平遙超山廟古戲臺(tái)聲學(xué)效應(yīng)初探

楊 陽(yáng) 高 策 丁 宏

（1.山西大學(xué)科學(xué)技術(shù)哲學(xué)中心科學(xué)技術(shù)史研究所，太原030006；2.山西大學(xué)音樂學(xué)院，太原030006；3.太原理工大學(xué)政法學(xué)院，太原030024）

平遙超山廟古戲臺(tái)聲學(xué)效應(yīng)初探

楊 陽(yáng)1，2高 策1丁 宏3

（1.山西大學(xué)科學(xué)技術(shù)哲學(xué)中心科學(xué)技術(shù)史研究所，太原030006；2.山西大學(xué)音樂學(xué)院，太原030006；3.太原理工大學(xué)政法學(xué)院，太原030024）

首次發(fā)現(xiàn)平遙小胡村超山廟古戲臺(tái)“十字窯洞”及其聲學(xué)現(xiàn)象，用現(xiàn)代聲學(xué)的測(cè)量方法對(duì)其測(cè)量，結(jié)果表明：“十字窯洞”具有擴(kuò)大音量，美化音色，優(yōu)化樂音結(jié)構(gòu)的作用?；凇皬?fù)合式古戲臺(tái)”的數(shù)量、地域分布及其聲學(xué)特征，推測(cè)這種形制的古戲臺(tái)是山西特色建筑，是建筑藝術(shù)和戲曲音樂藝術(shù)在民間不斷發(fā)展并融為一體的經(jīng)驗(yàn)結(jié)晶。

復(fù)合式古戲臺(tái) 十字窯洞 建筑史 聲學(xué)史 戲曲音樂史

0 引 言

近年來(lái)，我們?cè)趯?duì)山西古戲臺(tái)的調(diào)研中，在晉中、呂梁一帶發(fā)現(xiàn)了大量“表演場(chǎng)地（木構(gòu)建筑前臺(tái)）和窯洞（磚石建筑）連為一體”的古戲臺(tái)建筑（下文稱這種磚窯和木結(jié)構(gòu)共同組成的古戲臺(tái)為“復(fù)合式古戲臺(tái)”），如臨縣黑龍廟古戲臺(tái)、柳林龍王廟古戲臺(tái)、平遙超山廟古戲臺(tái)等。在普查古戲臺(tái)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)這類形制的建筑具有良好的聲音效果，以超山廟古戲臺(tái)為特殊。該戲臺(tái)今雖已半毀，但站在其洞口講話，七八十米內(nèi)清晰可聞。查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，黃維若教授曾指出“明清時(shí)期，無(wú)名的劇場(chǎng)建筑師們，想了許多辦法，來(lái)使舞臺(tái)音效達(dá)到比較理想的境地?！保?］廖奔教授也指出“明清戲臺(tái)在建筑時(shí)更加注意他的音響效果，采取了許多不同的措施來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，……如利用拱洞的回聲原理，把后臺(tái)砌成窯洞形”。［2］然而學(xué)界對(duì)此尚未有專門的論述。在國(guó)外文獻(xiàn)資料中，迄今還未發(fā)現(xiàn)類似戲臺(tái)的記載，與窯洞弧形表面聲學(xué)特性相關(guān)的研究也僅是教堂內(nèi)穹頂聲聚焦和教堂混響時(shí)間較長(zhǎng)等問題的探討，其建筑形式與聲音效果與本文涉及的復(fù)合式古戲臺(tái)大相徑庭①教堂穹頂雖有與復(fù)合式古戲臺(tái)相類似的聲學(xué)特性，但由于其容積太大，且觀眾位于教堂之內(nèi)，與復(fù)合式古戲臺(tái)窯洞容積較小、觀眾位于窯洞之外而大不相同。就像人站在喇叭腔內(nèi)和喇叭腔外說(shuō)話之差異類似。。為解決此疑問，我們選出其中典型代表——山西平遙小胡村超山廟古戲臺(tái)進(jìn)行田野實(shí)測(cè)，綜合分析其形狀、結(jié)構(gòu)和材料等因素對(duì)戲臺(tái)音量和音色的影響，同時(shí)也涉及該類型戲臺(tái)與地方戲曲發(fā)展的關(guān)系，以求對(duì)戲臺(tái)建筑史、聲學(xué)史、戲曲音樂史的研究有所助益。不當(dāng)之處，請(qǐng)識(shí)者指正。

1 平遙超山廟復(fù)合式古戲臺(tái)

1.1 復(fù)合式古戲臺(tái)

據(jù)車文明教授近年統(tǒng)計(jì)，山西現(xiàn)存清代戲臺(tái)503座。［3］結(jié)合第三次全國(guó)文物普查的結(jié)果，我們?cè)谔镆翱疾熘邪l(fā)現(xiàn)山西鄉(xiāng)村有大量具有地方特色的復(fù)合式古戲臺(tái)遺存。從戲臺(tái)表演場(chǎng)地與窯洞的空間位置關(guān)系看，復(fù)合式古戲臺(tái)主要分為兩種類型。

第一種類型，戲臺(tái)和窯洞呈上下關(guān)系。這類戲臺(tái)數(shù)量較少，多屬于山門戲臺(tái)，上層戲臺(tái)演戲，下層窯洞供人行走。代表性的如臨縣黑龍廟古戲臺(tái)（圖1）、洪洞縣水神廟古戲臺(tái)等。②在河南、山東等省也有少數(shù)下層窯洞無(wú)通行功能的表演場(chǎng)地和窯洞呈上下關(guān)系的古戲臺(tái)實(shí)例，如河南新密關(guān)帝廟古戲臺(tái)和青島天后宮古戲臺(tái)。參見薛林平：《中國(guó)傳統(tǒng)劇場(chǎng)建筑》，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009年，第186、197頁(yè)。

