李子晉

（中國音樂學院，北京 100101）

1 聲景設計與西山文化

1.1 聲景觀與聲景設計

聲景觀（Soundscape）一詞來源于“景觀（Landscape）”。20世紀60年代末，加拿大作曲家Schafer提出一個新的概念——聲生態(tài)學（Acoustic Ecology），提出“應該像傾聽音樂一樣來感受聲環(huán)境”，指出通過降低噪聲來減少噪聲污染是一種消極的手段，應該尋求一種更加積極的方法。20世紀90年代以來，聲景觀的概念逐步被世界上大部分國家所接受，人們相繼開展相關的研究，并將研究成果應用于城市開放空間的聲音控制方面，取得了一定的成效。2000年以后，聲景觀的相關研究變成研究熱點，出現(xiàn)了越來越多的聲景設計與規(guī)劃實踐。例如，積極聲景計劃（Positive Soundscape Project，英國），聲景健康計劃（Soundscape support to health project，瑞典），the Eye-Hear Project中一項子課題——聲景可視化地圖繪制（Qualitative sound maps for visualization of the urban soundscapes，葡萄牙）等。聲景觀正在從理論研究邁入設計實踐階段。

2014年，歐洲頒布聲景觀的ISO標準（ISO T. 43/SC 1/WG 54, 12913-1），對聲景觀的定義、內(nèi)涵和目的等內(nèi)容進行全面描述與規(guī)定。在該標準中，聲景觀的定義為：在特定語境中，人或者人群所認識和感知的聲環(huán)境（Acoustic environment as perceived or experienced and/or understood by a person or people, in context）。同時，該標準給出聲環(huán)境的定義，“acoustic environment:sound at the receiver from all sound sources as modified by the environment”①。對比兩者可以發(fā)現(xiàn)，聲環(huán)境是客觀的物理的聲學現(xiàn)象和信息，而聲景觀則更加強調(diào)人作為聲音感知的主體，對于不同環(huán)境的認識與感知。在此基礎上，對聲景觀的研究將不限于對聲音基本物理量的研究，人的主觀聽感以及人所處的文化環(huán)境都是聲景觀所研究的范籌。

聲景生態(tài)學是一門交叉科學，涉及音樂、景觀學、環(huán)境心理學、民俗文化等領域。聲景設計包括聲音采集、聲音作曲、聲音縮混錄音、母帶制作、計算機交互設計、后期施工工程設計等工作。聲景藝術將自然環(huán)境中的聲音（如風、雨、河流、動物），以及人類創(chuàng)造的各種類型的音樂、音響作為設計素材，根據(jù)特定的人文環(huán)境需求，進行藝術化聲音設計，為人們提供聽覺享受，從而達到心理及生理舒適的藝術空間。通過多媒體傳播手段，聲景藝術已經(jīng)被廣泛運用到現(xiàn)實生活中的特定環(huán)境及場所，如具有歷史文化意義的廣場、商業(yè)街、公園、博物館、宮殿等。

與噪聲控制研究相比，聲景研究更注重聽覺感知。國外有關旅游景區(qū)的聲景應用已經(jīng)非常成熟，也有很多專業(yè)的聲景設計公司。大量的研究發(fā)現(xiàn)，良好的聲音環(huán)境會降低人們的疲勞感，游客的舉止會有所收斂變得溫文爾雅，有助于維護景區(qū)參觀秩序，烘托特有的文化氛圍。謝菲爾德市火車站前的聲景項目就是很好的例子。謝菲爾德市以鋼鐵工業(yè)聞名于世，許多工業(yè)方面的革新，都誕生在這座城市，被稱為“鋼都”。但是老舊工業(yè)所帶來的是火車站前的混亂無序，聲污染問題嚴重。針對這種情況，設計者設計了一道屏障，把火車站噪聲區(qū)進行隔離。同時，為了體現(xiàn)謝菲爾德市的特點，采用謝菲爾德最具代表性的元素“不銹鋼”作為設計材料。在聲音隔離的基礎上，在不同區(qū)域增加水噪聲景觀，如在廣場上建造一處噴泉，在人耳聽覺上進一步掩蔽交通噪聲（圖1）。該項設計不僅解決了困擾城市已久的火車站噪聲問題，更為來往謝菲爾德市的人們留下難忘的視聽風景。

