彭 然，粟春燕，徐 偉*

1.武漢工程大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.廣州艾濾聲聲學(xué)技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510000

中國(guó)傳統(tǒng)宗祠戲場(chǎng)以庭院式的觀演空間居多，其聲學(xué)特征與全開(kāi)敞的露天觀演空間和全封閉的廳堂觀演空間均有所不同：較之于前者，在庭院式觀演空間內(nèi)觀眾能夠接受到來(lái)自四面墻壁的部分反射聲，使之獲得更好的聽(tīng)音效果；較之于后者，在庭院式無(wú)頂空間中向上輻射的聲能會(huì)全部散失，最終形成不同于一般封閉空間的特殊混響場(chǎng)，也導(dǎo)致其產(chǎn)生的聽(tīng)音效果與在封閉空間中完全迥異。

進(jìn)行宗祠戲場(chǎng)的聲環(huán)境研究，并分析其作為中國(guó)傳統(tǒng)戲曲演出場(chǎng)所的一系列相關(guān)聲學(xué)指標(biāo)以明確其聲場(chǎng)特征，這對(duì)于當(dāng)代中國(guó)民族觀演建筑的聲學(xué)設(shè)計(jì)具有很高的參考價(jià)值。近年來(lái)，部分專家、學(xué)者對(duì)我國(guó)各類庭院式戲場(chǎng)進(jìn)行了一系列聲學(xué)指標(biāo)的測(cè)量，并得出了許多具有啟發(fā)性的結(jié)論：如楊陽(yáng)等對(duì)山西傳統(tǒng)神廟戲場(chǎng)的聲環(huán)境測(cè)量［1］；張龍等［2］對(duì)德和園大戲樓等皇家觀演建筑的聲場(chǎng)對(duì)比測(cè)試與分析；劉海生等［3］對(duì)典型的庭院式戲場(chǎng)的音質(zhì)測(cè)試與分析。在以大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)的情況下，王季卿［4-5］、莫方朔［6］等對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)庭院戲場(chǎng)的聲學(xué)特征進(jìn)行了綜合歸納，主要涉及亭式舞臺(tái)的演唱效果、庭院戲場(chǎng)的混響感、不同戲場(chǎng)布局的聲場(chǎng)強(qiáng)度變化、伴奏樂(lè)隊(duì)位置變遷的聲學(xué)效果以及古代歷史中曾在舞臺(tái)下設(shè)甕助聲問(wèn)題的探究等，此外楊陽(yáng)［7-9］、蘭俊鑫等［10］基于科技史觀對(duì)古代戲場(chǎng)建筑聲環(huán)境營(yíng)造中的諸多傳統(tǒng)手法進(jìn)行了研究。但是，當(dāng)前基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)戲場(chǎng)的聲環(huán)境研究在國(guó)內(nèi)尚還處于欠缺狀態(tài)，而相比于實(shí)地測(cè)量，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的合理運(yùn)用對(duì)于未來(lái)民族觀演建筑設(shè)計(jì)中各類聲學(xué)指標(biāo)的預(yù)判更有價(jià)值。

本文采用建筑聲場(chǎng)仿真軟件Odeon4.0，以湖北省紅安縣吳氏宗祠為例對(duì)其典型的庭院戲場(chǎng)進(jìn)行聲環(huán)境模擬，得出并分析其一系列關(guān)系聽(tīng)音品質(zhì)的主客觀評(píng)價(jià)值，然后探討此類聲環(huán)境能否給人以良好的聽(tīng)音感受，最后提出自己關(guān)于傳統(tǒng)戲場(chǎng)的聲環(huán)境與我國(guó)戲曲演出特點(diǎn)之間內(nèi)在聯(lián)系及其相互適應(yīng)問(wèn)題的見(jiàn)解。

1 吳氏宗祠及其戲樓的建筑概況

吳氏宗祠始建于清乾隆二十八年（1763），后毀于火災(zāi)，又于清同治十年（1781）和光緒二十八年（1902）兩次重建，目前建筑整體保存良好，為湖北省重點(diǎn)文物保護(hù)單位。戲樓位于吳氏宗祠的第一進(jìn)，坐南朝北，并與宗祠的正殿相對(duì)，中間形成了約160 m2的庭院作為觀演空間，其兩側(cè)為看樓，并通過(guò)連廊和戲樓本體直接相通［11-12］。