第二種類型，戲臺(tái)和窯洞呈前后關(guān)系。這類戲臺(tái)數(shù)量較多，窯洞和表演場(chǎng)地處于同一水平面，窯洞位于戲臺(tái)后方。從窯洞的建筑材質(zhì)看，主要有磚券和石券兩種，以磚券為主。窯洞可為單孔或多孔組合，結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的窯洞由四孔窯洞橫聯(lián)砌筑而成。代表性的如柳林龍王廟古戲臺(tái)（圖2）、中陽(yáng)縣眾神廟古戲臺(tái)、平遙縣狐仙廟古戲臺(tái)、靈石縣關(guān)帝廟古戲臺(tái)等。

經(jīng)初步梳理，現(xiàn)查明第二種類型的復(fù)合式古戲臺(tái)共有204座，其中約170座尚未在其他著作或雜志中公開。表1為該種復(fù)合式古戲臺(tái)分布情況統(tǒng)計(jì)表。①此次統(tǒng)計(jì)的古戲臺(tái)總數(shù)也包括現(xiàn)存復(fù)合式古戲臺(tái)基址。從地域分布上看，這類復(fù)合式古戲臺(tái)主要分布在晉中、呂梁等地區(qū)的平遙、汾陽(yáng)、靈石、孝義、中陽(yáng)、柳林、交口、石樓等縣市。

復(fù)合式古戲臺(tái)大多數(shù)破壞嚴(yán)重。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)直觀測(cè)量，第二種類型的復(fù)合式古戲臺(tái)聲學(xué)效果較好，本文將該種類型的古戲臺(tái)作為主要研究對(duì)象。其中，平遙小胡村超山廟古戲臺(tái)是該類型古戲臺(tái)的典型代表。

1.2 平遙超山廟古戲臺(tái)

超山廟古戲臺(tái)坐落在山西省平遙縣正南約9.4公里處的小胡村，隸屬卜宜鄉(xiāng)。超山廟位于小胡村村北，坐北朝南，單進(jìn)四合院布局，長(zhǎng)84.28米，寬22.71米，占地面積約1914平方米，創(chuàng)建年代不詳。超山廟正殿坐北朝南，為三孔磚券窯洞連通的“枕頭窯”②“枕頭窯”，指窯洞的結(jié)構(gòu)好似枕頭的樣子，其高度不等，跨度不同。方山縣、柳林縣、中陽(yáng)縣、孝義市、隰縣、蒲縣、交口縣、石樓縣、汾陽(yáng)市、靈石縣、平遙縣等地有許多神廟正殿采用“枕頭窯”建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)例。，供奉著“禱雨立應(yīng)”的“應(yīng)潤(rùn)侯”。正殿兩邊為側(cè)殿，各有直筒磚券窯洞兩孔。正殿和側(cè)殿均帶前廊，前廊多年前毀于火災(zāi)。超山廟古戲臺(tái)（圖3）坐南朝北，與正殿相對(duì)，距離正殿27.6米。戲臺(tái)左側(cè)有房屋二間，供演員休息（超山廟平面圖如圖4所示）。戲臺(tái)演戲時(shí)間不固定，只在干旱時(shí)禱雨應(yīng)驗(yàn)后才為“應(yīng)潤(rùn)侯”唱還愿戲。

超山廟古戲臺(tái)前臺(tái)為木梁架結(jié)構(gòu)，后臺(tái)為磚券窯洞。前臺(tái)木結(jié)構(gòu)部分因年久失修坍塌之后，連同部分臺(tái)基在1980年左右被拆除。現(xiàn)存戲臺(tái)建筑僅為部分前臺(tái)臺(tái)基、山墻和磚券窯洞，磚券窯洞即原超山廟古戲臺(tái)的后臺(tái)（圖3）。戲臺(tái)臺(tái)基高1.5米，面闊五間，平面呈“凸”字形。明間、次間的凸出部分為表演區(qū)，長(zhǎng)約8.73米，寬約5米，占地面積約43.65平方米?，F(xiàn)存部分前臺(tái)長(zhǎng)14.63米，寬2.5米，占地面積為36.575平方米。后臺(tái)長(zhǎng)14.63米，寬8.23米，占地面積為120.4049平方米。兩側(cè)山面風(fēng)火墻由青磚臥砌而成，白灰砌筑，為細(xì)淌白墻體［4］，墻面工整可防蟲蛀，磚縫平整無(wú)開裂。左側(cè)山墻設(shè)門，門高1.85米、寬0.7米。經(jīng)估算，原戲臺(tái)總占地面積約為200.6299平方米（圖5）。

據(jù)長(zhǎng)期居住在超山廟的雷雙林介紹，小胡村戲臺(tái)是段村鎮(zhèn)東安社娘娘廟戲臺(tái)的藍(lán)本，后者規(guī)模較小，且局部細(xì)節(jié)有所調(diào)整。東安社娘娘廟戲臺(tái)保存較為完整，我們參考它繪制了小胡村超山廟古戲臺(tái)復(fù)原圖（圖6，圖7）。戲臺(tái)的明間、次間為單檐歇山頂，稍間又出兩翼角，與歇山頂飛檐成重檐之勢(shì)。

