楊 陽 高 策 丁 宏

（1.山西大學科學技術哲學中心科學技術史研究所，太原030006；2.山西大學音樂學院，太原030006；3.太原理工大學政法學院，太原030024）

平遙超山廟古戲臺聲學效應初探

楊 陽1，2高 策1丁 宏3

（1.山西大學科學技術哲學中心科學技術史研究所，太原030006；2.山西大學音樂學院，太原030006；3.太原理工大學政法學院，太原030024）

首次發(fā)現(xiàn)平遙小胡村超山廟古戲臺“十字窯洞”及其聲學現(xiàn)象，用現(xiàn)代聲學的測量方法對其測量，結果表明：“十字窯洞”具有擴大音量，美化音色，優(yōu)化樂音結構的作用?；凇皬秃鲜焦艖蚺_”的數量、地域分布及其聲學特征，推測這種形制的古戲臺是山西特色建筑，是建筑藝術和戲曲音樂藝術在民間不斷發(fā)展并融為一體的經驗結晶。

復合式古戲臺 十字窯洞 建筑史 聲學史 戲曲音樂史

0 引 言

近年來，我們在對山西古戲臺的調研中，在晉中、呂梁一帶發(fā)現(xiàn)了大量“表演場地（木構建筑前臺）和窯洞（磚石建筑）連為一體”的古戲臺建筑（下文稱這種磚窯和木結構共同組成的古戲臺為“復合式古戲臺”），如臨縣黑龍廟古戲臺、柳林龍王廟古戲臺、平遙超山廟古戲臺等。在普查古戲臺過程中，發(fā)現(xiàn)這類形制的建筑具有良好的聲音效果，以超山廟古戲臺為特殊。該戲臺今雖已半毀，但站在其洞口講話，七八十米內清晰可聞。查閱相關文獻得知，黃維若教授曾指出“明清時期，無名的劇場建筑師們，想了許多辦法，來使舞臺音效達到比較理想的境地?！保?］廖奔教授也指出“明清戲臺在建筑時更加注意他的音響效果，采取了許多不同的措施來進行試驗，……如利用拱洞的回聲原理，把后臺砌成窯洞形”。［2］然而學界對此尚未有專門的論述。在國外文獻資料中，迄今還未發(fā)現(xiàn)類似戲臺的記載，與窯洞弧形表面聲學特性相關的研究也僅是教堂內穹頂聲聚焦和教堂混響時間較長等問題的探討，其建筑形式與聲音效果與本文涉及的復合式古戲臺大相徑庭①教堂穹頂雖有與復合式古戲臺相類似的聲學特性，但由于其容積太大，且觀眾位于教堂之內，與復合式古戲臺窯洞容積較小、觀眾位于窯洞之外而大不相同。就像人站在喇叭腔內和喇叭腔外說話之差異類似。。為解決此疑問，我們選出其中典型代表——山西平遙小胡村超山廟古戲臺進行田野實測，綜合分析其形狀、結構和材料等因素對戲臺音量和音色的影響，同時也涉及該類型戲臺與地方戲曲發(fā)展的關系，以求對戲臺建筑史、聲學史、戲曲音樂史的研究有所助益。不當之處，請識者指正。

1 平遙超山廟復合式古戲臺

1.1 復合式古戲臺

據車文明教授近年統(tǒng)計，山西現(xiàn)存清代戲臺503座。［3］結合第三次全國文物普查的結果，我們在田野考察中發(fā)現(xiàn)山西鄉(xiāng)村有大量具有地方特色的復合式古戲臺遺存。從戲臺表演場地與窯洞的空間位置關系看，復合式古戲臺主要分為兩種類型。

第一種類型，戲臺和窯洞呈上下關系。這類戲臺數量較少，多屬于山門戲臺，上層戲臺演戲，下層窯洞供人行走。代表性的如臨縣黑龍廟古戲臺（圖1）、洪洞縣水神廟古戲臺等。②在河南、山東等省也有少數下層窯洞無通行功能的表演場地和窯洞呈上下關系的古戲臺實例，如河南新密關帝廟古戲臺和青島天后宮古戲臺。參見薛林平：《中國傳統(tǒng)劇場建筑》，中國建筑工業(yè)出版社，2009年，第186、197頁。