戲樓的正中掛有金字匾額，名“觀樂(lè)樓”（見(jiàn)圖1）。其建筑主體為木結(jié)構(gòu)，色紅如鐵，平面為“凸”字形，分設(shè)前后臺(tái)，中間有板壁與左右兩上下場(chǎng)門(mén)相連。戲樓的前臺(tái)為重檐歇山灰瓦頂，面闊8 m，進(jìn)深5.7 m，臺(tái)面有木制直欞欄桿，檐下施九踩如意斗拱，正脊中置三層塔形寶頂；后臺(tái)則為硬山灰瓦頂，面闊15.6 m，進(jìn)深6 m。

2 建筑聲場(chǎng)仿真軟件Odeon 簡(jiǎn)介

Odeon 軟件的基礎(chǔ)是幾何聲學(xué)，其由虛聲源法與聲線跟蹤法相結(jié)合進(jìn)行計(jì)算機(jī)聲場(chǎng)模擬并具備可聽(tīng)化功能。該軟件廣泛運(yùn)用于工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究領(lǐng)域，能夠?qū)缀涡误w較為復(fù)雜的劇院、音樂(lè)廳、教堂、地鐵站及各類室外場(chǎng)所進(jìn)行仿真模擬。Odeon 的計(jì)算模型可以由3D 設(shè)計(jì)軟件SketchUp 或其他Cad 軟件導(dǎo)入，并在將各個(gè)建筑界面均賦予參數(shù)后通過(guò)仿真得出諸如混響時(shí)間t30、早期衰變時(shí)間tEDT、A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)LPA、A 計(jì)權(quán)后期側(cè)向聲壓級(jí)LPLLA、語(yǔ)言傳輸指數(shù)GSTI、明晰度C80、早期側(cè)向能量因子HLF等一系列聲學(xué)研究所需的指標(biāo)值。其輸出結(jié)果除以上指標(biāo)值還包括聲音的空間分布圖、聲音傳播的GIF動(dòng)畫(huà)以及雙耳或環(huán)繞可聽(tīng)化音效等。

3 研究模型的建立與相關(guān)參數(shù)設(shè)定

吳氏宗祠的戲場(chǎng)模型采用自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件Autocad 建立，以三維面處理工具3Dface 定義平面，其觀演空間限定于戲樓、兩側(cè)看樓、宗祠正殿以及由此圍合而成的室外院落。中國(guó)傳統(tǒng)的戲曲唱腔力求聲音洪亮悠長(zhǎng)，因此聲源選擇指向舞臺(tái)正前方的高聲調(diào)語(yǔ)言聲“Talkraise”。聲源位于戲樓前臺(tái)的正中央，參照我國(guó)人體的平均高度取1.5 m，加之戲樓本身的3 m 臺(tái)高，聲源距離地面總高度為4.5 m。

吳氏宗祠的主體結(jié)構(gòu)為木質(zhì)薄板，僅其外部圍以抹灰磚墻，根據(jù)以上材質(zhì)在仿真中選擇了相應(yīng)的吸聲系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)［13］，而庭院上部的無(wú)頂空間則直接設(shè)置為全吸聲面。另根據(jù)吳氏宗祠的管理人員介紹，以往戲曲演出時(shí)宗祠內(nèi)常座無(wú)虛席，因此觀眾區(qū)域設(shè)置為滿場(chǎng)狀態(tài)（見(jiàn)表1）。