經(jīng)觀察和測(cè)量，超山廟古戲臺(tái)后臺(tái)的窯洞建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜。它由一孔橫窯和三孔縱窯縱聯(lián)砌筑①目前發(fā)現(xiàn)縱聯(lián)砌筑三孔縱窯的古戲臺(tái)僅3座，其他2座為平遙東安社娘娘廟古戲臺(tái)和侯冀村關(guān)帝廟古戲臺(tái)，后兩者全為高度不等、跨度不同的枕頭窯，聲學(xué)效果以超山廟古戲臺(tái)最佳。而成，其中中間縱窯和橫窯構(gòu)成一個(gè)“十字窯”，兩側(cè)縱窯和橫窯分別構(gòu)成兩個(gè)“枕頭窯”，中間縱窯的尺寸明顯大于兩側(cè)縱窯。中間縱窯和橫窯的高度相等、跨度相近，在窯洞頂部的交叉部分呈十字，俗稱“十字窯”（其頂部結(jié)構(gòu)如圖8）。兩側(cè)縱窯和橫窯高度不等、跨度不同，俗稱“枕頭窯”（十字窯洞具體尺寸如下表2②實(shí)際上每一縱窯都是外大里小，文中給出的數(shù)據(jù)以洞口尺寸為準(zhǔn)。，后臺(tái)窯洞復(fù)原圖見圖9）。

從山西古建筑建造技術(shù)的演變來(lái)看，高度相等、跨度相同的十字交叉窯洞建造技術(shù)難度較大，但技術(shù)早已成熟。這類十字交叉窯洞技術(shù)最早用于鼓樓建筑，如建于北宋時(shí)期的臨汾市堯都區(qū)鼓樓、建于明代嘉靖年間的蒲州鼓樓和建于明萬(wàn)歷四十三年的太谷鼓樓中的十字交叉拱洞均使用了此種建筑結(jié)構(gòu)。高度不等、跨度不同的“枕頭窯”多見于山西部分地區(qū)的神廟正殿中。應(yīng)用縱聯(lián)砌筑多個(gè)拱洞的技術(shù)將“十字窯”和“枕頭窯”融合建造，在古戲臺(tái)建筑乃至古建筑中都極其罕見。超山廟古戲臺(tái)是目前發(fā)現(xiàn)200多座復(fù)合式古戲臺(tái)中的唯一實(shí)例，它在戲臺(tái)建筑史上當(dāng)有極其重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。

雖然超山廟古戲臺(tái)前臺(tái)盡毀，但后臺(tái)窯洞保存完好（如圖3、圖8），中間縱窯和橫窯交叉部位稍有破損，墻面有裂縫。僅中間縱窯在斷處設(shè)出將入相門通外，洞口為二券二伏。兩側(cè)縱窯前邊均設(shè)六邊形窗戶，窗戶邊長(zhǎng)為0.87米。三孔縱窯后面也均設(shè)六邊形窗戶，窗戶邊長(zhǎng)為1.043米。左側(cè)縱窯后部設(shè)有通往窯頂?shù)耐ǖ馈?/p>

1.3 小胡村超山廟古戲臺(tái)的建造年代

我們從窯洞建造技術(shù)特征和寺廟中相關(guān)實(shí)物對(duì)超山廟古戲臺(tái)的建造年代進(jìn)行推測(cè)。

從拱券砌筑技術(shù)的發(fā)展情況來(lái)看，“雙心圓”拱券技術(shù)提高了拱券荷重能力，是超山廟古戲臺(tái)后臺(tái)“十字交叉窯洞”拱券技術(shù)的基礎(chǔ)［5］。山西現(xiàn)存較早的建造于明代嘉靖年間的蒲州鼓樓為典型應(yīng)用雙心圓拱券技術(shù)的建筑，由此推測(cè)，超山廟古戲臺(tái)應(yīng)為明嘉靖之后的建筑。

除了窯洞拱券技術(shù)外，還可以從超山廟現(xiàn)存的匾額、鏡鼓柱礎(chǔ)和龜趺碑座等實(shí)物對(duì)超山廟古戲臺(tái)的建造年代進(jìn)行推斷。

實(shí)地發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)1.81米，寬0.56米的匾額一副，正面書“曲渡塵飛”四字（圖10），背面有題記（圖11）。匾額背面題記為：

題記內(nèi)容不夠連貫，“□”為不能辨識(shí)的字。據(jù)匾額題記可斷定當(dāng)時(shí)的戲班鐘慶和班和旌永班曾在此演出，演出的曲目有《寧武關(guān)》、《觀燈》、《送燈》、《□山》、《過(guò)江》等。其中鐘慶和班演出時(shí)間為咸豐四年又七月初八，即1854年農(nóng)歷閏七月初八。由此可知，超山廟古戲臺(tái)至少為咸豐四年前建造。

鏡鼓柱礎(chǔ)8個(gè)，均設(shè)有嵌設(shè)欄桿的卡槽，直徑40厘米，上下表面直徑30厘米，四周圖案精美，活靈活現(xiàn)，為清代風(fēng)格。

龜趺碑座1個(gè)，碑座的花紋圖案也為清代風(fēng)格，碑身文字是推測(cè)寺廟和戲臺(tái)建造年代最可信的實(shí)物，可惜在建國(guó)初期興修水利工程時(shí)被埋在村南一小橋下做基石，其上文字暫不可考。

2 超山廟古戲臺(tái)的聲學(xué)效應(yīng)及其測(cè)量

2.1 超山廟古戲臺(tái)的聲學(xué)效應(yīng)