聲景的主要內(nèi)容包括基調(diào)聲、信號聲和聲標聲。如同一幅立體的美術作品，除布局和結構外，還有景深的呈現(xiàn)，即遠景、中景和近景；而環(huán)境音樂展現(xiàn)的僅僅是一個平面。聲景藝術是根據(jù)特定的聲場環(huán)境為一個區(qū)域空間進行整體的聲音設計，而非根據(jù)環(huán)境隨機地播放一些背景性的音樂。②

圖1 謝菲爾德市火車站不銹鋼屏障及噴泉

1.2 西山文化

近年來，特色文化小鎮(zhèn)等旅游景區(qū)的開發(fā)、商業(yè)場所的興建以及各種戶外設施的完善，確實為人們帶來一些便利，但由于忽視聲景的藝術設計，導致整體使用效果較低。尤其是在很多文化旅游景區(qū)內(nèi)使用大功率擴聲設備，播放與景區(qū)環(huán)境格格不入甚至相悖的曲調(diào)，并且從不被人們重視。這些“環(huán)境音樂”及周圍嘈雜的環(huán)境噪聲，對人們的心理和生理都構成強烈的不舒適感，增加游客的疲勞感甚至煩躁情緒。對周圍配套的景區(qū)商業(yè)街而言，這種聲音環(huán)境也對購物環(huán)境起著負面的作用，不利于產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。

北京西山文化帶文化遺存歷史悠久、類型多樣，既有以周口店猿人為代表的古人類遺址，又有清代三山五園皇家園林集群，還有潭柘寺、龍泉寺等眾多佛教場所和香山雙清別墅等革命史跡、紅色紀念地，這些都為聲景研究提供了豐富的文化呈現(xiàn)內(nèi)容。西山文化的多元性體現(xiàn)在以西山生態(tài)山水文化為骨架，以革命軍事文化、民間民俗文化、特色物產(chǎn)文化、村落古道文化、宗教寺廟文化、園林古建文化、中外交流文化、名人文化、現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)休閑健身文化為主要特色脈絡的文化聚集發(fā)展帶，是北京文化的重要組成部分和展示交流窗口③。這一地區(qū)的文化特色小鎮(zhèn)是文化主題的重要載體，既有傾向于純粹的自然寂靜（natural quite）之聲景，也有人文之聲景。因此，在聲景設計方面具有較好的發(fā)揮空間，同時聲景設計有益于文化氛圍的烘托，讓西山文化帶周圍自然環(huán)境與人文環(huán)境立體交織，形成一種沉浸式的文化體驗，有助于人們深入了解與感受北京西山文化歷史中所蘊藏的文化內(nèi)涵。

本文主要探討對北京西山特色文化小鎮(zhèn)（簡稱“西山文化小鎮(zhèn)”）商業(yè)區(qū)進行聲景設計的研究方法，結合環(huán)境心理學的相關理論和數(shù)據(jù)在西山文化小鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)營造舒適的環(huán)境，達到使人們擁有輕松悠閑的心態(tài)、享受高品質(zhì)生活的目的。

2 西山文化小鎮(zhèn)聲景研究的方法設計

目前，西山文化小鎮(zhèn)是一個綜合的商業(yè)環(huán)境，主要研究對象包括商業(yè)街、民居小區(qū)及交通路段，這是一個聲音環(huán)境混亂與復雜的場所，如何平衡與提升環(huán)境的整體氛圍是聲景研究的重點。西山文化小鎮(zhèn)的聲景設計要有自身獨特的文化主題，既要保證一定范圍內(nèi)聲景的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，同時每一個商家在特定的空間范圍內(nèi)也會有獨特的聲音標識。整體協(xié)調(diào)統(tǒng)一而又不失多樣化。

