音樂廳的舞臺音質(zhì)研究與設(shè)計（一）

楊志剛

（華東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200041）

1978年之前，音樂廳的聲學(xué)設(shè)計主要致力于研究觀眾廳的音質(zhì)效果，而舞臺的音質(zhì)研究卻比較少。音樂家在舞臺上聽到的聲音效果與觀眾在觀眾廳聽到的并不相同，音樂家所聽到的聲音效果至關(guān)重要，這會影響他們在音樂制作過程中自信互動的能力[1]。音樂家不僅是演奏音樂，更是創(chuàng)作音樂。

觀眾要欣賞到美妙的音樂，與音樂家所處的舞臺聲學(xué)條件高度相關(guān)。舞臺的聲學(xué)條件會直接影響音樂家的技藝發(fā)揮。以交響樂為例，眾多樂師之間只有具有良好的相互聽聞和及時交流，才能既控制自己的樂器發(fā)聲質(zhì)量（如音量和音調(diào)等），又保持樂隊整體演奏的協(xié)調(diào)，這都與舞臺聲學(xué)條件有關(guān)[2]。只有音樂家演奏得足夠好，觀眾才有可能欣賞到一場聽覺盛宴。如果舞臺音質(zhì)不好，降低了音樂家的演奏水平，再好的觀眾廳聲學(xué)效果，也不可能聽到一場完美的演出。因此，從某種意義上講，舞臺音質(zhì)設(shè)計比觀眾廳音質(zhì)設(shè)計更重要。

音樂廳演奏節(jié)目的種類比較多，本文研究的重點定為交響樂隊，因其最為復(fù)雜。音樂廳的舞臺一般稱為演奏臺，以區(qū)別于劇院演出的舞臺，但有關(guān)音樂廳聲學(xué)設(shè)計的文獻(xiàn)習(xí)慣稱為舞臺，所以本文仍以舞臺相稱。

1 舞臺音質(zhì)理論發(fā)展回顧

舞臺音質(zhì)研究的歷史雖然較短，但近年來已成為音樂廳聲學(xué)研究的一個熱點。研究的主要方法有兩種：一種是調(diào)查在真實音樂廳演奏的音樂家的主觀反應(yīng)；另一種是調(diào)查在模擬聲場（消聲室）演奏的音樂家的主觀反應(yīng)。

1.1 舞臺音質(zhì)系統(tǒng)性研究起點的標(biāo)志

1978年，Marshall等人和Barron分別從舞臺上樂隊主觀反應(yīng)調(diào)查著手，深入舞臺音質(zhì)客觀物理狀況研究，發(fā)表了兩篇文獻(xiàn)《適合合奏的聲學(xué)條件》（Acoustical conditions preferred for ensemble）和《里斯本古爾本基音樂廳:音樂廳可變舞臺的聲學(xué)研究》（The Gulbenkian Great hall, LisbenII: An acoustic study of a concert hall with variable stage），標(biāo)志著舞臺音質(zhì)系統(tǒng)性研究的起點。

1.2 Gade提出客觀評價參量

1986年～1989年，丹麥技術(shù)大學(xué)研究生Gade利用消聲室和信息處理技術(shù)，以模擬真實的反射聲系統(tǒng)和混響場，進(jìn)行主觀和客觀方面的實驗研究，提出兩個重要參量[3-5]（圖1）。

(1) 樂師對自身樂器和相鄰樂師聲音感受的參量：早期聲支持度ST；

(2) 說明與樂隊其他樂器 “能夠輕松而容易”合奏程度的參量：早期齊奏聲級EEL（Early Ensemble Level）。

1992年，Gade后來的研究認(rèn)為ST已足以說明EEL參量，并認(rèn)為ST20ms-200ms才是描述房間對樂師支持度的參量[6]。Gade把后期支持度稱之為ST2，原來ST也相應(yīng)地稱為ST1。

1.3 國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3382把STEarly和STLate列為附錄內(nèi)容

2009年，國際標(biāo)準(zhǔn)ISO3382把Gade提出的早期支持度STEarly以及相對應(yīng)的后期支持度STLate（一個新參量）列為附錄內(nèi)容（圖2）。其中，STEarly和Gade提出的ST是一樣的。

1.4 不斷探索

自從ISO 3382制訂后，聲學(xué)界對此標(biāo)準(zhǔn)的議論仍然不斷（如STEarly的20 ms時間窗口，很多人認(rèn)為不夠準(zhǔn)確）。不僅限于舞臺上的支持度參量問題，甚至有人對整個標(biāo)準(zhǔn)持激烈的否定意見。