第二種類型，戲臺和窯洞呈前后關系。這類戲臺數量較多，窯洞和表演場地處于同一水平面，窯洞位于戲臺后方。從窯洞的建筑材質看，主要有磚券和石券兩種，以磚券為主。窯洞可為單孔或多孔組合，結構最復雜的窯洞由四孔窯洞橫聯(lián)砌筑而成。代表性的如柳林龍王廟古戲臺（圖2）、中陽縣眾神廟古戲臺、平遙縣狐仙廟古戲臺、靈石縣關帝廟古戲臺等。

經初步梳理，現(xiàn)查明第二種類型的復合式古戲臺共有204座，其中約170座尚未在其他著作或雜志中公開。表1為該種復合式古戲臺分布情況統(tǒng)計表。①此次統(tǒng)計的古戲臺總數也包括現(xiàn)存復合式古戲臺基址。從地域分布上看，這類復合式古戲臺主要分布在晉中、呂梁等地區(qū)的平遙、汾陽、靈石、孝義、中陽、柳林、交口、石樓等縣市。

復合式古戲臺大多數破壞嚴重。通過現(xiàn)場直觀測量，第二種類型的復合式古戲臺聲學效果較好，本文將該種類型的古戲臺作為主要研究對象。其中，平遙小胡村超山廟古戲臺是該類型古戲臺的典型代表。

1.2 平遙超山廟古戲臺

超山廟古戲臺坐落在山西省平遙縣正南約9.4公里處的小胡村，隸屬卜宜鄉(xiāng)。超山廟位于小胡村村北，坐北朝南，單進四合院布局，長84.28米，寬22.71米，占地面積約1914平方米，創(chuàng)建年代不詳。超山廟正殿坐北朝南，為三孔磚券窯洞連通的“枕頭窯”②“枕頭窯”，指窯洞的結構好似枕頭的樣子，其高度不等，跨度不同。方山縣、柳林縣、中陽縣、孝義市、隰縣、蒲縣、交口縣、石樓縣、汾陽市、靈石縣、平遙縣等地有許多神廟正殿采用“枕頭窯”建筑結構的實例。，供奉著“禱雨立應”的“應潤侯”。正殿兩邊為側殿，各有直筒磚券窯洞兩孔。正殿和側殿均帶前廊，前廊多年前毀于火災。超山廟古戲臺（圖3）坐南朝北，與正殿相對，距離正殿27.6米。戲臺左側有房屋二間，供演員休息（超山廟平面圖如圖4所示）。戲臺演戲時間不固定，只在干旱時禱雨應驗后才為“應潤侯”唱還愿戲。

超山廟古戲臺前臺為木梁架結構，后臺為磚券窯洞。前臺木結構部分因年久失修坍塌之后，連同部分臺基在1980年左右被拆除。現(xiàn)存戲臺建筑僅為部分前臺臺基、山墻和磚券窯洞，磚券窯洞即原超山廟古戲臺的后臺（圖3）。戲臺臺基高1.5米，面闊五間，平面呈“凸”字形。明間、次間的凸出部分為表演區(qū)，長約8.73米，寬約5米，占地面積約43.65平方米?，F(xiàn)存部分前臺長14.63米，寬2.5米，占地面積為36.575平方米。后臺長14.63米，寬8.23米，占地面積為120.4049平方米。兩側山面風火墻由青磚臥砌而成，白灰砌筑，為細淌白墻體［4］，墻面工整可防蟲蛀，磚縫平整無開裂。左側山墻設門，門高1.85米、寬0.7米。經估算，原戲臺總占地面積約為200.6299平方米（圖5）。

據長期居住在超山廟的雷雙林介紹，小胡村戲臺是段村鎮(zhèn)東安社娘娘廟戲臺的藍本，后者規(guī)模較小，且局部細節(jié)有所調整。東安社娘娘廟戲臺保存較為完整，我們參考它繪制了小胡村超山廟古戲臺復原圖（圖6，圖7）。戲臺的明間、次間為單檐歇山頂，稍間又出兩翼角，與歇山頂飛檐成重檐之勢。

經觀察和測量，超山廟古戲臺后臺的窯洞建筑結構復雜。它由一孔橫窯和三孔縱窯縱聯(lián)砌筑①目前發(fā)現(xiàn)縱聯(lián)砌筑三孔縱窯的古戲臺僅3座，其他2座為平遙東安社娘娘廟古戲臺和侯冀村關帝廟古戲臺，后兩者全為高度不等、跨度不同的枕頭窯，聲學效果以超山廟古戲臺最佳。而成，其中中間縱窯和橫窯構成一個“十字窯”，兩側縱窯和橫窯分別構成兩個“枕頭窯”，中間縱窯的尺寸明顯大于兩側縱窯。中間縱窯和橫窯的高度相等、跨度相近，在窯洞頂部的交叉部分呈十字，俗稱“十字窯”（其頂部結構如圖8）。兩側縱窯和橫窯高度不等、跨度不同，俗稱“枕頭窯”（十字窯洞具體尺寸如下表2②實際上每一縱窯都是外大里小，文中給出的數據以洞口尺寸為準。，后臺窯洞復原圖見圖9）。

