波士頓交響樂廳的聲場模擬分析

楊志剛

【摘? ? 要】 對波士頓交響樂廳進行聲場模擬分析，并剖析其聲場特點和觀眾席聽感。

【關(guān)鍵詞】 波士頓交響樂廳;聲場模擬;豐滿度;親切度;舞臺擴散度;舞臺支持度;聽感分析

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.12.007

波士頓交響樂廳位于美國馬薩諸塞州波士頓市內(nèi)，于1900年10月15日落成，在1999年被指定為美國的國家歷史地標(biāo)，也是波士頓的標(biāo)志性建筑。建造時便有意識地運用聲學(xué)原理指導(dǎo)音樂廳的設(shè)計，聘請哈佛大學(xué)物理學(xué)助理教授塞賓為聲學(xué)顧問。因此，波士頓交響樂廳是最早運用現(xiàn)代聲學(xué)原理設(shè)計的音樂廳，從聲學(xué)上講，波士頓交響樂廳是世界上三大音樂廳之一，在是美國的最好的音樂廳中也受到青睞之。從開館之日起，這座交響樂廳就因其活潑的音響效果而廣受贊譽，被譽為優(yōu)美動聽的古典音樂會場館之一，目前是波士頓交響樂團與波士頓流行樂團的駐地。

波士頓交響樂廳以第二次世界大戰(zhàn)中被毀的萊比錫音樂廳為原型建造，與阿姆斯特丹音樂廳和維也納金色大廳一樣，外形為狹長而高挑的“鞋盒”形，見圖1。當(dāng)踏入交響樂廳，首先便會看到裝有一排鍍金風(fēng)管的管風(fēng)琴（4 800管）舞臺后墻。不同深度的灰色和奶黃色油漆、鍍金的眺臺欄板、紅色的眺臺扶手、黑色的座椅和紅色的地毯等元素使大廳具有19世紀(jì)中葉的建筑風(fēng)格。16尊希臘和羅馬塑像復(fù)制品排列在大廳的墻上，以印證波士頓廣為人知的“美洲的雅典”的稱號。值得一提的是，音樂廳的舞臺上鐫刻著貝多芬的名字，他是唯一一位被所有理事一致同意將其名字鐫刻在交響樂大廳里的音樂家。

世界上一些著名的樂隊指揮、獨奏家和評論家對交響樂廳的評價如下頗高，如：

米特羅普洛斯評說：“波士頓交響樂廳音質(zhì)良好?！?/p>

蒙特說：“波士頓交響樂廳我非常非常喜歡。”

奧曼迪和喬治塞爾都認為“波士頓交響樂廳是世界上最佳音樂廳之一?！?/p>

明希和艾薩克斯丹恩認為“波士頓交響樂廳是優(yōu)秀的?！?/p>

博爾特寫到：“波士頓交響樂廳是我們理想的大廳?！?/p>

賴納說：“波士頓交響樂廳和維也納金色大廳是兩個最好的大廳。”

瓦爾特說：“波士頓交響樂廳很好，比卡內(nèi)基音樂廳更活躍。”

指揮家卡拉揚在將波士頓交響樂廳與維也納金色大廳進行比較時表示，“對很多音樂而言，它甚至更好……因為它的混響時間稍低?！?/p>

1? 交響樂廳基本概況

交響樂季時，波士頓交響樂廳能容納2 625人;流行樂季時，能容納2 371人，舉行宴會時，能容納800人。廳內(nèi)長、寬、高分別為39 m、22.9 m、18.6 m，體積為18 750 m3，每座容積為7.14 m3/座，安裝座椅的地板面積1 056 m2;交響樂季時，每個座椅占地面積為0.40 m2/座。音樂廳的平面、剖面圖及照片見圖2～圖5。

波士頓交響樂廳各界面所用的材料如下。

頂部：鋼板網(wǎng)抹灰。

墻面：30%為鋼板網(wǎng)抹灰，50%為砌筑墻抹灰，20%為13 mm～25 mm厚木材。

眺臺：欄板為鏤空的鑄鐵花格柵。

地面：池座地面為平的混凝土黏貼木地板;冬季音樂會時，臨時安裝起坡的地面，用1.9 cm厚木板鋪在由角鋼支撐的10 cm×10 cm木楞上，地板的空腔深度由前座的零到后排的1.52 m;樓座地面是混凝土鋪木地板;走道鋪地毯。所有舞臺地面均鋪3.8 cm厚木板，下有很大空腔，上面另鋪1.9 cm厚木板。