模型中共設(shè)置聲線15 000 條，脈沖響應(yīng)的采樣間隔為1.5 ms，背景噪聲采用NR-20 標(biāo)準(zhǔn)［6］。在觀眾區(qū)內(nèi)一共設(shè)置了13 個(gè)受聲點(diǎn)（見(jiàn)圖2），點(diǎn)1、2、4、5、6、7、8、9、10、11 位于戲場(chǎng)的首層，在考慮人的平均坐高后將其高度設(shè)置為1.25 m，這其中點(diǎn)1、2、7、8 位于宗祠的正廳內(nèi)，點(diǎn)4、5、6、9、10、11 位于露天的庭院之中；點(diǎn)13、3、12 則位于庭院一側(cè)的看樓之上，為有頂空間，受聲點(diǎn)的高度設(shè)置為4.5 m。另外點(diǎn)1、2、4、5、6 位于戲場(chǎng)的中軸線之上，其余受聲點(diǎn)則均勻分布在戲場(chǎng)的東側(cè)，因吳氏宗祠在空間布局上遵循嚴(yán)格的中軸對(duì)稱，故其西側(cè)的聲音分布基本可參照東側(cè)的數(shù)據(jù)直接獲取。在對(duì)13 個(gè)具體受聲點(diǎn)位的各聲學(xué)指標(biāo)進(jìn)行詳盡模擬外，模型中還在建筑首層的整個(gè)觀眾區(qū)內(nèi)距離地面1.25 m 的坐席耳平面上以0.2 m×0.2 m 劃分了網(wǎng)格，以模擬得出由不同色塊所表示的各個(gè)聲學(xué)指標(biāo)值在整個(gè)觀眾區(qū)內(nèi)的分布與變化情況。

4 模擬結(jié)果及分析

4.1 混響時(shí)間t30和早期衰變時(shí)間tEDT

由模擬結(jié)果可知各受聲點(diǎn)的t30和tEDT值差異很大（見(jiàn)表2～3），這主要是因?yàn)樵撟陟魬驁?chǎng)為無(wú)頂?shù)陌腴_(kāi)敞空間，因此其不同于均勻的擴(kuò)散場(chǎng)，混響公式無(wú)法完全適用，戲場(chǎng)中的混響體驗(yàn)僅局限在少數(shù)早期反射聲所形成的效果上。此類場(chǎng)所中后期反射聲多難以為繼，因此早期反射聲對(duì)于聽(tīng)音起著重要的主導(dǎo)作用，故而tEDT較之于t30是更為合理的音質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

由圖3 可知t30的混響時(shí)間頻率特性曲線較平直，低頻段的混響時(shí)間也很短，這主要是因?yàn)閰鞘献陟糁黧w為木質(zhì)薄板結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造形式對(duì)于低頻聲的吸收效果明顯；而tEDT反映的是早期反射聲所產(chǎn)生的混響效果，木質(zhì)薄板結(jié)構(gòu)對(duì)于低頻聲的吸收效應(yīng)尚不明顯，因此其頻率特性曲線呈現(xiàn)中低頻段略有提高的態(tài)勢(shì)。點(diǎn)1、2、7、8 因位于室內(nèi)，其tEDT值較之開(kāi)敞庭院中的點(diǎn)4、5、6、9、10、11 和看樓上的點(diǎn)3、12、13 略大，這說(shuō)明圍合空間能夠產(chǎn)生更好的混響體驗(yàn)。但是這13 個(gè)受聲點(diǎn)的tEDT值在總體上都偏小，多在1.5 s 以內(nèi)，高頻段更是普遍降至了1 s 以內(nèi)，其原因除開(kāi)敞的庭院空間導(dǎo)致聲能散失外，也在于建筑主體的木質(zhì)薄板結(jié)構(gòu)和滿場(chǎng)觀眾席分別對(duì)低頻和高頻聲有較多的吸收。其中點(diǎn)6 和11 的tEDT值最小，主要因?yàn)檫@2 個(gè)點(diǎn)基本位于庭院正中心，導(dǎo)致其能夠接收到的早期反射聲極為有限，造成了混響感的缺失。

表2 各受聲點(diǎn)的混響時(shí)間值匯總Tab.2 Summary of reverberation time values of each sound receiving points

表3 各受聲點(diǎn)的早期衰變時(shí)間值匯總Tab.3 Summary of early decay time values of each sound receiving points

圖3 不同倍頻帶下各受聲點(diǎn)的混響時(shí)間和早期衰變時(shí)間均值變化曲線Fig.3 Mean value curves of reverberation time and early decay time of each sound receiving point in different octave