從山西古建筑建造技術的演變來看，高度相等、跨度相同的十字交叉窯洞建造技術難度較大，但技術早已成熟。這類十字交叉窯洞技術最早用于鼓樓建筑，如建于北宋時期的臨汾市堯都區(qū)鼓樓、建于明代嘉靖年間的蒲州鼓樓和建于明萬歷四十三年的太谷鼓樓中的十字交叉拱洞均使用了此種建筑結構。高度不等、跨度不同的“枕頭窯”多見于山西部分地區(qū)的神廟正殿中。應用縱聯(lián)砌筑多個拱洞的技術將“十字窯”和“枕頭窯”融合建造，在古戲臺建筑乃至古建筑中都極其罕見。超山廟古戲臺是目前發(fā)現(xiàn)200多座復合式古戲臺中的唯一實例，它在戲臺建筑史上當有極其重要的學術價值。

雖然超山廟古戲臺前臺盡毀，但后臺窯洞保存完好（如圖3、圖8），中間縱窯和橫窯交叉部位稍有破損，墻面有裂縫。僅中間縱窯在斷處設出將入相門通外，洞口為二券二伏。兩側縱窯前邊均設六邊形窗戶，窗戶邊長為0.87米。三孔縱窯后面也均設六邊形窗戶，窗戶邊長為1.043米。左側縱窯后部設有通往窯頂的通道。

1.3 小胡村超山廟古戲臺的建造年代

我們從窯洞建造技術特征和寺廟中相關實物對超山廟古戲臺的建造年代進行推測。

從拱券砌筑技術的發(fā)展情況來看，“雙心圓”拱券技術提高了拱券荷重能力，是超山廟古戲臺后臺“十字交叉窯洞”拱券技術的基礎［5］。山西現(xiàn)存較早的建造于明代嘉靖年間的蒲州鼓樓為典型應用雙心圓拱券技術的建筑，由此推測，超山廟古戲臺應為明嘉靖之后的建筑。

除了窯洞拱券技術外，還可以從超山廟現(xiàn)存的匾額、鏡鼓柱礎和龜趺碑座等實物對超山廟古戲臺的建造年代進行推斷。

實地發(fā)現(xiàn)長1.81米，寬0.56米的匾額一副，正面書“曲渡塵飛”四字（圖10），背面有題記（圖11）。匾額背面題記為：

題記內容不夠連貫，“□”為不能辨識的字。據匾額題記可斷定當時的戲班鐘慶和班和旌永班曾在此演出，演出的曲目有《寧武關》、《觀燈》、《送燈》、《□山》、《過江》等。其中鐘慶和班演出時間為咸豐四年又七月初八，即1854年農歷閏七月初八。由此可知，超山廟古戲臺至少為咸豐四年前建造。

