楊志剛

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海 200011)

0 引言

聲學(xué)設(shè)計(jì)師對(duì)歌劇院進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，大多只是分析舞臺(tái)上的聲源在觀眾廳傳輸?shù)馁|(zhì)量(音質(zhì)效果)，很少?gòu)穆曉幢旧淼慕嵌冗M(jìn)行聲學(xué)研究和設(shè)計(jì)。歌劇院舞臺(tái)上的聲源主要包括歌手和樂隊(duì)。如果歌手和樂隊(duì)的周邊聲學(xué)條件不利于歌手和樂隊(duì)之間的聲能平衡、相互聽聞和房間聲反饋等，那么歌手和樂隊(duì)就難以協(xié)調(diào)演奏出高質(zhì)量的歌劇。如果聲源本身發(fā)出的聲音質(zhì)量就不好，那么觀眾廳的音質(zhì)效果再好，觀眾也不會(huì)欣賞到一場(chǎng)高水平的演出。因此從表演者角度進(jìn)行聲學(xué)研究和設(shè)計(jì)很有必要。

從表演者角度進(jìn)行聲學(xué)研究首先從解開一個(gè)謎團(tuán)開始。在大型歌劇演出中，樂隊(duì)有多達(dá)100 多名樂手進(jìn)行合奏，顯然單個(gè)歌手不可能產(chǎn)生與大型樂隊(duì)相同的聲能。Mackenzie[1]對(duì)5000 名歌劇觀眾的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，觀眾普遍認(rèn)為樂隊(duì)的聲音相對(duì)于歌手來說太大。這個(gè)謎團(tuán)就是：?jiǎn)蝹€(gè)歌手如何超過大型樂隊(duì)的聲能讓觀眾聽到？解開這個(gè)謎團(tuán)需要從樂隊(duì)演奏和歌劇唱法的聲音特點(diǎn)分析開始。

1 樂隊(duì)演奏和歌劇唱法的聲音特點(diǎn)

1.1 樂池內(nèi)樂隊(duì)的聲音特點(diǎn)

從《無線電》雜志制作的圖1 可以看出，樂隊(duì)大多數(shù)樂器的主要發(fā)聲頻率低于2500 Hz。歌劇演出時(shí)樂隊(duì)放在舞臺(tái)前面的下沉式樂池內(nèi)，大多數(shù)觀眾是看不到樂隊(duì)的，樂隊(duì)的演奏聲大多數(shù)是通過繞射和反射傳播到觀眾席。從圖2 樂池內(nèi)聲音在池座觀眾席的衰減量可以看出，高頻聲能要比低頻衰減大[2]，這也導(dǎo)致了歌劇院的樂隊(duì)演奏聲缺乏亮度。因此相對(duì)于音樂廳樂隊(duì)的演奏聲，歌劇院會(huì)缺乏高頻聲，這在歌劇序曲的演奏中是很容易感受到的。

圖1 常用樂器和人聲的頻率范圍Fig.1 Frequency range of common instruments and vocals

圖2 樂池內(nèi)發(fā)聲在池座觀眾席的衰變[2]Fig.2 Reduction of sound level in the pit rail,for two stalls floor rakes[2]

1.2 歌手共振峰

Bartholomew 發(fā)現(xiàn)在歌劇唱法的發(fā)聲頻譜上有一個(gè)異常突出的共振峰[3]，男聲的頻率在2800～2900 Hz，女聲的頻率在3200 Hz，花腔女高音無共振峰。他認(rèn)為喉腔是歌手共振峰的共振源，且這是由歌手在發(fā)聲時(shí)降低喉位而形成的。Sundberg[4]發(fā)現(xiàn)男聲歌劇唱法的歌手共振峰頻率范圍約在2500～3000 Hz之間，給聲音以明亮的音色，是男聲專業(yè)嗓音的典型聲學(xué)特征。他認(rèn)為女高音的聲音沒有歌唱共振峰。

從圖3 可以看出，管弦樂的聲能在1000 Hz 以上會(huì)迅速下降，歌唱共振峰的頻率出現(xiàn)在管弦樂的聲能相對(duì)較弱的地方。Meyer[5]總結(jié)道：在歌手與管弦樂隊(duì)的平衡方面，歌手的強(qiáng)音與歷史上弦樂組的聲能大致相當(dāng)，而管樂組的強(qiáng)音與歌手的聲能峰值大致相當(dāng)。在3000 Hz時(shí)，歌手的共振峰明顯高于管弦樂隊(duì)的聲能，如果沒有這個(gè)共振峰，歌手的聲音將很難超過管弦樂隊(duì)讓觀眾聽到。

