術合理、經(jīng)濟適用的聲學設計方案，減弱建筑體型、裝飾做法對音質效果的不利影響。
1 建筑概況
演奏廳位于湖北省博物館三期擴建工程文展大樓內(nèi)，容座397座，屬于小型音樂廳；觀眾廳建筑平面為圓形，最長處22.5 m，最寬處22 m；吊頂以下高度6 m～10 m；全臺階形式，起坡高度120 mm～320 mm；容積3 226 m3，每座容積8.1 m3/座。演奏廳平面圖、剖面圖見圖1、圖2。演奏廳演出以自然聲為主，聲學設計的目標是保證演奏時的音樂豐滿度。
2 編鐘發(fā)聲特點和聲學設計要點
1）編鐘屬于古典打擊樂器，沒有止音裝置，敲擊之后只能由其自然衰減，余音較長。聲學設計需要為演奏廳創(chuàng)造足夠的混響和早期反射聲，與直達聲一起疊加，才能體現(xiàn)編鐘音樂的特殊韻味。為了創(chuàng)造良好的親切感，演奏廳早期反射聲對于直達聲的初始延遲間隙不宜超過30 ms。
2）成套編鐘由多個組件組成，敲擊不同鐘體或同一鐘體不同位置，產(chǎn)生的音階不同。編鐘產(chǎn)生的不同音階之間有間隔，不連續(xù)。編鐘音階連音需要借助混響來實現(xiàn)，即演奏廳應具有較長的混響時間。
3）演奏廳體型選擇對音質的影響至關重要，在體型確定后，應分析聲場的特點，采取合理技術措施減弱對音質效果的不利影響。
4）應少用吸聲材料，主要通過合理控制體型，將演奏廳混響時間控制在合理范圍內(nèi)。
5）聲學構造和材料的選用應簡單、易施工，降低工程造價。
3 設計指標
1）混響時間及頻率特性（滿場條件）
中頻（ 5 0 0 H z ～ 1 k H z ）， RT=1.3 s±0.1 s；低頻（125 Hz～250 Hz）允許提升10%～20%；高頻（2 kHz ～4 kHz）允許下降10%～20%；
2） 明晰度
演奏廳觀眾廳音樂明晰度C80（空場）：-3 dB～0 dB。
3）音質總體評價
觀眾廳內(nèi)不出現(xiàn)聲聚焦音質缺陷。
4 體型設計
演奏廳應具有合適的體型，包括每座容積和合適的平面、剖面形式。平面、剖面形式應使觀眾席能獲得豐富的早期反射聲，且強度足夠、時間間隔均勻。而且早期反射聲必須是多維的，其中側墻的早期反射聲對聲源定位展寬有貢獻，吊頂?shù)脑缙诜瓷渎晫臻g高度感有貢獻。
觀眾廳采用圓形平面，具有觀演視線好的優(yōu)點。但可能導致聲音向特定區(qū)域聚集，形成局部聲聚焦，使得聲場分布不均勻，表現(xiàn)為觀眾廳內(nèi)不同位置處的聲音大小及音質的主觀感受有差異。為此，聲學設計應采取措施減弱圓形體型缺陷對音質效果的不利影響。
4.1 每座容積
音樂廳每座容積宜為7 m3/座～13 m3/座，演奏廳每座容積8.1 m3/座，符合理論值的要求，但接近下限值。由于標高限制，吊頂無法抬高，體積無法增加，因此，聲學建議裝飾應不用或少用吸聲材料，避免吸聲過量，混響時間偏低。吊頂應采用面密度較大的材質（如GRG、GRC等），面密度不小于40 kg/m2；墻面可采用GRG、GRC、木質等；地面采用貼實的材料。
4.2 建筑平面聲線分析
編鐘具體位置尚不明確，聲線分析時，暫定聲源位于臺口線中央。建筑平面聲線分析（側墻前段）見圖3，建筑平面聲線分析（側墻中后段和后墻）見圖4。
從圖3可以看出，側墻前段的反射聲分布均勻，能覆蓋大部分觀眾席。經(jīng)計算，早期反射聲相對于直達聲的初始延遲間隙 11 ms ～33 ms，基本滿足不超過30 ms的要求。
從圖4看出，側墻中后段和后墻會導致聲聚焦。其中側墻中段反射聲和后墻反射聲聚焦于觀眾席，聲聚焦現(xiàn)象較明顯。側墻后段導致的聲聚焦程度相對較弱，聚焦點在觀眾席外。后期裝飾需做擴散處理，或者擴散配合少量吸聲，以減弱聲聚焦。
4.3 剖面聲線分析
建筑剖面聲線分析（聲學優(yōu)化吊頂前）見圖5，建筑剖面聲線分析（聲學優(yōu)化吊頂后）見圖6。
從圖5可以看出，吊頂反射聲分布均勻，能覆蓋全部觀眾席。但存在如下問題：部分聲線反射至臺唇和觀眾廳后墻，這部分反射聲未能有效利用。且反射回臺唇的聲音可能形成回聲。
聲學建議：1）吊頂優(yōu)化為圖6所示形狀，且雙曲面吊頂改為單曲面吊頂。2）吊頂采用厚重的材料，面密度不小于40 kg/m2，以利于減少低頻吸聲，提高主觀聽音的豐滿度。
