山西石塔村龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)設(shè)置陶甕的聲學(xué)技術(shù)

楊 陽(yáng) 高 策 丁 宏

(1.山西大學(xué)科學(xué)技術(shù)史研究所，太原030006;2.山西大學(xué)音樂(lè)學(xué)院，太原030006;3.太原理工大學(xué)政法學(xué)院，太原030024)

我國(guó)傳統(tǒng)古戲臺(tái)有設(shè)置陶甕以助聲、擴(kuò)聲的技術(shù)，但學(xué)界存在兩種不同的觀點(diǎn)。一種認(rèn)為明清時(shí)期的戲臺(tái)采用臺(tái)板下埋置大甕的方法，利用陶甕形成的空穴效應(yīng)，以增加混響，達(dá)到增強(qiáng)戲臺(tái)音響的效果［1］。另一種認(rèn)為以今日建筑聲學(xué)的知識(shí)分析，通過(guò)古戲臺(tái)下埋置大甕的方法來(lái)達(dá)到增強(qiáng)戲臺(tái)聲音的效果，乃是妄傳［2］。究竟我國(guó)古戲臺(tái)是否設(shè)置陶甕?陶甕對(duì)戲臺(tái)“聲音”能起到什么作用?陶甕的設(shè)置是設(shè)計(jì)者的“有心栽花”還是“無(wú)心插柳”?我們對(duì)山西明清古戲臺(tái)進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)研，最終發(fā)現(xiàn)山西傳統(tǒng)古戲臺(tái)在建筑的形制、結(jié)構(gòu)甚至構(gòu)件等方面，都存在增強(qiáng)戲臺(tái)聲音的多種設(shè)施。其中，最引人注目的是我們2013年5月在山西省汾陽(yáng)市龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)發(fā)現(xiàn)的兩組共14個(gè)口口相對(duì)的陶甕。本文在對(duì)該古戲臺(tái)建造年代進(jìn)行考證的同時(shí)，對(duì)陶甕的聲學(xué)特性進(jìn)行了測(cè)量和分析?，F(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下，就教于諸位方家。

1 龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)的建造年代及陶甕設(shè)置

龍?zhí)鞆R位于山西省汾陽(yáng)市栗家莊鄉(xiāng)石塔村正街中段，遺憾的是原龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)于2012年由石塔村村委會(huì)拆除，當(dāng)?shù)卮逦瘯?huì)在戲臺(tái)舊址上修建了四大天王廟。拆除前的龍?zhí)鞆R坐東北朝西南，三進(jìn)院布局，長(zhǎng)84.28米，寬22.71米，占地面積約1914平方米。正殿坐東北朝西南，位于寺院的北邊，兩邊有東、西配殿。龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)位于山門(mén)之上，坐西南朝東北，與龍?zhí)鞆R正殿相對(duì)。如圖1所示。

圖1 石塔村龍?zhí)鞆R平面復(fù)原圖

龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)面闊三間(約10米)，進(jìn)深三間(約9米)①該數(shù)據(jù)是根據(jù)圖1和圖2進(jìn)行測(cè)算所得。。由下而上，戲臺(tái)呈雙層結(jié)構(gòu)。下層為山門(mén)，上層由戲臺(tái)臺(tái)面、山墻和屋頂?shù)冉ㄖ?gòu)成。從前往后，龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)由卷棚頂和單檐硬山頂兩部分建筑構(gòu)成。(圖2)②該圖片由汾陽(yáng)市文物局王術(shù)峰同志提供，下同。

龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)位于該廟的山門(mén)之上，屬于典型的山門(mén)戲臺(tái)。明中葉以后，為了擴(kuò)大舞臺(tái)面積和觀眾場(chǎng)地，許多神廟將戲臺(tái)建在山門(mén)之上。［3］山西山門(mén)戲臺(tái)下的地面或依山而建、或?qū)⑵降匦蕹捎稍郝湎蛏介T(mén)傾斜的斜坡。就建筑本身而言，這樣的建筑結(jié)構(gòu)便于山門(mén)排水;同時(shí)，使香客用上坡的方式通過(guò)山門(mén)，表達(dá)了人們對(duì)寺廟供奉神靈的尊崇之情;更為重要的是廟院內(nèi)戲臺(tái)臺(tái)高被控制在適當(dāng)?shù)母叨?，便于廟院內(nèi)的觀眾觀看戲臺(tái)上的戲劇表演。龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)就屬于這樣的山門(mén)式戲臺(tái)。圖2所示，山門(mén)與戲臺(tái)的落差不大。據(jù)當(dāng)?shù)鼐用穹Q，廟院內(nèi)的地面未墊高前，在山門(mén)入口處，普通身高的人舉手不能觸頂，高度約在2.3米左右。廟院內(nèi)戲臺(tái)臺(tái)面與地面的高度差約1.5米左右。也就是說(shuō)，在進(jìn)深9米的門(mén)洞內(nèi)，地面被抬高了0.8米左右。照此計(jì)算，山門(mén)下面的地面是一個(gè)坡度約為5度左右的斜坡。