圖3 樂隊(duì)和男高音歌唱的頻譜[2]Fig.3 Spectra of orchestral sound and the singing voice[2]

1.3 聲音的指向性模式

應(yīng)該考慮的另一個(gè)方面是歌手聲音的指向性模式。Marshall等[6]測(cè)量的男中音水平和垂直方向的指向性模式如圖4 所示。歌手共振峰主要落在2 kHz 和4 kHz 倍頻程，4 kHz 的大部分能量?jī)H在水平和垂直方向上正前方的±35°范圍內(nèi)，2 kHz 的聲音傳播方向不是在正前方，而是垂直向下20°左右，水平方向在30°～60°。對(duì)女性聲音的有限測(cè)量顯示這種定向峰值在她們身上體現(xiàn)得并不明顯。

圖4 男中音歌手的指向性模式[6]Fig.4 Directivity pattern for a baritone singer[6]

對(duì)于聲學(xué)設(shè)計(jì)而言，歌唱共振峰的存在意味著增強(qiáng)歌手在2500～3000 Hz 頻率的反射可以起到事半功倍的效果。在聲學(xué)設(shè)計(jì)中，聲音的頻率特性多以倍頻程表示，2000 Hz 倍頻程最接近2500～3000 Hz 頻率范圍，所以本文就用2000 Hz 倍頻程的數(shù)據(jù)代表歌手共振峰進(jìn)行比較分析。

2 歌手和樂隊(duì)之間平衡的聲學(xué)設(shè)計(jì)

歌手和樂隊(duì)之間平衡的聲學(xué)設(shè)計(jì)目的就是放大歌手的歌唱聲并適當(dāng)降低樂隊(duì)的演奏聲，使歌手和樂隊(duì)之間的聲音響度聽起來比較平衡。

2.1 放大歌手的歌唱聲

Marshall等[6]根據(jù)歌手聲音的指向性模式，總結(jié)出以下4點(diǎn)建議：

(1) 歌手轉(zhuǎn)角超過40°會(huì)出現(xiàn)明顯的音色差異，超過80°會(huì)變得不利。應(yīng)該使用反射(特別是舞臺(tái)一側(cè)的反射)以盡量減少這些影響。

(2) 歌手面前的舞臺(tái)反射特別有價(jià)值，應(yīng)盡可能加以利用。

(3) 側(cè)面反射可能比頂部反射更有價(jià)值，并且應(yīng)盡可能在歌手視線方向的60°范圍內(nèi)。

(4) 合唱團(tuán)應(yīng)安排在陡峭傾斜的臺(tái)階上，坡度至少為1:1 (=45°)。

把男中音歌手2000Hz 的聲音指向性模式放入某劇院的平剖面圖紙中(見圖5、圖6)，可以更好地理解上述4 點(diǎn)建議，在歌劇院設(shè)計(jì)體形設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)加強(qiáng)2500～3000 Hz頻率的反射。

圖5 男中音歌手(2000 Hz)在劇院平面的聲線分析圖Fig.5 The sound analysis diagram of the baritone singer (2000 Hz) in the theater plan

圖6 男中音歌手(2000 Hz)在劇院剖面的聲線分析圖Fig.6 The sound analysis diagram of the baritone singer (2000 Hz) in the theater section

合理控制臺(tái)口側(cè)墻和吊頂?shù)男螤睿梢云鸬椒糯蟾枋指璩暤男Ч?，特別是2000 Hz 倍頻程的聲級(jí)。例如日本東京新國(guó)立劇場(chǎng)歌劇院將臺(tái)口側(cè)墻和吊頂?shù)男螤钤O(shè)計(jì)成喇叭形(見圖7～9)，稱為“聲喇叭”。紐約大都會(huì)歌劇院(見圖10)的臺(tái)口側(cè)墻和吊頂?shù)男螤钜膊捎昧恕?聲喇叭”形。與世界著名歌劇院的反射聲序列的比較(見圖11，用置于舞臺(tái)上同一個(gè)無指向聲源、池座中部一側(cè)后若干位置的測(cè)點(diǎn))可以看出，雖然中頻500 Hz 差別不大，但是高頻2000 Hz (接近歌唱共振峰頻率)卻有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此東京新國(guó)立劇場(chǎng)歌劇院“聲喇叭”的優(yōu)越性是顯而易見的[7-8]。