鏡鼓柱礎8個，均設有嵌設欄桿的卡槽，直徑40厘米，上下表面直徑30厘米，四周圖案精美，活靈活現(xiàn)，為清代風格。

龜趺碑座1個，碑座的花紋圖案也為清代風格，碑身文字是推測寺廟和戲臺建造年代最可信的實物，可惜在建國初期興修水利工程時被埋在村南一小橋下做基石，其上文字暫不可考。

2 超山廟古戲臺的聲學效應及其測量

2.1 超山廟古戲臺的聲學效應

當我們在該戲臺實地考察中，偶然發(fā)現(xiàn)它的擴聲效果非同一般。在距離戲臺七八十米的廣場上能清晰聽聞臺面人的對話聲。調查中獲悉，著名中路梆子表演藝術家丁果仙（1909～1972，藝名“果子紅”）經常在超山廟古戲臺演出，祁太秧歌表演藝術家王基珍（1933～2009，藝名“蓋汾陽”）在此成名。曾在此演出過的藝術家和當地民眾說在此戲臺唱戲聲音飽滿圓潤，不費力就可獲得好聲音，聲音震天響，“能治倒嗓子”。諸如此類聲學現(xiàn)象，可從音量和音色兩個方面來解釋。就音量方面而言，又可從演員和觀眾兩個角度來理解：對演員而言，具有“戲臺唱戲不費力”的聲學現(xiàn)象，指在此戲臺演劇不用費力即可獲得在其他戲臺上用力后才能獲得的音量；對觀眾而言，具有“超山廟戲臺震天響”的聲學效果，即戲臺上的演劇聲能向外傳播很遠，在沒有現(xiàn)代電聲擴音設備時，有“夜戲十里”的效果。就音色方面而言，在此戲臺演劇不僅能獲得較大音量，還可延長混響時間，增加聲音清晰度和飽滿度，有“腔音裊裊”的聲學效應。

2.2 聲學指標的選取與測量

通過直觀測量，我們發(fā)現(xiàn)超山廟古戲臺的后臺窯洞具有特殊的聲學性能，主要是因為其空腔對聲音產生了影響。從功能上看，可以將超山廟古戲臺4孔窯洞交叉組成的后臺視為多樂器組合而成的共振器。樂器的聲學結構可以分為激勵系統(tǒng)、振動系統(tǒng)、傳導系統(tǒng)和共鳴系統(tǒng)4個部分。當在古戲臺上演劇時，人的演唱和樂器演奏構成激勵和振動兩個系統(tǒng)；出將入相門、六邊形窗戶及聲反射的建筑構件構成傳導系統(tǒng)；后臺窯洞構成前臺演劇聲的共鳴系統(tǒng)，其空腔起著放大演劇聲的作用。

按照戲臺測量的一般方法，如果用描述閉合空間中觀眾席聲音效果的物理量，如混響時間、清晰度、早期側向反射聲能比LF、雙耳互相關系數IACC［6］等聲學指標不能完全準確描述后臺窯洞和廣場相結合的聲學特性。諸如，前者的混響時間RT60是當聲源在密閉空間內達到穩(wěn)定狀態(tài)后停止發(fā)聲，殘余聲能在房間內往復反射，經吸聲材料吸收，其聲能密度衰減60dB所需的時間［7］，而在我們的研究對象中并非閉合空間。我們仿效學界對樂器空腔聲學性能的測量方法，主要是測量復合式古戲臺共振頻率（即固有頻率）。［8，9］共振頻率是表征系統(tǒng)固有特性的物理量，是能準確表征后臺窯洞空腔聲學性能的物理參數，以此探尋其聲學效應的成因。

參照國家標準GB/T4959-2011《廳堂擴聲特性測量方法》，在測量時，我們采用瑞士NTi Audio AG公司生產的Minirator MR-PRO模擬信號發(fā)生器，對超山廟后臺窯洞使用特定信號激發(fā)，然后使用瑞士NTi Audio AG公司生產的M4260測量麥克風以及XL2音頻與聲學分析儀，對其共振頻率的響應結果進行測量。

在實測過程中，我們按照后臺完整時的聲音效果對后臺進行還原，用石膏板對中間縱窯洞口進行了封閉處理，留出出將入相的兩道門，門寬0.8米，高1.8米。然后對打了石膏板后的后臺窯洞進行聲學測量（圖12）。

根據超山廟古戲臺的結構和面積，參照相關國家標準的設點要求規(guī)范，我們選取了5個測量點測量窯洞的頻率響應情況，它們分別為：位于演劇場地距離出將入相口1.5米處各設置1個，后臺均勻設置3個（圖13）。傳聲器的高度和擺放位置均符合相關國家測量標準。

在測量頻段的設定上，考慮到山西梆子中人聲的音域通常不會低于男低音的最低頻率72Hz，不會高于花腔女高音最高音的頻率1152Hz；樂器的音域通常不會低于大提琴的最低頻率65.4Hz，不會高于板胡最高音的頻率3537Hz。［10］結合聲學分析儀的特點，我們將此次測量的頻段設定在50～4000Hz。首先采用50～4000Hz的白噪聲作為激勵信號，測量窯洞的共振頻率。分析初次測量結果后，得到一些頻段上有較高的共振峰值，然后再選出有較高峰值的頻段掃頻，分析掃頻結果，得出其共振頻率。信號發(fā)生器輸出電平為2dBv，掃頻時間全部為99秒。由于每次測量聲學分析儀只能取142個頻點，所以盡可能將分析儀分析的頻率寬度調到較小以提高其分辨率。