原龍?zhí)鞆R山門(mén)之上的戲臺(tái)由卷棚頂和單檐硬山頂兩部分頂部結(jié)構(gòu)不同的建筑構(gòu)成。從圖2的正面看去，龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)，臺(tái)口兩側(cè)為施有精美磚雕裝飾的八字音壁，開(kāi)口約45度。從臺(tái)口向內(nèi)，戲臺(tái)中央位置為表演區(qū)，它主要集中在卷棚頂部分，演員表演區(qū)集中在中間山門(mén)的上方區(qū)域，伴奏樂(lè)隊(duì)的活動(dòng)區(qū)域在山墻兩側(cè)，山墻兩側(cè)各有7個(gè)正方形小孔，共14個(gè)孔，它們沿戲臺(tái)中軸線呈左右對(duì)稱。再向內(nèi)，是一個(gè)高度超過(guò)2米①文中連接硬山頂與卷棚頂部分的側(cè)門(mén)、硬山頂部分的窗戶以及卷棚頂部分的小孔等數(shù)據(jù)是根據(jù)照片中磚的層數(shù)計(jì)算所得。側(cè)門(mén)距離臺(tái)面35層磚高，窗戶距離臺(tái)面33層磚高，陶甕口距離臺(tái)面20層磚高。實(shí)地測(cè)量當(dāng)?shù)氐那宕掖u的長(zhǎng)度為29cm，厚度為6cm，測(cè)算過(guò)程中由于磚與磚之間有灰沙，因此，每層磚的高度要略高于實(shí)際厚度6cm，長(zhǎng)度也略長(zhǎng)于29cm。的側(cè)門(mén)，此側(cè)門(mén)連接前后兩部分建筑，同時(shí)便于演員的進(jìn)出?？拷笈_(tái)硬山頂部分，距離臺(tái)面約2.2米處各有六邊形窗戶一個(gè)。最后則為戲臺(tái)后方的山墻。

圖2 拆除前的龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)

一般而言，這種前后頂部結(jié)構(gòu)不同的戲臺(tái)建筑分別為不同年代所建，且多為明清建筑，其目的是為了增大表演區(qū)的面積。［4］設(shè)置陶甕的山墻屬于古戲臺(tái)的卷棚頂部分，戲臺(tái)山墻兩側(cè)陶甕的設(shè)置時(shí)間應(yīng)該同卷棚的建筑時(shí)間相同。

作為地方建筑的龍?zhí)鞆R在地方志中，如《汾洲府志》、《汾陽(yáng)縣志》，均未有記載，但我們實(shí)地考察中，在原龍?zhí)鞆R舊址上發(fā)現(xiàn)“重修天□廟碑記”、“歸消社債碑記”、“舉修大殿碑記”三通碑刻，這三通碑刻有助于我們對(duì)戲臺(tái)修建時(shí)間進(jìn)行判斷，其文字大致如下。

重修天□廟碑記刻于“大清道光十二年七月初六日”(1832)，其中之“□”字，是個(gè)辨認(rèn)不清的字。碑刻久遠(yuǎn)，抑或?yàn)椤褒垺弊?。今日坊間稱為“龍?zhí)鞆R”，昔日稱為“天龍廟”也未可知。碑文記道:

酬神之愿，里俗相沿，報(bào)賽之文，播諸歌樂(lè)。是蓋為功于一日，利賴于當(dāng)時(shí)，而令后世享自然之福者，皆前民之惠我于無(wú)窮也。饋獻(xiàn)之無(wú)術(shù)，其何以將乃心而答神貺乎?世敬龍?zhí)?，乃后稷之神，教民稼穡之祖也。村人建廟，崇奉祭祀，其來(lái)已久。正殿居其北，兩廊腋于東西閱世以來(lái)，屢有修葺。，忽遭地震之災(zāi)，將樂(lè)樓西南角傾陷。里人等不忍坐視，合村化募，各捐己資，補(bǔ)偏救敝，不半載而煥然復(fù)新。是非人之力、匠之工，而實(shí)則神之德也。功成勒石，聊稽其始末而為之記。

這幅碑刻記載了龍?zhí)鞆R修建的緣由、龍?zhí)鞆R正殿與樂(lè)樓的相對(duì)位置以及重修樂(lè)樓的時(shí)間和原因。碑文中指出道光庚寅年(道光十年，1830)，龍?zhí)鞆R所在的汾州府遭遇地震，樂(lè)樓被毀壞，當(dāng)?shù)卮迕裨诖文辏吹拦庑撩?道光十一年，1831)，集資重修樂(lè)樓。

“歸消社債碑記”刻于“大清光緒十九年歲次癸巳九月”(1893)，碑中記道:

……至此，則數(shù)千債害消歸烏有。

這一幅碑文，敘述了龍?zhí)鞆R所在鄉(xiāng)社歷時(shí)約40年，終于在光緒十八年(1892)償還清咸豐年間(1851～1861)改建龍?zhí)鞆R樂(lè)樓等建筑所積債務(wù)的訴訟。

