浅谈音乐厅声学设计发展史

浅谈音乐厅声学设计发展史舞台在音乐厅当中扮演着不可替代的角色，重要之性无需多言，早期的舞台声学设计侧重考虑改善观众席的声学环境，合理的舞台声学设计不仅可以改善观众厅的听闻环境，更可改善舞台本身的声学环境，创造出有利于演奏者的声学条件，演的高质量才可达到听闻的高质量。赛宾：专业做音乐厅声学设计。本文通过回顾厅堂舞台声学的实践与理论研究成果，解读有利于演奏者声学条件的舞台声学设计方法。1引言浅谈音乐厅声学设计发展史。自1895年赛宾发现混响时间，人们开始科学地对待室内声学。而在很长一段时间内，其焦点都是围绕观众厅的声学特性，以及听众的听闻效果，而对表演者的听闻条件，舞台声学设计则有所忽视。毫无疑问，表演者与听众，舞台与观众厅共同构成观演主体与观演空间，二者的配合才能达到完美的观演、视听效果。音乐厅是供交响乐(包括民族音乐)、室内乐及声乐演出的专用厅堂，它是音质要求最高的观演场所，由于音乐厅建筑投资维护费用较高，也有多功能剧场设可移动乐罩兼音乐演奏功能。本文通过回顾音乐厅堂舞台声学的实践与理论研究成果，解读有利于演奏者的舞台声学设计的方法。2舞台演奏直达声的分布与衰减据统计，古典音乐厅舞台(乐台)面积平均约为158m2，近现代音乐厅乐台面积平均为203m2，交响乐演奏时乐队乐器人数较多。我们按宽18m，深10m考虑，舞台对角线约为20m，乐师间最近与最远距离的比值可以达1：20，我们知道乐师间听闻的直达声随距离增大而衰减，乐师间相互的遮挡引起进一步的衰减，特别是在高频段，同时乐队中不同乐器的声功率级有差异，因此，相邻、相隔乐师间的听闻效果相差较大，若舞台上无任何反射界面，乐师间的相互听闻条件与整体感很难保证。3早期古典“鞋盒”式音乐厅尽端式舞台“乐罩”浅谈音乐厅声学设计发展史。在长期经验与技术限制的基础上，古典音乐厅多为“鞋盒”式，矩形平面形体且相对窄而高，具有混响时间长，早期反射声丰富，音质效果良好，由于理论研究的滞后，在较长一段时间很多人认为只有“鞋盒式”音乐厅才能获得完美音质。古典音乐厅均采用尽端式舞台设计，即演奏台设在观众厅的尽端部位，舞台除面向观众席开口一侧，均有建筑界面包围。其中包括世界公认的三座音质最好的音乐厅：维也纳音乐厅，阿姆斯特丹音乐厅以及波士顿音乐厅，它们的舞台均为尽端式，舞台侧墙为八字形，向观众席倾斜，开口宽度比观众席稍窄，舞台面积在150～160m2，乐队布置紧凑，顶板面向观众席方向微倾斜，舞台侧墙和顶板均可给舞台反射声，有利于乐师相互听闻，并把部分声能反射给观众席，使前排听众获得较好的融合声。其中波士顿音乐厅舞台深约10m，舞台平均宽度约15～16m、顶部平均高度约12～13m。尽端式舞台至今仍然是现代音乐厅常用的舞台形式，特别是对于容量不大的厅堂。4环绕式厅中心式舞台与“浮云式”反射板1963年，由德国建筑师HansScharoun和声学家L.Cremer设计的柏林爱乐音乐厅，采用山地葡萄园式座位布置，即中心式环绕舞台形式，并获得了优良的音质效果，从此动摇了只有“鞋盒”式厅才能产生完美音质的神话。中心式舞台的布置方式为观众席环绕舞台四周，这种形式能够使大容量厅堂内的后排听众尽可能接近演奏者，从而获得足够强度的直达声，但相对于舞台空间，中心式舞台四周均为观众席，缺乏反射接口，通常只能通过顶部悬吊反射板未改善乐师间的相互听闻。1965年，美国声学家L.L.Beranek和T.J.Schultz对早期声能与混响声能的比值对音质的重要影响做了新的论述，研究了声能比对音乐丰满度、温暖度及清晰度的影响，他们还通过人工合成声场试验发现早期声中以高频成份对清晰度、丰满度起主要作用，而只要后期混响能中有丰富的低频成份就能得到温暖感。这一发现对于舞台反射板设计，尤其是“浮云式”舞台反射板设计具有很重要的意义。舞台上空采用非连续声反射板(“浮云式”反射板)，在中高频具有良好反射性能，同时可使低频声在反射板后面的舞台空间里充分地混响，从而给音乐增加了温暖感。1989年丹麦声学家J.H.Rinde研究表明，对于浮云式反射板，低频反射特性主要取决于反射板的相对密度，而与单个反射板的大小关系不大;高频反射特性则主要取决于反射板的尺寸以及板间的距离，为舞台反射板设计提供进一步的理论基础。5有利于演奏者的声学条件实验与舞台音质评价研究浅谈音乐厅声学设计发展史。从19世纪70年代末开始声学家们开始对有利于演奏者的舞台声学进行系统的研究。