早期的研究相對比較簡單，雖便于統(tǒng)一和規(guī)范化，但與舞臺的實際條件并不相符。近年來，文獻(xiàn)報道中常有前后矛盾的結(jié)論出現(xiàn)。雖然舞臺上的物理狀況很容易研究，但樂隊的情況比較復(fù)雜。復(fù)雜性主要表現(xiàn)在：舞臺音質(zhì)設(shè)計研究的依據(jù)是音樂家的主觀感受，而主觀感受就很復(fù)雜。音樂家的經(jīng)歷、彈奏的樂器、臺上所處的位置、合奏的樂器組合和曲目類型等條件不同，主觀感受就會不同。更為重要的是，音樂家會自動地適應(yīng)他們所處的環(huán)境，這使得在舞臺上尋找因果關(guān)系變得更加困難。

圖1 ST和EEL測量原理示意圖[7]

圖2 直達(dá)聲、早期反射聲和后期反射聲的定義[8]

其次，客觀的測試儀器也比較簡單化。測試的聲源和接收器（測試側(cè)向反射系數(shù)除外）都是無指向性的，實際情況是聲源和接收器都是有方向性的。不僅聲源的發(fā)聲有方向性，而且不同的聲源（人和不同樂器）發(fā)聲的方向也不一樣，不能用單一聲源代替所有聲源。同時，接收器（其他樂師）對來自不同方向的聲能敏感性也是不同的，如對來自側(cè)向的聲音比較敏感，而對來自頂部的聲音則不太敏感。2013年，芬蘭聲學(xué)家Lokki[9]倡導(dǎo)用多達(dá)34個揚聲器分布在舞臺上，以代替目前常用的點聲源，按所在位置上樂器各自指向特征來發(fā)聲，以模擬樂隊聲源，進(jìn)行大廳音質(zhì)測試（圖3）。觀眾席的測試傳聲器，則采用三維的傳聲器陣列。由于“樂隊聲源”固定，主觀評價和客觀測量都建立在相同基礎(chǔ)條件上，其互比性較為可靠。至于所得經(jīng)驗與實際工程設(shè)計關(guān)系如何，尚有待驗證。

由于舞臺音質(zhì)的復(fù)雜性，2013年，Gade呼吁展開國際合作，集多單位力量，廣泛展開大規(guī)模調(diào)查來攻關(guān)。

2 舞臺音質(zhì)設(shè)計的研究和分析

舞臺音質(zhì)設(shè)計的核心內(nèi)容，是讓音樂家擁有良好的相互聽聞條件和足夠的房間聲反饋。

音樂家擁有良好的相互聽聞條件，需要擁有豐富的早期能量（包括直達(dá)聲和早期反射聲）。舞臺上交響樂隊的演奏就是各種聲源的組合，最根本最直接的方法就是優(yōu)化交響樂隊內(nèi)部直接聲音（直達(dá)聲）。其次，就是音樂家能夠獲得足夠多的早期反射聲，即要有合適的早期支持度STEarly。例如在一個大的全消聲室內(nèi)（幾乎沒有反射聲），如果不是正對著你講話（沒有直達(dá)聲），你就聽不到其他人的聲音。由于樂器的聲輻射都有一定的指向性，且樂隊相互之間存在一定的遮擋可能，演奏員有可能聽不到直達(dá)聲。如果缺乏反射聲的支持，會導(dǎo)致聽不清樂隊其他成員演奏的聲音，從而導(dǎo)致交響樂隊難以同步“合奏”。

音樂家希望擁有足夠的房間聲反饋，也就是要擁有豐富的來自觀眾席（尤其是主觀眾席）的混響聲能，即后期支持度STLate。但是，房間聲反饋太多也不好。例如在一個混響室內(nèi)，由于房間反射聲數(shù)量多且強度大，反而會掩蓋后續(xù)的直達(dá)聲，也會導(dǎo)致聽不清楚。

圖3 Lokki倡導(dǎo)測試用的揚聲器（左）和傳聲器陣列（右）[9]

