王季卿

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音樂廳舞臺音質(zhì)與聲學(xué)設(shè)計

王季卿

(同濟大學(xué)聲學(xué)研究所，上海 200092)

舞臺音質(zhì)對音樂廳演出效果起重要作用。為了使全樂隊演出協(xié)調(diào)，樂師們要求聽好自己的和來自其他演員的聲音。因此，為使所有器樂和歌聲達到適當(dāng)平衡，以取得良好的合奏效果，將涉及到舞臺設(shè)施、樂器特征以及如何把聲音合適地反射給樂師們。此外，根據(jù)樂師主觀意見選用恰當(dāng)?shù)目陀^聲學(xué)參量很重要，同時還要考慮用怎樣的建筑措施使之實現(xiàn)。這項研究歷史較短，不少問題有待探索。文章對此作了綜述與評論。

室內(nèi)聲學(xué)：舞臺音質(zhì)：音質(zhì)設(shè)計：音樂廳設(shè)計

0 引言

長期以來，大廳聲學(xué)設(shè)計致力于研究聲源向觀眾大廳聲傳輸?shù)馁|(zhì)量問題，而聲源(表演者)自身受到舞臺音質(zhì)的影響則很少討論。事實上，舞臺音質(zhì)不僅影響演員(樂師和演唱者)的技藝發(fā)揮，也影響到聽眾席的聲學(xué)效果。以交響樂而言，眾多樂師之間相互聽聞和及時交流，使他們既要控制自己的發(fā)聲質(zhì)量(如響度、音準(zhǔn)和音色等)，又要保持樂隊整體演奏協(xié)調(diào)(如各聲部的良好平衡和同聲齊奏)，都與舞臺聲學(xué)條件有關(guān)，于是引起了聲學(xué)界的關(guān)注。舞臺音質(zhì)研究的歷史較短，但近年已成為討論音樂廳聲學(xué)中的一個熱點。

1 歷史發(fā)展簡單回顧

由于眾多樂器組合的交響樂隊，樂師最多可達百人，欲使演奏時保持各聲部平衡而又融合一體，達到整體協(xié)調(diào)的效果，除了樂隊本身演技素質(zhì)外，舞臺音質(zhì)條件會帶來不小影響。1978年Marshall等人[1]和Barron[2]分別從舞臺上樂師們主觀反應(yīng)調(diào)查著手，并深入舞臺音質(zhì)客觀物理現(xiàn)象研究所發(fā)表的兩篇文獻，標(biāo)志著舞臺音質(zhì)系統(tǒng)性研究的重大起點。Marshall[1]考察弦樂三重奏時，發(fā)現(xiàn)樂師們對延遲時間17~35 ms內(nèi)、500 Hz以上頻段的早期反射聲很重要，他最關(guān)注的是影響“便于合奏”的諸項因素。Barron[2]則在一座大廳中，改變一些舞臺條件后向樂師們作問卷調(diào)查，以觀察其音質(zhì)變化后的主觀反應(yīng)。為深入了解樂師演出的音質(zhì)要求，滿足聽眾的喜愛，他們對影響樂師們“便于合奏”的諸因素：如改變早期反射聲的延遲時間、聲級、頻譜以及它們的空間分布等進行了研究。其中都提到了樂隊上空吊掛的反射板會起到正面有益效果。這些工作引起了當(dāng)時丹麥技術(shù)大學(xué)研究生Gade的注意，他利用消聲室和信息處理技術(shù)，以模擬真實的反射聲系統(tǒng)和混響場進行主觀和客觀方面深入的實驗研究，提出了兩個重要參量的建議[3-5]：(1) 樂師對自身樂器和相鄰樂師聲音感受的參量：早期聲支持(程)度早期；(2) 說明與樂隊其它器樂“能輕鬆而容易”合奏程度的參量：早期齊奏聲級(Early Ensemble Level)。見圖1所示。后來他又有一些修正意見[6]。

國際標(biāo)準(zhǔn)“ISO 3382-1:聲學(xué)—室內(nèi)音質(zhì)參量的測量—第一部分：演藝空間”(2009年)[7]中，把Gade提出的支持度()參量列為附錄內(nèi)容。可見它在很大程度上得到了聲學(xué)界的認(rèn)同。盡管如此，對此參量仍有不少爭議和補充，或另提別的參量。Gade[8]在2010年國際室內(nèi)聲學(xué)研討會(ISRA衛(wèi)星會議)上，所作30年來交響樂隊舞臺音質(zhì)實驗研究回顧的專題報告，對歷年各界重要研究成果或建議有全面的總結(jié)。三年后，Gade(2013年)[9]有感于此項研究工作量太大，個別單位難以深入，呼吁開展國際性合作研究，并提出詳細建議。

此外，Meyer在德國長期從事各種音樂聲源(樂器和人聲)的強度、動態(tài)、頻譜和指向特性變化，以及樂隊在舞臺上和傳輸?shù)铰牨娤囊糍|(zhì)效果等研究，其成果在他德文名著《聲學(xué)和音樂演出實效》[10](Akustik and musikalische Aufführung-spraxis)(1972年初版，1994年增訂至五版)一書中作了詳細介紹和探討。這無疑是研究舞臺音質(zhì)及設(shè)計的重要參考文獻。Meyer本人還具備樂隊指揮的經(jīng)驗，因此他的研究成果更具特色。該書英文版于2009年問世，繼而轉(zhuǎn)譯成中文出版(人民郵電出版社，2012年)。此書翻譯流暢，值得推薦。唯所取書名《音樂聲學(xué)與音樂演出》似可商榷。