當(dāng)我們?cè)谠搼蚺_(tái)實(shí)地考察中，偶然發(fā)現(xiàn)它的擴(kuò)聲效果非同一般。在距離戲臺(tái)七八十米的廣場(chǎng)上能清晰聽聞臺(tái)面人的對(duì)話聲。調(diào)查中獲悉，著名中路梆子表演藝術(shù)家丁果仙（1909～1972，藝名“果子紅”）經(jīng)常在超山廟古戲臺(tái)演出，祁太秧歌表演藝術(shù)家王基珍（1933～2009，藝名“蓋汾陽(yáng)”）在此成名。曾在此演出過(guò)的藝術(shù)家和當(dāng)?shù)孛癖娬f(shuō)在此戲臺(tái)唱戲聲音飽滿圓潤(rùn)，不費(fèi)力就可獲得好聲音，聲音震天響，“能治倒嗓子”。諸如此類聲學(xué)現(xiàn)象，可從音量和音色兩個(gè)方面來(lái)解釋。就音量方面而言，又可從演員和觀眾兩個(gè)角度來(lái)理解：對(duì)演員而言，具有“戲臺(tái)唱戲不費(fèi)力”的聲學(xué)現(xiàn)象，指在此戲臺(tái)演劇不用費(fèi)力即可獲得在其他戲臺(tái)上用力后才能獲得的音量；對(duì)觀眾而言，具有“超山廟戲臺(tái)震天響”的聲學(xué)效果，即戲臺(tái)上的演劇聲能向外傳播很遠(yuǎn)，在沒有現(xiàn)代電聲擴(kuò)音設(shè)備時(shí)，有“夜戲十里”的效果。就音色方面而言，在此戲臺(tái)演劇不僅能獲得較大音量，還可延長(zhǎng)混響時(shí)間，增加聲音清晰度和飽滿度，有“腔音裊裊”的聲學(xué)效應(yīng)。

2.2 聲學(xué)指標(biāo)的選取與測(cè)量

通過(guò)直觀測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn)超山廟古戲臺(tái)的后臺(tái)窯洞具有特殊的聲學(xué)性能，主要是因?yàn)槠淇涨粚?duì)聲音產(chǎn)生了影響。從功能上看，可以將超山廟古戲臺(tái)4孔窯洞交叉組成的后臺(tái)視為多樂器組合而成的共振器。樂器的聲學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為激勵(lì)系統(tǒng)、振動(dòng)系統(tǒng)、傳導(dǎo)系統(tǒng)和共鳴系統(tǒng)4個(gè)部分。當(dāng)在古戲臺(tái)上演劇時(shí)，人的演唱和樂器演奏構(gòu)成激勵(lì)和振動(dòng)兩個(gè)系統(tǒng)；出將入相門、六邊形窗戶及聲反射的建筑構(gòu)件構(gòu)成傳導(dǎo)系統(tǒng)；后臺(tái)窯洞構(gòu)成前臺(tái)演劇聲的共鳴系統(tǒng)，其空腔起著放大演劇聲的作用。

按照戲臺(tái)測(cè)量的一般方法，如果用描述閉合空間中觀眾席聲音效果的物理量，如混響時(shí)間、清晰度、早期側(cè)向反射聲能比LF、雙耳互相關(guān)系數(shù)IACC［6］等聲學(xué)指標(biāo)不能完全準(zhǔn)確描述后臺(tái)窯洞和廣場(chǎng)相結(jié)合的聲學(xué)特性。諸如，前者的混響時(shí)間RT60是當(dāng)聲源在密閉空間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后停止發(fā)聲，殘余聲能在房間內(nèi)往復(fù)反射，經(jīng)吸聲材料吸收，其聲能密度衰減60dB所需的時(shí)間［7］，而在我們的研究對(duì)象中并非閉合空間。我們仿效學(xué)界對(duì)樂器空腔聲學(xué)性能的測(cè)量方法，主要是測(cè)量復(fù)合式古戲臺(tái)共振頻率（即固有頻率）。［8，9］共振頻率是表征系統(tǒng)固有特性的物理量，是能準(zhǔn)確表征后臺(tái)窯洞空腔聲學(xué)性能的物理參數(shù)，以此探尋其聲學(xué)效應(yīng)的成因。

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4959-2011《廳堂擴(kuò)聲特性測(cè)量方法》，在測(cè)量時(shí)，我們采用瑞士NTi Audio AG公司生產(chǎn)的Minirator MR-PRO模擬信號(hào)發(fā)生器，對(duì)超山廟后臺(tái)窯洞使用特定信號(hào)激發(fā)，然后使用瑞士NTi Audio AG公司生產(chǎn)的M4260測(cè)量麥克風(fēng)以及XL2音頻與聲學(xué)分析儀，對(duì)其共振頻率的響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行測(cè)量。

在實(shí)測(cè)過(guò)程中，我們按照后臺(tái)完整時(shí)的聲音效果對(duì)后臺(tái)進(jìn)行還原，用石膏板對(duì)中間縱窯洞口進(jìn)行了封閉處理，留出出將入相的兩道門，門寬0.8米，高1.8米。然后對(duì)打了石膏板后的后臺(tái)窯洞進(jìn)行聲學(xué)測(cè)量（圖12）。

根據(jù)超山廟古戲臺(tái)的結(jié)構(gòu)和面積，參照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)點(diǎn)要求規(guī)范，我們選取了5個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量窯洞的頻率響應(yīng)情況，它們分別為：位于演劇場(chǎng)地距離出將入相口1.5米處各設(shè)置1個(gè)，后臺(tái)均勻設(shè)置3個(gè)（圖13）。傳聲器的高度和擺放位置均符合相關(guān)國(guó)家測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。

在測(cè)量頻段的設(shè)定上，考慮到山西梆子中人聲的音域通常不會(huì)低于男低音的最低頻率72Hz，不會(huì)高于花腔女高音最高音的頻率1152Hz；樂器的音域通常不會(huì)低于大提琴的最低頻率65.4Hz，不會(huì)高于板胡最高音的頻率3537Hz。［10］結(jié)合聲學(xué)分析儀的特點(diǎn)，我們將此次測(cè)量的頻段設(shè)定在50～4000Hz。首先采用50～4000Hz的白噪聲作為激勵(lì)信號(hào)，測(cè)量窯洞的共振頻率。分析初次測(cè)量結(jié)果后，得到一些頻段上有較高的共振峰值，然后再選出有較高峰值的頻段掃頻，分析掃頻結(jié)果，得出其共振頻率。信號(hào)發(fā)生器輸出電平為2dBv，掃頻時(shí)間全部為99秒。由于每次測(cè)量聲學(xué)分析儀只能取142個(gè)頻點(diǎn)，所以盡可能將分析儀分析的頻率寬度調(diào)到較小以提高其分辨率。