2.3 測量結果分析

我們對有較高峰值的24個頻段在不同的測點進行了127次掃頻測量，分析掃頻結果，發(fā)現(xiàn)23個峰值頻率與山西梆子音樂涉及的頻率相近①各音頻率按照國際標準音440Hz取值。?，F(xiàn)摘取其中1個掃頻峰值頻率實測截圖（圖14）并說明截圖中各項參數的意義：該圖橫坐標X軸表示分析儀測量的頻率范圍，縱坐標表示分析儀測量的聲壓級范圍，曲線為測量對象的頻響曲線。具體而言，X軸表示本次測量的頻率從50.62Hz至466.64Hz，頻率寬度為416.0Hz；Y軸表示本次測量聲壓級的范圍為40dB至120dB；截圖中左上角的FFT+Tol指傅里葉分析加公差；Max 115.9dB指本次測量中峰值頻率的最大聲壓級為115.9dB，A▼103.36Hz指本次測量在103.36Hz處達到最大峰值（共振峰值），即103.36Hz為共振頻率（峰值頻率）。圖片顯示此次測量頻響曲線在103.36Hz處出現(xiàn)最大峰值，聲壓級為115.9dB。截圖中右下角CAT 00：03：28指本次測量歷時3分28秒。本截圖數據整理見下文表3中序號2。

將23個截圖整理后見表3?，F(xiàn)結合表3中序號2說明各參數的意義。掃頻頻段（Hz）表示信號發(fā)生器所選取的掃頻信號設定在50～430Hz，掃頻持續(xù)99秒；分析儀顯示量測范圍，指本次測量分析儀工作的頻率范圍為50.62～466.64Hz；共振頻率，表示截圖中所示頻響曲線的峰值頻率為103.36Hz，即窯洞可對103.36Hz的聲音放大，此時峰值頻率即指共振頻率；共振峰值，指本次測量的共振頻率103.36Hz所達到的最大聲壓級為115.9dB；與共振頻率最近的樂音、樂音頻率、共振頻率和樂音頻率的差值，指依照國際標準音高440Hz取值，采用十二平均律律制，與103.36Hz最近的樂音為大字組的#G音，#G音的頻率為103.83Hz，共振頻率103.36Hz與F音頻率103.83Hz的差值為-0.47Hz；本次測量的平均聲壓級，指本次測量中所有頻率最高聲壓級的均值為100.88dB；共振峰值和平均聲壓級的差值，指本次測量共振頻率的最大聲壓級115.9dB和平均聲壓級100.88dB的差值為15.02dB。

進一步比較分析表3中共振頻率、共振峰值和樂音頻率等參數，得出三個結論：

（1）有23個樂音與峰值頻率一一對應

與23個掃頻峰值頻率相對應的23個樂音分別是F、#G、B、#c、#d、#g、#a、#f1、#g1、b1、#d2、e2、g2、#g2、#a2、c3、e3、#a3、#d4、f4、g4、#g4、#a4（表4），①23個樂音F、#G、B、#c、#d、#g、#a、#f1、#g1、b1、#d2、e2、g2、#g2、#a2、c3、e3、#a3、#d4、f4、g4、#g4、#a4為樂音分組的方法，其中大寫字母為大字組，小寫字母為小字組，右上角的數字為組別。如F表示大字組的F音，#d4為小字四組的升d音。表4中樂音指表3中與共振頻率最近的樂音。

（2）共振頻率與樂音頻率相近

在23個被放大的樂音中，大字組、小字組、小字一組、小字二組、小字三組中相關樂音頻率較實測共振頻率誤差小，最大值為7.84Hz，最小值為0.02Hz，平均誤差為2.89Hz，小字四組中的相關樂音頻率較實測共振頻率誤差偏大。（圖15）

（3）共振峰值和平均聲壓級比較

6個八度內23個共振頻率峰值，最大為115.9dB，最小為80.8dB。共振峰值和每次測量平均聲壓級的最大差值為15.02dB，最小差值為6.6dB。（圖16）

從被放大聲音的聲壓級看，低頻段略強于高頻段，如圖17所示。圖中X軸表示23個樂音附近被十字窯洞放大的頻率，Y軸表示這些峰值頻率所對應的聲壓級。

3 超山廟古戲臺的聲學效應分析

根據超山廟古戲臺聲學效應的測量分析，發(fā)現(xiàn)其主要表現(xiàn)在使戲臺音量變大和音質變美兩個方面。

3.1 從音量上講，無論是“戲臺唱戲不費力”還是“超山廟戲臺震天響”都和窯洞的材料、形狀、結構等因素有關

從材料上看，超山廟古戲臺的建筑材料容易使進入其中的聲音形成反射。超山廟古戲臺窯洞和地面都由硬度和密度較高的清代磚鋪設?，F(xiàn)代磚在125Hz到4000Hz之間其吸聲系數為0.03到0.07［11］，清代磚的硬度和密度雖比現(xiàn)代磚稍低，但相差很小。因此，用磚做建筑材料累砌的后臺窯洞吸聲系數低，聲音反射系數高，可將90%以上的聲能反射。

