頤和園德和園大戲樓修繕前后聲場對比測試與分析

張 龍，劉芳博，秦 雷，侯 丹，劉 剛

（1.天津大學 天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點實驗室，天津 300072；2.文物建筑測繪國家文物局重點科研基地（天津大學），天津 300072；3.北京市頤和園管理處，北京 100091）

中國傳統(tǒng)戲劇的觀演空間隨著戲劇的發(fā)展不斷演變，并在清代達到了頂峰，至今仍存的頤和園德和園大戲樓、故宮暢音閣就是中國傳統(tǒng)戲樓建筑的杰出代表。目前雖未見歷史文獻、檔案有傳統(tǒng)建筑專門進行聲學設計的記載，但根據(jù)課題組近年來對天津廣東會館戲臺[1]、天津石家大院戲臺[2]以及其它學者對濟南題壁堂古戲樓[3]、北京湖廣會館[4]的聲學測試，無不證明這些傳統(tǒng)觀演建筑大都具有良好的、適合傳統(tǒng)戲劇演出的聲環(huán)境。

2011年，落成116年的德和園大戲樓迎來了建國后規(guī)模最大的一次維修工程，為促進德和園大戲樓聲場真實性的保護，評估封閉的看戲廊和臨時看臺對聲環(huán)境的影響，課題組對大戲樓修繕前后的聲場進行了測試研究。

1 德和園大戲樓概況

德和園大戲樓是光緒朝重修頤和園期間為滿足慈禧太后園居、慶典而新建的觀演建筑群。其核心是由大戲樓、頤樂殿、東西看戲廊組成的一組四合院（圖1）。

圖1 德和園戲樓院平面圖（自繪）

大戲樓的戲臺分上、中、下三層，依次為福臺、祿臺、壽臺。壽臺面闊三間，進深三間，平面呈方形，是戲劇演出的主要場所（圖2）；祿臺和福臺北側(cè)圍廊內(nèi)凹，形成小舞臺，配合壽臺使用。頤樂殿是太后、皇帝及內(nèi)眷的觀戲空間，看戲廊則是被賞戲的王公大臣觀戲之所。

圖2 修繕后的德和園大戲樓（引自：頤和園德和園大修實錄）

由于歷史原因，在20世紀50年代，原來開敞的看戲廊被裝上門窗改為旅館。德和園對外開放后，看戲廊又被改為展廳，頤樂殿前也增設了臨時看臺，以滿足游客臨時觀看京劇表演之需，并一直延續(xù)到2011年。為確保遺產(chǎn)的真實性，2012年的修繕決定打開看戲廊，恢復原狀[5]。

2 京劇演出的聲學特征

據(jù)史料記載，德和園大戲樓在清代上演的劇目以京劇為主。京劇生旦凈丑演唱聲音頻率特性各不相同，女性演員頻率最高的為花旦、青衣，近1 000 Hz，比西洋唱法的女高音880 Hz高近一個音；最低的老旦則介于西洋唱法的女中、高音之間。男性演員發(fā)聲基頻略低，但其音域的最高音至少比男高音440 Hz還要高一個音。由此可見，京劇唱聲以中高頻為主，屬于西洋唱法的高音聲部，唱腔的特點之一就是調(diào)門高[6]。在優(yōu)秀京劇演員的唱段中，還普遍具備“歌手共振峰”現(xiàn)象，其頻率主要在2 500 Hz～2 800 Hz之間[7]。另外，京劇樂器的發(fā)聲也是中高頻居多，而且節(jié)奏較快。這都就要求聲場對中高頻要有較好的再現(xiàn)能力，同時保證高調(diào)門快速演唱時的語言清晰度。而看似與發(fā)聲無關(guān)的舞臺動作，其實也與聲學關(guān)系密切，如京劇表演中的“毯子功”，人在毯子上完成各種翻、撲、跌、打、滾等技巧動作[8]，毯子功落地時的低頻碰撞聲加深了舞臺現(xiàn)場感，這也是京劇表演除了演唱和伴奏之外獨特的聲學魅力。