圖7 東京新國(guó)立歌劇院的平面圖Fig.7 Plan of the opera house of New National Theatre

圖8 東京新國(guó)立歌劇院的剖面圖Fig.8 Section of the opera house of New National Theatre

圖9 東京新國(guó)立歌劇院的臺(tái)口圖片F(xiàn)ig.9 Proscenium opening picture of the opera house of New National Theatre

圖10 紐約大都會(huì)歌劇院的臺(tái)口Fig.10 Proscenium opening picture of Metropolitan Opera

圖11 東京新國(guó)立歌劇院與世界著名歌劇院的反射聲序列比較[7]Fig.11 Comparison of reflectograms between the opera house of New National Theatre and the world-renowned opera houses[7]

當(dāng)然提高歌手歌唱聲響度的最簡(jiǎn)單辦法就是電聲輔助，即以自然聲歌唱為主，電聲為輔。本文以自然聲作為分析對(duì)象，電聲輔助不展開論述。

2.2 降低樂隊(duì)的演奏聲

降低樂隊(duì)的演奏聲，最簡(jiǎn)單的辦法減小樂隊(duì)的規(guī)模。但是這個(gè)辦法行不通，這要從歌劇的歷史說起。

2.2.1 歌劇關(guān)于樂隊(duì)的發(fā)展史

歌劇一直是一種奢侈的藝術(shù)形式，不僅要花錢請(qǐng)樂隊(duì)，而且要有完備的舞臺(tái)設(shè)施，歌劇演唱家的薪水也很高，歌劇的高花費(fèi)使得早期的表演被限制在宮廷環(huán)境中，規(guī)模也比較小。后來逐漸發(fā)展為公共歌劇院，由于商業(yè)運(yùn)作需要，歌劇院規(guī)模和座位容量擴(kuò)大，歌劇院樂隊(duì)規(guī)模也相應(yīng)擴(kuò)大。Meyer[5]研究了莫扎特時(shí)代和現(xiàn)代的歌手和樂隊(duì)之間平衡是如何變化的。研究表明，要在早期的維也納劇院(規(guī)模比較小)中達(dá)到威爾第要求的聲級(jí)需要20個(gè)弦樂手，而現(xiàn)代大型歌劇院則需要多達(dá)70 個(gè)弦樂手。木管樂器演奏者的數(shù)量則變化不大，因此他們目前的貢獻(xiàn)比莫扎特時(shí)代要相對(duì)弱一些。歌手的輸出聲功率總體也可認(rèn)為保持不變。因此不能簡(jiǎn)單地減小樂隊(duì)的規(guī)模，否則難以達(dá)到歌劇作曲家所要的演奏聲級(jí)，體會(huì)不到高潮時(shí)的激情和震撼。

2.2.2 樂池的聲學(xué)要求和設(shè)計(jì)

采用部分出挑的下沉式樂池可以起到降低樂隊(duì)演奏聲的作用，需要說明的是當(dāng)初設(shè)計(jì)下沉式樂池并不是為了這個(gè)目的。第一個(gè)專門建造的公共歌劇院——圣卡洛劇院1637 年開放時(shí)就采用了下沉式樂池，當(dāng)時(shí)還沒有科學(xué)的聲學(xué)理論。采用部分出挑的下沉式樂池主要出于視覺方面的考慮：一是避免樂隊(duì)及樂譜燈光對(duì)觀眾觀看演出的遮擋和干擾。二是為了演唱者和樂手都能方便地看到指揮，因此樂池就只能放在舞臺(tái)和觀眾席之間，而不可能像中國(guó)戲劇那樣把伴奏樂隊(duì)放在舞臺(tái)的兩側(cè)。三是為了避免舞臺(tái)和觀眾距離較大，面積較大的下沉式樂池采用了部分出挑。

Hidaka等[9]曾對(duì)歐美和日本的21個(gè)歌劇院進(jìn)行了調(diào)查研究，收到21 位歌劇指揮的主觀評(píng)價(jià)，他們對(duì)樂池內(nèi)指揮位置的音質(zhì)評(píng)價(jià)見圖12。

