李 勝 馮 星 陳 坤

以日本為代表的發(fā)達(dá)國家對(duì)風(fēng)景道、聲景觀的研究和建設(shè)，極大地促進(jìn)了中國音樂公路的發(fā)展。但由于國內(nèi)技術(shù)落后與缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致音樂道路尤其是彎道上出現(xiàn)設(shè)計(jì)的缺陷。本文通過分析音樂公路成音的基本原理，提出音樂公路彎道路面的理論與實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；尤其由于彎道兩側(cè)的長度不等、汽車兩側(cè)輪胎速度差的原因，實(shí)際施工過程中要注意凹槽間距與寬度需隨著彎道弧度而進(jìn)行變化。

音樂公路；彎道技術(shù)；風(fēng)景園林；設(shè)計(jì)探索

1 國內(nèi)外音樂公路發(fā)展?fàn)顩r

1.1 國外音樂公路的發(fā)展

1984年，法國人Schmidt Alex，提交了一項(xiàng)關(guān)于汽車道路路面產(chǎn)生音樂的發(fā)明，并于1988年5月獲得法國專利局批準(zhǔn)。發(fā)明人在道路上塑造等間隔的凹陷或凸起，并將其以直線、曲線、虛線或網(wǎng)格的方式進(jìn)行平面布置；使用汽車的速度、凹陷或凸起的等距離布置，計(jì)算汽車產(chǎn)生的周期性頻率，并將其與歌曲中某個(gè)音符的音頻頻率相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)音符音頻的發(fā)出。同時(shí)發(fā)明人還較為周全地考慮了不同布置形式：采取凹陷或凸起變化，在垂直于道路方向上布置多條等寬但不同凹陷（或凸起）尺度的路面結(jié)構(gòu)，使得駕駛?cè)丝梢赃x擇不同音符的組合[1]。

1. 北海道標(biāo)津町町道音樂公路

2. 河南省長葛市音樂公路

2004年11月，篠田興業(yè)公司在日本北海道標(biāo)津町町道，建設(shè)成世界上第一條真正意義上的音樂道路（圖1），并實(shí)現(xiàn)通車。其全長500 m，以“知床旅情”為演奏曲。該公司通過在道路上切割等間隔的方形凹槽，其單位凹槽尺寸與凹槽間隔構(gòu)成的振動(dòng)波長由汽車速度除以目標(biāo)音符頻率得到。篠田靜男2005年將音樂道路的建設(shè)方法申請(qǐng)專利，并于2006年獲得國際專利的批準(zhǔn)，2011年獲得日本專利的批準(zhǔn)，同時(shí)在2005年將Melody road申請(qǐng)了商標(biāo)專利，2006年獲得批準(zhǔn)[2-5]。

隨后音樂道路建設(shè)進(jìn)入發(fā)展高峰時(shí)期，日本、韓國、美國、中國等主要國家開始陸續(xù)建設(shè)音樂道路，尤其以日本居多，達(dá)到30多條音樂道路，分布于日本全國各地[6]。中國也已經(jīng)建設(shè)了五處音樂道路。以上井噴式的實(shí)例建設(shè)，意味著音樂道路路面建設(shè)已經(jīng)迎來了新的發(fā)展時(shí)期。

2019年7月，在加拿大蒙特利爾舉辦的第26屆國際聲與振動(dòng)大會(huì)（ICSV）上，Alex Tucker等人再一次就音樂道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)置進(jìn)行了研究。比較了當(dāng)前三種路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案：正弦型瀝青路面輪廓線；“兩級(jí)”瀝青路面輪廓線；“三級(jí)”瀝青路面輪廓線。利用汽車行駛產(chǎn)生的振動(dòng)音頻，使用MATLAB對(duì)記錄的振動(dòng)進(jìn)行分析，計(jì)算每個(gè)孤立音符的FFT。得出“兩級(jí)”瀝青路面輪廓線（即在路面進(jìn)行垂直割槽或凸起的道路形式）中固定的凹槽寬度與固定凹槽間距不相等時(shí)，是綜合施工便易性與發(fā)聲效果的最好實(shí)施方案，雖然其固定的凹槽寬度與固定的凹槽間距相等時(shí)，發(fā)聲效果優(yōu)于前者不相等的情況，但由于后者會(huì)導(dǎo)致凹槽寬度在每個(gè)音符間產(chǎn)生變化，不易于施工，因此不作為常用方案[7]。

綜上所述，國外音樂道路經(jīng)過數(shù)十年的理論發(fā)展，以日本建設(shè)第一條音樂道路為代表，才真正把音樂公路建設(shè)推到了前臺(tái)，極大地促進(jìn)了其在世界各國的建設(shè)發(fā)展，推動(dòng)了音樂道路的繁榮發(fā)展。