樂師們在舞臺上合奏時，除把握好自己的發(fā)聲外，對其他樂師間的相互聽聞也很重要。由于人耳的聽力有選擇性的特異功能，在一群人交談聲的背景(較高噪聲)下，人耳有本領(lǐng)可以“集中精力”地聽某人相對較低說話聲的能力。這種現(xiàn)象，常發(fā)生在國外流行的雞尾酒會上，許多人在一起自由走動“閑聊”。從信噪比而言，交談對方的語音會比背景噪聲低一些，但仍可聽請對方所說內(nèi)容。人們把這種“本能”又稱“雞尾酒會效應(yīng)”。故樂師們在集體演奏時，即使想聽鄰近樂師的聲音比自己或別的演奏者的聲音低，仍能聽清。因此，相互聽聞既是合奏的重要前提，但不是簡單地用聲能大小來考慮。舞臺音質(zhì)的復(fù)雜性還不止于此，例如先入為主和掩蔽等涉及感知方面的多種效應(yīng)都會有影響。

近年以舞臺音質(zhì)為題的研究生學(xué)位論文漸多，其中以Dammerad的《音樂廳交響樂隊舞臺音質(zhì)》[11](2009年，導(dǎo)師Barron)博士論文最具水平。他從調(diào)查演奏者在舞臺上表演效果和樂師自身感受出發(fā)，與舞臺音質(zhì)客觀參量聯(lián)系起來研究，并對當(dāng)前所提若干聲學(xué)參量的有效性和可靠性進行剖析，其中也包括對Gade的支持度參量的意見。另外，江維華團隊的舞臺音質(zhì)研究成果頗受各界注意[12,13](詳見下文)，文獻引用率甚高。他還結(jié)合建筑設(shè)計來考慮，故有較大實用價值[14-17]。他的小提琴手音樂背景也有利于與樂師們的溝通。

有關(guān)舞臺音質(zhì)與設(shè)計(重點除音樂廳外，還有其它演出場所)在各聲學(xué)刊物上絡(luò)繹發(fā)表外，各種國際聲學(xué)會議上，例如每三年一次的國際聲學(xué)大會ICA及其室內(nèi)聲學(xué)衛(wèi)星會議(1986年在Vancouver開始，以后幾屆衛(wèi)星會議名稱略有不同，2004年后均稱“國際室內(nèi)聲學(xué)研討會”ISRA)，涉及舞臺內(nèi)容的論文日益增多。最近兩屆ISRA(分別為2010年8月澳大利亞墨爾本和2013年6月加拿大多倫多)還設(shè)舞臺聲學(xué)專題分組會，論文內(nèi)容廣泛。又如2011年美國聲學(xué)學(xué)會162屆年會上，音樂廳舞臺音質(zhì)專題組共有17個報告?？梢娝撼山暉狳c之一。

2 音質(zhì)參量：支持度及其它

演員或樂師對舞臺演出的聲環(huán)境要求，除了通常所說的合適混響和沒有回聲干擾等基本要求外，還有影響到表演質(zhì)量的其它方面要求。作為專業(yè)音樂廳，除了個別僅供獨奏或合奏的小型廳外，一般都要考慮大型樂隊演出之用。其中以交響樂規(guī)模最大，樂隊區(qū)域內(nèi)聲場非常復(fù)雜，不可能詳細剖析，加上不同曲目與所用樂器或是樂隊布局等帶來的種種變化，情況變得難以捉摸。尋求合適的舞臺客觀音質(zhì)參量，三十多年來成為大家關(guān)心的議題。以下作一扼要討論。

2.1 關(guān)于支持度參量早期

Genta等人(2007年)[20]認(rèn)為對音樂表演者來說，便于合奏程度是首要，支持度其次，再其次是清晣度和動態(tài)范圍。也有人認(rèn)為清哳度與便于合奏程度才是首要的。例如按Kim等人(2007年)[21]的經(jīng)驗，認(rèn)為在舞臺各處測得的早期可相差很大(-11.5 dB~-20.9 dB)，而樂師和歌唱家并不認(rèn)為臺上有如此大的差異，且與早期值變化并不相應(yīng)。他們提出用舞臺明晰度(clarity of stage)(定義為0~80 ms與80~∞ ms兩個時段的聲能比)則與音樂家的喜愛卻非常一致。

自從ISO 3382制訂后，聲學(xué)界對此標(biāo)準(zhǔn)的議論仍然不斷[22]，當(dāng)然不只限于舞臺上的支持度參量問題。甚至有人對整個標(biāo)準(zhǔn)有更激烈的否定意見出現(xiàn)[23]，在此就不展開討論了。

2.2 對支持度時間窗口的修正

江維華等(2003年)[12]研究獨奏和室內(nèi)樂演奏時，由于舞臺兩側(cè)加用反射障板后，板與演奏者距離較近，如按Gade和ISO 3382那樣取20~100 ms則必然漏掉一些早期而且較強的反射聲，故將早期聲支持度早期的積分起始時間20 ms改為7 ms，稱之為ED100以示區(qū)別。這里的直達聲取=0 ms。他們用此參量求知改變舞臺尺寸和樂師所在舞臺上位置后，將會出現(xiàn)怎么樣主觀惑受變化的關(guān)系。江維華等(2003年)在另一文中[13]，將有效反射聲的起始時間取5 ms，其時間窗口為5~80 ms，稱之為ED80。由于超出12 m的反射聲將不利于支持度，它相當(dāng)于80 ms界限。這個時間窗口亦為Lautenbach等人(2013年)[24]所采用。他們將支持度定為0~10 ms和10~100 ms兩時段的聲能比，并認(rèn)為取1000 Hz頻帶值比之取250~2000 Hz頻帶內(nèi)平均值與主觀支持度相關(guān)性更高。

