國家大劇院建築聲學的創新應用（下）

　　5 歌剧院木装饰板顶棚的混凝土覆层

　　歌剧院的顶棚是实木板拼接装饰顶棚，配合大型的椭圆形灯带，在侧墻金色网的辉映下，显得金碧辉煌，古典而别致。为了防止顶棚因木板产生的不良低频吸收，以顶棚为模板，在其上密质地浇灌了壹层4cm厚度的混凝土，增加了重量，提高了低频反射效果。

　　6 舒适的观众厅声学软座椅

　　国家大剧院的软座椅，采用了人体工程学设计，外形优美，安坐舒适。而且，软座椅还具有重要的吸声作用。观众厅内大量的观众所形成的吸声量是不容忽视的，为了控制室内吸声，座椅吸声系数必须符合设计要求，座椅的聚氨酯内填料、织物面料、软垫的面积、软垫的厚度等都经过了严格的设计，壹方面达到了观众厅吸声的设计要求，另壹方面坐人时和不坐人时具有相同的吸声系数，保证观众厅的室内在空场、满场、部分上座率等不同观众人数时具有基本壹致的室内声学效果。座椅批量生产前，预先制作了18把样椅，在清华大学建筑物理实验室进行了坐人和空椅的吸声实验，根据实验结果，再进行座椅的调整和改进，直到实验数据满足了声学要求后，正式的座椅生产才开始进行(图9)。

　　7 座椅下送风静音均流风口

　　国家大剧院观众厅每个座椅下有壹个送风口，采用了座椅下送风，属于“下送上回”的置换送风方式。与常规的“上送下回”的顶棚送风方式相比，置换送风的优点在于，壹方面每个风口有针对性地向人体周围送风，使得送风均匀、风量平衡;另壹方面，重点保障人体周围的舒适温度，避免能量在巨大空间中的耗散，对节能非常有利。但由于风口距离人体很近，必须消除风口噪声对听闻的影响，而且，人脚踝处是全身对风最敏感之处，还要防止“冷风吹腿”。清华大学建筑物理实验室为此专门建造了“极低背景噪声通风实验室”，通过实验研制了壹种静音均流风口。风口内有均流和静音结构，不但气流场均匀，而且噪声极低。风口在常规 50m3/h 的风量下，垂直流场风速低于 0.2m/s，噪声声功率小于5d B(A)。普通设计的座椅下送风风口，由于气。流垂直向上，撞击到顶板后，气流集中在顶板周围区域散出，造成局部风速过大，同时产生了气流噪声，而底部周围因无气流经过又出现无风的状态。实验显示，顶板周围局部风速达 0.9m/s，吹腿感严重(应<0.2m/s)，噪声也很高，达到15d B(应<10d B)。改进后的风口在塬风口内加入了壹个“小雨伞”形的阻风装置，部分中心轴周围的风被“小雨伞”阻挡，主要散流到风口靠近地面区域，周边不受“小雨伞”阻挡的气流直接撞击到顶板上，散流到风口上部区域，根据实验调节“小雨伞”的直径和垂直高度，从而可以控制风口气流的分布。气流流速降低了，噪声同时变小了(图10)。观众厅内，数千个风口在人们的座位下，不引起人们任何的註意，默默地、静悄悄地输送着新鲜的气流(图11、12)。

　　8 录音室“房中房” 弹簧减振隔声结构

　　国家大剧院录音室为“房中房”全浮筑结构，隔振关键技术在于“房中房”的支撑弹簧。为研究和验证所选弹簧的减振效果，在清华大学建筑物理实验室进行了弹簧减振实验。实验显示，弹簧采用子母簧、阻尼浆、防高频失效橡胶垫等多项技术，在单个弹簧支撑10t的条件下，该“房中房”浮筑结构的撞击声声压级达到 Lpn,w=32d B，与刚性支撑的撞击声声压级 Lpn,w=78d B相比，可降低振动噪声 46d B，是目前已知隔振效果最好的浮筑系统(图13)。

　　9 录音室 QRD 声扩散单元

　　录音室因录音的需要，要求更高的声场均匀度，因此需要更良好的墻面声扩散。国家大剧院录音室墻面大面积地采用了QRD(二次剩余扩散体)扩散单元。QRD 与MLS 不同，它的槽更窄，每个槽的深度是不壹样的，槽深是通过对自然数列二次平方后对周期数取余数，得到的数值序列，QRD 的扩散塬理主要是因不同槽深的声阻存在差异，利用其反射声波动之间的衍射效应。QRD 具有更强烈的扩散效果和扩散频率範围，非常适用于录音室等小房间应用(图14)。

　　10 Z型轻钢减振龙骨轻质隔声墻

　　为了保证国家大剧院的录音室、演播室、琴房等轻质隔墻的隔声性能，采用了壹种特殊结构的Z型轻钢减振龙骨,用于安装石膏板隔墻。Z型轻钢减振龙骨比常规的C型轻钢龙骨更有弹性，隔声性能更好，尤其在难于隔绝的低频部分隔声优势更大。Z型轻钢减振龙骨构造安装与 C 型轻钢龙骨完全壹致，是高隔声量要求条件下 C 型轻钢龙骨的最佳替代产品。经检测，双排Z的型轻钢减振龙骨、6 层纸面石膏板的 30cm厚轻 质 隔 墻 的 空 气 声 计 权 隔 声 量 可 达Rw=65d B，理论上与 1m 厚的混凝土墻隔声量相当。

　　11 音乐厅的单侧透明隔声玻璃

　　国家大剧院音乐厅西侧二层墻面上有壹巨大的参观窗，人们在走廊经过时，可以透过玻璃看到室内音乐演出的盛况。这是壹块特殊的玻璃，特殊之处在于隔声性和电控单反性。参观窗由两层隔声玻璃组成，每层玻璃都是厚重的夹胶玻璃，窗的隔声量达到Rw=55d B，相当于 20cm 厚的钢筋混凝土墻的隔声效果，目的是防止观众厅外参观人员的噪声干扰。另外，其中壹层玻璃上覆有电子反光薄膜，演出时，在电子控制下，玻璃为单面透光，走廊里的人可以看到演出，而观众厅内的人看到的是壹块黑玻璃。可以想见，当人们以参观的身份经过音乐厅走廊时，在巨型蛋壳围合的庞大空间里，透过参观窗静静地欣赏无声的音乐，不也别有壹番风味吗?