音樂廳的舞臺音質研究與設計（一）

楊志剛

（華東建筑設計研究院有限公司，上海 200041）

1978年之前，音樂廳的聲學設計主要致力于研究觀眾廳的音質效果，而舞臺的音質研究卻比較少。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條件高度相關。舞臺的聲學條件會直接影響音樂家的技藝發揮。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聲質量（如音量和音調等），又保持樂隊整體演奏的協調，這都與舞臺聲學條件有關[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。如果舞臺音質不好，降低了音樂家的演奏水平，再好的觀眾廳聲學效果，也不可能聽到一場完美的演出。因此，從某種意義上講，舞臺音質設計比觀眾廳音質設計更重要。

音樂廳演奏節目的種類比較多，本文研究的重點定為交響樂隊，因其最為復雜。音樂廳的舞臺一般稱為演奏臺，以區別于劇院演出的舞臺，但有關音樂廳聲學設計的文獻習慣稱為舞臺，所以本文仍以舞臺相稱。

1 舞臺音質理論發展回顧

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

1.1 舞臺音質系統性研究起點的標志

1978年，Marshall等人和Barron分別從舞臺上樂隊主觀反應調查著手，深入舞臺音質客觀物理狀況研究，發表了兩篇文獻《適合合奏的聲學條件》（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研究》（The Gulbenkian Great hall, LisbenII: An acoustic study of a concert hall with variable stage），標志著舞臺音質系統性研究的起點。

1.2 Gade提出客觀評價參量

1986年～1989年，丹麥技術大學研究生Gade利用消聲室和信息處理技術，以模擬真實的反射聲系統和混響場，進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后來的研究認為ST已足以說明EEL參量，并認為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也相應地稱為ST1。

1.3 國際標準ISO 3382把STEarly和STLate列為附錄內容

2009年，國際標準ISO3382把Gade提出的早期支持度STEarly以及相對應的后期支持度STLate（一個新參量）列為附錄內容（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，聲學界對此標準的議論仍然不斷（如STEarly的20 ms時間窗口，很多人認為不夠準確）。不僅限于舞臺上的支持度參量問題，甚至有人對整個標準持激烈的否定意見。

早期的研究相對比較簡單，雖便于統一和規范化，但與舞臺的實際條件并不相符。近年來，文獻報道中常有前后矛盾的結論出現。雖然舞臺上的物理狀況很容易研究，但樂隊的情況比較復雜。復雜性主要表現在：舞臺音質設計研究的依據是音樂家的主觀感受，而主觀感受就很復雜。音樂家的經歷、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他們所處的環境，這使得在舞臺上尋找因果關系變得更加困難。

圖1 ST和EEL測量原理示意圖[7]

圖2 直達聲、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（測試側向反射系數除外）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。不僅聲源的發聲有方向性，而且不同的聲源（人和不同樂器）發聲的方向也不一樣，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，芬蘭聲學家Lokki[9]倡導用多達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聲，以模擬樂隊聲源，進行大廳音質測試（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條件上，其互比性較為可靠。至于所得經驗與實際工程設計關系如何，尚有待驗證。

由于舞臺音質的復雜性，2013年，Gade呼吁展開國際合作，集多單位力量，廣泛展開大規模調查來攻關。

2 舞臺音質設計的研究和分析

舞臺音質設計的核心內容，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化交響樂隊內部直接聲音（直達聲）。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（幾乎沒有反射聲），如果不是正對著你講話（沒有直達聲），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聲。如果缺乏反射聲的支持，會導致聽不清樂隊其他成員演奏的聲音，從而導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，由于房間反射聲數量多且強度大，反而會掩蓋后續的直達聲，也會導致聽不清楚。

圖3 Lokki倡導測試用的揚聲器（左）和傳聲器陣列（右）[9]

以下分別從交響樂隊內部直達聲的優化、提供早期反射聲的設計和提供后期混響聲的設計等三個方面展開論述。

2.1 交響樂隊內部直達聲的優化

2.1.1 關于樂隊內部直達聲的研究成果

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

合理的交響樂隊結構，可以使音樂家聽到或感受到內部最細微的聲音，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，對音質效果的要求也最高。

2.1.2 合理的交響樂隊排列

交響樂團通常有數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過一百多年的努力探索和實驗，交響樂隊內部聲音的衰減已經被研究和量化，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，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面。豎琴和其他彈撥樂器通常排在樂隊的左右側。有時因作品要求，比如一些近現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計的，據介紹音質效果良好，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音樂廳（圖7、圖8）的設計，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

根據矩形大廳盡端式舞臺的調查資料，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，樂隊內部的直達聲就會減小。舞臺太寬時，前排兩側的聽眾聽到就近樂師演奏的聲音，要先于演奏臺另一側傳來的聲音，時差太大會對音樂的融合產生不良影響。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過一段可分辨的時差，才能到達聽眾耳朵（有利于相互聽聞的延時不宜超過35 ms，對應的距離為12 m），也會產生類似副作用。演奏臺的全部應保持在約18 m×12 m（寬×深）的長方形范圍內[2]。 考慮到舞臺前指揮和樂師上下場的通道面積，可適當放寬到18 m×13 m（平均寬×平均深）的長方形范圍內[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范圍內可有5 dB的增益，在30 Hz～40 Hz范圍內甚至更大[10]。但架空木地板對觀眾廳聲學效果也有副作用，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。

聲學建議采用經過改性處理、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計

2.2.1 認為早期聲能很重要的研究

認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場（來源：Suntory Hall）

圖7 上海交響樂團音樂廳舞臺半圓形臺階平面圖

圖8 上海交響樂團音樂廳演出前

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]；直達聲較弱或節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，多數認為35 ms的延時是早期反射聲的下限，對應的聲程差約為12 m。

2.2.2 舞臺上部增設反聲板（認為早期支持度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。通過詳細分析比較，認為多塊小型反聲板較之采用少數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。根據經驗，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節，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，江維華團隊研究認為，“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計將在第3章節“實際工程設計的綜合分析”展開詳細論述，在此不再贅述。

2.3 提供后期混響聲的設計

2.3.1 認為后期混響聲比較重要的研究

認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度（Chiang等人）[31]。

2.3.2 指揮臺位置的聲學感受

一個音樂廳音質效果的好壞，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感受。指揮與樂師們所處的地位與技術要求不同。指揮有照顧演奏速度和節奏變化的職責，要關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，常希望舞臺上空吊掛反聲板以滿足之?？墒菍χ笓]來說，需要控制來自樂隊直達聲與大廳混響聲的平衡關系。樂隊處于指揮正前方，可以直接聽到各聲部的直達聲。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 舞臺上部設置比較高的反聲板

舞臺上部設置比較高的反聲板時，采用整體式反聲板的比較多。當然，反聲板設置比較高，也考慮到不能影響側樓座觀眾的觀看。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 舞臺上部不設置反聲板

建于19世紀末的音質優異的三大音樂廳(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效果感到滿意?？梢姡辽賹π惺揭魳窂d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研究發現，合適的觀眾廳混響聲對舞臺的聲場至關重要，其中來自于主觀眾席的混響聲占重要地位。就像采用擴聲系統進行表演或開會時，必須在舞臺前沿設置返聽揚聲器，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生多層次的返回舞臺的聲能。

（未完待續）