圖12 21 位歌劇指揮對(duì)21 座歌劇院樂池內(nèi)指揮位置的音質(zhì)評(píng)價(jià)[5]Fig.12 Ratings of acoustics as heard at conductors’ position in the pits of 21 opera houses by 21 opera conductors[5]

統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)為良好以上的歌劇院樂池尺寸見表1。Barron[10]推薦了典型歌劇院的樂池尺寸(見圖13)，出挑V為1～2 m，深度D為2.5～3.5 m，欄板高度H為1 m。

圖13 典型歌劇院的樂池尺寸[10]Fig.13 Typical opera house pit dimensions[10]

樂池的出挑尺寸：樂池有少許出挑(相對(duì)于樂池舞臺(tái)下的后墻)對(duì)聲學(xué)有利。拉近歌手和觀眾之間的距離，歌手表演前移，可以提高歌手的直達(dá)聲。二戰(zhàn)以后，在德國(guó)建造的許多歌劇院和美國(guó)紐約大都會(huì)歌劇院大多有1～2 m的出挑。

但是絕大多數(shù)樂手對(duì)在出挑下的樂池內(nèi)演奏感到不滿。意大利阿拉斯卡拉歌劇院樂池的出挑部分是弧形的，最小出挑處約為1.1 m，最大出挑處約3.7 m。白瑞納克[7]訪問了幾位指揮，他們都表示強(qiáng)烈反對(duì)把阿拉斯卡拉式的出挑搞到1.1 m 以上。分析主要原因大概有三：一是空間高度不足感到壓抑；二是如果內(nèi)部不做適當(dāng)吸聲處理，演奏聲級(jí)比較高，會(huì)對(duì)樂手的聽力造成損害；三是出挑下的樂池小空間和觀眾廳的大空間構(gòu)成耦合空間，它的混響特性表現(xiàn)為雙折線衰減，衰減的初始斜率由出挑下的小空間聲學(xué)條件決定，對(duì)應(yīng)的混響時(shí)間僅為0.35～0.7 s；后期的衰變斜率表現(xiàn)為觀眾廳的混響時(shí)間也為1.3～1.6 s，和樂池敞開部分樂手的混響感覺不一樣。

樂池的長(zhǎng)度和深度：歐美歌劇院的樂池，平均長(zhǎng)度一般不超過18 m。樂池的深度為2.5～3.5 m，不宜小于2.5 m[10]，出挑下部的樂池深度需要大一些。樂池最好分成幾塊可以升降，深度可以調(diào)整，主要原因?yàn)椋阂皇沁@一部分的梁尺寸比較大，會(huì)減小凈高；二是深度較小，后排樂手可能看不到指揮的面部表情。Gade等[11]調(diào)查顯示：斯德哥爾摩皇家歌劇院向世界各地的其他劇院發(fā)送了問卷調(diào)查(收到了46 份回復(fù))，75%的歌劇院樂池深度可以調(diào)節(jié)，其中85%使用了該功能，說明樂池分塊升降是很有必要的。調(diào)查還表明：樂池內(nèi)每位樂手所占的平均面積為1.7 m2，最大為2.1 m2，2/3 的樂池因空間不足和聲級(jí)過高而受到批評(píng)，只有位樂手所占面積為2.1 m2的樂池被認(rèn)為具有可接受的聲級(jí)和易于合奏。

樂池的面積及開口寬度：設(shè)計(jì)樂池的面積大小通常是根據(jù)要容納樂隊(duì)的數(shù)量來計(jì)算。Naylor及其同事建議為每位樂手分配1.5 m2的空間(顯著高于早期音樂廳每位樂手占地1.1 m2的值)[10]。但是從上述Gade等[11]的調(diào)查表明這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可能依舊偏小。雖然較大面積的樂池對(duì)演奏的樂隊(duì)比較有利，但是加大了歌手和觀眾之間的距離，降低了歌手的聲能，相當(dāng)于加大了歌手的歌唱聲和樂隊(duì)之間的不平衡。如何調(diào)和這些沖突是新歌劇院的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

一般歌劇院樂隊(duì)的配置多為80～110 人。紐約大都會(huì)歌劇院的樂池最多可容納95 人樂隊(duì)。東京新國(guó)立歌劇院的樂池，舞臺(tái)下的后墻可向后移動(dòng)至9 m，可容納110 人樂隊(duì)[6]。安置80 人的樂隊(duì)，每位樂手占地面積按1.5 m2計(jì)算，樂池的面積約需要120 m2(接近于著名歌劇院的樂池平均面積118 m2)。樂池平均長(zhǎng)度取18 m，則可以計(jì)算出樂池的寬度為6.7 m，略大于著名歌劇院的樂池寬度平均值6.2 m。