從形狀上看，窯洞形狀對于傳聲、擴聲起著關鍵作用?！笆指G洞”的弧形表面容易使進入其中的聲波形成擴散。與方形相比，弧形和方形都能對聲音形成擴散，但方形結構的空間容易形成駐波，使聲波駐留在方形聲場中?；⌒伪砻娴母G洞容易使聲波擴散。［12］超山廟的后臺窯洞，其頂部的弧形表面可以對聲波形成匯聚或聚焦，匯聚或聚焦后的聲波經過焦點后又沿著原來的方向擴散（圖18）。［13］使得聲聚焦點處的聲壓級相對較高，而聲聚焦點外的聲壓級相對均勻。同時，超山廟古戲臺后臺窯洞采用平遙盛行的“四心圓”拱券，即這種窯洞有四個圓心。從聲學的角度看，“四心圓”拱券窯洞有四個聲聚焦點。與“雙心圓”①王其亨：《雙心圓：清代拱券券形的基本形式》，《古建園林技術》，2013年，第1期，第3～12頁。窯洞相比，“四心圓”窯洞更有利于聲音的擴散（圖19）。

從結構上看，“十字窯洞”可將前臺聲音放大。對十字窯洞而言，其聲音來源主要由兩部分構成。一部分為演員的聲音。山西傳統(tǒng)戲劇表演中不論是文戲還是武戲，演員演劇時，不會一直面向觀眾。當演員面向窯洞時，窯洞放大的聲音主要來自演員的直達聲；當演員不面向窯洞時，窯洞放大的聲音主要來自演員自己的衍射聲②參閱里查孫主編《聲學技術概要》（北京：科學出版社，1961年），上冊，第195～195頁。和戲臺屋檐等建筑構件對演員的反射聲。另一部分為樂隊樂器的反射聲音。在山西傳統(tǒng)戲劇表演中，演奏者通常面向演員位于戲臺山墻兩側。樂器發(fā)出的聲波可直射入后臺窯洞內。實際測量過程中，在沒有屋檐等建筑構件反射的情況下，站在前臺唱歌或說話，窯洞內清晰可辨，這也說明前臺聲音可傳入窯洞，窯洞可將前臺聲音放大。

單個窯洞的空腔類似一個亥姆霍茲共鳴器，超山廟后臺“十字窯洞”的多個空腔猶如多樂器組合而成的一組亥姆霍茲共鳴器，存在多個固有頻率，可對頻率相同的入射波產生共振，積累聲能量，增加響度，提高聲壓級。

參考表3、表4和圖15，測量結果中的23個峰值即“十字窯洞”的23個固有頻率，說明“十字窯洞”可以有效放大23個樂音；參考表3和圖16，按照聲壓級計算的方法，兩個相同聲壓級的聲音疊加后的總聲壓級，只比原來一個聲音的聲壓級增加3dB?？梢酝茰y，超山廟后臺“十字窯洞”將進入其中在峰值頻率附近的聲音強度放大了兩倍多。按照聲音的平方反比定律，聲強與聲源的距離成反比，與聲源功率成正比，可知演劇聲強的放大即意味著傳播距離的增加；參考表3和圖17，被“十字窯洞”放大樂音在低頻段的聲壓級略強于高頻段，使得低頻段混響時間與高頻段混響時間相比，略微延長，增加聲音的溫暖感，提升了音質，美化了聲音的聽感。［14］