聲學優(yōu)化吊頂后，吊頂?shù)姆瓷渎暦植季鶆颍芨采w全部觀眾席。與優(yōu)化前相比，吊頂反射聲更豐富。經(jīng)計算，早期反射聲相對于直達聲的初始延遲間隙為 10 ms～32 ms，基本滿足不超過30 ms的要求。
5 音質設計
5.1 裝飾做法的聲學缺陷
墻面采用穿孔板吸音板，地面鋪地毯，墻面和地面滿鋪吸聲材料，不符合“應不用或少用吸聲材料”的聲學要求。裝飾吊頂采用12 mm厚GRG，面密度達不到聲學要求的40 kg/m2，會導致低頻吸聲過量。
吊頂、墻面、地面等裝飾做法見表1。
基于裝飾做法，初步計算的混響時間如表2所示。從表2可以看出，混響時間偏低，這會導致音質非常干澀，缺乏豐滿度。
5.2 聲學建議措施
聲學需要解決2個問題：1）廳內(nèi)吸聲過量；2）聲聚焦缺陷。
聲學優(yōu)化措施如下：
1） 觀眾廳頂面GRG厚度由12 mm改為25 mm。
2） 墻面穿孔吸音板背襯基層板，穿孔吸音板與基層板緊貼。既取消了墻面吸聲，又不影響裝飾效果。如圖7、圖8所示。
3） 側墻中段內(nèi)凹區(qū)域（圖4玫紅色墻面），2 m 以下人員活動高度范圍內(nèi)（圖9），保留裝飾做法，做強吸聲處理，避免聲聚焦。穿孔吸音板穿孔率20%～25%，板后應形成封閉空腔，空腔內(nèi)填100 mm厚32 kg/m3玻璃棉，見圖9、圖10。側墻吸聲區(qū)域與非吸聲區(qū)域裝飾效果保持統(tǒng)一。
4） 裝飾在后墻（圖4磚紅色墻面）設置了豎向造型線條，將功能性與裝飾性相結合，能與墻面造型及飾面材料有機融合。室內(nèi)設計在側墻飾面材料拼縫間規(guī)律設置豎向LED燈帶，后墻豎向線條與側墻飾面材料風格和諧統(tǒng)一。該豎向擴散體寬度60 mm，突出高度120 mm，間距180 mm，擴散體尺寸較小。見圖11、圖12。
5） 側墻后段內(nèi)凹區(qū)域（圖4綠色色墻面）聲聚焦程度較弱，且聚焦點不在觀眾席。該區(qū)域如果做吸聲處理，會導致廳內(nèi)吸聲過量；如果做擴散處理，與側墻其他區(qū)域裝飾風格不統(tǒng)一，略顯突兀。因此，側墻后部內(nèi)凹區(qū)域未做處理。
（6）取消地毯。
聲學優(yōu)化后，混響時間計算結果如表3所示。
從表3可以看出，混響時間計算值比設計值低0.1 s~0.2 s，但混響時間頻率特性較好。
6 音質模擬
基于聲學優(yōu)化后的裝飾做法，采用仿真計算軟件 L M S Virtual.Lab中的聲線分析模塊（Ray Analysis），對混響時間、明晰度C80兩個參數(shù)進行模擬計算。
6.1 混響時間
混響時間模擬云圖（以1000 Hz為例）見圖13。8個接收點（P1～P8）混響時間模擬計算結果平均值見表4。
從圖13可以看出，盡管演奏廳內(nèi)少量位置存在混響時間偏長的情況，但整體來看，廳內(nèi)混響時間分布比較均勻。
從表4可以看出，混響時間及頻率特性滿足設計指標要求。從表3和表4可以看出，混響時間模擬值比混響時間計算值長0 . 2 s 。根據(jù)實際工程經(jīng)驗，模擬結果更接近現(xiàn)場實測值。
6.2 明晰度C80
明晰度模擬云圖（以1000 Hz為例）見圖14。8個接收點（P1～P8）明晰度模擬計算結果見表5。
從表5可以看出，各接收點明晰度C80平均值各頻率均在-3 dB～0 dB之間，滿足要求。但是，各接收點明晰度差距較大，其中部分接收點C80不在-3 dB～0 dB范圍內(nèi)，這是由于聲聚焦音質缺陷造成的。
7、結束語
1）體型的選擇對演奏廳音質的影響至關重要，觀眾廳應有足夠的早期反射聲。關于體型設計，建筑、裝飾應以聲學要求為主。
2）不同的音樂演出，音質要求有所不同。尤其是編鐘演奏廳這類使用功能單一的廳堂，音質設計時應充分考慮樂器的發(fā)聲特點。
3）聲聚焦缺陷對音質會產(chǎn)生負面影響，應盡量避免。
4）計算機模擬與理論計算結果之間往往存在差異，其中模擬結果更接近實測值。對于以編鐘演奏演出為主的演奏廳，音質要求非常高，聲學設計宜采用計算機模擬技術進行方案優(yōu)化。條件具備時，可制作縮尺模型，進一步驗證聲學設計成果。
5）由于現(xiàn)場零星施工以及疫情管控，尚未進行竣工后現(xiàn)場聲學測試。待條件成熟，將補充測試。