時(shí)代最近的一幅碑文為“舉修大殿碑記”，它刻于“中華民國(guó)十八年十一月”(1929)。碑文中記道:

甚矣，名分有尊卑之別，位置定高下之宜，人事且然，而況將乃心以奉神明也哉?……其重修樂(lè)樓，則(1851～1861)，村中領(lǐng)袖任厥事焉，比舊制洵屬美觀。然瞻前仰后，令人回首正殿，興味索然。何也?尊卑高下之體制，不無(wú)缺陷。冠履倒置，豈其然乎?里人等久有舉修之愿，……議定今春(1929)擇吉開(kāi)工，屆麥秋而修筑告竣。秋后，又復(fù)莊嚴(yán)神像，髤飾棟梁，巍然煥然，不半載而氣象一新。

這一段碑文記述了咸豐年間對(duì)龍?zhí)鞆R樂(lè)樓“大增式廓”，改建后的樂(lè)樓與原來(lái)的樂(lè)樓相比顯得“洵屬美觀”。相比之下，正殿卻顯得“興味索然”。在此情形下，當(dāng)?shù)卮迳缰匦蘖舜蟮睢?/p>

由以上三幅碑文可知，龍?zhí)鞆R為道光十年(1830)以前的古建筑，其時(shí)已有“樂(lè)樓”。因地震毀壞，道光十一年(1831)重修樂(lè)樓。咸豐年間(1851～1861)又改建樂(lè)樓，此次改建花費(fèi)頗多。光緒十九年(1893)又對(duì)樂(lè)樓進(jìn)行過(guò)修葺。

從戲臺(tái)名稱的演變和戲臺(tái)與正殿的相對(duì)位置，可以推斷碑文中的樂(lè)樓即本文所指的戲臺(tái)。戲臺(tái)和樂(lè)樓是戲劇表演場(chǎng)所在不同時(shí)代的不同稱謂。宋元時(shí)期多稱“舞廳”，明代多稱“樂(lè)樓”，清代稱謂多樣化，有“樂(lè)舞臺(tái)”、“舞樓”、“樂(lè)樓”、“戲臺(tái)”等［5］?！爸匦尢臁鯊R碑記”所記“正殿居其北，兩廊腋于東西，而面南則樂(lè)樓也”中，此處所指“正殿居其北”、“面南則樂(lè)樓”①?gòu)牡貓D上看，古汾陽(yáng)城受地理環(huán)境影響，非正東正西建造，龍?zhí)鞆R坐東北而朝西南。而當(dāng)?shù)厝藚s習(xí)慣性地誤以為汾陽(yáng)城是正東正西建造，他們誤將龍?zhí)鞆R“坐東北”認(rèn)為是坐正北方，故有“正殿居其北”之說(shuō)。說(shuō)明樂(lè)樓位于正殿的對(duì)面。

龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)的陶甕鑲嵌在古戲臺(tái)表演區(qū)的山墻兩側(cè)。如圖3所示，這些方形小孔距離戲臺(tái)臺(tái)面20層磚高，約1.4米。從右到左，也就是從戲臺(tái)臺(tái)口到側(cè)門(mén)，7個(gè)方形小孔之間的距離依次約為 1、1.5、2、1、2、1.5、2、1 個(gè)磚長(zhǎng)，約為 30、45、60、30、60、45、60、30 厘米。每個(gè)方形小孔均放置一個(gè)陶甕。從圖4方形小孔可清楚看出，孔內(nèi)陶甕水平放置。單個(gè)陶甕安放縱剖面圖，如圖5所示。

戲臺(tái)拆除時(shí)，在山墻兩側(cè)的14個(gè)小孔中共拆出14個(gè)陶甕。每側(cè)7個(gè)陶甕，按容積大小分為三種，容積較大的陶甕1個(gè)(以下稱大陶甕)，容積較小的陶甕1個(gè)(以下稱小陶甕)，容積中等的陶甕5個(gè)(以下稱中陶甕)。14個(gè)陶甕中，1個(gè)中陶甕和1個(gè)小陶甕，甕底已缺，損毀較為嚴(yán)重。另外，還有1個(gè)小陶甕，甕口部分有缺損。其余11個(gè)陶甕保存幾近完好。14個(gè)陶甕尺寸見(jiàn)表1。

從外形上看，14個(gè)陶甕都是腹大口小頸短。從做工上看，它們雖然制作粗糙，但內(nèi)外施釉，內(nèi)表面光滑，外表面釉呈墨綠色，部分陶甕外表面有縱向粗條紋(圖6)。除損毀嚴(yán)重的2個(gè)陶甕外，其余12個(gè)陶甕均能進(jìn)行聲學(xué)測(cè)量，其聲學(xué)功能保留比較完好。

圖4 拆除前龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)單個(gè)陶甕

圖5 龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)陶甕安放縱剖面圖

表1 石塔村龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)陶甕實(shí)測(cè)尺寸表(單位:厘米)