針對北京西山文化帶地區(qū)具有代表性的主題特色文化小鎮(zhèn)，對其文化特色、運營情況調(diào)研后，按照其定位的文化特性，通過影像資料以及文獻對過去和現(xiàn)在正在發(fā)生的聲音環(huán)境做考察、收集、對比和分析。首先，提取最有價值的聲音信息，作為聲景藝術實施的重要聲音素材，同時這些信息日后也將成為北京地區(qū)聲景生態(tài)的重要史料。其次，通過收集歷史文獻中關于聲音的記述以及聲音資料，對特色文化小鎮(zhèn)的文化因素進行研究，確定聲景文化定位。綜合現(xiàn)狀聲景評價與歷史文化定位，進而開展聲景設計。

3 研究方法與實例分析

聲景設計是一個多維度、涉及多學科研究方法的學科體系。很多學者主張使用三角測量法（Triangulation）對聲景進行測量與分析，這種方法的核心就是強調(diào)多角度、多方法的思維策略，以各種方法的綜合應用，增加評估測量的效度和完備性。一般涉及到的社會學研究方法有文獻法、訪談法、問卷調(diào)查法、田野調(diào)查法、聲日記等；從物理學的角度，則通過聲測量、信號處理與分析、繪制聲景地圖、聲漫步等方法研究聲景；從實驗心理學的角度，一般采用行為測量技術、對偶比較法、系列范疇法、語義細分法等主觀評價方法；除此之外，還包括一些輔助方法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等。如果聲景項目涉及到交通降噪為主導的主題，則更多地使用物理學的方法；如果涉及到文化特色體現(xiàn)及居民生活偏好等方面的主題，則更加側重于人文科學的研究方法。

西山文化小鎮(zhèn)聲景研究中涉及的方法有問卷調(diào)查法、聲測量法、信號處理法、聲漫步法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等。

3.1 問卷調(diào)查法

問卷調(diào)查法是聲景研究中最常用的方法之一，由訪問者主導，提前預設一些相關聲景研究的問題，通過問題來了解所處環(huán)境下的人們對聲環(huán)境的滿意度、舒適度等方面的主觀感受。以某門店為例，采用問卷調(diào)查法對西山文化小鎮(zhèn)進行聲音主觀評價的調(diào)查。

3.2 聲測量法

大多數(shù)的聲景研究中都會用到聲音數(shù)據(jù)收集方法，主要是運用測量手段反映聲環(huán)境的客觀指標，這些客觀評價指標與主觀評價術語有一定的對應關系。一般需要采集的項目包括聲壓級、混響時間、溫濕度、照度等。以西山文化小鎮(zhèn)商業(yè)區(qū)日常狀態(tài)的聲壓級測量為例，按照中華人民共和國聲環(huán)境質(zhì)量標準（GB 3096-2008）對于聲壓級測量方法的相關規(guī)定，對于商業(yè)街區(qū)的聲壓測量，采用A計權等效聲壓級進行測量（LAeq）。測試沿用此標準對商業(yè)街的聲分布進行大范圍采樣。將商業(yè)街自北向南分成30個測點，對早上7：00至晚上18：00時間段內(nèi)的30個測點進行逐個測試。

將全天各時段的C計權聲級與A計權聲級做差，可以發(fā)現(xiàn)：（1）早晨8：00時，對A計權以及C計權同時進行測量，其中道路兩端測點的A計權以及C計權測量數(shù)據(jù)差距較大，而街道中段（測點10～20）數(shù)據(jù)差距較小。（2）上午10：00時，兩種計權差的最大值逐步向道路中間移動。（3）中午12：00時，道路前段測點的A計權超過C計權值，計權的差值出現(xiàn)在街道的中后部（測點23～25）。

3.3 信號處理法

聲景觀評價是一個復雜的系統(tǒng)工程，除了上述提到的方法，有時還需要采用信號處理的方法對采錄的聲景樣本進行分析。常用的信號處理法包含兩大類，時域分析和頻域分析。