其他研究者如Woszczyk(2009年)[25]提出早期聲取10~80 ms，另外將中期取80~380 ms，后期取380~1200 ms。Wenmaekers等人(2012年)[26]也認(rèn)為取10~100 ms較好，并寫作早期，以示區(qū)別于Gade的支持度。其實，Gade直到2010年文[8]中，還一直沿用1989原文[3,4]中的插圖(即本文所引的圖1)，仍一直取10~100 ms的。Wenmaekers文中對于時間窗口有詳細綜述和討論，并深入到測量技術(shù)和改變聲源-接收者距離等許多現(xiàn)場具體問題。例如測量時，按目前常用的由12個揚聲器組成(直徑350 mm)的球面聲源，其中高頻1、2、4 kHz頻帶的測量誤差會很大，故建議需將球面揚聲器每轉(zhuǎn)換45°測一次，取八個測量值的平均才能達到精度要求。當(dāng)然測試工作量會大大增加。又如減少地面反射而鋪設(shè)吸聲材料之利弊作了分析等等。

時段窗口的選擇不是孤立的問題，與所選音質(zhì)參量有關(guān)，故還需深入探索。如今尚無確切而統(tǒng)一規(guī)定之前，則不利于資料的積累和互比。鑒于問題的難度和工作量都很大，故有開展國際合作之呼吁[9]。

此項研究可通過計算機模擬，對已建或擬建舞臺上早期和后期以及其它客觀參量作定量分析，對于推動舞臺音質(zhì)設(shè)計研究很有幫助。江維華的許多工作就是以此為基礎(chǔ)的[12-17]。

2.3 實驗室中試奏試聽研究

利用實驗室內(nèi)可控的和已知聲場條件下，給樂師作表演和主觀評價，也是研究室內(nèi)音質(zhì)常用的手段。它與現(xiàn)場實驗研究各自之利弊已為人周知，但仍不失其互補作用。以下僅舉一例以說明當(dāng)今這方面重要動態(tài)。

Ueno和Tachibana[27]用三維聲場模擬技術(shù)，在消聲室內(nèi)按六聲道聲重發(fā)環(huán)境下進行主觀試聽的實驗研究，以了解音樂家們對改變早期反射聲和混響所作評價。對三個可變分量：早期反射聲級L、混響時間與混響過程的聲級L，各分三個等級變化條件下進行主觀評價。對早期的起始時間則認(rèn)為取10 ms較為合適，可把附近墻面反射聲都考慮在內(nèi)，而地板反射聲則應(yīng)排除在外。她對早期、后期和等舞臺音質(zhì)參量的有效性和存在問題作了剖析。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)獨奏時，早期反射聲常被直達聲掩蔽，且大多樂師并不歡迎很強早期反射聲(早期在-7~-10 dB)，因為它使混響感有所掩蔽，會使房間“變小”了的感受，而且未必對加強支持感起作用。對雙人合奏，她發(fā)現(xiàn)反射聲級在試驗中所取最高一檔聲級時，并不一定對易于合奏有幫助。樂師喜歡混響長一點，有助于增進音樂氣氛，而太響的混響聲又會使合奏困難。

2.4 其它音質(zhì)參量

Dammerud等人(2010年)[22]認(rèn)為支持度參量存在一些不足，而采用強感級(strength)參量則有許多優(yōu)點(參量在聲學(xué)沒設(shè)計中沿用已20多年，其定義在ISO 3382中已有給出)。例如用來表述樂師便于合奏程度更好些，對舞臺上聲源與接收點距離較大時(例如數(shù)米之外)，20-100 ms測量精確度會更高些。而且早期未考慮反射聲的方向性因素，它對舞臺上合奏條件很重要。至于100 ms以后的后期強感級后期不僅是觀眾廳常用參量，也是表征大廳向舞臺空間反饋影響的因素，并可從大廳混響時間60和明晰度80等測量值推算得出，方便不少。用強感級描述舞臺音質(zhì)也為其他學(xué)者所推薦應(yīng)用[28]。

最近Woszczyk(2009)[29]提出考核支持度時，只考慮反射聲的能量和時間變化是不夠的，對反射聲的入射角變化也很重要，這樣才符合真實情況。這對于樂師聆聽別人演奏聲定位和獲得真實支持度很有關(guān)系。再說樂師在舞臺上左右兩耳接收到的聲音有時會有很大出入，甚至在小提琴手雙耳的近場聲壓級差在1000 Hz以上達10 dB以上，有關(guān)方向性因素這一新動向在本文最后一節(jié)還將論及。

也有人認(rèn)為舞臺上的早期衰變時間很重要。在矩形大廳盡端式舞臺上，常比觀眾廳短很多，而在環(huán)繞式梯田布置的音樂廳舞臺上，則和觀眾廳很一致，使兩者融合很好。從這一點考察，說明環(huán)繞式舞臺在音質(zhì)上的優(yōu)越性。

近年來研究者發(fā)現(xiàn)，這些參量只對評估時間段內(nèi)能量積分值考慮，忽略了兩項重要因素：一是忽略了它的時域分布，二是反射聲的方向性分布。于是導(dǎo)致立體混響的接收和重發(fā)技術(shù)的研究和開發(fā)[30]。