2.3 測(cè)量結(jié)果分析

我們對(duì)有較高峰值的24個(gè)頻段在不同的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了127次掃頻測(cè)量，分析掃頻結(jié)果，發(fā)現(xiàn)23個(gè)峰值頻率與山西梆子音樂涉及的頻率相近①各音頻率按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音440Hz取值。?，F(xiàn)摘取其中1個(gè)掃頻峰值頻率實(shí)測(cè)截圖（圖14）并說(shuō)明截圖中各項(xiàng)參數(shù)的意義：該圖橫坐標(biāo)X軸表示分析儀測(cè)量的頻率范圍，縱坐標(biāo)表示分析儀測(cè)量的聲壓級(jí)范圍，曲線為測(cè)量對(duì)象的頻響曲線。具體而言，X軸表示本次測(cè)量的頻率從50.62Hz至466.64Hz，頻率寬度為416.0Hz；Y軸表示本次測(cè)量聲壓級(jí)的范圍為40dB至120dB；截圖中左上角的FFT+Tol指傅里葉分析加公差；Max 115.9dB指本次測(cè)量中峰值頻率的最大聲壓級(jí)為115.9dB，A▼103.36Hz指本次測(cè)量在103.36Hz處達(dá)到最大峰值（共振峰值），即103.36Hz為共振頻率（峰值頻率）。圖片顯示此次測(cè)量頻響曲線在103.36Hz處出現(xiàn)最大峰值，聲壓級(jí)為115.9dB。截圖中右下角CAT 00：03：28指本次測(cè)量歷時(shí)3分28秒。本截圖數(shù)據(jù)整理見下文表3中序號(hào)2。

將23個(gè)截圖整理后見表3?，F(xiàn)結(jié)合表3中序號(hào)2說(shuō)明各參數(shù)的意義。掃頻頻段（Hz）表示信號(hào)發(fā)生器所選取的掃頻信號(hào)設(shè)定在50～430Hz，掃頻持續(xù)99秒；分析儀顯示量測(cè)范圍，指本次測(cè)量分析儀工作的頻率范圍為50.62～466.64Hz；共振頻率，表示截圖中所示頻響曲線的峰值頻率為103.36Hz，即窯洞可對(duì)103.36Hz的聲音放大，此時(shí)峰值頻率即指共振頻率；共振峰值，指本次測(cè)量的共振頻率103.36Hz所達(dá)到的最大聲壓級(jí)為115.9dB；與共振頻率最近的樂音、樂音頻率、共振頻率和樂音頻率的差值，指依照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音高440Hz取值，采用十二平均律律制，與103.36Hz最近的樂音為大字組的#G音，#G音的頻率為103.83Hz，共振頻率103.36Hz與F音頻率103.83Hz的差值為-0.47Hz；本次測(cè)量的平均聲壓級(jí)，指本次測(cè)量中所有頻率最高聲壓級(jí)的均值為100.88dB；共振峰值和平均聲壓級(jí)的差值，指本次測(cè)量共振頻率的最大聲壓級(jí)115.9dB和平均聲壓級(jí)100.88dB的差值為15.02dB。

進(jìn)一步比較分析表3中共振頻率、共振峰值和樂音頻率等參數(shù)，得出三個(gè)結(jié)論：

（1）有23個(gè)樂音與峰值頻率一一對(duì)應(yīng)

與23個(gè)掃頻峰值頻率相對(duì)應(yīng)的23個(gè)樂音分別是F、#G、B、#c、#d、#g、#a、#f1、#g1、b1、#d2、e2、g2、#g2、#a2、c3、e3、#a3、#d4、f4、g4、#g4、#a4（表4），①23個(gè)樂音F、#G、B、#c、#d、#g、#a、#f1、#g1、b1、#d2、e2、g2、#g2、#a2、c3、e3、#a3、#d4、f4、g4、#g4、#a4為樂音分組的方法，其中大寫字母為大字組，小寫字母為小字組，右上角的數(shù)字為組別。如F表示大字組的F音，#d4為小字四組的升d音。表4中樂音指表3中與共振頻率最近的樂音。

（2）共振頻率與樂音頻率相近

在23個(gè)被放大的樂音中，大字組、小字組、小字一組、小字二組、小字三組中相關(guān)樂音頻率較實(shí)測(cè)共振頻率誤差小，最大值為7.84Hz，最小值為0.02Hz，平均誤差為2.89Hz，小字四組中的相關(guān)樂音頻率較實(shí)測(cè)共振頻率誤差偏大。（圖15）

（3）共振峰值和平均聲壓級(jí)比較

6個(gè)八度內(nèi)23個(gè)共振頻率峰值，最大為115.9dB，最小為80.8dB。共振峰值和每次測(cè)量平均聲壓級(jí)的最大差值為15.02dB，最小差值為6.6dB。（圖16）

從被放大聲音的聲壓級(jí)看，低頻段略強(qiáng)于高頻段，如圖17所示。圖中X軸表示23個(gè)樂音附近被十字窯洞放大的頻率，Y軸表示這些峰值頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)。

3 超山廟古戲臺(tái)的聲學(xué)效應(yīng)分析

根據(jù)超山廟古戲臺(tái)聲學(xué)效應(yīng)的測(cè)量分析，發(fā)現(xiàn)其主要表現(xiàn)在使戲臺(tái)音量變大和音質(zhì)變美兩個(gè)方面。