3 音質(zhì)評價物理指標

對于音樂廳、歌劇院等全封閉室內(nèi)廳堂，目前已經(jīng)有了一套較為成熟的，以描述聲音本身特征和聽者感受為核心的音質(zhì)評價體系。德和園戲樓院雖然屬于半室外的開敞空間，鑒于其所評價的內(nèi)容與室內(nèi)廳堂相似，本文仍沿用室內(nèi)音質(zhì)評價方法對其進行測試評價。主要測試混響時間、聲場不均勻度、脈沖響應三個指標。

1）混響時間

混響時間是指在聲源停止發(fā)聲后，聲音自穩(wěn)態(tài)聲壓級衰減60 dB所經(jīng)歷的時間，混響時間長，聲音聽起來“豐滿”，但混響過長則顯的“渾濁”；混響時間短，聲音聽起來“干澀”，但可能很“清晰”。

2）聲場不均勻度

聲場不均勻度是指區(qū)域內(nèi)測得的最大與最小聲壓級之差，即P=Pmax–Pmin，式中Pmax、Pmin分別為區(qū)域內(nèi)各位置上測得的最大和最小聲壓級值，聲壓級的大小表征聲場內(nèi)某點的聲音大小。人耳能判斷的聲壓級最小變化是3 dB[9]，聲場不均勻度小于3 dB，說明聲場分布均勻。

3）脈沖響應

脈沖響應是接收到的脈沖聲隨時間推移的變化規(guī)律。一般音質(zhì)較好的廳堂的脈沖響應圖是一個穩(wěn)定衰減的圖形，同時在50 ms內(nèi)有較豐富的直達聲和反射聲，在50 ms外逐漸衰減，無明顯突出的回聲式反射。它對研究聲場的早期反射聲以及是否存在回聲等音質(zhì)缺陷具有重要意義。

4 測試方案的制定

4.1 測試布點

根據(jù)文獻記載，戲臺一層為主要演唱區(qū)域，二層偶爾會有演唱，三層只有動作表演[10]，而聽眾則位于頤樂殿和東西看戲廊[11]。因此，我們將聲源分別布置在戲臺一層和二層，聲音接受點主要布置在頤樂殿前廊、看戲廊和庭院內(nèi)?；祉憰r間與脈沖響應接受點相同，修繕前11個點，修繕后增加廊內(nèi)3個點（圖3）；聲場不均勻度修繕前27個點，修繕后增加廊內(nèi)10個點（圖4）。修繕前，頤樂殿、看戲廊門窗處于關(guān)閉狀態(tài)；修繕后，頤樂殿門窗處于關(guān)閉狀態(tài)，看戲廊已經(jīng)打開，臨時看臺已拆除。

圖3 混響時間、脈沖響應測試點位布置圖

圖4 聲壓級測試點位布置圖

4.2 測試方法

采用Norsonic140聲學分析儀、Norsonic280功率放大器、發(fā)令槍、Norsonic276無指向性揚聲器，依據(jù)混響時間、聲場不均勻度、脈沖響應測試規(guī)范[12–13]，對預定測試指標進行測試。

1）混響時間

在現(xiàn)場布置聲源及測試點位（圖4），各測點記錄三組數(shù)據(jù)并取均值得出各測點的T20混響時間。

2）聲場不均勻度

在現(xiàn)場布置聲源及測試點位（圖5）。根據(jù)使用功能以及與聲源的相對距離的不同，將庭院平面劃分為五部分，依次為頤樂殿前廊、角落交通區(qū)、側(cè)廊前檐口下、露天庭院內(nèi)和側(cè)廊廊內(nèi)（對應測點見表1、表2）。各測點記錄三組數(shù)據(jù)并取均值得出各測點聲壓級，計算各個區(qū)域的聲場不均勻度。