舞臺反聲罩：大部分表面包括平頂均是1.3 cm厚、0.91 m2的木格鑲板，其框架為2.5 cm厚和15.2 cm寬。舞臺地面以上約4.3 m高的墻面鑲板厚2.5 cm。

座椅：靠背前后和座墊面均為毛氈上包覆黑色皮革，座墊下面及扶手均為實木。

2? 聲場模擬分析

2.1? 建立準(zhǔn)確的三維計算機模型

計算機模擬軟件采用ODEON，版本為14.00Combined。為了能準(zhǔn)確地找出波士頓交響樂廳形體方面的優(yōu)勢，筆者所在的團隊盡最大可能地把各個主要的形體都建立完整（由于雕塑太復(fù)雜，是通過提高雕塑面的擴散系數(shù)來達到聲學(xué)要求），盡量減少對音質(zhì)參量模擬精度的影響。圖6和圖7為波士頓交響樂廳計算機模型圖，共建立了4 977個面。

聲源設(shè)置在舞臺邊緣向內(nèi)3 m的中心線上，離舞臺地面1.5 m。在觀眾席中共設(shè)置了22個測點，均離地面1.2 m高，聲源和測點分布見圖8。首先，根據(jù)相關(guān)資料確定各個界面的吸聲系數(shù)，然后適當(dāng)調(diào)整吸聲系數(shù)，使計算機混響時間T30的模擬結(jié)果和實測數(shù)據(jù)基本接近，然后相應(yīng)地模擬出其他聲學(xué)參量（EDT、C80、G、LF、IACC、ST1等）。

2.2? 計算機模擬結(jié)果匯總

波士頓交響樂廳的實測數(shù)據(jù)絕大多數(shù)取自白瑞納克著的《音樂廳和歌劇院》第二版[2]，并和其推薦值進行了比較。音樂廳模擬值、實測值和推薦值的對比表見表1。

2.3? 聲學(xué)參量的彩色網(wǎng)格圖

波士頓交響樂廳計算機模擬的聲學(xué)參量彩色網(wǎng)格圖見圖9～圖14。

2.4? 代表測點的反射聲序列

反射聲紋理能夠很好地反映音樂廳的音質(zhì)效果，圖15～圖20列出了池座、側(cè)眺臺、二層樓座以及三層樓座代表測點的反射聲序列（最多反射次數(shù)為4）。從反射聲序列可以看出池座的反射聲最多，其次是三層樓座，最少的是二層樓座。二層樓座80 ms以后的反射聲比較少。

3? 波士頓交響樂廳的聲場特點

三大音樂廳聲學(xué)參量數(shù)據(jù)的對比見表2，從中可以看出波士頓交響樂廳與阿姆斯特丹音樂廳體量相當(dāng)，均比維也納金色大廳規(guī)模要大一些。雖然波士頓交響樂廳和阿姆斯特丹音樂廳體量相當(dāng)，但波士頓交響樂廳的座位數(shù)卻明顯比阿姆斯特丹音樂廳的座位數(shù)要多。

3.1? 相對較低的豐滿度和較高的明晰度

從表2 可以看出，在三大音樂廳中，波士頓交響樂廳空、滿場RTmid和EDTmid都是最小的，相應(yīng)地明晰度就最高，但都在推薦范圍內(nèi)，混響感十分明顯。聲學(xué)家白瑞納克認為：“只有在維也納金色大廳、阿姆斯特丹音樂廳、柏林音樂廳、蘇黎世的大音樂廳才有波士頓交響樂廳那種到達高峰的增漲過程和混響質(zhì)量。在此聽音樂實在是一種享受”。指揮家卡拉揚在將波士頓交響樂廳與維也納金色大廳進行比較時表示：“對很多音樂而言，波士頓交響樂廳甚至更好，因為其混響時間稍低?！?/p>