3.1 從音量上講，無(wú)論是“戲臺(tái)唱戲不費(fèi)力”還是“超山廟戲臺(tái)震天響”都和窯洞的材料、形狀、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)

從材料上看，超山廟古戲臺(tái)的建筑材料容易使進(jìn)入其中的聲音形成反射。超山廟古戲臺(tái)窯洞和地面都由硬度和密度較高的清代磚鋪設(shè)?，F(xiàn)代磚在125Hz到4000Hz之間其吸聲系數(shù)為0.03到0.07［11］，清代磚的硬度和密度雖比現(xiàn)代磚稍低，但相差很小。因此，用磚做建筑材料累砌的后臺(tái)窯洞吸聲系數(shù)低，聲音反射系數(shù)高，可將90%以上的聲能反射。

從形狀上看，窯洞形狀對(duì)于傳聲、擴(kuò)聲起著關(guān)鍵作用?！笆指G洞”的弧形表面容易使進(jìn)入其中的聲波形成擴(kuò)散。與方形相比，弧形和方形都能對(duì)聲音形成擴(kuò)散，但方形結(jié)構(gòu)的空間容易形成駐波，使聲波駐留在方形聲場(chǎng)中?；⌒伪砻娴母G洞容易使聲波擴(kuò)散。［12］超山廟的后臺(tái)窯洞，其頂部的弧形表面可以對(duì)聲波形成匯聚或聚焦，匯聚或聚焦后的聲波經(jīng)過(guò)焦點(diǎn)后又沿著原來(lái)的方向擴(kuò)散（圖18）。［13］使得聲聚焦點(diǎn)處的聲壓級(jí)相對(duì)較高，而聲聚焦點(diǎn)外的聲壓級(jí)相對(duì)均勻。同時(shí)，超山廟古戲臺(tái)后臺(tái)窯洞采用平遙盛行的“四心圓”拱券，即這種窯洞有四個(gè)圓心。從聲學(xué)的角度看，“四心圓”拱券窯洞有四個(gè)聲聚焦點(diǎn)。與“雙心圓”①王其亨：《雙心圓：清代拱券券形的基本形式》，《古建園林技術(shù)》，2013年，第1期，第3～12頁(yè)。窯洞相比，“四心圓”窯洞更有利于聲音的擴(kuò)散（圖19）。

從結(jié)構(gòu)上看，“十字窯洞”可將前臺(tái)聲音放大。對(duì)十字窯洞而言，其聲音來(lái)源主要由兩部分構(gòu)成。一部分為演員的聲音。山西傳統(tǒng)戲劇表演中不論是文戲還是武戲，演員演劇時(shí)，不會(huì)一直面向觀眾。當(dāng)演員面向窯洞時(shí)，窯洞放大的聲音主要來(lái)自演員的直達(dá)聲；當(dāng)演員不面向窯洞時(shí)，窯洞放大的聲音主要來(lái)自演員自己的衍射聲②參閱里查孫主編《聲學(xué)技術(shù)概要》（北京：科學(xué)出版社，1961年），上冊(cè)，第195～195頁(yè)。和戲臺(tái)屋檐等建筑構(gòu)件對(duì)演員的反射聲。另一部分為樂隊(duì)樂器的反射聲音。在山西傳統(tǒng)戲劇表演中，演奏者通常面向演員位于戲臺(tái)山墻兩側(cè)。樂器發(fā)出的聲波可直射入后臺(tái)窯洞內(nèi)。實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，在沒有屋檐等建筑構(gòu)件反射的情況下，站在前臺(tái)唱歌或說(shuō)話，窯洞內(nèi)清晰可辨，這也說(shuō)明前臺(tái)聲音可傳入窯洞，窯洞可將前臺(tái)聲音放大。

單個(gè)窯洞的空腔類似一個(gè)亥姆霍茲共鳴器，超山廟后臺(tái)“十字窯洞”的多個(gè)空腔猶如多樂器組合而成的一組亥姆霍茲共鳴器，存在多個(gè)固有頻率，可對(duì)頻率相同的入射波產(chǎn)生共振，積累聲能量，增加響度，提高聲壓級(jí)。

參考表3、表4和圖15，測(cè)量結(jié)果中的23個(gè)峰值即“十字窯洞”的23個(gè)固有頻率，說(shuō)明“十字窯洞”可以有效放大23個(gè)樂音；參考表3和圖16，按照聲壓級(jí)計(jì)算的方法，兩個(gè)相同聲壓級(jí)的聲音疊加后的總聲壓級(jí)，只比原來(lái)一個(gè)聲音的聲壓級(jí)增加3dB?？梢酝茰y(cè)，超山廟后臺(tái)“十字窯洞”將進(jìn)入其中在峰值頻率附近的聲音強(qiáng)度放大了兩倍多。按照聲音的平方反比定律，聲強(qiáng)與聲源的距離成反比，與聲源功率成正比，可知演劇聲強(qiáng)的放大即意味著傳播距離的增加；參考表3和圖17，被“十字窯洞”放大樂音在低頻段的聲壓級(jí)略強(qiáng)于高頻段，使得低頻段混響時(shí)間與高頻段混響時(shí)間相比，略微延長(zhǎng)，增加聲音的溫暖感，提升了音質(zhì)，美化了聲音的聽感。［14］