以下分別從交響樂隊內(nèi)部直達(dá)聲的優(yōu)化、提供早期反射聲的設(shè)計和提供后期混響聲的設(shè)計等三個方面展開論述。

2.1 交響樂隊內(nèi)部直達(dá)聲的優(yōu)化

2.1.1 關(guān)于樂隊內(nèi)部直達(dá)聲的研究成果

關(guān)于樂隊內(nèi)部直達(dá)聲的研究成果有：高強度的直達(dá)聲非常重要(Krokstad等人)[10]；在樂隊內(nèi)部擁有強直達(dá)聲很重要(O 'Keefe)[11]；樂隊內(nèi)的直達(dá)聲延時不應(yīng)超過20 ms，且高頻部分更重要(Gade)[4]。

合理的交響樂隊結(jié)構(gòu)，可以使音樂家聽到或感受到內(nèi)部最細(xì)微的聲音，它不依賴于舞臺的周圍條件，主要受交響樂隊的排列、臺階升起和地板等影響。相對于銅管和打擊樂器，弦樂響度比較低，是最需要支持的，對音質(zhì)效果的要求也最高。

2.1.2 合理的交響樂隊排列

交響樂團(tuán)通常有數(shù)十種不同門類的樂器，為了保證各樂器音量和音色的平衡，世界上的指揮家與樂師經(jīng)過一百多年的努力探索和實驗，交響樂隊內(nèi)部聲音的衰減已經(jīng)被研究和量化，基本上確定了一個合理的席位排列原則（圖4）。

弦樂組是整個交響樂隊的基礎(chǔ)，它的音色給人以親切感，席位一般排在舞臺的前面。木管組樂器音色突出，所以需要分門別類將其排列在弦樂組之后，位于樂隊的中間部位。銅管樂器和打擊樂器，音量宏大，并富有穿透性，所以，排列在樂隊的最后面或后側(cè)面。豎琴和其他彈撥樂器通常排在樂隊的左右側(cè)。有時因作品要求，比如一些近現(xiàn)代作曲家的作品演奏，以及指揮家的個人偏好，樂隊席位排列也有特殊安排。

2.1.3 舞臺的半圓形臺階

交響樂隊在舞臺上為了避免前排樂師的遮擋，同時也使觀眾能夠看到后排樂師的表演，因此需要設(shè)置臺階。簡單的平行臺階使樂隊左右距離拉得很寬，不利于兩端樂師相互聽聞。故常將臺階按弧形布置，減小兩端樂師的距離。如日本東京三得利音樂廳（1986年）的半圓形臺階，是按國際著名指揮卡拉揚的建議而設(shè)計的，據(jù)介紹音質(zhì)效果良好，后被其他音樂廳舞臺布置廣泛采用（圖5、圖6）。從日本三得利音樂廳和上海交響樂團(tuán)音樂廳（圖7、圖8）的設(shè)計，可以了解舞臺半圓形臺階的布局和尺寸變化。

2.1.4 舞臺的尺寸要求

根據(jù)矩形大廳盡端式舞臺的調(diào)查資料，舞臺容積越大，臺上支持度STearly會下降，觀眾席聲壓級和G值也會下降；而混響時間RT則會上升，尤其對觀眾席早期聲能級Gearly和EDT影響更大[12]。因此，控制舞臺面積及其高度很有必要。

舞臺面積太太時，就會加大樂師之間的距離，樂隊內(nèi)部的直達(dá)聲就會減小。舞臺太寬時，前排兩側(cè)的聽眾聽到就近樂師演奏的聲音，要先于演奏臺另一側(cè)傳來的聲音，時差太大會對音樂的融合產(chǎn)生不良影響。舞臺太深時，舞臺后部樂器的聲音是在前部樂器聲音以后經(jīng)過一段可分辨的時差，才能到達(dá)聽眾耳朵（有利于相互聽聞的延時不宜超過35 ms，對應(yīng)的距離為12 m），也會產(chǎn)生類似副作用。演奏臺的全部應(yīng)保持在約18 m×12 m（寬×深）的長方形范圍內(nèi)[2]。 考慮到舞臺前指揮和樂師上下場的通道面積，可適當(dāng)放寬到18 m×13 m（平均寬×平均深）的長方形范圍內(nèi)[13]。

2.1.5 舞臺的地板

舞臺一般都采用架空木地板，主要作用為：下端有針腳的大提琴和低音提琴在演奏時，通過針腳傳遞至地板發(fā)生振動，帶給所有樂師同步合奏“打拍”的信息，加強交流效果。對于低音提琴而言，舞臺木地板比水泥地面在40 Hz～60 Hz范圍內(nèi)可有5 dB的增益，在30 Hz～40 Hz范圍內(nèi)甚至更大[10]。但架空木地板對觀眾廳聲學(xué)效果也有副作用，對低頻有吸收作用，會影響到觀眾大廳低頻混響和強度因子G。

