舞台机械噪声和振动的控制
【摘 要】结合实例探讨舞台机械振动和噪声产生的原因及相关控制技术，并根据检测结果提出处理措施，最后对处理结果 进行检验。
【关键词】舞台机械；噪声；振动；控制
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2015.11.010
噪声和振动对人的生理和心理健康都有不良的影响。噪声也被称为噪声污染，剧场的噪声主要来源包括空调送风、周边环境、各类机电设备等，其中舞台机械的运行也是重要的噪声源之一；而振动则对各种技能型作业影响较大，剧场舞台机械的振动主要体现在台下机械，如升降台、升降小车、车台、转台等运行过程中对演员和布景的不良影响。以下结合实例对剧场舞台机械噪声和振动的控制进行实践研究。
1 相关标准
2001年，由建设部和文化部共同颁布的《剧场建筑设计规范》规定：“升降乐池运行时的机械噪声，在观众席第一排中部应小于60 dB（A），其他舞台机械噪声，在观众席第一排中部应小于或等于50 dB（A）。”
2005年，由建设部和国家质检总局颁布的《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》规定：“舞台大幕开关时的噪声和升降乐池及其他机械设备的运行噪声，在观众席第一排中部分别不应大于NR40和NR45”，该要求比《剧场建筑设计规范》的相关规定要高一些。
2007年，由文化部颁布实施的《舞台机械验收检测程序》对舞台机械噪声的测试方法做了相关规定：“通常在观众厅按约定的条件和方法进行单台设备的噪声测试。如没有约定，通常的条件是：大幕打开，按舞台布置挂三分之一的幕布，侧舞台和后舞台的隔离幕关闭，在观众席第一排中间1.5 m高度处，使被测设备在额定速度下运行。测试方法为：GB/T 17248.1—2000 声学机器和设备发射的噪声测定工作位置和其他指定位置发射声压级的基础标准使用导则，以及GB/T 17248.2～GB/T 17248.5系列标准所规定的相关方法。有特殊要求时才进行设备的机旁噪音测试。测试结果应符合设计文件的规定”。
根据中国剧场的实际情况，也为便于具体噪声数值的测试、比较和控制，本文的研究中采用《剧场建筑设计规范》的有关规定，测试方法则依据《舞台机械验收检测程序》的有关规定。
2 舞台机械噪声的来源及控制
2.1 噪声来源
（1）电动机的噪声
目前，舞台机械所用的电机一般都是低噪声产品，且升降台、吊杆等电机布置位置离舞台面和观众席有一定的距离，正常运行时产生的噪声一般不至于大过规定范围。需要特别注意电机制动器所产生的噪声，即启动和停止舞台机械设备时电机制动器可能会产生异响。
（2）传动运行机构的噪声
舞台机械的噪声主要来源于传动和运行部分，联轴器、减速器、链条链轮、齿轮齿条、滑轮钢丝绳、导轨滑动体等传动和运行部分由于碰撞冲击和摩擦都有可能产生噪声。
2.2 舞台机械噪声的控制
对于舞台机械的噪声控制，在实际操作中应考虑以下几个方面。
（1）设计时予以足够的重视，采取适当的措施，选择合适的电机、零部件及材料。所有舞台机械设备的电机均应采用低噪声电动机、高精度减速器和高精度运动部件。液压系统所有管接头应经过气密处理，以防漏液，设置排气装置以避免产生气穴，回液管和吸液管位置合理，要求浸入液内。所有零部件、钢结构、地板等材料必须采用优质品牌产品，性能符合设计要求。
（2）提高加工工艺。高精度的设计需要配合高精度的制造工艺来实现，不管是生产车间内的零部件制造，还是现场的钢结构切割焊接等工序，都必须严格把关、逐个检验，确保质量。不合格的零部件和施工工艺是产生噪声的重要原因。
（3）采取必要措施防止噪声传播和固体传声。例如，如果电机或制动器声音过响，可以采用隔声罩，使用时须注意不能造成设备过热或其他问题；如果基坑内噪声过响，则可以对基坑周边采取吸声措施。
（4）重视维保工作，降低摩擦噪声。
舞台机械的噪声除了与工程设计、加工施工工艺有关，还有很重要的一个因素，就是使用单位是否及时、定期地予以维护保养。虽然故障维修工作一般需要专业舞台设备公司承担，但日常的清洁、润滑、调整、紧固等维护保养工作则需使用单位自己进行，并应该形成相关制度严格执行。制度化的维护保养工作是确保舞台机械设备正常安全运行的关键，也是控制噪声超标的重要措施。噪声的超标往往是由于运动部件之间润滑条件变差，积灰过多，甚至掉进异物，或者相对运动的部件之间间隙过小或过大等原因造成的。因此，及时清除灰尘、异物，及时更换或添加润滑油（脂），及时调整运动部件间的间隙，和及时紧固松动的零件都是需要特别注意的环节。
笔者认为，在验收合格以后，做好维护保养工作是舞台机械噪声控制的关键。