3）脈沖響應

使用發(fā)令槍發(fā)出聲信號作為聲源，在各測試點位(圖3)保存帶有發(fā)令槍聲信號的錄音，得到脈沖曲線圖。

5 聲學測試結(jié)果的對比及分析

5.1 混響時間

本文僅選取不同區(qū)域具有代表性的三個點，即圖3中的測點2、8、11，進行詳細的比對分析。

測點2修繕前后的混響時間如圖5所示。修繕前，低頻（250 Hz以下）混響時間波動幅度在0.3 s以內(nèi)，中頻（500 Hz～1 kHz）在0.2 s以內(nèi)，高頻（2 000 Hz以上）波動幅度不大，整體上隨著頻率的增加混響時間呈逐漸降低的趨勢，這與空氣對高頻聲吸收較多有關(guān)。相比而言，修繕后的混響時間除了在100 Hz～200 Hz之間有較大起伏之外，中頻保持在1.2 s左右，高頻隨頻率升高而降低的趨勢較修繕前略微平緩。經(jīng)分析，修繕后混響時間略高于修繕前，低頻差距較大的原因主要在于臨時看臺，其輕鋼龍骨外包密度板的構(gòu)造方式形成了一個類似薄膜共振的吸聲體，吸收低頻聲效果顯著。

圖5 修繕前后聲源位于一層時測點2的混響時間頻率特性曲線

圖6 修繕前后聲源位于一層時測點8的混響時間頻率特性曲線

測點8的混響時間如圖6所示。修繕前在100 Hz～400 Hz之間混響時間有較大幅度波動，高達0.5 s；中頻基本維持在1.2 s上下；高頻頻段混響時間隨著頻率的增加而降低的趨勢較為明顯。修繕后低頻頻段混響時間波動幅度較修繕前要小，除200 Hz～250 Hz之外，其他頻率對應值均比修繕前高，與中頻相比低頻上揚6.5%；中頻各頻段略高于修繕前，基本保持平直；而高頻較修繕前降低0.1 s左右，衰減趨勢幾乎一致。

測點11的測試結(jié)果如圖7所示。修繕前混響時間在各頻段上均有較大波動，并不理想。與之相比，修繕后低頻有小幅波動，基本在0.3 s以內(nèi)，比中頻高出3%左右；中頻在500 Hz～800 Hz之間有0.3 s的波動；而高頻混響時間整體低于修繕前，衰減趨勢較為平緩。

圖7 修繕前后聲源位于一層時測點11的混響時間頻率特性曲線

綜合各測點測試結(jié)果，對比修繕前后的頻率特性曲線（圖8），明顯看出修繕后低頻混響時間要長于修繕前，但波動幅度要遠小于修繕前；而中頻、高頻則基本一致。導致這一結(jié)果的原因：一是看戲廊完全敞開，相當于增加耦合空間，使混響變長；二是臨時觀眾席的拆除減少了對低頻聲的吸收?？傮w來說，修繕后的頻率特性曲線更加平直，混響時間基本處于最佳范圍內(nèi)，樂聲的豐滿度有所提高，同時也不會影響語言清晰度，比較適合京劇演出。

圖8 修繕前后聲源位于一層時的混響時間頻率特性曲線

5.2 聲場不均勻度

依據(jù)對各測點聲壓級的測試，聲源位于一層與二層時觀演區(qū)域的聲場不均勻度分析情況如下表1、表2所示。

由上述分析可以看出：

1）聲場整體不均勻度較大，主要觀演空間聲場分布均勻。

相比廳堂空間，德和園大戲樓這種半開敞的空間，其聲場并非均勻擴散，聲損失過大和缺少反射聲的先天不足導致其聲場不均勻度較大。當聲源位于一層時，修繕前為7.47 dB，修繕后為8.53 dB；聲源位于二層時，修繕前為12 dB，修繕后為12.33 dB。結(jié)果都遠高于人耳能夠辨別的3 dB，聲源位于二層時的聲場不均勻度更高。但從劃分的五個區(qū)域來看，除庭院外，其他各區(qū)域內(nèi)部聲場分布還是很均勻的，因為大戲樓頂棚、頤樂殿和側(cè)廊的屋檐、門窗扇以及斗拱、倒掛楣子等木作構(gòu)件同樣達到了擴散聲音的目的。