4.2 A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)LPA與A計(jì)權(quán)后期側(cè)向聲壓級(jí)LPLLA

根據(jù)圖4 中A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)LPA與A 計(jì)權(quán)后期側(cè)向聲壓級(jí)LPLLA在觀眾區(qū)的數(shù)值分布可知聲源的指向性對(duì)于聽(tīng)音效果的影響極為明顯，其表現(xiàn)在舞臺(tái)兩側(cè)區(qū)域的LPA值普遍在40 dB 以下，較之于庭院中央驟降了約15 dB，已產(chǎn)生了嚴(yán)重的音質(zhì)缺陷。舞臺(tái)正前方貼近臺(tái)口處的LPA值也較低，這主要是因?yàn)槲枧_(tái)位于戲樓二層，故其正下方同樣處于聲源的指向性范圍之外，難以獲得良好的聽(tīng)音體驗(yàn)。除了以上特殊點(diǎn)位，整個(gè)觀眾區(qū)的LPA值總體上隨著與聲源距離的增大而衰減，在庭院中基本可以達(dá)到48 dB 以上，而正廳中則普遍位于44～48 dB 之間。

圖4 觀眾區(qū)聲壓級(jí)分布：（a）A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，（b）A 計(jì)權(quán)后期側(cè)向聲壓級(jí)Fig.4 Distribution of sound pressure level in audience area：（a）A-weighting sound pressure level and（b）A-weighting late lateral sound pressure level

語(yǔ)言聲級(jí)一般要達(dá)到50～65 dB，且信噪比達(dá)到10 dB 以上才能夠使人獲得較清晰的聽(tīng)音體驗(yàn)；而音樂(lè)聲級(jí)則標(biāo)準(zhǔn)更高，往往需要達(dá)到75～96 dB才能夠?qū)崿F(xiàn)演出效果［6］。雖然通過(guò)模擬可知在人的正常發(fā)音情況下吳氏宗祠戲場(chǎng)無(wú)法滿足以上的聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，但是在我國(guó)傳統(tǒng)戲曲演出中演員聲音十分洪亮，其聲功率值往往會(huì)超過(guò)模型中所采用的TALKRAISE 聲源，因此其觀眾區(qū)內(nèi)的聲壓級(jí)分布預(yù)計(jì)可以滿足正常的演出要求。另一方面，該模型中整個(gè)觀眾區(qū)的LPLLA值分布比較均勻，但是基本都在40 dB 以下，可見(jiàn)戲場(chǎng)中的后期側(cè)向聲能獲得情況普遍不佳。

4.3 語(yǔ)言傳輸指數(shù)GSTI和明晰度C80

根據(jù)圖5 中語(yǔ)言傳輸指數(shù)GSTI在觀眾區(qū)的數(shù)值分布可知庭院中的語(yǔ)言清晰度是最好的，其值可達(dá)到0.60 以上，在語(yǔ)言清晰度評(píng)價(jià)體系中屬于“良”和“優(yōu)”的標(biāo)準(zhǔn)，這主要與該區(qū)域離聲源較近而獲得了較強(qiáng)的直達(dá)聲且其在開(kāi)敞的空間內(nèi)能夠大幅度避免混響的干擾有關(guān)，但是舞臺(tái)兩側(cè)由于聲源的指向性因素導(dǎo)致GSTI數(shù)值明顯偏低至0.40以下。正廳中部的GSTI值同樣不夠理想，但正廳兩側(cè)的GSTI值較高，這主要是因?yàn)槁曇魝髦琳龔d后直達(dá)聲的強(qiáng)度早已減弱至難以給予人清晰的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)，這種情況下由側(cè)墻處所帶來(lái)的后期反射聲反而能夠增強(qiáng)語(yǔ)言的清晰度。

位于宗祠正廳中央?yún)^(qū)域的受聲點(diǎn)1、2、7、8 的C80值最低，從這4 個(gè)點(diǎn)的脈沖響應(yīng)圖和前次反射聲時(shí)間圖譜可以看出其接收的早期反射聲相比于后期反射聲明顯不足。而位于庭院和看樓上的其他9 個(gè)受聲點(diǎn)所接收到的直達(dá)聲強(qiáng)度更大，且混響時(shí)間較短，因此其C80值更為理想。