圖6 龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)發(fā)掘的14個(gè)陶甕

2 龍?zhí)鞆R陶甕的聲學(xué)測(cè)量和分析

為了模擬陶甕的實(shí)際效果，我們將測(cè)量地點(diǎn)選在原址附近的露天空地上。測(cè)量時(shí)，室外氣溫為20度。我們采用瑞士NTi Audio AG公司生產(chǎn)的Minirator MR-PRO模擬信號(hào)發(fā)生器、M4260測(cè)量麥克風(fēng)以及XL2音頻與聲學(xué)分析儀分別作為信號(hào)發(fā)生、聲音測(cè)量和音頻分析工具。由于陶甕常年在外風(fēng)吹日曬，里面產(chǎn)生了大量污垢。為保證測(cè)量結(jié)果的科學(xué)性，測(cè)量前我們對(duì)被測(cè)陶甕進(jìn)行了清洗、晾曬處理。

整個(gè)測(cè)量過(guò)程分兩個(gè)階段進(jìn)行:第一階段，測(cè)量單個(gè)陶甕的固有頻率;第二階段，測(cè)量多個(gè)陶甕不同組合時(shí)的聲學(xué)特性。測(cè)量的第一階段，我們分別選取聲學(xué)功能完整，容積不等的大、中、小三個(gè)陶甕(大中陶翁完好，小陶甕甕口有破損)作為測(cè)量對(duì)象。測(cè)量的第二階段分兩步進(jìn)行:第一步，將兩個(gè)容積相同的陶甕甕口相對(duì)分別放置，測(cè)量其聲學(xué)特性;第二步，將七個(gè)陶甕并列放置，測(cè)量其聲學(xué)特性。

2.1 單個(gè)陶甕固有頻率的測(cè)量

我們對(duì)大、中、小三種不同容積的陶甕分別進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)同一聲場(chǎng)環(huán)境中放置陶甕和不放置陶甕兩種不同測(cè)量結(jié)果比較，求得陶甕固有頻率。測(cè)量時(shí)，音源距離陶甕4.5米，麥克風(fēng)與陶甕相距0.2米，整個(gè)測(cè)量過(guò)程音源位置和聲音測(cè)量麥克的位置固定不變。每種測(cè)量我們都重復(fù)三次，測(cè)量結(jié)果取其均值。

整個(gè)掃描過(guò)程分三輪進(jìn)行。第一輪測(cè)量時(shí)，我們先對(duì)大、中、小三種不同容積的陶甕進(jìn)行20Hz～20kHz的全頻段掃頻，信號(hào)發(fā)生器發(fā)出滑頻信號(hào)，歷時(shí)90秒，電平為2V。測(cè)量結(jié)果與不放置陶甕時(shí)的掃頻結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，三種陶甕在80Hz～300Hz之間出現(xiàn)明顯的共振峰值。第二輪測(cè)量時(shí)，我們僅對(duì)掃頻的頻段進(jìn)行調(diào)整，將其鎖定在80Hz～300Hz，其他量測(cè)指標(biāo)均未調(diào)整。第二輪的測(cè)量結(jié)果顯示，大容積的陶甕在90Hz～100Hz頻段出現(xiàn)共振峰值，中等容積的陶甕在150Hz～160Hz附近出現(xiàn)共振峰值，小容積的陶甕在170Hz～180Hz附近出現(xiàn)共振峰值。第三輪測(cè)量時(shí)，我們分別調(diào)整了對(duì)三種容積不同的陶甕的掃頻信號(hào)。大陶甕的掃頻信號(hào)調(diào)整為80Hz～100Hz，中等和小陶甕的掃頻信號(hào)調(diào)整為125Hz～200Hz，其余測(cè)量指標(biāo)均與第一次保持一致。測(cè)量結(jié)果分別見(jiàn)圖7、圖8 和圖9。

圖7 大陶甕測(cè)量結(jié)果

從圖7可以看出:在同一聲場(chǎng)環(huán)境中，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出80.24Hz的純頻信號(hào)時(shí)，大陶甕的聲壓級(jí)值同不放置陶甕時(shí)的聲壓級(jí)值非常接近。隨著掃頻信號(hào)頻率的不斷升高，二者之間的差距在89.03Hz時(shí)，聲壓級(jí)開(kāi)始拉大，在96.36Hz時(shí)二者之間的聲壓級(jí)差達(dá)到最大值，放置陶甕時(shí)的聲壓級(jí)值高出不放置陶甕時(shí)的聲壓級(jí)值17.5dB。96.36Hz之后，二者之間的差距又開(kāi)始縮小。在100Hz時(shí)，兩者聲壓級(jí)值的差又幾乎為零。這說(shuō)明聲音在87Hz～100Hz頻段時(shí)，可以使大容積的陶甕發(fā)生共振。同時(shí)說(shuō)明，大陶甕在96.36Hz時(shí)振幅達(dá)到最大值，其固有頻率為96.36Hz。