從整個廟院來看，“十字窯洞”的共振聲加強了聲源的直達聲，強化了聲音方位感，延長了混響時間。原超山廟劇場是一個四周圍合，頂部開放的四合院式劇場。對廟院中的觀眾而言，首先傳入人耳的是來自表演區(qū)的直達聲，其次是戲臺后墻、兩側山墻和前臺屋頂天花等建筑構件的反射聲，最后是經過窯洞匯聚、共振后傳出的戲劇聲。由于直達聲、反射聲和窯洞共振聲的傳播距離相差不大，它們到達觀眾席處人耳的時間差小于50ms，所以不會產生回聲。較強的直達聲率先到達人耳并衰減，保證了聲音方位感和聲音清晰度；戲臺后墻、兩側山墻和前臺屋頂天花等建筑構件的反射聲隨后到達人耳，加強并延長了直達聲［15］；最后到達人耳是窯洞匯聚和共振的聲能。共振聲位于聲源后面很近的位置，強化了聲音方位感，同時也延長了混響時間。［16—19］（圖20）

3.2 從音質上講，“十字窯洞”放大的樂音可構成較多協(xié)和音程，優(yōu)化聲音結構，使聲音飽滿圓潤，產生“腔音裊裊”的效應

被十字窯洞放大的23個樂音，可以構成許多極完全協(xié)和音程、完全協(xié)和音程和不完全協(xié)和音程②?，F(xiàn)將一個八度內可構成的協(xié)和音程列舉如下（表5）。

如表5所示，十字窯洞可以放大的23個樂音共構成6個純八度音程、5個純五度音程、7個純四度音程，5個大三度音程、3個小三度音程、1個大六度音程、6個小六度音程。這說明戲臺共振頻率間具有簡單的整數比關系，聲音協(xié)和程度較高。從樂音的泛音列可知，共振峰值所處頻率的比值越簡單，說明音響效果越和諧。［20］“十字窯洞”協(xié)和音程的數量較多，說明其音質好。

考慮后臺窗戶開閉程度、窯洞與窯頂通道閉合情況、出將入相門的尺寸、后臺窯洞內演職人員的數量、戲箱與道具的數量和體積等諸多因素的影響，測量結果和實際情況與理想狀況存在誤差。根據亥姆霍茲共鳴器原理，后臺窗戶開啟較小、窯頂通道封閉太多、出將入相的門太小，都會減小共鳴器的開口面積，導致測量值偏高；實測時窯洞內放置物品較多，導致空腔容積減小也會造成測量值偏高。由于以上情形我們無法準確還原，在誤差允許的范圍內，我們對23個樂音進行了校正，全部降低半音，結果見表6。

結合表6和山西梆子音樂的實際情況，山西梆子音樂中不會大量使用#G、#c、#d、#g、#a、#f1、#g1、#d2、#g2、#a2、#a3、#d4、#g4、#a4等變化音，校正音高G、c、d、g、a、f1、g1、d2、g2、a2、a3、d4、g4、a4等音級在山西梆子音樂中使用的概率很高，可見將音高校正后更符合山西梆子音樂的聲學特點。

3.3 復合式古戲臺的聲學性能與中路梆子音樂相關，是中路梆子和地方建筑融合的見證

就人體的生理結構而言，說話或歌唱發(fā)出的聲音都為復合音，復合音中各分音的結構與弦線振動時產生的復合音中分音結構相似。由表6校正音高的規(guī)律可知，中音區(qū)g音是一個很重要的音。如果在超山廟古戲臺演唱g音，g音中包含的分音可同時激發(fā)被后臺十字窯洞擴大的23個樂音中的9個樂音參與共振，產生豐滿、和諧的聲音效果。被g音同時激發(fā)的9個樂音的序號和音名見表7，在五線譜中9個樂音的記寫見圖21。

超山廟古戲臺有利于晉昆、蒲州梆子和中路梆子的演唱。清初至乾隆年間，山西大部分地區(qū)流行“蘇腔”（即昆曲，也稱晉昆）［21］。晉昆有上字調（bB調）、尺字調（C調）、小工調（D調）、凡字調（bE調）、六字調（F調）、正宮調（G調）、乙字調（A調）。晉昆器樂曲牌80%以上使用正宮調，唱腔也以正宮調最多，然后是尺字調、小工調。［22］尺字調徵調式、正宮調宮調式中g音都是調式主音。由于超山廟古戲臺十字窯洞對g音共振效果最佳，所以在此戲臺演晉昆的尺字調徵調式、正宮調宮調式唱段效果很好。乾隆以降，中路梆子開始盛行于晉中地區(qū)，經久不衰。中路梆子與蒲州梆子同宗同源，一脈相承，都采用徵調式［23］，普遍采用G調，g音為G徵調式的宮音，為調式正音級?？梢?，在超山廟古戲臺上演蒲州梆子和中路梆子，音響效果也佳。