3 舞台机械振动及其控制
噪声是通过空气等介质传递给人的听觉感受，而振动是往复运动直接传递到人的触觉感受。从物理原理上看，噪声其实是由振动引起的，所有的噪声都是由振动经由空气传播进入人的听觉系统的。所以，消除或减小了振动，也同时消除或减少了噪声。一般从方向、强度和振动变化率三个方面对振动进行度量。
舞台机械的振动虽然不像噪声那样直接干扰观众的听觉效果，但会对舞台上的演员产生生理和心理上的不良影响，进而影响表演效果。对演出有直接影响的振动主要存在于参与表演的舞台机械，如升降台、升降小车、车台、转台、飞行器、吊杆等，振动源就是各自的驱动电机和运动部件。从实际使用情况看，虽然舞台机械振动对舞台表演的影响并不是非常明显，但我们也需要予以足够的重视以及必要的控制，从而改善演员的表演环境，提高表演水准。
一般情况下，控制振动的技术措施如下。
（1）减少或消除振动源，采用高品质电机，在电机和基础之间加减振垫（器），使刚性连接转换为弹性连接。
（2）减少振动的传播，所有联结都应配有防振垫片、尼龙螺母或类似产品。
（3）设计舞台机械设备构件时，要考虑构件的固有振动频率，避免演出活动时产生共振。荷载2.5 kN/m2的舞台设备的固有振动频率一般在10 Hz左右。
（4）改善运动部件之间的润滑条件，减少金属之间的直接接触，减少因摩擦碰撞等引起的自激振动。
（5）限制接触振动的时间，演员在有振动的活动舞台设备上不宜停留过久。
4 舞台机械噪声控制案例分析
浙江实验艺术剧场是浙江艺术职业学院投资6 000多万建造的集现代化、多功能一体的综合性剧场。剧场由一个大剧场（928座）、两个电影厅（共487座）和有关附属用房组成。
鉴于浙江实验艺术剧场部分舞台机械设备噪声过大，笔者所在的课题组决定对该剧场舞台机械设备进行较全面的检测，并根据检测结果予以分析，提出处理措施，最后对处理结果进行检验。
为避免环境噪声的干扰，测试时间安排在晚上0：00～1：00，测试设备为PHONIC PAA3声级计，测量A声级LA值，测试时背景噪声低于30 dB（A），除被测设备，其他机电设备没有运行，观众厅空场，测试位置为观众厅第一排中间高1.5 m处，其他相关流程按《舞台机械验收检测程序》规定。测试对象为吊杆、乐池、升降台及子台等，有的吊杆上挂有布景、灯具，有的空载，其他设备没有载荷，按额定速度运行。测量结果见表1。
吊杆主要测试靠近台口且容易影响到观众席的部分。根据测试结果，不管是单根运行还是组合运行，吊杆的运行噪声均小于50 dB（A）， 假台口上片、侧灯光吊笼的噪声也低于50 dB（A），符合《剧场建筑设计规范》的规定；主舞台升降台及子台和升降乐池的运行噪声有的大于60 dB（A），属于超标情况。其中超标比较严重的噪声频谱图如图1、图2所示。
根据现场监听分析，上述噪声不是由电机运转引起的，而是由运行过程中传动系统、导轨和运动部件之间的相对运动引起的。查阅有关研究文献，摩擦及制动类引起的振动大致可分三类：低频抖动（<100 Hz）、中频颤动（100 Hz～1 kHz）和高频啸叫（>1 kHz）。乐池降行噪声峰值在高频4 kHz频率左右，属于高频啸叫。升降台噪声峰值在800 Hz，主要属于中频颤动，也有部分高频啸叫。根据中高频噪声是金属之间因摩擦引发的中高频自激振动所致的理论，课题组分析认为升降乐池及升降台过高的噪声主要是由摩擦引起的，这种摩擦很可能是因为保养不及时、润滑条件欠佳导致的，因此，改善润滑条件是首选处理措施。考虑到低速、高负荷的工况，选用了钠基润滑脂对台下机械需要润滑的部位进行了全面润滑保养，并对吊杆减速机的润滑油也进行了全面更换。
进行全面维保处理以后，再次对各项设备噪声进行测量。结果显示，吊杆的运行噪声进一步降低，超标的乐池升降台和主舞台升降台及子台的噪声情况也得到极大改善，具体数值对比见表2。
从表2中前后数值的对比可以看出，改善润滑条件的效果极其明显，乐池升降台的噪声减幅最大，高频啸叫部分完全消失，但中低频颤动部分改善不是很明显，说明中低频颤动不仅与润滑条件有关，更可能与运动频率及结构设计等因素有关，其频谱图如图3、图4所示。
5 小结
舞台机械噪声和振动的控制是改善观演条件的重要内容之一。维护保养工作不仅仅关系振动及噪声的控制，也关系舞台设备的安全问题，关系剧场及演职人员的生命财产安全。要控制舞台机械的噪声和振动，在设计阶段就要予以足够的重视，制造及施工单位的工艺质量则是建设过程中的关键，在验收合格投入使用之后，使用单位制度化的维护保养工作更是重中之重，必须予以高度重视。
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