2.5 指揮臺聲學(xué)要求

交響樂隊的指揮對音樂演出在聽眾席上獲得的總體效果具有重要作用。而指揮臺與樂師們所處的地位與技術(shù)要求不同。指揮有照顧演奏速度和節(jié)奏變化的職責(zé)，要關(guān)心各樂器組之間平衡，整體上還要掌握演奏力度的變化。身處指揮臺上的樂隊指揮，不僅要對來自樂隊的“直覺信息”作出判斷，還要對聽眾席的音質(zhì)效果有所估量。例如，掌握來自樂隊直達聲與大廳混響聲的平衡關(guān)系。有經(jīng)驗的指揮能在一定程度上控制它。鑒于樂隊處于指揮正前方，而來自大廳空間的反饋卻來自指揮身后。這些特殊聲學(xué)要求，只有具備指揮經(jīng)驗的聲學(xué)家才能體會到。Meyer可謂最具這方面的條件，也是較早對指揮臺提出聲學(xué)耍求的著名聲學(xué)家[31,32]。Beranek也曾有機會登上波士頓音樂廳指揮臺，在満場條件下的親身體會記敘如下[33]：

“演出過程中，有意改變節(jié)奏速度、響度和各聲部平衡等條件。演奏作品包括短笛獨奏到全隊合奏，按本人意圖有意識地作不同嘗試以探索舞臺音質(zhì)變化及其感受。指揮臺上的音樂聲支持感似乎來自舞臺空間本身，至于大廳音質(zhì)感幾乎不起多大作用，似乎如一般背景效果。對每一組樂器聲部相互平衡聽來很好，尤其低音和高音之間平衡在我聽來非常恰當(dāng)。突出的印象是，似乎樂隊不大，其部分原因可歸之于舞臺尺寸不大和形狀良好，所有樂師離指揮臺不超過9 m。在指揮Sousa進行曲某一段時，我轉(zhuǎn)身面向聽眾，此時此刻他們按節(jié)奏齊聲擊掌。大廳混響受到擊掌聲的加強聽來非常自然?！?80年代Beranek曾擔(dān)任過該音樂廳董事長。他在學(xué)生時代參加樂隊，早有舞臺表演經(jīng)驗。)

另一個明顯的例子說明同樣處在舞臺上的樂師們和指揮有不同要求。樂師們歡迎來自不高的頂部反射聲，如在一些高大廳內(nèi)，常希望舞臺上空吊掛反射板以滿足之?？墒菍χ笓]來說，卻相反地希望從高頂棚獲得更多空間感，以有利于改善整個演出效果。再說指揮是以聽到的來自各聲部的直達聲作出判據(jù)的。

3 舞臺聲學(xué)設(shè)計

3.1 交響樂隊的布局

除了專供獨奏和室內(nèi)樂表演的小型音樂廳外，一般均考慮可供管弦樂隊，又稱交響樂隊使用。它包括弦樂、管樂、彈撥樂和打擊樂等各器樂組，依次前后排列。其規(guī)模通常在80人左右，全制則達百人。弦樂組人數(shù)最多，分V小提琴組(又分V1和V2兩部分)、C中提琴組、B大提琴組和D低音提琴組。弦樂組布局上則有歐式和美式之分(見圖3)，前者又稱德國式，歷史悠久，后者是上世紀(jì)中葉在美國盛行。兩者各有特色，在很大程度上取決于指揮習(xí)慣。從大廳音質(zhì)上講，由于各弦樂器的發(fā)聲條件不同，其音色和指向性有很大差異，不同布局所造成的聲學(xué)效果必然有差別。當(dāng)然這兩種基本布局也并非嚴(yán)格地一成不變。在臺階式舞臺上有時要適應(yīng)現(xiàn)實條件，反之設(shè)計臺階時亦應(yīng)考慮到樂隊常用布局。無論布局如何，各種樂器所處位置及它們的指向性是聲學(xué)設(shè)計者必須注意和關(guān)心的。

一次國際性聲學(xué)會議(1995年5月15~18日，日本)上，在新落成的Kirishima音樂廳中，特別安排了由Meyer指揮交響樂隊演出，以實況展示各種樂器及其組合在表演不同作品時的聲學(xué)效果，并按歐、美兩種不同樂隊布局作相同曲目的對比示范表演，同時作現(xiàn)場講解[34]。當(dāng)樂曲以歐式布局出現(xiàn)第一提琴與第二提琴作一應(yīng)一答式表演時，左右輪番，興趣盎然。如按美式布局則沒有這般效果了。

3.2 舞臺尺寸

音樂廳舞臺尺寸依使用要求而定，又以可容納西洋交響樂隊演出為上限。樂隊一般在80人左右(可達百人)。考慮到不同樂器所占面積不同，加上譜架和行走通道，以及樂隊之外的獨奏獨唱需要，和大三角鋼琴在臺前表演時的位置。按目前的使用標(biāo)準(zhǔn)舞臺面積大都選在150~180 m2。如考察國際上三座音質(zhì)頂級音樂廳(建于19世紀(jì)末)的舞臺，它們都不過130 m2左右(不含合唱隊)，一般可以應(yīng)付各種交響樂演出。以國內(nèi)實際使用情況而言，一般城市新建音樂廳以滿足80人樂隊標(biāo)準(zhǔn)，所選舞臺尺寸宜取其下限，即150 m2左左?？紤]兩側(cè)最遠距離樂師間的交流，舞臺寬度不宜大于18 m，舞臺深度如果大于12 m，則前后排樂師到達聽眾席的聲音會出現(xiàn)可覺察的時間差(大于30 ms即會感覺到)，產(chǎn)生各聲部不同步的感覺。沿臺口還應(yīng)留出1 m寬通道供獨唱演員站立。