聲學(xué)建議采用經(jīng)過改性處理、防火要求B1級、厚度約為40 mm～50 mm的松木（密度比較小），不宜使用堅硬的膠合板。如果地板高頻反射有苛刻要求的話，還要求木材表面不能上油漆。

2.2 提供早期反射聲的設(shè)計

2.2.1 認(rèn)為早期聲能很重要的研究

認(rèn)為早期聲能很重要的研究成果有：早期反射聲是獲得支持度的主要因素(Gade)[4、5]；

圖4 現(xiàn)代交響樂隊的典型排列方式 (來源：Bennett，1990)

圖5 三得利音樂廳舞臺半圓形臺階平面圖

圖6 三得利音樂廳樂隊演奏現(xiàn)場（來源：Suntory Hall）

圖7 上海交響樂團(tuán)音樂廳舞臺半圓形臺階平面圖

圖8 上海交響樂團(tuán)音樂廳演出前

早期反射聲對于合奏和支持度都很重要（Ueno等人）[14]；17 ms～35 ms的反射聲有助于合奏（Marshall等人）[15]；15 ms～35 ms反射聲可以提高其他樂器的演奏聲（Meyer）[16]；直達(dá)聲較弱或節(jié)奏快且長混響的條件下，35 ms前的反射聲很重要（Krokstad等人）[17]；35 ms后的反射聲在低頻段有助于合奏（Meyer, Serra）[18]；在30 ms之前至少應(yīng)該有2～3次早期反射聲（Benade）[18、20]；5 ms～20 ms的強早期反射聲可能導(dǎo)致不利的聲染色（Halmrast）[21]；0.5 kHz～2 kHz的聲音對于合奏很重要，低于500 Hz可能是有害（Marshall, Meyer）[22]。

從以上研究可以看出，多數(shù)認(rèn)為35 ms的延時是早期反射聲的下限，對應(yīng)的聲程差約為12 m。

2.2.2 舞臺上部增設(shè)反聲板（認(rèn)為早期支持度STEarly更重要）

1991年，Rindel[23]研究表明，舞臺頂板是對所有樂師能提供早期反射的最有效表面。通過詳細(xì)分析比較，認(rèn)為多塊小型反聲板較之采用少數(shù)大片式反聲板效果更好，而且易于使樂師獲得來自多塊反聲板的反射聲，或者說可同時獲得來自不同聲部的早期反射聲。根據(jù)經(jīng)驗，透空率宜控制在50%左右。面積1.5 m2小塊反聲板組合，對低頻反射仍屬有效，如每塊略呈凸弧形則更佳。由于小塊布置比較靈活，有利于不同反射方向的調(diào)節(jié)，使樂隊受益面更為均勻。這些反聲板有時還須延伸到舞臺臺口之外，以照顧前排觀眾。反聲板高度宜控制在7 m～13 m[24]。2007年、2010年，江維華團(tuán)隊研究認(rèn)為，“浮云式”反聲板對于葡萄園式音樂廳的舞臺幾乎是必不可少的[25,26]。舞臺上部安裝“浮云式”反聲板的知名音樂廳有德國柏林愛樂音樂廳（圖9）、日本三得利音樂廳、美國舊金山戴維斯音樂廳（圖10）和德國多特蒙德音樂廳等。1980年開幕的美國舊金山戴維斯音樂廳，在1991年～1992年進(jìn)行了改造，其中就包括增加了59塊、1.83 m2方形凸曲反聲板，吊在舞臺和前四排坐席之上9 m～10 m高處，以提高舞臺上的相互聽聞，并提供早期反射聲給池座。