典型的研究有，新西兰声学家MarshalI.A.H于1978通过对已建成的若干大厅进行分析，并且做了一系列的仿真实验，在消声室对演奏声用录音，再经过适当的处理用扬声器重放，模拟不同时间序列、频率特性的反射声回馈给演奏者(三重奏组)，并记录演奏者的主观感受，较为系统地提出有利于舞台音乐演奏的声学条件，具体内容为：1)舞台早期反射声对演奏的支持是很重要的，且反射声延时不能过长，有利于相互听闻的延时范围是17～35ms;2)反射声中的高频成分对音乐演出至为重要。500HZ以下的反射声对演奏支持是有害的，建议对500Hz以下的声音相对降低3dB;3)当演奏者之间的反射声声压级超过4dB，演奏的不平衡将被察觉，建议以3dB为标准设计不同乐器之间的反射声声压级差。1989年，声学家GADE.A.C以演奏者为研究对象，对丹麦和英国各8个厅堂做了舞台音质评价的实验，其中主观评价参数有：混响感、演唱演奏支持感、音色质量、活跃感、相互听闻以及整体感觉，研究指出，演奏者在自己熟悉的厅堂，关注的是早期声能的支持，而在不熟悉的厅堂演出，首先关注的是厅堂混响感的支持。客观评价主要包括有混响时间RT、早期衰变时间EDT、舞台支持因子ST(E)、以及低音比EDTF。GADE,A.C在对16个厅堂的测量分析后，指出：演奏者的主观感受，包括自身演奏的轻松感、支持感以及整体演奏的协调轻松感与客观评价参数ST(e)的相关性最大，STl最佳值-12+-1。而混响感与混响时间的相关性最大。RT最佳值为2s;此后，ST(e)成为人们普遍接受的舞台评价客观参数。其中舞台支持因子ST(e)定义为：测量点在声源1m处，离地1m高，声源与传声器均为无指向的，且舞台上无演奏架及椅子确保声音无障碍传播。6有利于演奏者的舞台声学设计中应注意的问题6.1有效的早期反射声不论是尽端式舞台乐罩的侧墙、顶板，还是中心式舞台的顶部反射板，要使它们提供的舞台反射声有利于演奏者的相互听闻，那么顶部反射接口的高度以及尽端式舞台的侧墙开口距离都不能过大，侧墙距离应控制在13～18m以内，不超过20m;顶部反射板高度控制在6～9m，不超过13m。一般认为开口较宽、进深较浅的舞台，顶部反射板宜相对低些，而开口较窄、进深较大的舞台，顶部反射板可相对较高些，也有研究认为窄而深的舞台优于浅而宽的舞台。6.2注意舞台声部平衡交响乐演奏乐器种类较多，主要包括打击乐、管乐与弦乐等，它们的声功率级相差较大，其中打击乐、管乐相对较大，而弦乐相对较小，一般的舞台乐队布置也是考虑不同乐器声功率级、音域等因素影响的结果，见图1。演奏时声部的平衡是舞台声学设计时必须考虑的问题，因此，音乐厅舞台后墙常处理为扩散、吸声或者适当的缝隙泻声，来降低舞台后部打击乐器与铜管乐器的反射声强度。早在1960年美国BBN声学顾问公司为Tanglewood音乐厅设计新的舞台反射板时就特别注意到声部平衡问题，反射板设计为局部透空，透空部分可以逸散部分声能，而弦乐声部上面的反射板透空部分上方还有另一层反射板来加强该声部的反射，取得了较好的效果。1986年声学家Meyer.J研究指出乐师对舞台早期反射声的敏感度与反射的方向有关，相对于侧向以及斜上方的声音，正上方的声音乐师听闻最敏感，从而提出有利于声部平衡的舞台反射板布置方式，见图4，弦乐声部上方反射板水平布置，弦乐声部间可以获得较有利的反射声；管乐声部上方反射板向观众方倾斜，这样弦乐声部向管乐声部的反射声方向为正上方，而反向反射方向为斜上方，这样有利于管乐与弦乐声部之间的声部平衡。6.3舞台接口的扩散处理1979年Rorbert.s.Shankland在《Acousticaldesignforperl：ormers》一文提出舞台反射接口扩散处理的重要性。关于舞台扩散效果及评价的研究不多但在舞台声学设计中却普遍运用，从古典音乐厅中的雕饰扩散，到近现代几何形体及QRD等扩散体。舞台反射接口的扩散处理可使长延时反射声均匀分布，有利于演奏的整体协调感；扩散可使部分声能到达观众席，有利于观众席较好的融合声；扩散同时还可降低舞台声缺陷产生风险。6.4舞台声学设计对观众席声学条件的改善从多功能厅加设乐罩前后观众席音质评价研究中可以看出，舞台乐罩在改善演奏者的声学条件，还改善了观众席的声学条件，如响度、混响时间、清晰度等，优秀的音乐厅舞台乐罩设计应同时考虑观众席和表演者的要求，创造出好的声学环境。