1.2 國內(nèi)音樂公路的發(fā)展

中國的音樂道路路面技術(shù)研究在借鑒日本等國外的專利技術(shù)基礎(chǔ)上，現(xiàn)今具有一定的理論積淀，但其理論實(shí)踐驗(yàn)證剛開始起步，設(shè)計(jì)、施工、機(jī)械、工序仍在磨合階段，其中的問題和難題還需要各方專業(yè)人士共同解決。

在聲景觀設(shè)計(jì)方面，國內(nèi)聲景觀自身處于發(fā)展階段，同時(shí)更多的是集中于公園等面狀區(qū)域的評(píng)價(jià)研究[8-9]。聲景觀理論研究涉及到道路景觀設(shè)計(jì)的相關(guān)研究較少，而其中屬于聲景觀中的分支——音樂道路景觀營造就更未開始系統(tǒng)研究。加上聲景觀對(duì)道路交通噪聲控制具有積極作用，是道路交通噪音控制的發(fā)展方向，音樂道路發(fā)展還是具有廣泛的應(yīng)用前景。

在建設(shè)實(shí)例方面，直到2013年，北京路新大成景觀建筑工程有限公司在日本篠田興業(yè)公司專利授權(quán)及技術(shù)幫助下，才于河南省長葛市建成國內(nèi)首條音樂道路[10]（圖2）。并相繼在2014年于山東省煙臺(tái)市（圖3）、2016年于北京市千靈山景區(qū)建設(shè)了全國第二條與第三條音樂道路[11-12]（圖4）。除此之外，2019年，棗莊市順達(dá)公路工程有限公司在山東省棗莊市山亭區(qū)馮卯巖馬湖景區(qū)建設(shè)了與全國第三條音樂道路相同的音樂曲目——《歌唱祖國》的全國第四條音樂公路。同年北京路新大成景觀建筑工程有限公司在新疆木壘哈薩克自治縣馬圈灣風(fēng)景區(qū)建成曲目為《新疆是個(gè)好地方》的全國第五條音樂公路[13]。

3. 山東省煙臺(tái)市音樂公路

4. 北京市千靈山景區(qū)音樂公路

5. 線路寬窄不一

6. 線路歪斜

7. 凹槽局部深度不均

1.3 國內(nèi)外音樂公路發(fā)展現(xiàn)狀小結(jié)

通過國內(nèi)外研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，音樂道路路面建設(shè)技術(shù)已經(jīng)具有一定的積累，國內(nèi)外具有較多的建設(shè)案例，其中以日本為 代表的發(fā)達(dá)國家對(duì)于風(fēng)景道與聲景觀研究，極大地促進(jìn)了風(fēng)景道與聲景觀在國內(nèi)的發(fā)展，由此帶動(dòng)了聲景觀下音樂道路的研究與建設(shè)。我國在日本音樂道路路面技術(shù)的輸出下，建設(shè)了五條音樂道路，帶動(dòng)了國內(nèi)音樂道路的發(fā)展。

由于國內(nèi)目前的音樂道路建設(shè)缺乏相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)，尚處于摸索起步階段，造成理論與施工環(huán)節(jié)部分脫節(jié)。如在道路施工時(shí)，人工操作機(jī)械從一側(cè)推著路面刻槽機(jī)向另一側(cè)移動(dòng)來刻制凹槽，會(huì)產(chǎn)生一定的施工誤差（圖5～圖7），尤其是彎道路面的誤差更為明顯，例如線路寬度不均、線路歪斜、凹槽局部深度不均的施工誤差，造成音頻發(fā)聲受到影響。本文將針對(duì)這些問題，通過分析音樂公路成音的基本原理，提出音樂公路彎道路面的發(fā)聲優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以此為中國音樂公路建設(shè)起到一定的幫助和促進(jìn)作用。

2 音樂公路的基本原理

2.1 音樂公路成音的原因

音樂道路是在機(jī)動(dòng)車道的道路接觸面層上設(shè)計(jì)一段由多個(gè)不同間隔的凹型或凸型結(jié)構(gòu)組合單元，供機(jī)動(dòng)車以固定的設(shè)計(jì)時(shí)速行駛過上述單元，機(jī)動(dòng)車輪胎接觸路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生特定的振動(dòng)與音頻，將多個(gè)單元產(chǎn)生的多個(gè)特定音頻組合成音樂的道路形式。因此音樂道路的聲音的產(chǎn)生是由于汽車沿道路行進(jìn)方向上滾動(dòng)的輪胎與道路凹槽結(jié)構(gòu)接觸，引起汽車規(guī)律振動(dòng)而產(chǎn)生的固定音頻（圖8）。