但是必須要考慮樂隊(duì)的感受，因此建議樂池按容納80人樂隊(duì)和每位樂手占地面積為1.7 m2(但不必達(dá)到2.1 m2，否則樂池的寬度太大，成為一個(gè)巨大鴻溝)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)。可以計(jì)算出樂池的面積為136 m2，樂池的寬度為7.6 m。如果要容納110人的樂隊(duì)，樂池的后墻可以向后移動(dòng)2.8 m，面積增至187 m2。中國(guó)國(guó)家大劇院的樂池設(shè)置比較符合上述要求。

3 從表演者角度的聲學(xué)研究和設(shè)計(jì)

關(guān)于歌劇院歌手最有價(jià)值的聲學(xué)研究是Marshall等[12]在合成聲場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)歌手對(duì)混響的反應(yīng)最靈敏，而不是特定的早期反射。如果早期反射有幫助的話，它們必須以＜35 ms 的延遲到達(dá)，這意味著反射面距離歌手只有6 m的最大距離。

由于對(duì)歌劇院歌手和樂隊(duì)的聲學(xué)研究比較少，因此需要參考音樂廳的舞臺(tái)音質(zhì)相關(guān)研究成果。音樂廳舞臺(tái)音質(zhì)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是讓樂隊(duì)擁有良好的相互聽聞(為了合奏的同步性)和足夠的房間聲反饋(為了控制演奏的響度)[13-14]。歌劇院與音樂廳相比，多了歌手，因此需要增加對(duì)歌手和樂隊(duì)之間交流的分析研究。

3.1 提高表演者的相互聽聞(早期舞臺(tái)支持度STEarly)

歌手、樂隊(duì)以及兩者之間能夠聽到彼此的聲音(相互聽聞)對(duì)演出的同步性是很關(guān)鍵的。當(dāng)然指揮家也可以控制，但是歌手和樂手需要一直盯著指揮的手勢(shì)，這是不太現(xiàn)實(shí)的，樂手還要看樂譜，歌手還要觀看舞臺(tái)上的演出狀況。

參照音樂廳舞臺(tái)音質(zhì)的研究成果：樂隊(duì)之間相互聽聞的良好條件是具有豐富的早期能量(包括直達(dá)聲和早期反射聲)，即要有合適的早期支持度STEarly。最根本、最直接的方法就是樂手能夠直接聽到彼此的聲音(直達(dá)聲)，其次就是能夠獲得足夠多的早期反射聲，17～35 ms 的反射聲有助于合奏[12]。

對(duì)于歌手而言，提供＜35 ms早期反射聲，只有舞臺(tái)上布景的反射以及臺(tái)口側(cè)墻(包括臺(tái)框和臺(tái)口側(cè)包廂或樓座欄板)的散射能夠做到。對(duì)于樂隊(duì)而言，下沉式樂池四周的墻面、出挑的頂部以及池座上部的包廂欄板等都能提供充足的＜35 ms早期反射聲。

歌劇院的演出空間為舞臺(tái)和樂池，因此舞臺(tái)、樂池以及周邊的墻體和吊頂是影響表演者演出效果的主要區(qū)域，也是聲學(xué)研究和設(shè)計(jì)的重點(diǎn)區(qū)域。

3.1.1 增加歌手之間的早期反射聲——舞臺(tái)上設(shè)置類似反聲罩的布景

對(duì)于歌劇演出來說，舞臺(tái)上的聲學(xué)條件很重要，尤其是對(duì)歌手來說。舞臺(tái)內(nèi)唯一可能為歌手提供早期反射的表面就是舞臺(tái)布景，所以一般都會(huì)設(shè)置類似反聲罩的布景(見圖14、圖15)。這種措施不僅是歌劇劇情演出的需要，還可以起到提高歌手之間的相互聽聞和響度的作用。