圖5 （a）觀眾區(qū)語(yǔ)言傳輸指數(shù)的分布，（b）早期側(cè)向能量因子的分布Fig.5 Distribution of（a）Language transmission index，（b）early lateral energy factor

除此之外也可看出在整個(gè)觀眾區(qū)內(nèi)低頻段的C80值普遍低于高頻段的C80值（見(jiàn)表4），但是這對(duì)于中國(guó)傳統(tǒng)的戲曲演出影響并不大，因?yàn)楦鲃》N的唱腔基本都是以高音為主，這也正是中國(guó)古代戲場(chǎng)在不使用擴(kuò)音設(shè)備的情況下也能使后部觀眾聽(tīng)清唱詞的原因之一。

4.4 早期側(cè)向能量因子HLF

根據(jù)圖5 中早期側(cè)向能量因子HLF在觀眾區(qū)的數(shù)值分布可知庭院中央處的HLF值偏低，這主要是因?yàn)槠渚嚯x側(cè)墻較遠(yuǎn)，所能夠接收到的早期側(cè)向反射聲很少。而位于看樓上的受聲點(diǎn)3、12、13 的HLF值則較高（見(jiàn)表5），說(shuō)明在看樓上觀戲除了能夠獲得更好的視線外，其空間感體驗(yàn)也更佳。

表4 各受聲點(diǎn)的明晰度值匯總Tab.4 Summary of clarity values of each sound receiving point

表5 各受聲點(diǎn)的早期側(cè)向能量因子HLF值匯總Tab.5 Summary of early lateral energy fraction values of each sound receiving point

5 結(jié) 論

由以上模擬結(jié)果可知宗祠中典型的庭院式戲場(chǎng)由于其開(kāi)敞的空間而導(dǎo)致混響時(shí)間較短，且戲曲演出往往會(huì)聚集大量人群，而人群對(duì)高頻聲的吸收效果明顯，因此如果庭院面積較大，則位于庭院后方的觀眾會(huì)感到聲音響度不足。但是中國(guó)傳統(tǒng)戲曲一般以嚴(yán)格的“程式”執(zhí)行演出，演員們活靈活現(xiàn)且略為夸張的舞臺(tái)表演有助于觀眾理解一部分原本需要依靠聲音傳遞的信息［14］。再者，中國(guó)戲曲十分重視唱腔的洪亮與氣息的悠長(zhǎng)，如葉調(diào)元在清道光十九年旅漢時(shí)所作的《漢口竹枝詞》便記載有：“曲中反調(diào)最凄涼，急是西皮緩二黃，倒板高提平板下，音須圓亮氣須長(zhǎng)”。其中“音須圓亮”可彌補(bǔ)位于后場(chǎng)的聽(tīng)眾難以獲得足夠響度感的缺陷，而“氣須長(zhǎng)”則意味著演員唱腔中已經(jīng)帶有一定的混響特征，可平衡觀眾區(qū)內(nèi)混響感不足的問(wèn)題，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)戲曲中本身便夾雜著大量道白，這也要求觀眾區(qū)不能如現(xiàn)代的音樂(lè)廳一樣擁有過(guò)長(zhǎng)的混響時(shí)間。

中國(guó)傳統(tǒng)建筑重視平面上的延伸，而罕見(jiàn)對(duì)于垂直高度的追求，因此其庭院式觀演空間的側(cè)墻往往不高，如果庭院面積過(guò)大則庭院中央很少能夠獲得足夠的早期側(cè)向反射聲，導(dǎo)致庭院中的聲音空間感受容易不足［15］。另一方面，中國(guó)傳統(tǒng)建筑以木構(gòu)居多，木質(zhì)板材對(duì)低頻聲的吸收效果明顯，會(huì)減弱聲音的溫暖感，并導(dǎo)致低頻段的語(yǔ)言清晰度不足，但是中國(guó)傳統(tǒng)戲劇的演唱大量應(yīng)用被稱之為“高調(diào)”的假聲，使得聲音的中高頻能量居多，可以很好的彌補(bǔ)這一缺陷。綜上所述，中國(guó)傳統(tǒng)的建筑空間營(yíng)造與其戲曲演出形式之間是能夠相互契合的。