湖北省博物馆编钟演奏厅是展示编钟特色的重要场所，以编钟演奏为主。根据编钟发声特点，合理设定音质设计指标；通过优化吊顶形式、减少室内吸声面等措施，减弱建筑体型、装饰做法对音质效果的不利影响。设计思路和方法可为以编钟等古典打击乐器演奏为主的演奏厅音质设计提供参考。
编钟是荆楚文化的象征，编钟音乐是金石音乐的代表。坐落在湖北省博物馆内的编钟演奏厅（以下简称：演奏厅）是欣赏和编钟音乐、弘扬传统文化，并供相关专业人员学习、研究和传承编钟音乐的场所。
“声音”是编钟演奏厅最核心的要求，涉及声学、建筑、装饰等专业。本文根据演奏厅特定使用功能，设定合理声学设计目标，分析演奏厅体型和装饰做法对声音的影响和作用，利用计算机模拟手段，提出质量可靠、技术合理、经济适用的声学设计方案，减弱建筑体型、装饰做法对音质效果的不利影响。
1 建筑概况
演奏厅位于湖北省博物馆三期扩建工程文展大楼内，容座397座，属于小型音乐厅；观众厅建筑平面为圆形，最长处22.5 m，最宽处22 m；吊顶以下高度6 m～10 m；全台阶形式，起坡高度120 mm～320 mm；容积3 226 m3，每座容积8.1 m3/座。演奏厅平面图、剖面图见图1、图2。演奏厅演出以自然声为主，声学设计的目标是保证演奏时的音乐丰满度。
2 编钟发声特点和声学设计要点
1）编钟属于古典打击乐器，没有止音装置，敲击之后只能由其自然衰减，余音较长。声学设计需要为演奏厅创造足够的混响和早期反射声，与直达声一起叠加，才能体现编钟音乐的特殊韵味。为了创造良好的亲切感，演奏厅早期反射声对于直达声的初始延迟间隙不宜超过30 ms。
2）成套编钟由多个组件组成，敲击不同钟体或同一钟体不同位置，产生的音阶不同。编钟产生的不同音阶之间有间隔，不连续。编钟音阶连音需要借助混响来实现，即演奏厅应具有较长的混响时间。
3）演奏厅体型选择对音质的影响至关重要，在体型确定后，应分析声场的特点，采取合理技术措施减弱对音质效果的不利影响。
4）应少用吸声材料，主要通过合理控制体型，将演奏厅混响时间控制在合理范围内。
5）声学构造和材料的选用应简单、易施工，降低工程造价。
3 设计指标
1）混响时间及频率特性（满场条件）
中频（ 5 0 0 H z ～ 1 k H z ）， RT=1.3 s±0.1 s；低频（125 Hz～250 Hz）允许提升10%～20%；高频（2 kHz ～4 kHz）允许下降10%～20%；
2） 明晰度
演奏厅观众厅音乐明晰度C80（空场）：-3 dB～0 dB。
3）音质总体评价
观众厅内不出现声聚焦音质缺陷。
4 体型设计
演奏厅应具有合适的体型，包括每座容积和合适的平面、剖面形式。平面、剖面形式应使观众席能获得丰富的早期反射声，且强度足够、时间间隔均匀。而且早期反射声必须是多维的，其中侧墙的早期反射声对声源定位展宽有贡献，吊顶的早期反射声对空间高度感有贡献。
观众厅采用圆形平面，具有观演视线好的优点。但可能导致声音向特定区域聚集，形成局部声聚焦，使得声场分布不均匀，表现为观众厅内不同位置处的声音大小及音质的主观感受有差异。为此，声学设计应采取措施减弱圆形体型缺陷对音质效果的不利影响。
4.1 每座容积
音乐厅每座容积宜为7 m3/座～13 m3/座，演奏厅每座容积8.1 m3/座，符合理论值的要求，但接近下限值。由于标高限制，吊顶无法抬高，体积无法增加，因此，声学建议装饰应不用或少用吸声材料，避免吸声过量，混响时间偏低。吊顶应采用面密度较大的材质（如GRG、GRC等），面密度不小于40 kg/m2；墙面可采用GRG、GRC、木质等；地面采用贴实的材料。
4.2 建筑平面声线分析
编钟具体位置尚不明确，声线分析时，暂定声源位于台口线中央。建筑平面声线分析（侧墙前段）见图3，建筑平面声线分析（侧墙中后段和后墙）见图4。
从图3可以看出，侧墙前段的反射声分布均匀，能覆盖大部分观众席。经计算，早期反射声相对于直达声的初始延迟间隙 11 ms ～33 ms，基本满足不超过30 ms的要求。
从图4看出，侧墙中后段和后墙会导致声聚焦。其中侧墙中段反射声和后墙反射声聚焦于观众席，声聚焦现象较明显。侧墙后段导致的声聚焦程度相对较弱，聚焦点在观众席外。后期装饰需做扩散处理，或者扩散配合少量吸声，以减弱声聚焦。
4.3 剖面声线分析
建筑剖面声线分析（声学优化吊顶前）见图5，建筑剖面声线分析（声学优化吊顶后）见图6。