從圖8可以看出:在同一聲場(chǎng)環(huán)境中，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出128.58Hz的純頻信號(hào)時(shí)，中等陶甕的聲壓級(jí)值同不放置陶甕時(shí)的聲壓級(jí)值非常接近。隨著掃頻信號(hào)頻率的不斷升高，二者之間的差距在138.84Hz時(shí)聲壓級(jí)開(kāi)始拉大，在157.88Hz時(shí)二者之間的聲壓級(jí)差達(dá)到最大值，放置陶甕時(shí)的聲壓級(jí)值高出不放置陶甕時(shí)的聲壓級(jí)值15.4dB。173.99Hz之后，兩者聲壓級(jí)差相差縮小。這說(shuō)明聲音在138Hz～174Hz頻段時(shí)，可以使中等容積的陶甕發(fā)生共振。同時(shí)說(shuō)明，中等陶甕在157.88Hz時(shí)振幅達(dá)到最大值，其固有頻率為157.88Hz。

圖8 中等陶甕測(cè)量結(jié)果

圖9 小陶甕測(cè)量結(jié)果

從圖9可以看出:在同一聲場(chǎng)環(huán)境中，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出128.58Hz的純頻信號(hào)時(shí)，小陶甕的聲壓級(jí)值同不放置陶甕時(shí)的聲壓級(jí)值非常接近。隨著掃頻信號(hào)頻率的不斷升高，二者之間的差距在172.53Hz時(shí)聲壓級(jí)開(kāi)始拉大，在185.71Hz時(shí)二者之間的聲壓級(jí)差達(dá)到最大值，放置陶甕時(shí)的聲壓級(jí)值高出不放置陶甕時(shí)的聲壓級(jí)值7.3dB。195.96Hz之后，二者之間的差距又開(kāi)始縮小。這說(shuō)明聲音在127.12Hz～194Hz頻段時(shí)，可以使小容積的陶甕發(fā)生共振。同時(shí)說(shuō)明，大陶甕在185.71H時(shí)振幅達(dá)到最大值，其固有頻率為185.71H。

2.2 多個(gè)陶甕不同組合的聲學(xué)測(cè)量

本次測(cè)量，通過(guò)將同一聲場(chǎng)環(huán)境中放置陶甕和不放置陶甕兩種不同的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而求得陶甕的聲學(xué)特性。測(cè)量過(guò)程分兩步，第一步我們模擬兩個(gè)容積相同的陶甕甕口相對(duì)分別放置時(shí)的聲學(xué)特性。文中僅以兩個(gè)大陶甕甕口相對(duì)的測(cè)量為例進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，大陶甕甕口距離地面高度為1.5米，甕口相對(duì)距離為8米，麥克風(fēng)置于兩甕口中間。我們先對(duì)兩個(gè)大陶甕進(jìn)行40Hz～1000Hz的掃頻，掃頻結(jié)果顯示在100Hz附近有共振峰值，為了得到精確測(cè)量數(shù)據(jù)，我們又從85Hz～125Hz對(duì)這兩個(gè)容積最大陶甕掃頻，掃頻時(shí)間為90秒，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖10。

圖10 兩個(gè)大陶甕85Hz～125Hz掃頻結(jié)果

由圖10可知，當(dāng)掃頻信號(hào)在90.5Hz～100.75Hz頻段時(shí)，兩個(gè)大陶甕可以產(chǎn)生共振，在97.82Hz振幅達(dá)到最大值。這次測(cè)量比單個(gè)陶甕的固有頻率略高1.46Hz。

第二步，我們實(shí)地模擬測(cè)量戲臺(tái)山墻一側(cè)7個(gè)陶甕并列放置時(shí)的聲學(xué)特性①原山墻上陶甕排列順序目前無(wú)法確定，測(cè)量時(shí)依據(jù)圖3各陶甕之間的距離，我們選擇了一種可能的排列順序，即大陶甕排列在第五位，小陶甕排列在第二位，其他位置為中陶甕。。甕口距離模擬在戲臺(tái)山墻上實(shí)地?cái)[放時(shí)的距離，約為30cm～60cm，甕口距離地面高度約1.5米，麥克風(fēng)置于甕口前4米。根據(jù)之前的測(cè)量結(jié)果，我們選取了50Hz～215Hz的頻段對(duì)7個(gè)陶甕進(jìn)行掃頻，掃頻時(shí)間為90秒。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖11。

圖11 7個(gè)陶甕并列放置時(shí)的測(cè)量結(jié)果

從圖 11可以看出，掃頻信號(hào)在 96.36Hz～97.82Hz、157.88Hz～160.81Hz、181.32Hz～185.71Hz頻段都有明顯峰值，在 50.95Hz～74.38Hz、112.47Hz～137.37Hz、143.23Hz ～ 144.7Hz、149.09Hz ～ 153.48Hz、168.13Hz ～ 172.53Hz、188.64Hz～194.5Hz、203.29Hz～209.15Hz，頻段之間也有明顯峰值，尤其是50.95Hz～74.38Hz頻段的峰值特別明顯，聲壓級(jí)相差較大。

測(cè)量結(jié)果顯示:陶甕成對(duì)、成組放置時(shí)，作為一組共鳴器，其聲學(xué)特征不是單個(gè)陶甕聲學(xué)特性的簡(jiǎn)單相加，而是大于其簡(jiǎn)單的疊加，會(huì)出現(xiàn)許多新的耦合峰值。