3.2? 較低的觀眾廳響度、低頻力度和較高的舞臺聲壓級、舞臺支持度

過去很長一段時間，大家一直認為大廳低頻混響與中頻混響之比決定大廳的低頻力度，近年研究表明，這樣的估量不對。Beranek[4]認為：低頻125 Hz的G值減去中頻（500 Hz、1 kHz兩個倍頻帶）的G值之差（G125–G中頻）的低音比（bass index），才是重要的因素。從表3中可以看出，三大音樂廳中波士頓交響樂廳無論是空場還是滿場的Gmid和G125-Gmid都是最小的。響度偏低的原因主要是在相同的空間內(nèi)布置了較多的觀眾席，因而能量吸聲較多、響度自然就低了。低頻力度偏小的原因是20%墻面和舞臺反聲罩為13 mm～25 mm厚木材（面密度比較?。斐傻皖l吸收較多的緣故。

波士頓交響樂廳是三大廳中唯一建有分隔式舞臺空間（類似音樂反聲罩）的大廳，由于舞臺空間比較小，沒有一件樂器與指揮臺之間距離在9.2 m以上。更重要的是，管風(fēng)琴下部的擴散底面可以將聲能反射向演員。聲學(xué)測量（蓋德，1989和布拉德利，1994）表明，離樂隊中心邊上1 m的樂師發(fā)出的聲音經(jīng)大廳返回中心后那里的聲壓級，波士頓交響樂廳比維也納金色大廳低1 dB，比阿姆斯特丹音樂廳高4 dB。

也就是說，在三大廳中，雖然波士頓交響樂廳觀眾廳的響度和低頻力度都比較小，但是由于音樂反聲罩的作用，其舞臺上的聲壓級和維也納金色大廳的相當(dāng)，比阿姆斯特丹音樂廳的還要高4 dB。波士頓交響樂廳的舞臺支持度ST1也是三大廳中最好的。

3.3? 較好的視在聲源寬度和較低的環(huán)繞感

空間感包括早期聲引致的視在聲源寬度（ASW）和混響聲引致的環(huán)繞感（LEV）。從表4可以看出，在三大音樂廳中，波士頓交響樂廳的視在聲源寬度ASW和維也納金色大廳的差不多，都比較大，但其環(huán)繞感卻是三個音樂廳中最小的。

環(huán)繞感（LEV）是根據(jù)白瑞納克的《音樂廳和歌劇院》（第二版）[2]數(shù)據(jù)利用LEV公式計算所得，而沒有直接采用《音樂廳的聲學(xué)質(zhì)量與廳堂形狀有關(guān)：鞋盒、環(huán)繞物等》[5]的數(shù)據(jù)，所以有一定的誤差，主要為了詳細分析LEV偏大的原因。從計算公式：計算公式中可以看出，LEV與后期中頻的響度、后期雙耳相關(guān)函數(shù)有關(guān)。從表5的計算數(shù)據(jù)可以看出，三大音樂廳值相差并不大，所以，波士頓交響樂廳GLate值最小，直接導(dǎo)致環(huán)繞感（LEV）也最小。

3.4? 良好的親切感

親切感就是在大房間中聽音樂卻有小房間的主觀感覺。白瑞納克將正廳池座中心位置的初始時延間隙ITDG用作親切感的量度。正廳池座中心位置定義為舞臺前沿和第一層眺臺欄板之間的半程位置（偏離中軸線1 m）。從圖22池座中心位置測點的反射聲序列可以看出，第一次反射聲來源于池座的側(cè)墻（見圖23），ITDG為28 ms，仍然不符合交響樂廳<25 ms的推薦值。波士頓交響樂廳寬度已經(jīng)比較窄了（僅約22.9 m），但實測值僅15 ms，聲稱差僅0.015 m×340 m/s=5.1 m，估計是通過舞臺上樂譜架或座椅背板反射的。由于演出時，舞臺椅子上坐滿演奏人員，會部分或全部遮擋座椅背板或樂譜架。即使沒有遮擋，反射聲也會隨著樂隊的布置方式不同而或有或沒有。因此，真正演出時來自舞臺上樂譜架或座椅背板的反射聲是可有可無的，是個變量，無法定量設(shè)計。所以，在測量時建議適當(dāng)調(diào)整舞臺上樂譜架或座椅背板的角度，從而消除這些不是穩(wěn)態(tài)的反射聲。