2.2 音符的時(shí)值與對(duì)應(yīng)的施工距離

2.3 與音符頻率對(duì)應(yīng)的溝間隔設(shè)計(jì)

當(dāng)設(shè)計(jì)車速按照道路需求設(shè)置后，車速v與凹槽間隔L和凹槽產(chǎn)生的振動(dòng)頻率f對(duì)應(yīng)的關(guān)系為：v（m/s）=L（m）×f（Hz）。道路速度的確定需要結(jié)合具體道路需求與道路的法律法規(guī)要求進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。

2.4 各音符對(duì)應(yīng)音頻的確定

在凹槽寬D和車輛速度V一定的情況下，音頻會(huì)隨著凹槽間隔L的長短產(chǎn)生變化。L短時(shí)，產(chǎn)生的音頻高（高音），即每秒振動(dòng)的次數(shù)多；L長時(shí)，產(chǎn)生的音頻低（低音），即每秒汽車振動(dòng)的次數(shù)少（圖9）。凹槽間隔L一定的情況下，音量（通常指響度，以分貝形式表示）會(huì)隨著凹槽寬D的變化而變化。D變小時(shí)，音量隨之變??；D變大時(shí)，音量隨之變大（圖10）。

表1 D調(diào)下音符頻率對(duì)照率

3 彎道路面的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

3.1 音樂公路的類型劃分

根據(jù)在平面道路一側(cè)行駛方向上的音樂道路結(jié)構(gòu)是否是整幅寬度路面布置，音樂公路可分為整幅式音樂道路結(jié)構(gòu)（圖11）與部分式音樂道路結(jié)構(gòu)（圖12）。

整幅式音樂道路，音樂道路結(jié)構(gòu)布滿單側(cè)道路寬度，滿足汽車雙側(cè)輪胎均行駛在其結(jié)構(gòu)上，此時(shí)駕駛?cè)丝梢暂^為自由地行駛而不用擔(dān)心控制輪胎脫離音樂道路結(jié)構(gòu)，同時(shí)雙側(cè)輪胎均行駛在音樂道路結(jié)構(gòu)上，會(huì)增強(qiáng)音頻發(fā)出的響度與效果，可以較為穩(wěn)定地持續(xù)輸出音樂韻律。

8. 凹槽結(jié)構(gòu)發(fā)音示意圖

9. 間隔L變化圖

10. 凹槽寬度D變化圖

11. 整幅式音樂道路

12. 部分式音樂道路

13. 直線路面設(shè)計(jì)示意圖

部分式音樂道路，采取40～70 cm左右寬度的路面結(jié)構(gòu)，布置于行駛道路邊緣處（路肩范圍以內(nèi)）。此時(shí)駕駛?cè)丝梢愿鶕?jù)自身需要，將汽車單側(cè)輪胎行駛上或者不行駛上路面結(jié)構(gòu)，給予車內(nèi)人員選擇性，同時(shí)將原本整幅路面寬度的路面結(jié)構(gòu)縮短至40～70 cm，極大地減少了工程量，適合工期緊的道路工程使用。但有限寬度的道路結(jié)構(gòu)，增加了駕駛?cè)藛T為維持音頻不斷發(fā)出要將輪胎始終行駛在音樂道路結(jié)構(gòu)的操作難度，這也就意味著有音樂韻律中斷的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 典型的直線路面設(shè)計(jì)方法

直線路面設(shè)計(jì)在此以整幅式道路布置類型來說明（部分式布置類型同理）。直線路面由于道路兩側(cè)的線形長度相等，汽車兩側(cè)輪胎不會(huì)產(chǎn)生速度差。因此在設(shè)計(jì)凹槽的間距和凹槽的寬度時(shí)，無需改變其各自的大小，可以按照設(shè)計(jì)的固定尺寸布置于道路之上。同時(shí)各音符兩側(cè)對(duì)應(yīng)的施工距離相等，即S1=S1’，S2=S2’（圖13）。

3.3 彎道路面設(shè)計(jì)方法

彎道路面設(shè)計(jì)與直線路面設(shè)計(jì)具有較大差別。由于彎道內(nèi)側(cè)與外側(cè)的長度不等，內(nèi)側(cè)長度小于外側(cè)長度，這就造成了汽車要在同樣的時(shí)間通過不同的距離，而這使得汽車內(nèi)側(cè)輪胎速度小于外側(cè)輪胎速度，即輪胎速度差產(chǎn)生的原因。正是基于彎道兩側(cè)長度不等、汽車兩側(cè)輪胎速度差，音樂道路理論上的凹槽間距和凹槽寬度，以及彎道兩側(cè)的施工距離都會(huì)隨之變化。如果不隨彎道的弧度進(jìn)行變化，采取同直線路面同樣的設(shè)計(jì)方法，會(huì)造成一定的音頻變化，不能精確地再現(xiàn)對(duì)應(yīng)音符的頻率。但由于理論上的凹槽設(shè)置方式以現(xiàn)今的施工技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)，故而本文綜合實(shí)際情況總結(jié)出兩種可以克服與理論差異帶來的音頻變化的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