2）修繕后側(cè)廊內(nèi)聲壓級較其他區(qū)域低，但聲場分布較均勻。

表1 聲源位于一層時的聲場不均勻度結(jié)果及分析

表2 聲源位于二層時的聲場不均勻度結(jié)果及分析

側(cè)廊內(nèi)聲壓級較低，主要是因為距離聲源較遠，但聲源位于一層時較聲源位于二層時聲場分布更為均勻，可能因為直達聲所占比例較大，而反射聲較弱。雖然測點28—37與聲源的相對距離差距很大，但由于每個開間有來自隔墻、后墻的反射聲，所以聲壓級差距并不大。

3）打開看戲廊、拆除臨時看臺，有效改善了主要觀演區(qū)聲場的不均勻度。

對比修繕前后聲場的分布狀況可以看出，修繕后主要觀演位置如頤樂殿前廊和側(cè)廊及其檐口下的聲場不均勻度均有所降低，并且修繕后被打開的東西看戲廊的聲場不均度也較低，而次要位置如庭院內(nèi)的聲場不均勻度較高。由此可見，看戲廊的打開和臨時看臺的拆除在保證空間真實性的同時也有效改善了聲場不均度。

5.3 脈沖響應

測試結(jié)果顯示，測試各點反射聲強度隨時間均勻降低，反射聲逐步衰減的過程中沒有出現(xiàn)明顯的高強度反彈式反射，出現(xiàn)的強反射聲也多集中在直達聲到達后50 ms內(nèi)（圖9、圖10），這有助于加強直達聲，提升聲音的豐滿度，也說明聲場無回聲缺陷。

圖9 測點2的脈沖響應

圖10 測點4的脈沖響應

早期反射聲在全部聲能中占較高比例，這對提高語言清晰度也有積極的作用。另外部分測點100 ms內(nèi)反射聲強度比較均勻且沒有明顯的衰減（圖10），這說明該點處“混響感”較好，有余音繞梁的聽感。

6 結(jié)語

通過修繕前后兩次測試數(shù)據(jù)的對比分析，可初步得到以下結(jié)論。

(1)修繕前后的大戲樓的聲學特性保持了較好的一致性，其混響時間適中，脈沖響應衰減均勻，主要觀演空間聲場不均勻度較低，無明顯回聲。

(2)看戲廊恢復開敞，臨時看臺的拆除有效提升了中低頻混響時間，其頻特性曲線更為平直，更加適合京劇演出。

(3)相對二層聲源，除庭院外各測點雖有較好的聲場不均勻度，但聲壓級普遍過低，也就是說主要觀演區(qū)無法清晰的聽到二層所發(fā)出的聲音。

測試結(jié)果從聲環(huán)境真實性保護的視角，為看戲廊打開恢復原狀，保護其空間的真實性提供了重要支撐；說明此次修繕有效的保護了德和園聲場的真實性；有力的印證了所謂福祿壽三臺同演，實際上是以壽臺演唱為主，福祿二臺動作陪襯的歷史史實；相關(guān)的測試數(shù)據(jù)、聲場特性分析也為后續(xù)的德和園聲學科技展示奠定了堅實基礎。此次德和園修繕前后的聲學測試研究，是發(fā)掘中國古代建筑聲學科技，輔助遺產(chǎn)保護、展示決策的一次有益嘗試，對同類觀演建筑遺產(chǎn)的保護與展示也具有一定的示范意義。