通過(guò)對(duì)單個(gè)陶甕固有頻率的測(cè)量，可以看出大、中、小三種容積不同的陶甕有不同的固有頻率，能分別對(duì)不同頻段的聲音產(chǎn)生共振，說(shuō)明龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)的“設(shè)甕”可以起到“助聲”的作用。通過(guò)對(duì)多個(gè)陶甕不同組合的聲學(xué)測(cè)量結(jié)果分析，首先，我們將甕口相對(duì)的兩個(gè)陶甕和單個(gè)陶甕的頻率響應(yīng)曲線進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)頻響曲線走向一致，在大陶甕的固有頻率處出現(xiàn)峰值，振幅最大，細(xì)微之處略有不同，再次說(shuō)明了陶甕在固有頻率處能產(chǎn)生共振，可以“助聲”。多個(gè)陶甕單排組合的測(cè)量結(jié)果，說(shuō)明了陶甕的數(shù)量和排列方式會(huì)影響到戲臺(tái)的聲強(qiáng)。單個(gè)大陶甕和兩個(gè)大陶甕甕口對(duì)置時(shí)測(cè)量結(jié)果比較見(jiàn)圖12。

圖12 單個(gè)大陶甕和兩個(gè)大陶甕甕口對(duì)置時(shí)測(cè)量結(jié)果比較

3 龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)陶甕聲學(xué)測(cè)量的結(jié)論分析

從以上測(cè)量結(jié)果還可看出多個(gè)陶甕單排出現(xiàn)了許多耦合峰值，對(duì)比單個(gè)陶甕與兩個(gè)陶甕甕口相對(duì)的測(cè)量結(jié)果，可以推測(cè)多個(gè)陶甕雙排且甕口相對(duì)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)很多耦合峰值。下面我們主要從陶甕的容積和甕口的尺寸、陶甕的擺放位置、陶甕的數(shù)量等幾個(gè)方面分析陶甕對(duì)龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)聲場(chǎng)的影響。

3.1 陶甕的容積和甕口的直徑?jīng)Q定了其固有頻率，龍?zhí)鞆R三種不同容積的陶甕對(duì)應(yīng)三個(gè)

成一定音程關(guān)系的音高，說(shuō)明“陶甕”的形狀和大小是精心選定的

陶甕的固有頻率由陶甕容積和甕口尺寸決定，每一個(gè)頻率又對(duì)應(yīng)一個(gè)音高。表2是實(shí)測(cè)陶甕的容積、陶甕的固有頻率，以及頻率與音高的對(duì)應(yīng)表。表中“對(duì)應(yīng)音高的標(biāo)準(zhǔn)頻率”以440Hz為標(biāo)準(zhǔn)音高，按照十二平均律取值。

表2 陶甕容積、頻率與音高的對(duì)應(yīng)表

大陶甕的固有頻率為96.355Hz，對(duì)應(yīng)音高為大字組 G。中陶甕的固有頻率為157.88Hz，對(duì)應(yīng)音高為小字組升d音。小陶甕對(duì)應(yīng)頻率為185.71Hz，但甕口破損，測(cè)得的固有頻率值會(huì)比陶甕真實(shí)的固有頻率高，我們猜測(cè)小陶甕的固有頻率在174Hz左右，對(duì)應(yīng)音高應(yīng)為小字組f音。

為什么甕口破損，使得陶甕的固有頻率值會(huì)比陶甕真實(shí)的固有頻率高?陶甕與亥姆霍茲共鳴器的形狀相似(見(jiàn)圖5與圖13)，而亥姆霍茲共鳴器固有基頻的計(jì)算公式為，公式中f0是容器的共有頻率，с是聲速，s是容器頸部(開(kāi)口)的截面積，d是容器頸部(開(kāi)口)的直徑，l是容器頸部(開(kāi)口)的長(zhǎng)度，v是容器的容積。根據(jù)此公式可以知道，亥姆霍茲共鳴器的固有頻率f0與容器頸部(開(kāi)口)的長(zhǎng)度l與頸部(開(kāi)口)的直徑d的關(guān)系為同樣的道理，龍?zhí)鞆R戲臺(tái)陶甕的固有頻率f0也與陶甕頸部(開(kāi)口)的長(zhǎng)度與頸部(開(kāi)口)的直徑d呈以上關(guān)系。這樣當(dāng)陶甕甕口損壞后，使得陶甕頸部(開(kāi)口)的直徑d變小，同時(shí)容器頸部(開(kāi)口)的長(zhǎng)度l變小，因而，使陶甕的固有頻率增高。

大陶甕、中陶甕的固有頻率對(duì)應(yīng)的音高分別為大字組G音和小字組升d音，音程關(guān)系為增五度(也可理解為小六度);中陶甕、小陶甕的固有頻率對(duì)應(yīng)的音高分別為小字組升d音和小字組f音，音程關(guān)系為減三度(也可理解為大二度);大陶甕、小陶甕的頻率對(duì)應(yīng)音高分別為大字組G音和小字組f音，音程關(guān)系為小七度。