3.5? 不均勻的擴散性

Hann和Fricke曾經(jīng)通過相關(guān)研究得出以下結(jié)論：“評價為優(yōu)異與評價為良好或中等的音樂廳相比，表面擴散性程度似乎是造成這種差別的重大原因”。逐一詳細地分析波士頓交響樂廳各界面的擴散特性。整個頂部布滿凸出的裝飾線條（藻井格）起到很好的擴散效果。眺臺是鏤空的鍍金金屬格柵（透空率約50%），起不到什么擴散作用。側(cè)墻三層樓座以上側(cè)墻的擴散效果比較好，尤其是16尊希臘和羅馬塑像復(fù)制品排列在墻上，使擴散效果更加良好;除池座后墻增設(shè)QRD擴散體，擴散效果比較好外，池座和二層的墻面均比較平，擴散效果并不好。舞臺區(qū)域的木格鑲板和管風(fēng)琴墻面的凹凸變化，使舞臺擴散效果非常好。確切地說，波士頓交響樂廳觀眾廳的下半段擴散不好，上半段（包括頂部）擴散良好，詳見圖24～圖27。

波士頓交響樂廳側(cè)墻總面積約為1 470 m2，池座和二層樓座沒做擴散的面積約為460 m2，三層樓座以上做擴散的側(cè)墻面積就是1 010 m2;全部做擴散的頂棚面積約為1 100 m2。由于三層樓座側(cè)墻和頂棚都是高擴散性，所以SDI=（1×1 010+1×1 110）/（1 470+1 100）=0.82。根據(jù)白瑞納克著的《音樂廳和歌劇院》第一版[1]和第二版[2]，維也納金色大廳的SDI為0.96，阿姆斯特丹音樂廳的擴散性和維也納金色大廳一樣好，SDI也約為0.96。

4? 總體分析

綜上所述，波士頓交響樂廳混響時間比較合適（如果能再長一點，也許會更好），能體會到那種到達高峰的增漲過程和混響質(zhì)量。相比較另外兩大音樂廳，波士頓交響樂廳的觀眾廳響度偏低，低頻力度也不足。由于舞臺區(qū)域呈樂罩形狀，演奏人員的舞臺支持度很好，且舞臺的聲壓級足夠高，親切感比較好。在空間感方面，波士頓交響樂廳有很好的視在聲源寬度，但環(huán)繞感沒有另外兩大頂級音樂廳明顯。總的來說，波士頓交響樂廳非常適合演奏古典音樂會。

2017年6月16日，筆者曾在波士頓交響樂廳看過一場演出，演出內(nèi)容涉及美國作曲作詞家斯蒂芬·桑德海姆生平介紹及其作品，既有交響樂演奏，也有獨唱，還有使用擴聲系統(tǒng)的個人生平介紹。交響樂廳上部墻面上共懸掛了9塊白色絲絨吸聲簾幕，且觀眾爆滿，估計滿場混響時間在1.6 s～1.7 s。因此，交響樂演奏時，聲音效果并不是十分豐滿，沒有想象中的那種到達高峰的增漲過程和混響質(zhì)量。但使用擴聲系統(tǒng)的語言介紹部分聽起來比較清晰，且具有一定的豐滿度，是清晰度和豐滿度的最佳折衷。

致謝：模型主體由金瑞參照相關(guān)圖紙和筆者現(xiàn)場實拍的照片來建立的，在此感謝她的辛勤工作。

參考文獻：

[1]LEO BERANEK. CONCERT HALLS AND OPERA HOUSES （First Edition）.

[2]LEO BERANEK. CONCERT HALLS AND OPERA HOUSES （Second Edition）.

[3]王季卿. 音樂廳音質(zhì)設(shè)計進展及問題探討[J]. 聲學(xué)技術(shù)，2016，10.

[4] BeranekL.Concert hall design： Some considerations[C]//Interna-tional Symposium on Room Acoustics （ISRA） June 9-11，2013， Toronto. P002.

[5]Hidaka T， Nishihara N. Acoustical quality in concert halls as related to hall shape： shoebox， surround， and other[J]. Psychomusi-cology： Music， Mind， & Brain， 2005， 25（3）：240-252.