其他的提供早期反射聲的設(shè)計將在第3章節(jié)“實際工程設(shè)計的綜合分析”展開詳細(xì)論述，在此不再贅述。

2.3 提供后期混響聲的設(shè)計

2.3.1 認(rèn)為后期混響聲比較重要的研究

認(rèn)為后期混響聲比較重要的研究成果有：混響聲對于合奏并不重要，但對獨奏更可?。∕arshal[15]和Gade[7]）；無論獨奏和合奏，樂師都喜歡長混響，有助于增進(jìn)音樂氣氛（Ueno, Tachibana）[27]；合適的觀眾廳混響聲對舞臺的聲場是至關(guān)重要的，其中來自主觀眾席的混響聲占重要地位（Dammerad）[28]；后期聲對于音樂家“聽到房間的聲反饋”很重要（Nakayama）[29]；合唱團(tuán)非常喜歡混響聲（Burd, Haslam）[30]；銅管演奏家和鋼琴家對后期反射聲普遍持肯定態(tài)度（Chiang等人）[31]。

2.3.2 指揮臺位置的聲學(xué)感受

一個音樂廳音質(zhì)效果的好壞，樂隊指揮的評價具有舉足輕重的作用，因此，一定要重視指揮臺位置的聲學(xué)感受。指揮與樂師們所處的地位與技術(shù)要求不同。指揮有照顧演奏速度和節(jié)奏變化的職責(zé)，要關(guān)心各樂器組之間的平衡，還要整體掌握演奏力度的變化。身處指揮臺的樂隊指揮，不僅要對來自樂隊的“直覺信息”做出判斷，還要對聽眾席的音質(zhì)效果有所估量。

同樣，處在舞臺上的樂師們和指揮有不同要求。樂師們歡迎來自不高的頂部反射聲，如在一些高大廳內(nèi)，常希望舞臺上空吊掛反聲板以滿足之。可是對指揮來說，需要控制來自樂隊直達(dá)聲與大廳混響聲的平衡關(guān)系。樂隊處于指揮正前方，可以直接聽到各聲部的直達(dá)聲。而來自大廳空間的反饋卻來自指揮身后，希望從高頂棚（和觀眾席一樣高）獲得和觀眾席相似的混響感和空間感。因此，從指揮的角度考慮，舞臺上部宜設(shè)置比較高的反聲板，或不懸掛反聲板。

圖9 德國柏林愛樂音樂廳(1963年) （來源：Tripadvisor）

圖10 美國舊金山戴維斯音樂廳

圖11 日本東京歌劇城音樂廳

圖12 法國巴黎愛樂音樂廳

圖13 德國漢堡易北愛樂音樂廳

圖14 美國迪士尼音樂廳（來源：Los Angeles Philharmonic Association）

圖15 俄羅斯Zaryadye音樂廳的多層次欄板

圖16 日本札幌音樂廳的多層次矮墻（來源：kotobuki-seating.co.jp）

2.3.3 舞臺上部設(shè)置比較高的反聲板

舞臺上部設(shè)置比較高的反聲板時，采用整體式反聲板的比較多。當(dāng)然，反聲板設(shè)置比較高，也考慮到不能影響側(cè)樓座觀眾的觀看。如瑞士盧塞恩KKL音樂廳、日本東京歌劇城音樂廳（圖11）、法國巴黎愛樂音樂廳（圖12）和德國漢堡易北愛樂音樂廳（圖13）等。

2.3.4 舞臺上部不設(shè)置反聲板

建于19世紀(jì)末的音質(zhì)優(yōu)異的三大音樂廳(維也納的金色大廳、阿姆斯特丹音樂廳和波士頓交響音樂廳)的舞臺上都沒有吊掛反聲板，但樂隊和觀眾都對音質(zhì)效果感到滿意。可見，至少對鞋盒式音樂廳而言，舞臺上吊掛反聲板是非必要的。2003年落成的美國迪士尼音樂廳（圖14）和2018年落成的俄羅斯Zaryadye音樂廳等，舞臺上也沒有吊掛反聲板。

2.3.5 重視來自觀眾席（尤其是主觀眾席）的聲反饋

2009年，Dammerad研究發(fā)現(xiàn)，合適的觀眾廳混響聲對舞臺的聲場至關(guān)重要，其中來自于主觀眾席的混響聲占重要地位。就像采用擴聲系統(tǒng)進(jìn)行表演或開會時，必須在舞臺前沿設(shè)置返聽揚聲器，它就是代表主觀眾席的聲反饋。而音樂廳采用的是自然聲，不可以設(shè)置返聽揚聲器，只能在建筑體型上采取措施。具體措施為，在主觀眾席設(shè)置不同層次的欄板（圖15）或矮墻（圖16），保證舞臺上演奏的聲音能夠通過主觀眾席的矮墻產(chǎn)生多層次的返回舞臺的聲能。

（未完待續(xù)）