雖然陶甕口徑大小一致，內(nèi)外施釉，但可以看出其制作工藝比較粗糙。如果考慮制作工藝以及測(cè)量誤差，三種不同容積陶甕的固有頻率所對(duì)應(yīng)的音高音程關(guān)系可能為G—d—f。這樣，大陶甕和中陶甕的共振頻率所對(duì)應(yīng)音高為G、d音，呈純五度音程關(guān)系;中陶甕和小陶甕的共振頻率所對(duì)應(yīng)音高為d、f音，呈小三度音程關(guān)系。

這種音程關(guān)系是否設(shè)計(jì)者有意為之，我們不得而知。但從山西蒲州棒子的調(diào)式來(lái)看，這種音程關(guān)系同山西蒲州梆子的調(diào)式關(guān)系密切。山西蒲州梆子音樂(lè)唱腔為G調(diào)，閏音使用較多，結(jié)音歸徵。［6］G調(diào)的徵音為D，可以使五個(gè)中陶甕和大陶甕產(chǎn)生共鳴;G調(diào)的宮音G可以使大陶甕產(chǎn)生共鳴;G調(diào)的閏音F可以使小陶甕產(chǎn)生共鳴。這樣當(dāng)戲臺(tái)上唱蒲州梆子時(shí)，陶甕可以產(chǎn)生放大戲臺(tái)聲音的效果。由于陶甕制作不夠精細(xì)，設(shè)計(jì)者還試圖采用控制陶甕容積、統(tǒng)一陶甕甕口直徑、內(nèi)部施釉等方法獲得吸聲量最低的反射面等方法，得到較為精準(zhǔn)的陶甕固有頻率，使陶甕盡可能地對(duì)戲臺(tái)聲音產(chǎn)生美化作用。

3.2 龍?zhí)鞆R陶甕的擺放位置是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的

龍?zhí)鞆R陶甕的擺放位置對(duì)戲臺(tái)聲音的影響表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:

陶甕鑲嵌于戲臺(tái)兩側(cè)的山墻上。通常來(lái)講，傳說(shuō)和文獻(xiàn)記載的“設(shè)甕助聲”中的陶甕均置于戲臺(tái)臺(tái)板或臺(tái)基底下。王季卿教授在《析古戲臺(tái)下設(shè)甕助聲之謎》一文中指出由于類似于“亥姆霍茲共鳴器”的陶甕對(duì)共振具有選擇性，因此“設(shè)甕助聲”要起作用至少需要滿足兩個(gè)條件:一方面，要有一系列大小不同的甕;另一方面，要在露天空曠之地，而且要距離較近［2］。龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)的陶甕擺放位置正好滿足這兩個(gè)條件，一方面，它由三種容積不同的陶甕組合而成，這一點(diǎn)本文已經(jīng)做過(guò)論述;另一方面，它們鑲嵌的位置在戲臺(tái)表演區(qū)卷棚頂部分兩側(cè)的山墻上，而非戲臺(tái)臺(tái)板或臺(tái)基底下。

陶甕居于龍?zhí)鞆R古戲臺(tái)表演區(qū)部分兩側(cè)的山墻上，有利于戲臺(tái)聲波的傳入與反射。龍?zhí)鞆R面闊三間，長(zhǎng)10米，其中約6米寬的區(qū)域?yàn)檠輪T表演區(qū)域，兩側(cè)各約2米寬的區(qū)域?yàn)榘樽鄻?lè)隊(duì)活動(dòng)區(qū)域。演員和樂(lè)隊(duì)作為激發(fā)聲源，與陶甕之間沒(méi)有任何隔聲設(shè)施;陶甕鑲嵌在距離臺(tái)面約1.4米左右的兩側(cè)山墻上，這個(gè)高度恰好使樂(lè)器聲源和演員聲源在高度上近似相等。通常演員是站立演唱，口腔的高度距離臺(tái)面約1.5米左右，距離陶甕最遠(yuǎn)約5米。樂(lè)隊(duì)通常坐在凳子上演奏，由于山西梆子文場(chǎng)伴奏樂(lè)器主要為“十一根弦”，武場(chǎng)伴奏樂(lè)器主要為鑼、鼓等“打擊樂(lè)器”，這些聲源距離臺(tái)面為0.7米左右，距離陶甕比較近，約在1米左右。陶甕距離戲臺(tái)臺(tái)面高度約1.4米，這個(gè)高度與距離較遠(yuǎn)的聲源演員口腔的高度接近，為入射聲波最佳入射角，有利于演唱的聲波直射入陶甕，保持聲波入射強(qiáng)度。同時(shí)這個(gè)高度又能使距離較近的伴奏樂(lè)器演奏聲波斜射入陶甕，使其與距離較遠(yuǎn)演員演唱聲波直射入陶甕的角度大致平衡。

龍?zhí)鞆R的14個(gè)陶甕，分別鑲嵌于表演區(qū)卷棚頂部分的兩側(cè)山墻上，且沿戲臺(tái)中軸線成甕口相對(duì)的排列方式，這樣的數(shù)量和排放方式除在固有頻率共振外，其在其他頻率混響放大聲音的效果是不可忽視的。