如果小型樂隊表演較多的情況，為了縮小有效面積，理想的做法是舞臺側(cè)墻可移動或是升降式的反射屏。江維華[12]在五座不同大小舞臺，利用屏障改變臺寬尺寸，對獨奏和多重奏所作實驗和主觀評價資料是很有實用意義的。如果大尺寸舞臺為適應(yīng)小型樂隊，寧可讓樂隊退后而不是通常那樣習(xí)慣于伸向臺口，使表演區(qū)寬度相應(yīng)減小，而且獲得較好后墻的反射效果。也不宜將小樂隊在臺上散開布置，影響相互聽聞而影響合奏。

舞臺面積應(yīng)兼顧音質(zhì)要求和樂師坐得舒適，而大型樂隊則應(yīng)盡可能緊湊些，否則會使遠處樂器聲相互聽聞不佳。靠近強樂器的樂師將會對聽聞樂隊其它聲音受到掩蔽，對樂師聽力也有損害，故必要時得用臨時小屏作局部遮擋。尤其2008年歐盟工會對樂師聽力保護法規(guī)(按ISO 9612測試，八小時工作日的Aeq≤85 dB)實施后，這個問題更引起關(guān)注。例如木管和弦樂部分樂師，本身聲音不大，但由于坐在很響樂器附近而“超標(biāo)”，但他們自已又無法控制！這是面臨的另一類新問題[9]。

舞臺上如果有合唱隊席，則面積要擴大，只站不坐的臺階深度為70 cm，如可坐則最小深度為80 cm。每人約占0.5 m2。考慮到合唱席利用率和它對樂隊表演區(qū)的聲學(xué)影響，往往設(shè)置在舞臺后部升起的位置上，無合唱表演時可供作聽眾席使用，則其尺寸應(yīng)按大廳觀眾席要求考慮。

舞臺離前排聽眾地面高度應(yīng)大于0.5 m，否則獨奏者不能“俯臨”聽眾。高度如大于1.0 m，則前排聽眾會看不到樂隊的中部表演者。舞臺高度與視線設(shè)計有關(guān)，故應(yīng)從整個觀眾廳座位布局來考慮，尤其對環(huán)繞式梯田觀眾席，必須兼顧視聽兩個方面。江維華[17]對此有過詳細分析此較。

3.3 舞臺容積和吸聲量

根據(jù)矩形大廳盡端式舞臺的調(diào)查資料[35]，舞臺容積越大，臺上支持度早期會下降，亦使聽眾席聲壓級和值下降，而混響時間則會上升，尤其對聽眾席早期聲能級早期和影響更大。因此控制舞臺面積及其高度很有必要。

有人用模型試驗對不同音樂廳舞臺的吸聲，按不同樂師數(shù)量變化對舞臺和觀眾廳的影響作了研究[36,37]。以大型樂團的舞臺吸聲按樂師人數(shù)為參量，它對觀眾廳將有大至0.1 s變化，對變化更大些，對值則會下降0.3 dB，用計算機摸擬亦得出類似結(jié)果。而過去對這一因素在大廳音質(zhì)設(shè)計中被忽略了。

3.4 地板構(gòu)造及臺階設(shè)施

舞臺地板的聲學(xué)影響有兩個方面；一是某些樂器與地面直接接觸引起地板振動從而擴大聲輻射，二是樂隊表演時通過地板傳遞的振動，帶給所有樂師同步合奏“打拍”的信息，加強交流效果。大家雖早已知道這些影響，但缺乏科學(xué)的資料，于是出現(xiàn)某些似是而非的經(jīng)驗之談。例如有人認(rèn)為木地板的鋪設(shè)方向，與臺口線平行或垂直方向會有不同效果，對地板木料材質(zhì)(如阻尼因子和勁度)的選擇也有講究。為了選擇最佳地板抅造，1994年曾與日本京東交響樂團合作，在一個1.5 m×1.8 m實驗平臺上，對四種木材、不同的板厚、擱柵間距和空腔深度等30種構(gòu)造組合，進行了幾種提琴和定音鼓樂器演奏效果的選拔式試聽研究[38]。當(dāng)然這樣小模型下所作判據(jù)有很大局限性。實用中還需考慮三角大綱琴的荷重、消防要求和電視轉(zhuǎn)播攝像機移動時的穩(wěn)定性等問題。Nagata[38]曾建議最小尺寸為板厚25 mm，擱柵間距600 mm。他設(shè)計的三得利音樂廳舞臺用的地扳構(gòu)造為：40 mm厚地板釘在13 mm膠合板上，下有60 mm×60 mm木擱柵，中距為300 mm。如查閱《音樂廳和歌劇院》一書[33]，更有許多著名音樂廳舞臺地面用材及構(gòu)造，可見有許多不同變化。

近年一些研究表明這方面工作已有較大深入。例如音樂廳舞臺上，對下端有針腳的大提琴和倍低音提琴在演奏時，樂器振動通過針腳傳遞至地板的效率，以及這些振動引起觀眾的聽感效應(yīng)問題在30年代己有人提出來了。最近的研究(2013年)[39]告訴我們，從傳遞至舞臺地坂的頻率很低的彎曲波及其向觀眾席的輻射效率等方面的實驗和計算研究表明：與水泥地面相比較，30~50 Hz約一個多倍頻段對觀眾席可有5 dB或更多的低頻提升作用。這是在不同舞臺地板的五座音樂廳中得到驗證的。也曾有人認(rèn)為舞臺木地板對低頻有吸收作用，會影響到觀眾大廳低頻混響和強惑因子，因此需采取某種折衷為宜[40]。