3.3.1 時域分析

（1）振幅

振幅表示質(zhì)點離開平衡位置的距離，反映聲波所攜帶能量的多少。信號處理領域通常用聲音的波形圖反映聲音信號振幅隨時間的變化，高振幅波形信號的聲音較大，低振幅波形信號的聲音較安靜。在波形圖的基礎上，還可以提取聲音信號的“振幅包絡（Amplitude Envelope）”，它可以反映某一段時間內(nèi)聲音振幅隨時間變化的形狀和輪廓。常用的包絡提出方法有低通濾波器法（LPF）、均方根能量法（RMS）以及頻域線性估計法（FDLP）等。圖2為西山文化小鎮(zhèn)商業(yè)街錄制的聲景樣本的波形圖。從圖中可以看出，在2.3 s以及5 s～7 s的位置有幾處幅度較大的脈沖波形，這對應著汽車鳴笛的聲音。

圖2 商業(yè)街錄制的聲景樣本波形圖

（2）動態(tài)范圍

聲音信號的“動態(tài)范圍（Dynamic Range）”，是指信號中的最大有用信號與本底噪聲的聲級差。有效動態(tài)范圍是指最大有用信號與最小有用信號的聲級差。動態(tài)范圍可以反映一段聲音音量起伏變化的大小。

（3）雙耳互相關函數(shù)

基于人耳的聽覺特性，施羅德等人在1974年提出評價音樂廳音質(zhì)的一個參數(shù)——雙耳聽覺互相關函數(shù)，它能夠反映一個聲源到達聽眾兩耳所產(chǎn)生的感覺上的差異性。數(shù)學表達式為：

3.3.2 頻域分析

（1）頻譜圖

音高、音強、音色和音長是聲音信號的四個基本要素。波形圖雖然能夠反映聲音振幅隨時間的變化，但不能反映聲音所包含的音高和音色信息。

通過傅里葉變換，聲音信號從時域轉換到頻域，這樣就得到聲音所包含的頻率及各個頻率點上的幅度信息。如果把這些信息體現(xiàn)在一張圖上，通常以橫軸表示頻率，縱軸表示相對幅值，這樣就得到頻譜圖。圖3為西山文化小鎮(zhèn)商業(yè)街聲景樣本的頻譜圖。

圖3 商業(yè)街聲景頻譜圖

圖4 商業(yè)街聲景樣本的頻譜圖

（2）語譜圖

雖然頻譜圖已經(jīng)能夠反映出聲音信號包含的頻率及分布結構信息，但對于聲景樣本，僅僅提取這些信息是不夠的，要想了解這些頻率成分隨時間變化的規(guī)律，需要借助語譜圖。獲取聲音信號語譜圖，一種簡便的方法就是對信號進行“短時傅里葉變換（STFT，Short-time Fourier Transform）”。語譜圖實際上是采用二維平面來表達三維信息，平面上的兩個維度分別為時間（橫軸）和頻率（縱軸），第三個維度是振幅，常用不同顏色或深淺不同的單色表來表示。

圖4為西山文化小鎮(zhèn)商業(yè)街聲景語譜圖。由語譜圖可知，該聲景樣本的背景噪聲能量主要集中在中頻段，而車的響鈴聲（2 s～3 s、5 s～7 s處為響鈴聲）能量在1.5 kHz～12 kHz的頻段內(nèi)均有分布，因此聲音聽起來清脆明亮。語譜圖在一定程度上可以反映聲景樣本的聲音基調(diào)與聲音坐標的內(nèi)容，以及這些聲音事件隨時間的變化規(guī)律。

3.4 聲漫步

聲漫步是指在不同路徑的漫步過程中，利用雙音軌系統(tǒng)與數(shù)字錄音機等儀器對聲音進行記錄，這個過程也可伴隨圖像、地理位置等信息的記錄。由于在聲漫步過程中會錄制大量聲景資料，因此一定要提前制定好錄音計劃，并制作若干聲景樣本采錄信息記錄表，用于記錄各個樣本采錄的基本信息，以方便后期的樣本標注和整理工作。④