從整個(gè)廟院來(lái)看，“十字窯洞”的共振聲加強(qiáng)了聲源的直達(dá)聲，強(qiáng)化了聲音方位感，延長(zhǎng)了混響時(shí)間。原超山廟劇場(chǎng)是一個(gè)四周圍合，頂部開放的四合院式劇場(chǎng)。對(duì)廟院中的觀眾而言，首先傳入人耳的是來(lái)自表演區(qū)的直達(dá)聲，其次是戲臺(tái)后墻、兩側(cè)山墻和前臺(tái)屋頂天花等建筑構(gòu)件的反射聲，最后是經(jīng)過(guò)窯洞匯聚、共振后傳出的戲劇聲。由于直達(dá)聲、反射聲和窯洞共振聲的傳播距離相差不大，它們到達(dá)觀眾席處人耳的時(shí)間差小于50ms，所以不會(huì)產(chǎn)生回聲。較強(qiáng)的直達(dá)聲率先到達(dá)人耳并衰減，保證了聲音方位感和聲音清晰度；戲臺(tái)后墻、兩側(cè)山墻和前臺(tái)屋頂天花等建筑構(gòu)件的反射聲隨后到達(dá)人耳，加強(qiáng)并延長(zhǎng)了直達(dá)聲［15］；最后到達(dá)人耳是窯洞匯聚和共振的聲能。共振聲位于聲源后面很近的位置，強(qiáng)化了聲音方位感，同時(shí)也延長(zhǎng)了混響時(shí)間。［16—19］（圖20）

3.2 從音質(zhì)上講，“十字窯洞”放大的樂音可構(gòu)成較多協(xié)和音程，優(yōu)化聲音結(jié)構(gòu)，使聲音飽滿圓潤(rùn)，產(chǎn)生“腔音裊裊”的效應(yīng)

被十字窯洞放大的23個(gè)樂音，可以構(gòu)成許多極完全協(xié)和音程、完全協(xié)和音程和不完全協(xié)和音程②?，F(xiàn)將一個(gè)八度內(nèi)可構(gòu)成的協(xié)和音程列舉如下（表5）。

如表5所示，十字窯洞可以放大的23個(gè)樂音共構(gòu)成6個(gè)純八度音程、5個(gè)純五度音程、7個(gè)純四度音程，5個(gè)大三度音程、3個(gè)小三度音程、1個(gè)大六度音程、6個(gè)小六度音程。這說(shuō)明戲臺(tái)共振頻率間具有簡(jiǎn)單的整數(shù)比關(guān)系，聲音協(xié)和程度較高。從樂音的泛音列可知，共振峰值所處頻率的比值越簡(jiǎn)單，說(shuō)明音響效果越和諧。［20］“十字窯洞”協(xié)和音程的數(shù)量較多，說(shuō)明其音質(zhì)好。

考慮后臺(tái)窗戶開閉程度、窯洞與窯頂通道閉合情況、出將入相門的尺寸、后臺(tái)窯洞內(nèi)演職人員的數(shù)量、戲箱與道具的數(shù)量和體積等諸多因素的影響，測(cè)量結(jié)果和實(shí)際情況與理想狀況存在誤差。根據(jù)亥姆霍茲共鳴器原理，后臺(tái)窗戶開啟較小、窯頂通道封閉太多、出將入相的門太小，都會(huì)減小共鳴器的開口面積，導(dǎo)致測(cè)量值偏高；實(shí)測(cè)時(shí)窯洞內(nèi)放置物品較多，導(dǎo)致空腔容積減小也會(huì)造成測(cè)量值偏高。由于以上情形我們無(wú)法準(zhǔn)確還原，在誤差允許的范圍內(nèi)，我們對(duì)23個(gè)樂音進(jìn)行了校正，全部降低半音，結(jié)果見表6。

結(jié)合表6和山西梆子音樂的實(shí)際情況，山西梆子音樂中不會(huì)大量使用#G、#c、#d、#g、#a、#f1、#g1、#d2、#g2、#a2、#a3、#d4、#g4、#a4等變化音，校正音高G、c、d、g、a、f1、g1、d2、g2、a2、a3、d4、g4、a4等音級(jí)在山西梆子音樂中使用的概率很高，可見將音高校正后更符合山西梆子音樂的聲學(xué)特點(diǎn)。

3.3 復(fù)合式古戲臺(tái)的聲學(xué)性能與中路梆子音樂相關(guān)，是中路梆子和地方建筑融合的見證

就人體的生理結(jié)構(gòu)而言，說(shuō)話或歌唱發(fā)出的聲音都為復(fù)合音，復(fù)合音中各分音的結(jié)構(gòu)與弦線振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的復(fù)合音中分音結(jié)構(gòu)相似。由表6校正音高的規(guī)律可知，中音區(qū)g音是一個(gè)很重要的音。如果在超山廟古戲臺(tái)演唱g音，g音中包含的分音可同時(shí)激發(fā)被后臺(tái)十字窯洞擴(kuò)大的23個(gè)樂音中的9個(gè)樂音參與共振，產(chǎn)生豐滿、和諧的聲音效果。被g音同時(shí)激發(fā)的9個(gè)樂音的序號(hào)和音名見表7，在五線譜中9個(gè)樂音的記寫見圖21。

超山廟古戲臺(tái)有利于晉昆、蒲州梆子和中路梆子的演唱。清初至乾隆年間，山西大部分地區(qū)流行“蘇腔”（即昆曲，也稱晉昆）［21］。晉昆有上字調(diào)（bB調(diào)）、尺字調(diào)（C調(diào)）、小工調(diào)（D調(diào)）、凡字調(diào)（bE調(diào)）、六字調(diào)（F調(diào)）、正宮調(diào)（G調(diào)）、乙字調(diào)（A調(diào)）。晉昆器樂曲牌80%以上使用正宮調(diào)，唱腔也以正宮調(diào)最多，然后是尺字調(diào)、小工調(diào)。［22］尺字調(diào)徵調(diào)式、正宮調(diào)宮調(diào)式中g(shù)音都是調(diào)式主音。由于超山廟古戲臺(tái)十字窯洞對(duì)g音共振效果最佳，所以在此戲臺(tái)演晉昆的尺字調(diào)徵調(diào)式、正宮調(diào)宮調(diào)式唱段效果很好。乾隆以降，中路梆子開始盛行于晉中地區(qū)，經(jīng)久不衰。中路梆子與蒲州梆子同宗同源，一脈相承，都采用徵調(diào)式［23］，普遍采用G調(diào)，g音為G徵調(diào)式的宮音，為調(diào)式正音級(jí)?？梢姡诔綇R古戲臺(tái)上演蒲州梆子和中路梆子，音響效果也佳。