大型交響樂隊在舞臺上為了避免前面一排樂師的遮擋，尤其某些吹奏樂器，因此需要臺階的設(shè)置，同時也使聽眾看到后排樂師的表演。臺階有助大型樂隊合奏方便。簡單的平行臺階將使樂隊左右距離拉得很寬，不利兩端樂師相互聽聞，對指揮也有類似問題。故常將臺階按弧形布置，減小兩端樂師的距離，如圖4所示之例(日本東京三得利音樂廳，1986年建)。26組臺階可分別作上下1 cm步進的電動調(diào)節(jié)，據(jù)介紹音質(zhì)效果良好。這是按國際著名指揮卡拉揚的建議而設(shè)計的[38]。如采用可移動的拼裝單元，則造價低得多，但每次搭建費工費時，并需收藏空間，還要仔細考慮臺階單元規(guī)格最少。作為專用交響音樂廳的固定設(shè)施，包括地板的構(gòu)造和臺階深度可按需作不同處理。為了盡量縮小舞臺面積，不同樂器組的臺階寬度可分別為；木管區(qū)1.25 m，銅管區(qū)1.4 m，倍低音琴則更要略大一點。至于后排打擊樂器臺階，寬度一般要求2 m，其地面另作處理，減少受激振動。臺階式布置會增加舞臺上交通面抧，使舞臺面積會有所增大。

3.5 反射、擴散、吸聲及可變處理

音樂廳舞臺周圍表面首先應(yīng)考慮向臺上樂師作有效反射。在反射過程中盡量減少其衰減，并減少作水平方向反射，因為將受到樂師們的遮擋而衰減。故常將上部墻面作向下傾狀，或?qū)⑽枧_附近眺臺欄板及眺臺底面作成傾斜等等。這些表面當(dāng)然要有良好反射效果。對于多用廳堂而言，音樂表演時應(yīng)注意臺口的帷幕必須收藏，沒有使用開幕扣閉幕的必要。已故上海音樂學(xué)院副院長著名小提琴家譚抒真教授常說絲絨大幕是音樂表演者的“敵人”，此語給作者殊深印象。

人數(shù)眾多的交響樂隊表演時相互聽聞很重要，如臺上所有表面只作定向反射往往不能照顧全面，因此表面作一定散射選擇也許可以作某些彌補。最常見的是采用基本平面狀的QRD之類擴散體。然實際使用效果尚少報道。

貼鄰強聲樂器的一些演員，可能要設(shè)置小塊吸聲體以減弱其影響。尤其在像定音鼓那種聲音非常強樂器附近(主要在后面)，設(shè)置局部高吸聲處理也是常見的措施。

音樂廳舞臺往往會用作獨奏和室內(nèi)樂等小型音樂節(jié)目，在國內(nèi)更是常見。因此如何滿足這些表演的音質(zhì)值得注意。Nagata(永田穗)[38]曾報道這方面經(jīng)驗。80年代新建Casals音樂廳(500座，矩形)，由于安裝了管風(fēng)琴使舞臺較深，音質(zhì)上活躍度較大而深得弦樂師贊賞，但引起鋼琴演奏家不滿，嫌其“拖泥帶水”，聽眾亦有同感。于是采用了可變吸聲處理以應(yīng)付不同表演。此處只用了二塊不大的玻璃棉坂(每塊90 cm×180 cm)解決了問題。于是在以后音樂廳設(shè)計中考慮加設(shè)了可變吸聲處理，并探索了數(shù)量和位置的選擇。

舞臺上設(shè)置一些可以改變舞臺界面尺寸的屏障，對提高獨奏和室內(nèi)樂表演的音質(zhì)環(huán)境非常重要，已如上述。江維華[13]曾在五座不同規(guī)模大廳中，結(jié)合主觀評價做過很有價值的實驗。在舞臺兩側(cè)設(shè)置可移動的反射障板以改變舞臺尺寸，即使得相應(yīng)的反射聲強度和時間序列有所變化。樂師位置也分別處于臺前和臺中兩個位置，從而改變了到達演奏者的客觀支持度(這里取7~100 ms作為早期反射聲能ED100作為客觀參量，見本文2.2節(jié))，樂師們對不同情況給出主觀評價。由此可作為舞臺尺寸優(yōu)化設(shè)計的依據(jù)。

3.6 頂部反射處理

舞臺頂面是對所有樂師能提供早期反射的最有效表面了。如果舞臺敞開而頂棚又很高，常需在舞臺上空約離臺面8~10 m處，懸吊一大塊反射板或是一組小塊反射板，后者則需達到舞臺面積的一定比例，通常以露空率來表示。露空率太高當(dāng)然降低了它們的反射效果，露空率太小則影響到臺上聲音向吊板后面空間的溝通，不僅會影響到舞臺而且整個大廳的混響效果，這就涉及露空率優(yōu)化問題。一般則認(rèn)為多塊小型反射板較之采用少數(shù)大片式反射板效果更好，而且易于使樂師獲得來自多塊反射板的反射聲，戓者說可同時獲得來自不同聲部的早期反射聲。根據(jù)經(jīng)驗露空率宜控制在50%左右為宜。面積1.5 m2小塊反射板組合，對低頻反射仍屬有效，如每塊略呈突曲形則更佳。由于小塊布置比較靈活，有利于不同反射方向的調(diào)節(jié)，使樂隊受益面更為均勻。這些反射板有時還須延伸到舞臺臺口之外，以照顧前排聽眾。Rindel(1991年)[41]即對此有過詳細分析比較。