4 結(jié)論

從龍?zhí)鞆R及其戲臺(tái)的修建時(shí)間看，該戲臺(tái)將陶甕用作共鳴器以擴(kuò)大聲音的技術(shù)，晚則起源于咸豐年間(1851～1861)，或早在道光十一年(1831)，或在道光十年(1830)之前。具體時(shí)間尚難確定。

在中國(guó)聲學(xué)史上，以陶甕作共鳴器由來(lái)已久。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，墨家最早用作“地聽(tīng)器”，以識(shí)別遠(yuǎn)方來(lái)襲的軍馬。其后，歷代軍事家或用陶甕，或用箭套，或用空心枕，以此造成地面聲音傳播的空穴效應(yīng)［7］。宋元之際，勾欄瓦舍盛行于城鎮(zhèn)，“舞廳”、“樂(lè)廳”或今稱“戲臺(tái)”、“戲樓”應(yīng)用而起。據(jù)考察，在晉中南、西南地區(qū)，有分布極廣的相關(guān)遺址、遺跡［8］。鑒于古琴聲微，在公共表演中為使聽(tīng)眾有所聞，從宋代起便在“琴室”或彈琴之處地下埋設(shè)陶甕，以助樂(lè)聲。此聲學(xué)技術(shù)在宋代趙希鵠所著《洞天清錄·古琴辯》中有所記載，而明代文人屠隆和文震亨等人肯定這一技術(shù)［9］。這些歷史記載都屬于在地下埋置陶甕以擴(kuò)大音響。明代姚廣孝在洪武三十一年(1398)于燕王宮以陶甕建造了隔聲建筑，是為近代消聲室的肇始［9］。聲學(xué)家馬大猷先生曾指出“用陶甕在舞臺(tái)下或墻壁上作共鳴器以擴(kuò)大聲音或?qū)β曇舻奈眨瑒t是歷代常用的音質(zhì)控制技術(shù)”［10］。除姚廣孝的發(fā)明之外，龍?zhí)鞆R樂(lè)樓中的陶甕是中國(guó)歷史上迄今唯一發(fā)現(xiàn)的將陶甕置于反射墻面的技術(shù)，它放大聲音或利于聽(tīng)聞的效果，無(wú)疑比陶甕置于地面要優(yōu)越的多。這是中國(guó)舞臺(tái)聲學(xué)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志之一。

本文不否定陶甕置于地面或戲臺(tái)臺(tái)面下擴(kuò)大聲音的可能。古琴的演奏方式及其本身的音色特點(diǎn)，置陶甕于地下，不是不可取，問(wèn)題在于《析古戲臺(tái)下設(shè)甕助聲之謎》中提出的質(zhì)疑，龍?zhí)鞆R戲臺(tái)卻對(duì)其一一做出了答疑。龍?zhí)鞆R戲臺(tái)陶甕的設(shè)計(jì)和建造者應(yīng)當(dāng)是吸取了歷史上相關(guān)的建筑經(jīng)驗(yàn)，吸取了明清時(shí)期晉中南和晉西南的戲臺(tái)建筑技術(shù)，抑或受到明代姚廣孝以陶甕砌墻的技術(shù)的啟發(fā)。因此，這一聲學(xué)技術(shù)起于清道光十年(1830)之的龍?zhí)鞆R戲臺(tái)古建筑中，亦不無(wú)可能。

致 謝 審稿專家仔細(xì)認(rèn)真地審閱了全文，并提出許多極為寶貴的意見(jiàn)，論文有些地方直接采納了審稿專家的見(jiàn)解，有些地方做了比較重要的修改，在此特別致謝!

1 廖奔.中國(guó)古代劇場(chǎng)史［M］.鄭州:中州古籍出版社，1997.

2 王季卿.析古戲臺(tái)下設(shè)甕助聲之謎［J］.應(yīng)用聲學(xué).2004，(4):21～24.

3 馮俊杰.山西神廟劇場(chǎng)考［M］.北京:中華書(shū)局，2006.4.

4 車文明.中國(guó)古戲臺(tái)調(diào)查研究［M］.北京:中華書(shū)局，2011.257.

5 馮俊杰.戲劇與考古［M］.北京:文化藝術(shù)出版社，2002.272～280.

6 芝達(dá)林.蒲劇音樂(lè)調(diào)式研究［J］.中國(guó)音樂(lè).2010，(3):101～110.

7 戴念祖.中國(guó)物理學(xué)史大系(聲學(xué)史)［M］.長(zhǎng)沙:湖南教育出版社，2001.176～181.

8 廖奔.宋之戲曲文物與民俗［M］.北京:文化藝術(shù)出版社，1989.111～134，237～244.

9 戴念祖.姚廣孝的隔聲建筑［J］.自然科學(xué)史研究.2000，(1):49～54.

10 馬大猷.中國(guó)聲學(xué)三十年［J］.聲學(xué)學(xué)報(bào).1979，(4):241～242.