在聲漫步過程中，經(jīng)常需要錄制各種各樣的聲源，常見的聲源可分為以下幾類：（1）語聲：人物的語言和對話；（2）環(huán)境聲：自然界的音響，如風雨聲、雷電聲、鳥叫聲、昆蟲聲、樹葉沙沙聲等；（3）音樂聲：樂器聲、歌聲；（4）噪聲：交通工具的聲音、機械設備的聲音等；（5）人工聲：敲門聲、磨刀聲等。

3.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡

人工神經(jīng)網(wǎng)絡是預測聲景主觀評價的常用方法之一，它是從信息處理的角度對人腦神經(jīng)元網(wǎng)絡進行抽象，建立某種模型，并按照不同的連接方式組成不同的網(wǎng)絡。人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術的基礎是人們對于大腦工作模式的理解，ANN模型通過學習算法以獲取類似功能。學習算法給出它各個處理單元（人工神經(jīng)元）之間的權值，權值加強響應的強度。在整個模型訓練的過程中，通過不斷調(diào)整權值，以降低實際響應與期望響應之間的差異，從而使得模型收斂，建立起可靠的評價模型。

采用ANN技術進行聲景觀評價的基本過程是：（1）運用盡可能多的輸入特征參數(shù)設計初始模型；（2）使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)集進行模型訓練；（3）對訓練結果進行分析，重新設計模型的結構；（4）使用訓練好的模型預測聲景觀主觀評價結果。

圖5 聲景評價模型

西山文化小鎮(zhèn)商業(yè)街的研究中用ANN做聲景觀評價的基本思路見圖5。首先，將聲景觀中的各個要素作為變量輸入ANN模型，常用的變量包括熱參數(shù)、光參數(shù)、視覺參數(shù)、聲學參數(shù)、社會因素等。其中，聲學參數(shù)是模型中較為重要的輸入?yún)?shù)，通常選用的聲學參數(shù)有聲壓級、時域波形、聲音頻譜、聲源位置、聲源運動、聲音的心理特性以及統(tǒng)計因素等。然后，運用預先建立好的評價模型對輸入的各參數(shù)進行計算，最后得到聲景觀評價的預測結果。如果條件允許，還可以對建立好的評價模型進行修正，即根據(jù)預測結果與實際結果的差異，對模型參數(shù)或結構進行調(diào)整，使得下一次預測結果更加符合實際結果。

雖然ANN模型能夠?qū)β暰坝^進行預測評價，但仍存在一些問題。其中最重要的問題是運用ANN提取的特征沒有物理意義，通常很難用它來解釋輸入因子與輸出因子之間的關系。因此，在運用ANN模型進行聲景評價時，為了能夠更好地解釋模型的物理意義，并對模型進行修正，還應結合主觀評價以及統(tǒng)計學方法。

4 結語

本文通過對西山文化小鎮(zhèn)聲景設計方法的闡述，達到對北京特色文化聲色并茂闡釋的效果。對聲景中存在的前景音、背景音、信號音的聲音類型，以及時間和文化意義的聲景形態(tài)的良好設計，會使人們降低疲勞感，創(chuàng)造良好的旅游環(huán)境，優(yōu)化北京特色文化內(nèi)涵，達到提高旅游文化品質(zhì)的目的。將音樂聲學、景觀設計、虛擬聲場等多學科研究方法統(tǒng)一，結合人文歷史特征的提取，以北京文化為載體，集中北京的人文歷史特征與聲音之間的關聯(lián)性，提高特色文化區(qū)域的環(huán)境，希望對建立一套適合北京特色文化的聲景體系有借鑒作用。

注釋：

① https：//www.iso.org/standard/52161.html

② 李琳琳. 中國古典建筑聲景藝術研究[D]. 中央音樂學院,2013.

③ 陳名杰. 西山文化帶文化傳承與創(chuàng)新對策建議[J]. 前線,2016(11).

④ 陶波. 我國聲景領域發(fā)展現(xiàn)狀研究[D]. 中國音樂學院,2017.