人們也會提出這樣的問題，建于19世末的音質(zhì)頂級三大音樂廳(維也納的金色大廳、阿姆斯特丹音樂廳和波士頓交響音樂廳)的舞臺上都沒有吊掛反射扳，對樂隊對聽眾都可以達到滿意效果?？梢娨糍|(zhì)問題不是單因素變量所能含蓋的。但是“浮云式”吊板對于田園環(huán)繞式音樂廳的舞臺，幾乎是必不可少的[16,17]。

舞臺上空反射板設(shè)計(高度和造型)還需結(jié)合燈光和揚聲器等方面考慮，如設(shè)有管風(fēng)琴的音樂廳則要注意觀眾“欣賞”管風(fēng)琴的視覺效果?？傊?，需綜合許多建筑措施作全面綜合處理。

3.7 樂隊聲反射罩

有些城市沒有條件建造專用音樂廳，為了適應(yīng)交響樂或大型音樂演出，可在多用途大廳或劇場的舞臺上，沿舞臺框設(shè)置樂隊聲反射罩。它不但對臺上樂師有較大幫助，對聽眾席也有一些作用。Bradley(1996年)[42]在總結(jié)三座大型多用途大廳(容座2300~3000)加裝樂隊聲反射罩后的聲學(xué)測量結(jié)果中，得出若干經(jīng)驗。這些反射罩封閉程度和造型不同，表面用材則都在8 kg/m2左右。

樂隊聲反射罩對樂師們的早期支持度(250~2000 Hz)一般可提高5 dB之多，從而達到Gade所提出的-12±1 dB指標(biāo)。對聽眾席的總效果雖未超過3 dB，但其增量變化聽眾也能感受得到，尤以靠近后座區(qū)的中頻早期0-80值提高較明顯。至于低頻聲級是否提升，問題較為復(fù)雜。例如反射罩某些部位表面幾何形狀是否使其反射聲改變了“座席低谷效應(yīng)”，那就會使低頻早期聲強0-80有±2 dB變化，也就是說低谷效應(yīng)有可能得到補償或加劇。反射罩會使廳內(nèi)低頻混響時間略有下降，但對可能提升，甚至出現(xiàn)提高0.4 s的效果。反射罩對大廳內(nèi)的明晰度效果則總是下降的，對LF值變化則不明顯。反射罩對全部聽眾席的效果，各處會有所不同。

日本聲學(xué)家[38]曾對三個交響樂隊(美國波士頓、德國萊比錫和新日本交響樂隊)在日本46個大廳演出的樂師們訪問調(diào)查，對于反射罩表面有擴散處理的均有較好評價，反射罩的傾斜度必須達到一定角度才好，反射罩空間不宜小于1000 m3等經(jīng)驗。

早年有報導(dǎo)用厚度僅1.0 mm塑料箔(1 kg/m2)制成的輕型反射罩，即有明顯改善音質(zhì)效果[43]。如Marshall[1]早年的研究認(rèn)為使樂師們“便于合奏”主要依靠中高頻的早期反射聲。實驗室對1.0 mm塑料箔的實測結(jié)果表明800 Hz或8000 Hz的反射系數(shù)均達到0.8以上。近年則趨于采用較厚實木板制作和較密閉的聲反射罩[44]。許多經(jīng)驗還表明反射罩對樂隊的幫助大于對聽眾席，尤其對于原本很“乾”的大廳，對大廳混響聲場的作用很有限[45]，這是劇場用作交響樂表演時必須注意的問題。

國內(nèi)關(guān)于舞臺反射罩的研究報告首見于韓勁晨[46](1985年)，文中扼要介紹了反射罩的效果，如：可提高觀眾席的聲級2~5 dB，提高廳內(nèi)中高頻混響時間，對低頻則會有所下降，對普遍有所上升，明晰度則下降等等。近年余斌[47]對幾個劇院中反射罩在觀眾席的實測，獲得了大致相同的結(jié)果。這兩個報告對舞臺上的音質(zhì)變化則均未涉及。

早在1973年美國費城交呴樂團首次訪華在上海市府大禮堂(有吊掛布景的舞臺)演出，短短數(shù)天臨時趕制的舞臺反射罩(見圖5)顯得簡單，但對演出效果己有明顯改善。以后在東方電視臺大演播廳舞臺反射罩(2000年)采取全封閉式，表面為MLS式擴散體，為滿足大型交響樂隊而設(shè)計，由于該廳建成后以演播電視節(jié)目為主，樂罩很少使用，從而難以總結(jié)舞臺效果的經(jīng)驗。

在多用途大廳中的樂隊聲反射罩，由于可拆裝，還必需與照明和空調(diào)通風(fēng)等相應(yīng)的特殊設(shè)計配合，同時考慮拆裝方便與安全措施和儲藏等問題[48,49]。國內(nèi)這方面經(jīng)驗教訓(xùn)不少，值得注意。例如，罩內(nèi)因溫度和通氣未能達到舒適要求，使樂師受不了；燈光角度不當(dāng)影響樂隊表演，或使觀眾刺眼等等。反射罩拆裝是專業(yè)技術(shù)問題，上海大劇院(1998年)開幕不久，新裝氣墊式聲反射罩是國內(nèi)首次使用，為供當(dāng)晚交響樂演出，花了足足一天才勉強就位。事后劇院只得廢棄，另行設(shè)計制作。

對于露天廣場作交響樂隊表演，即使普遍使用電子擴聲設(shè)備，但聲反射罩對樂隊來說往往必不可少。如果是拆裝式的則還可供巡回演出之用。除聲學(xué)要求外，還有許多技術(shù)、安全、運輸、安裝等需要考慮，有報導(dǎo)其內(nèi)容有十項之多[49]。