復(fù)合式古戲臺(tái)的分布區(qū)域與中路梆子盛行區(qū)域部分重合。中路梆子是在晉商鼎力支持下蒲州梆子地方化的產(chǎn)物，是晉商精神世界的外化，是晉商商業(yè)慶典、娛樂的主要方式之一。復(fù)合式古戲臺(tái)集中建造于晉商興盛的清代，遺存主要分布在清代汾州府曾管轄的州縣①清代汾州府曾所轄州縣有：汾州（轄汾陽(yáng)縣，孝義縣，平遙縣，介休縣）、永寧州（轄寧鄉(xiāng)縣〕、石樓縣、興縣、嵐縣、臨縣、交城、文水、靈石等。，這些州縣也是中路梆子的盛行區(qū)域。上文分析，在超山廟古戲臺(tái)演中路梆子效果較好，“十字窯洞”可“優(yōu)化”中路梆子音樂。從一定程度上說(shuō)明，復(fù)合式古戲臺(tái)的分布與中路梆子的發(fā)展密切聯(lián)系。

4 結(jié) 論

從平遙超山廟復(fù)合式古戲臺(tái)修造年代看，利用后臺(tái)窯洞空腔共振擴(kuò)聲的技術(shù)在咸豐四年（1854）前已經(jīng)成熟，具體時(shí)間尚難確定。

在中國(guó)聲學(xué)史上，利用空腔共振擴(kuò)聲由來(lái)已久。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，墨子就用中空的陶甕作“地聽器”擴(kuò)聲。宋代，人們?cè)谇偈一驈椙偬幹叵侣癞Y助聲。［24］明清以降，晉中的古戲臺(tái)出現(xiàn)了將陶甕置于反射墻面擴(kuò)聲的技術(shù)［25］。依據(jù)本文分析結(jié)果看，利用古戲臺(tái)后臺(tái)窯洞空腔擴(kuò)聲其效果明顯優(yōu)于設(shè)甕。從復(fù)合式古戲臺(tái)遺存總量及其聲學(xué)特性來(lái)看，此類戲臺(tái)建筑是山西窯洞式民居建筑技術(shù)高度發(fā)展，以及地方戲曲藝術(shù)繁榮興盛的必然結(jié)果。二者的結(jié)合誕生了諸如山西超山廟古戲臺(tái)一樣的建筑與藝術(shù)奇葩。

平遙超山廟復(fù)合式古戲臺(tái)是山西特有的藝術(shù)建筑，在世界科學(xué)史上也是獨(dú)特的，它理應(yīng)在建筑史、聲學(xué)史和戲曲史上占有一定地位。

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A Prelim inary Study on Acoustic Effect of the Ancient Stage of Chaoshan Tem Ple in Pingyao

YANG Yang1，2，GAO Ce1，DING Hong3
（1.Institute for the History of Science and Technology，Center for PhilosoPhy of Science and Technology，Shanxi University，Taiyuan 030006，China；2.The Academy of Music，Shanxi University，Taiyuan 030006，China；3.Politics and Law Institution，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

The paper first found the acoustic phenomenon of the“cross cave”in the ancient stage of Chaoshan Temple in Xiaohu Village in Pingyao.With the modern acoustic measurement method，we measure the acoustic characteristics of the“cross cave”.The result shows that the“cross cave”has the functions of amp lifying the volume，beautifying the timber and optimizing the structure of themusical structure.On the basis of the quantity，distribution and acoustic characteristics of the compound ancient stage，the paper speculates that the construction of the ancient stage is distinctive in Shanxi and is the result of the constant development and integration of architectural art and Chinese theatricalmusic in folk.

Compound Ancient Stage，“Cross Cave”，Architectural History，History of Acoustics，History of Chinese Theatrical Music

N092：O4-092

A

1000-1224（2014）04-0427-18

2014-08-14；

2014-11-06

楊陽(yáng)，1978年生，山西太原人，博士生，教師，研究方向?yàn)榈胤娇茖W(xué)技術(shù)史；高策，1958年生，山西鄉(xiāng)寧人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榈胤娇茖W(xué)技術(shù)史；丁宏，1979年生，山西鄉(xiāng)寧人，研究方向?yàn)榈胤娇茖W(xué)技術(shù)史。

山西省優(yōu)勢(shì)特色重點(diǎn)學(xué)科：山西傳統(tǒng)工藝技術(shù)開發(fā)與旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展（項(xiàng)目編號(hào)：020252013）；山西省自然科學(xué)基金：山西古戲臺(tái)聲學(xué)問題研究（項(xiàng)目編號(hào)：2014011011）；山西省文物局研究課題：山西古戲臺(tái)聲學(xué)問題研究與保護(hù)（項(xiàng)目編號(hào)：2014058010）

③超山廟后臺(tái)窯洞為“四心圓”結(jié)構(gòu)，穹頂曲率半徑只能取約數(shù)。具體分析見下文和圖19。

④受穹頂曲率半徑值的影響，開分也只能為約數(shù)。

⑤見圖19，起拱高度指窯洞底邊到O1點(diǎn)或a點(diǎn)的垂直距離。

② 音樂理論中將協(xié)和音程按照協(xié)和度分為協(xié)和音程和不協(xié)和音程，協(xié)和音程又分為極完全協(xié)和音程、完全協(xié)和音程、不完全協(xié)和音程以及不協(xié)和音程。