圖14 上海大劇院舞臺(tái)布景Fig.14 Stage scenery of Shanghai Grand Theatre

圖15 米蘭阿拉斯卡拉歌劇院舞臺(tái)布景Fig.15 Stage scenery of Teatro Alla Scala

為了對(duì)所有頻率都有較好的反射，原則上舞臺(tái)布景應(yīng)該是用厚重材質(zhì)而不是帆布建造的。例如維也納國(guó)家歌劇院舞臺(tái)布景通常使用比較厚重的實(shí)木。但是布景太厚重，安裝和搬運(yùn)布景會(huì)比較費(fèi)工費(fèi)力，費(fèi)用會(huì)比較高。同時(shí)可能會(huì)對(duì)舞臺(tái)地板造成損害。所以許多歌劇院的布景通常采用帆布(表面刷油漆)或薄板的輕質(zhì)板材。輕質(zhì)材料雖然對(duì)低中頻聲能起不到反射作用，甚至?xí)盏椭蓄l的聲能，但是對(duì)2500～3000 Hz(歌唱共振峰頻率范圍)的高頻能夠起到反射效果，可以起到事半功倍的作用。根據(jù)華東建筑設(shè)計(jì)研究院聲學(xué)所對(duì)國(guó)內(nèi)20座劇院的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，增設(shè)樂罩(材質(zhì)均為輕質(zhì)的紙蜂窩板或鋁蜂窩板)后，舞臺(tái)早期支持度STEarly可提高7.8 dB，觀眾廳的強(qiáng)度因子Gmid可以提高約2.5 dB。為了便于歌手上下場(chǎng)，一般布景的側(cè)邊不會(huì)完全封閉；其次不會(huì)像反聲罩一樣設(shè)置頂板，因?yàn)楦鑴⊙莩鲂枰罅康捻敳抗庠?，設(shè)置頂板會(huì)影響舞臺(tái)頂光的投射。所以設(shè)置布景的增加值會(huì)比反聲罩(圍合更加完整)要小一些，但是可以增加歌手歌唱聲的舞臺(tái)早期支持度和響度是顯而易見的。

當(dāng)然并不是所有的歌劇場(chǎng)景都使用布景，而舞臺(tái)的體量比較大，如果不做吸聲處理，舞臺(tái)上的混響時(shí)間會(huì)非常大，既會(huì)影響歌手之間的相互聽聞，而且還會(huì)降低歌手唱詞的清晰度。因此在主舞臺(tái)上懸掛厚重的幕布和側(cè)后舞臺(tái)墻面上布置吸聲材料是很有必要的，目的就是降低舞臺(tái)空間的混響時(shí)間。

歌手在臺(tái)唇處進(jìn)行表演時(shí)，臺(tái)口處的臺(tái)框、側(cè)墻以及側(cè)包廂欄板等表面會(huì)提供早期反射聲，因此要高度重視臺(tái)口處空間的聲學(xué)設(shè)計(jì)。

3.1.2 增加樂隊(duì)之間的早期反射聲需權(quán)衡對(duì)樂手聽力的保護(hù)

單從增加樂隊(duì)之間早期反射聲的角度考慮，樂池周邊的墻體和出挑部分的頂部應(yīng)該做反射面比較好，如采用實(shí)木表面。

必須權(quán)衡樂手不愿意在樂池出挑下部演奏的因素。主要是因?yàn)闃烦爻鎏粝虏康穆暭?jí)比較高，會(huì)對(duì)樂手的聽力造成損傷。Naylor報(bào)告了在木管樂器部分測(cè)量的等效聲級(jí)LAeq為86～92 dB (超過了歐洲8 h 工作日LAeq≤85 dB 的要求)[10]。每部歌劇的演奏高潮可能出現(xiàn)2～3 次，最大演奏聲級(jí)范圍從105～110 dBA，通常是打擊樂的聲音。Gade等[11]記錄了舊哥本哈根歌劇院樂池內(nèi)的聲級(jí)隨著出挑增加了約3 dB，一些在樂池內(nèi)演奏的樂手確實(shí)遭受了永久性聽力損傷。

在樂池的出挑部分的空間做吸聲處理是可取的。Mackenzie[1]報(bào)告了一個(gè)特定樂池的模型實(shí)驗(yàn)，他們通過使樂池的天花板吸聲，實(shí)現(xiàn)了觀眾廳的聲級(jí)降低3 dB。Meyer[5]研究表明出挑部分的樂池存在垂直駐波，這可能會(huì)使較低頻率的樂手分心，出挑部分的頂部布置專門吸聲材料有助于解決這個(gè)問題。但吸聲處理也會(huì)降低樂手聽到自己和其他樂手的聲音，沒有了足夠的聲反饋，樂手很容易打得聲音更大，反而達(dá)不到降低聲級(jí)、保護(hù)樂手聽力的初衷。