復合式古戲臺的分布區(qū)域與中路梆子盛行區(qū)域部分重合。中路梆子是在晉商鼎力支持下蒲州梆子地方化的產物，是晉商精神世界的外化，是晉商商業(yè)慶典、娛樂的主要方式之一。復合式古戲臺集中建造于晉商興盛的清代，遺存主要分布在清代汾州府曾管轄的州縣①清代汾州府曾所轄州縣有：汾州（轄汾陽縣，孝義縣，平遙縣，介休縣）、永寧州（轄寧鄉(xiāng)縣〕、石樓縣、興縣、嵐縣、臨縣、交城、文水、靈石等。，這些州縣也是中路梆子的盛行區(qū)域。上文分析，在超山廟古戲臺演中路梆子效果較好，“十字窯洞”可“優(yōu)化”中路梆子音樂。從一定程度上說明，復合式古戲臺的分布與中路梆子的發(fā)展密切聯(lián)系。

4 結 論

從平遙超山廟復合式古戲臺修造年代看，利用后臺窯洞空腔共振擴聲的技術在咸豐四年（1854）前已經成熟，具體時間尚難確定。

在中國聲學史上，利用空腔共振擴聲由來已久。戰(zhàn)國時期，墨子就用中空的陶甕作“地聽器”擴聲。宋代，人們在琴室或彈琴處之地下埋甕助聲。［24］明清以降，晉中的古戲臺出現(xiàn)了將陶甕置于反射墻面擴聲的技術［25］。依據本文分析結果看，利用古戲臺后臺窯洞空腔擴聲其效果明顯優(yōu)于設甕。從復合式古戲臺遺存總量及其聲學特性來看，此類戲臺建筑是山西窯洞式民居建筑技術高度發(fā)展，以及地方戲曲藝術繁榮興盛的必然結果。二者的結合誕生了諸如山西超山廟古戲臺一樣的建筑與藝術奇葩。

平遙超山廟復合式古戲臺是山西特有的藝術建筑，在世界科學史上也是獨特的，它理應在建筑史、聲學史和戲曲史上占有一定地位。

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A Prelim inary Study on Acoustic Effect of the Ancient Stage of Chaoshan Tem Ple in Pingyao

YANG Yang1，2，GAO Ce1，DING Hong3
（1.Institute for the History of Science and Technology，Center for PhilosoPhy of Science and Technology，Shanxi University，Taiyuan 030006，China；2.The Academy of Music，Shanxi University，Taiyuan 030006，China；3.Politics and Law Institution，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

The paper first found the acoustic phenomenon of the“cross cave”in the ancient stage of Chaoshan Temple in Xiaohu Village in Pingyao.With the modern acoustic measurement method，we measure the acoustic characteristics of the“cross cave”.The result shows that the“cross cave”has the functions of amp lifying the volume，beautifying the timber and optimizing the structure of themusical structure.On the basis of the quantity，distribution and acoustic characteristics of the compound ancient stage，the paper speculates that the construction of the ancient stage is distinctive in Shanxi and is the result of the constant development and integration of architectural art and Chinese theatricalmusic in folk.

Compound Ancient Stage，“Cross Cave”，Architectural History，History of Acoustics，History of Chinese Theatrical Music

N092：O4-092

A

1000-1224（2014）04-0427-18

2014-08-14；

2014-11-06

楊陽，1978年生，山西太原人，博士生，教師，研究方向為地方科學技術史；高策，1958年生，山西鄉(xiāng)寧人，教授，博士生導師，研究方向為地方科學技術史；丁宏，1979年生，山西鄉(xiāng)寧人，研究方向為地方科學技術史。

山西省優(yōu)勢特色重點學科：山西傳統(tǒng)工藝技術開發(fā)與旅游產業(yè)發(fā)展（項目編號：020252013）；山西省自然科學基金：山西古戲臺聲學問題研究（項目編號：2014011011）；山西省文物局研究課題：山西古戲臺聲學問題研究與保護（項目編號：2014058010）

③超山廟后臺窯洞為“四心圓”結構，穹頂曲率半徑只能取約數。具體分析見下文和圖19。

④受穹頂曲率半徑值的影響，開分也只能為約數。

⑤見圖19，起拱高度指窯洞底邊到O1點或a點的垂直距離。

② 音樂理論中將協(xié)和音程按照協(xié)和度分為協(xié)和音程和不協(xié)和音程，協(xié)和音程又分為極完全協(xié)和音程、完全協(xié)和音程、不完全協(xié)和音程以及不協(xié)和音程。