从图5可以看出，吊顶反射声分布均匀，能覆盖全部观众席。但存在如下问题：部分声线反射至台唇和观众厅后墙，这部分反射声未能有效利用。且反射回台唇的声音可能形成回声。
声学建议：1）吊顶优化为图6所示形状，且双曲面吊顶改为单曲面吊顶。2）吊顶采用厚重的材料，面密度不小于40 kg/m2，以利于减少低频吸声，提高主观听音的丰满度。
声学优化吊顶后，吊顶的反射声分布均匀，能覆盖全部观众席。与优化前相比，吊顶反射声更丰富。经计算，早期反射声相对于直达声的初始延迟间隙为 10 ms～32 ms，基本满足不超过30 ms的要求。
5 音质设计
5.1 装饰做法的声学缺陷
墙面采用穿孔板吸音板，地面铺地毯，墙面和地面满铺吸声材料，不符合“应不用或少用吸声材料”的声学要求。装饰吊顶采用12 mm厚GRG，面密度达不到声学要求的40 kg/m2，会导致低频吸声过量。
吊顶、墙面、地面等装饰做法见表1。
基于装饰做法，初步计算的混响时间如表2所示。从表2可以看出，混响时间偏低，这会导致音质非常干涩，缺乏丰满度。
5.2 声学建议措施
声学需要解决2个问题：1）厅内吸声过量；2）声聚焦缺陷。
声学优化措施如下：
1） 观众厅顶面GRG厚度由12 mm改为25 mm。
2） 墙面穿孔吸音板背衬基层板，穿孔吸音板与基层板紧贴。既取消了墙面吸声，又不影响装饰效果。如图7、图8所示。
3） 侧墙中段内凹区域（图4玫红色墙面），2 m 以下人员活动高度范围内（图9），保留装饰做法，做强吸声处理，避免声聚焦。穿孔吸音板穿孔率20%～25%，板后应形成封闭空腔，空腔内填100 mm厚32 kg/m3玻璃棉，见图9、图10。侧墙吸声区域与非吸声区域装饰效果保持统一。
4） 装饰在后墙（图4砖红色墙面）设置了竖向造型线条，将功能性与装饰性相结合，能与墙面造型及饰面材料有机融合。室内设计在侧墙饰面材料拼缝间规律设置竖向LED灯带，后墙竖向线条与侧墙饰面材料风格和谐统一。该竖向扩散体宽度60 mm，突出高度120 mm，间距180 mm，扩散体尺寸较小。见图11、图12。
5） 侧墙后段内凹区域（图4绿色色墙面）声聚焦程度较弱，且聚焦点不在观众席。该区域如果做吸声处理，会导致厅内吸声过量；如果做扩散处理，与侧墙其他区域装饰风格不统一，略显突兀。因此，侧墙后部内凹区域未做处理。
（6）取消地毯。
声学优化后，混响时间计算结果如表3所示。
从表3可以看出，混响时间计算值比设计值低0.1 s~0.2 s，但混响时间频率特性较好。
6 音质模拟
基于声学优化后的装饰做法，采用仿真计算软件 L M S Virtual.Lab中的声线分析模块（Ray Analysis），对混响时间、明晰度C80两个参数进行模拟计算。
6.1 混响时间
混响时间模拟云图（以1000 Hz为例）见图13。8个接收点（P1～P8）混响时间模拟计算结果平均值见表4。
从图13可以看出，尽管演奏厅内少量位置存在混响时间偏长的情况，但整体来看，厅内混响时间分布比较均匀。
从表4可以看出，混响时间及频率特性满足设计指标要求。从表3和表4可以看出，混响时间模拟值比混响时间计算值长0 . 2 s 。根据实际工程经验，模拟结果更接近现场实测值。
6.2 明晰度C80
明晰度模拟云图（以1000 Hz为例）见图14。8个接收点（P1～P8）明晰度模拟计算结果见表5。
从表5可以看出，各接收点明晰度C80平均值各频率均在-3 dB～0 dB之间，满足要求。但是，各接收点明晰度差距较大，其中部分接收点C80不在-3 dB～0 dB范围内，这是由于声聚焦音质缺陷造成的。
7、结束语
1）体型的选择对演奏厅音质的影响至关重要，观众厅应有足够的早期反射声。关于体型设计，建筑、装饰应以声学要求为主。
2）不同的音乐演出，音质要求有所不同。尤其是编钟演奏厅这类使用功能单一的厅堂，音质设计时应充分考虑乐器的发声特点。
3）声聚焦缺陷对音质会产生负面影响，应尽量避免。
4）计算机模拟与理论计算结果之间往往存在差异，其中模拟结果更接近实测值。对于以编钟演奏演出为主的演奏厅，音质要求非常高，声学设计宜采用计算机模拟技术进行方案优化。条件具备时，可制作缩尺模型，进一步验证声学设计成果。
5）由于现场零星施工以及疫情管控，尚未进行竣工后现场声学测试。待条件成熟，将补充测试。