在出挑樂池內(nèi)的做吸聲和擴(kuò)散處理相結(jié)合是得到認(rèn)可的。Harkness[15]在悉尼歌劇院的樂池內(nèi)做了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。他不僅在樂池的表面周圍臨時(shí)安裝了吸聲和擴(kuò)散相結(jié)合的補(bǔ)丁，而且還在不同的樂器組之間引入了隔斷。基本原理是，將弱者與響亮的樂器分開，前者才能聽到自己的聲音。他報(bào)告說，“對(duì)拆除這些隔斷的反應(yīng)非常消極”。幸運(yùn)的是樂池的面積比較大，為分隔斷和擴(kuò)散體留出了足夠的空間。在對(duì)樂池設(shè)計(jì)的啟發(fā)性討論中，Blair[16]建議盡量提高樂池出挑部分的高度并設(shè)置傾斜的天花板。他列舉了兩個(gè)特別受指揮家和樂隊(duì)喜愛的歌劇院：法國(guó)加涅爾歌劇院和阿根廷科隆劇院。他們都有很好的后期反射聲，來自于樂池上方的表面、包廂欄板和穹頂。然而他們的樂池都比較小。

總之，樂池面積大有利于音樂家，但往往會(huì)在觀眾和舞臺(tái)之間留下巨大的鴻溝，如何調(diào)和這個(gè)沖突是新歌劇院的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

3.1.3 增加歌手和樂隊(duì)之間的早期反射聲——樂池欄板

由于樂池的下沉，歌手和樂隊(duì)彼此之間大多數(shù)看不到對(duì)方，也就是說他們之間缺乏直達(dá)聲進(jìn)行交流，通過反射面提供＜35 ms 的早期反射聲進(jìn)行交流就至關(guān)重要。樂池欄板是歌手和樂隊(duì)之間最近的反射面(見圖16)，因此欄板必須是硬的反射面。蘇州灣大劇院樂池的右側(cè)欄板采用透空做法(見圖17)，優(yōu)點(diǎn)是可以提高了樂隊(duì)的聲級(jí)特別是高頻聲，增加樂隊(duì)演奏聲的亮度。但是卻產(chǎn)生了三個(gè)不利因素：一是打破了歌手和樂隊(duì)之間的平衡，使樂隊(duì)聲能可能蓋過了歌手；二是減少了歌手和樂隊(duì)之間的早期反射聲交流，不利于演出的同步性；三是觀眾可以隱約看到樂譜燈光，干擾觀看演出。綜合考慮這種做法并不可取。

圖16 歌手和樂隊(duì)通過樂池欄板的反射示意圖Fig.16 Schematic diagram of the reflection of the singer and bands through the railing of the orchestra pit

圖17 蘇州灣大劇院樂池的透空欄板Fig.17 The hollow railing of the orchestra pit of Suzhou Bay Grand Theater

3.2 提高房間聲反饋的措施(相當(dāng)于后期舞臺(tái)支持度STLate)

借助有關(guān)音樂廳方面的研究：合適的觀眾廳混響聲對(duì)舞臺(tái)的聲場(chǎng)是至關(guān)重要的，其中來自于主觀眾席的混響聲占重要地位[17]，后期聲對(duì)于音樂家“聽到房間的聲反饋”是很重要[18]。

在歌劇院中，歌手和樂隊(duì)都需要聽到來自觀眾廳的聲音反饋，然后根據(jù)反饋的聲音相應(yīng)地控制自己的歌唱和演奏的響度。歌手和樂隊(duì)特別希望喜歡聽到他們的聲音在一個(gè)比較舒暢的發(fā)聲水平時(shí)能“充滿大廳”。這就需要合理設(shè)計(jì)池座后墻、挑臺(tái)欄板以及吊頂?shù)炔课坏男螤?，以便能夠?qū)⒙曇舴瓷涞轿枧_(tái)和樂池內(nèi)。但需要合理控制反射聲的大小，避免反射聲太強(qiáng)，成為回聲。