3.3.1 理論彎道路面設(shè)計(jì)方法

理論彎道路面設(shè)計(jì)就是音樂道路凹槽的間距與寬度都隨著道路的弧度變化而變化，使得汽車兩側(cè)的輪胎能夠同時(shí)行駛在任意一條凹槽之上，發(fā)出與理論設(shè)計(jì)相同的音頻。同時(shí)由于理論的凹槽間隔和凹槽寬度受到固定音頻的限制，是一個(gè)固定的值，因此在凹槽結(jié)構(gòu)上，需要用彩色熱熔漆畫出車輛行駛的路線軌跡，以獲得最佳的音樂韻律感受，同時(shí)以彩色熱熔漆標(biāo)識(shí)在道路內(nèi)側(cè)的中線作為凹槽間隔L與寬度D的設(shè)計(jì)路線，此時(shí)L與D是一段沿弧度變化的弧線（圖14）。

3.3.2 實(shí)際彎道路面設(shè)計(jì)方法一

理論彎道路面凹槽的間隔和寬度會(huì)隨道路弧度變化而不斷變化?？紤]現(xiàn)有的施工技術(shù)，難以實(shí)現(xiàn)這樣精確的道路凹槽與間隔變化。因此在實(shí)際的音樂道路施工時(shí)，往往采取分割法，即將一段多個(gè)音符的弧度通過施工距離S分割成數(shù)段折線來解決彎道設(shè)計(jì)問題，其中每個(gè)音符的凹槽間隔與寬度不變。此種方式施工較為方便，但是并沒有解決由彎道車輛速度差帶來的音頻變化問題（圖15）。

3.3.3 實(shí)際彎道路面設(shè)計(jì)方法二

通過將弧度分割成數(shù)段折線完成彎道設(shè)計(jì)，但由于汽車兩側(cè)輪胎速度差會(huì)造成兩側(cè)前輪或后輪輪胎不能同時(shí)接觸或駛出一個(gè)凹槽寬度與間隔，導(dǎo)致左右輪胎產(chǎn)生的音頻不一致。故而筆者結(jié)合國內(nèi)外研究，提出采取部分式的道路布置來解決此問題。在分割法的基礎(chǔ)上將音符沿垂直于道路行進(jìn)方向上的寬度設(shè)計(jì)為40～70 cm，并布置于道路的邊緣一側(cè)，使汽車單側(cè)輪胎接觸凹槽結(jié)構(gòu)，這樣就避免了音頻變化。由于汽車輪胎有14.5～28.5 cm的寬度，使得單個(gè)汽車輪胎在經(jīng)過彎道時(shí)，輪胎內(nèi)側(cè)與外側(cè)依舊存在速度差異（外側(cè)的大于內(nèi)側(cè)的），但是單個(gè)輪胎寬度造成的速度差相較于上述方法——基于車輛左右輪胎中心距間距（140～180 cm）的速度差，有了較大的改善，其產(chǎn)生經(jīng)過同一凹槽間隔和寬度的時(shí)間可以忽略不計(jì)。部分式的分割布置形式，具有較好的消除頻率變化的作用（圖16）。

14. 理論彎道路面設(shè)計(jì)示意圖

15. 實(shí)際彎道路面設(shè)計(jì)示意圖一

16. 實(shí)際彎道路面設(shè)計(jì)示意圖二

4 結(jié)語

音樂道路是在汽車行駛過程中，通過輪胎與路面工程設(shè)施接觸振動(dòng)，產(chǎn)生不同節(jié)奏頻率的組合，從而形成音樂。針對(duì)路面工程技術(shù)的相關(guān)概念早在1937年就被提出，但是中國由于起步較晚，關(guān)注度較少等一系列原因，還停留在專利技術(shù)等基礎(chǔ)理論研究方面，僅出現(xiàn)的實(shí)例建設(shè)也是作為藝術(shù)設(shè)計(jì)裝置，深入研究與實(shí)例建設(shè)未得到長足發(fā)展。慶幸的是，伴隨著景觀在道路建設(shè)中的重要性不斷加強(qiáng)，促進(jìn)了道路景觀以及道路聲景觀的結(jié)合發(fā)展，國內(nèi)音樂道路的建設(shè)也必將迎來良好的發(fā)展機(jī)遇。