4 問題與展望

音樂廳舞臺音質(zhì)和設(shè)計涉及面很廣，本文重點在交響樂隊演出，因其最為復(fù)雜。研究工作涉及主觀和客觀兩個方面，以及兩者相結(jié)合中的一些問題，不是一篇短文所能全部涵蓋。尤其隨著研究工作深入，近年文獻報道中前后矛盾的結(jié)論紛紛出現(xiàn)，這既說明主觀感受的復(fù)雜性和客觀參量多維化, 又因不同器樂和臺上不同位置、組合和曲目等條件變化所引起的后果。樂師們的舞臺經(jīng)驗各不相同，他們對舞臺音質(zhì)評價所用評語往往各自表述，而又要找到那些物理量足以說明之尚需繼續(xù)探索。再說現(xiàn)有一些物理參量都不是三維性質(zhì)的，即未包含反射聲的方向性因素，聲場中接收點的入射角變化有多大影響等較少渉及。故而致力于尋找一些客觀物理規(guī)律，為舞臺音質(zhì)設(shè)計服務(wù)仍然是共同關(guān)注的熱點。如果從統(tǒng)計學(xué)角度來看，主觀意見調(diào)查和客觀測量結(jié)果的數(shù)量遠不能滿足作定量分析的要求[50]。因此最近Gade (2013年)[9]呼吁展開國際性合作，集多單位力量，廣泛地展開大規(guī)摸調(diào)查來攻關(guān)。

目前對舞臺音質(zhì)的了解還很不夠，現(xiàn)有的客觀參量與樂師們，尤其作為大型交響樂團隊員的意見還不能充分契合，有因為學(xué)術(shù)語言溝通上的障礙，也有如何去尋找更全面的客觀參量，至于與建筑設(shè)計相聯(lián)系也仍然有些未知因素。

現(xiàn)有的許多物理參量都是在無樂師的空場中測量的，而坐滿樂師大樂隊與空場條件相差很大，而這方面缺乏實情資料。又考慮的聲源和接收都是無指向性的，雖便于統(tǒng)一和規(guī)范化，但終究與實際情況有較大出入。

舞臺音質(zhì)參量過去僅注重聲能與時間相關(guān)方面，對聲場的方向性因素幾乎沒有考慮。近年有人利用波束形成(beam forming)技術(shù)來確定聲場的空間信息[52]。他們利用16聲道傳聲器空間陣列來拾取，通過二階立體混響(ambisonics)技術(shù)重放來評價分析舞臺音質(zhì)[30]。這一技術(shù)動向無疑將為舞臺音質(zhì)研究更上一層樓。

長期來，音樂廳設(shè)計是以舞臺上一個點聲源考慮的。一個大樂隊演出時，無論對舞臺或是對觀眾大廳來說，其音質(zhì)效果顯然沒有那么簡單。近年芬蘭聲學(xué)家Lokki[52,53]倡導(dǎo)用多達34個揚聲器分布在舞臺上以代替目前常用的點聲源，按所在位置上樂器各自指向特征來發(fā)聲，以模擬樂隊聲源進行大廳音質(zhì)測試，聽眾席則完全按三維信息來分析。由于“樂隊聲源”固定，不論主觀評價和客觀測量都建立在相同基礎(chǔ)條件上，其互比性較為可靠。這是別開生面的想法。至于所得經(jīng)驗與實際工程設(shè)計相聯(lián)系，尚有待進一步發(fā)展。舞臺音質(zhì)評價是否可以參照類似設(shè)施來進行，使之更客觀地模擬演奏者之間相互聽聞實況呢？

至于劇場舞臺則另有不同要求。他們的聲源強度相對于樂器而言弱得多，而清晰度則有較高要求。又因聲源在舞臺上位置并不固定，甚至出現(xiàn)轉(zhuǎn)身的不利情況，但可采取的有效聲學(xué)措施往往受舞臺布景、燈光以及劇情發(fā)展需求等很大限制。劇場設(shè)置樂池供伴奏演出，其音質(zhì)設(shè)計則是另一類要考慮的問題，需另文討論之。

本文在浩瀚文獻中，作了有限度的綜述，以期引起國內(nèi)聲學(xué)界關(guān)注。至于中國民族管弦樂隊在舞臺上表演所發(fā)生的問題，又有哪些特征需要研究，還缺少了解。有人認(rèn)為，目前大型民族管弦樂隊編制定型化尚在探索階段[54]，但從舞臺音質(zhì)方面仍可進行一些必要的探索。

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Concert-hall stage acoustics and its design

WANG Ji-qing

(Institute of Acoustics, Tongji University, Shanghai 200092, China)

Stage acoustics dominates concert hall performance conditions. Musicians performing on stage, instrumental and vocal, require an appropriate balance of sounds, including their own, to achieve a good sense of ensemble. The balance normally depends on the stage set up, properties of the instruments, and the availability of surfaces redirecting the sounds back to musicians. From comparison between subjective research and objective measurements, some acoustical measures and a set of proposed architectural treatments were conducted and suggested accordingly. The paper summarizes major contributions on this field and a general overview of this subject is presented.

room acoustics; stage acoustics; acoustical design; concert hall design

TB534.2

A

1000-3630(2015)-01-0058-10

10.16300/j.cnki.1000-3630.2015.01.012

2014-10-14;

2015-01-02

王季卿(1929－), 男, 江蘇人, 教授, 博士生導(dǎo)師, 研究方向為建筑聲學(xué)。

王季卿, E-mail: wongtsu@126.com