Nakamura 等根據(jù)大量試驗(yàn)認(rèn)為：延遲時(shí)間為140 ms 的反射聲級(jí)應(yīng)比直達(dá)聲低25～30 dB(均按歌唱歌手前1 m 處測(cè)得)[7]。Okano 邀請(qǐng)一組女高音歌唱歌手來做試驗(yàn)，請(qǐng)她們判斷墻面反射來的容許聲級(jí)為多少[7]。對(duì)于延遲時(shí)間為120 ms、170 ms和220 ms 的反射聲，最敏感的歌唱家認(rèn)為容許聲級(jí)在直達(dá)聲以下分別為36 dB、38 dB 和42 dB。根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)繪制出反射聲延遲與降低聲級(jí)的關(guān)系圖(見圖18)，可以看出不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)容許聲級(jí)還是有一定差別，需要在實(shí)踐中根據(jù)演出團(tuán)隊(duì)的需求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

圖18 反射聲延遲與降低聲級(jí)的關(guān)系Fig.18 The relationship between reflected sound delay and reduced sound level

美國(guó)印第安納大學(xué)禮堂的平面圖見圖19，由于臺(tái)口側(cè)墻形狀呈內(nèi)凹形，中間大量的觀眾席缺少早期側(cè)向反射聲，因此觀眾廳的音質(zhì)效果并不會(huì)太好。但是由于有來自池座后墻、挑臺(tái)欄板、側(cè)墻格柵邊緣以及頂棚上燈槽線腳的反射聲而產(chǎn)生出一種特殊的活躍感(見圖20)。歌手說禮堂對(duì)他們的歌聲有很好的支持；樂池中的指揮說整體感很好，樂隊(duì)也易控制。歌手和樂池中樂隊(duì)的平衡對(duì)大廳中大部分位置是滿意的[7]。從印第安納大學(xué)禮堂的例子可以看出在做觀眾廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮觀眾能聽到良好的音質(zhì)效果，而且要兼顧表演者的聲反饋措施。

圖19 印第安納大學(xué)禮堂平面聲線分析Fig.19 Sound analysis of Indiana University Auditorium plane

圖20 印第安納大學(xué)禮堂來自觀眾廳的聲反饋Fig.20 Feedback from audience hall in Indiana University Auditorium

4 結(jié)論

綜上所述，單個(gè)歌手的聲音之所以能超過樂隊(duì)讓觀眾聽到，一個(gè)重要原因就是由于歌手歌劇唱法的共振峰明顯高于管弦樂隊(duì)的聲能。其次是歌劇院體形方面的聲學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施也起到重要作用，主要包括3個(gè)方面：

(1) 歌手和樂隊(duì)之間平衡的聲學(xué)設(shè)計(jì)措施

歌手和樂隊(duì)之間平衡的聲學(xué)設(shè)計(jì)目的就是放大歌手的歌唱聲并適當(dāng)降低樂隊(duì)的演奏聲，使觀眾聽起來歌手和樂隊(duì)之間的聲音比較平衡。放大歌手歌唱聲(特別是2000 Hz 倍頻程的聲級(jí))的有效措施為把臺(tái)口側(cè)墻和吊頂形狀設(shè)計(jì)成“聲喇叭”形狀。降低樂隊(duì)演奏聲的有效措施為采用部分出挑的下沉式樂池，并且列出了11個(gè)樂池內(nèi)音質(zhì)評(píng)價(jià)良好的歌劇院樂池尺寸統(tǒng)計(jì)表及詳細(xì)說明，供設(shè)計(jì)師參考。

(2) 提高表演者的相互聽聞的聲學(xué)設(shè)計(jì)措施

歌手、樂隊(duì)以及兩者之間能夠聽到彼此的聲音對(duì)演出的同步性是很關(guān)鍵的。相互聽聞的良好條件是具有豐富的早期能量。具體措施為：舞臺(tái)上設(shè)置類似反聲罩的布景、樂池內(nèi)的墻面和頂部需要做擴(kuò)散和吸聲處理相結(jié)合，樂池欄板做為反射面以增加歌手和樂隊(duì)之間的相互交流。

(3) 提高房間聲反饋的聲學(xué)設(shè)計(jì)措施

在歌劇院中，歌手和樂隊(duì)都需要聽到來自觀眾廳的聲音反饋，然后根據(jù)反饋的聲音相應(yīng)地控制自己的歌唱和演奏的響度。合理設(shè)計(jì)池座后墻、挑臺(tái)欄板以及吊頂?shù)炔课坏男螤?，以便能夠?qū)⒙曇舴瓷涞轿枧_(tái)和樂池內(nèi)。但需要合理控制反射聲的大小，避免反射聲太強(qiáng)，成為回聲。