維也納金色大廳的聲場(chǎng)模擬分析

楊志剛

【摘? ?要】 對(duì)維也納金色大廳進(jìn)行聲場(chǎng)模擬分析，并剖析其聲場(chǎng)特點(diǎn)和觀眾席聽感。

【關(guān)鍵詞】 維也納金色大廳;聲場(chǎng)模擬;豐滿度;親切度;舞臺(tái)支持度;聽感分析

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.10.007

Simulation Analysis of Sound Field in Vienna Golden Hall

YANG Zhi-gang

（East China Architectural Design & Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200041， China）

【Abstract】The sound field of the Golden Hall in Vienna was simulated and analyzed， and the characteristics of the sound field and the auditorium hearing were analyzed.

【Key Words】Vienna Golden Hall; sound field simulation; plumpness; affinity; stage support; auditory analysis

維也納金色大廳全稱為維也納音樂協(xié)會(huì)金色大廳，于1869年竣工，是意大利文藝復(fù)興式建筑，外墻黃紅兩色相間，屋頂上豎立著許多音樂女神雕像，古雅別致。維也納金色大廳也是維也納愛樂樂團(tuán)的常駐地，按照傳統(tǒng)，維也納新年音樂會(huì)都會(huì)在這里舉行，每年的新年音樂會(huì)都會(huì)通過電視轉(zhuǎn)播將該大廳金碧輝煌的裝飾和賞心悅耳的音響效果展現(xiàn)給全世界的觀眾。

維也納愛樂樂團(tuán)以及著名指揮的優(yōu)秀音樂經(jīng)常在維也納金色大廳上演，使之成為歐洲老音樂廳的麥加（即朝圣之地），每位交響樂指揮第一次在此演出都會(huì)非常激動(dòng)。

世界上一些著名指揮家和專業(yè)人士對(duì)音樂廳的音質(zhì)評(píng)價(jià)：

布魯諾·瓦爾特認(rèn)為：“肯定是世界最好的廳了，它的音色美妙而有活力”。

奧曼迪和喬治塞爾都認(rèn)為：“維也納金色大廳有恰到好處的音質(zhì)”。

萊納認(rèn)為：“維也納金色大廳和波士頓音樂廳是兩個(gè)最好的大廳”。

斯托科夫斯基認(rèn)為：“維也納金色大廳和波士頓音樂廳是優(yōu)秀的”。

明希認(rèn)為：“維也納金色大廳和波士頓音樂廳有優(yōu)美的音質(zhì)”。

卡拉揚(yáng)認(rèn)為：“此廳中的聲音非常豐滿，低音很足，高的弦音也很好;缺點(diǎn)就是后繼的音符會(huì)相互合并，排演時(shí)的聲音與演出時(shí)聲音相差太大”。

赫爾曼謝爾欣認(rèn)為：“維也納金色大廳對(duì)演奏浪漫派音樂是很好的，但不適合上演巴赫作品”。

米特羅普洛斯認(rèn)為：“維也納金色大廳混響太強(qiáng)”。

2008年10月，筆者曾在維也納金色大廳聽過一場(chǎng)交響樂演出（后來又多次參觀過）。上半場(chǎng)在池座的第三排左側(cè)靠近走道的位置，下半場(chǎng)在二層樓座的中間偏右側(cè)的位置。感覺聲音的響度足夠，很有震撼力;音樂的豐滿度也很好，尤其是一段樂章結(jié)束時(shí)余音比較明顯。

1? 音樂廳基本概況

音樂廳的座位數(shù)為1 680座，廳內(nèi)長(zhǎng)、寬、高分別為35.7 m、19.8 m、17.4 m，體積為15 000 m3，每座容積為8.93 m3/座。安裝座椅的地板面積690 m2，每個(gè)座椅占地面積為0.41 m2/座。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)音樂廳每個(gè)座椅占地面積為0.55（間距）×0.95（排距）=0.52 （m2/座）。相比而言，維也納金色大廳每個(gè)座椅占地面積明顯偏小，觀眾的舒適度要差一些。如果換算成現(xiàn)在比較舒適的座椅，座位數(shù)則只有690/0.52=1 327座。音樂廳的平剖面圖及照片見圖2～圖5。

2? 聲場(chǎng)模擬分析

2.1? 建立準(zhǔn)確的三維計(jì)算機(jī)模型

計(jì)算機(jī)模擬軟件采用ODEON，版本為14.00Combined。為了能準(zhǔn)確地找出維也納金色大廳形體方面的優(yōu)勢(shì)，筆者所在的團(tuán)隊(duì)盡最大可能地把各個(gè)主要的形體都建立完整，如32個(gè)鍍金雕像用大小不等的圓柱來替代，門框上面和頂面的雕塑則是通過提高這個(gè)面的擴(kuò)散系數(shù)來達(dá)到聲學(xué)要求的，盡量減少對(duì)音質(zhì)參量模擬精度的影響。圖6和圖7為維也納金色大廳計(jì)算機(jī)模型圖，一共建立了7 706個(gè)面。

聲源設(shè)置在舞臺(tái)邊緣向內(nèi)3 m的中心線上，離舞臺(tái)地面1.5 m;共設(shè)置了21個(gè)測(cè)點(diǎn)，均離地面1.2 m高，聲源和測(cè)點(diǎn)分布見圖8。首先，根據(jù)相關(guān)資料確定各個(gè)界面的吸聲系數(shù)，然后適當(dāng)調(diào)整吸聲系數(shù)，使計(jì)算機(jī)混響時(shí)間T30的模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)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(jì)算機(jī)模擬結(jié)果匯總

維也納金色大廳的實(shí)測(cè)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，并和其推薦值進(jìn)行了比較。音樂廳模擬值、實(shí)測(cè)值和推薦值的對(duì)比表見表1。

從表1中可以看出除C80，3的模擬誤差偏大外，其他聲學(xué)參量都比較準(zhǔn)確，原因尚不清楚。

2.3? 聲學(xué)參量的彩色網(wǎng)格圖

維也納金色大廳計(jì)算機(jī)模擬的聲學(xué)參量彩色網(wǎng)格圖見圖9～圖14。

2.4? 代表測(cè)點(diǎn)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(tái)、二層樓座以及三層樓座代表測(cè)點(diǎn)的反射聲序列。

3? 維也納金色大廳的聲場(chǎng)特點(diǎn)

以下分析維也納金色大廳的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也剖析其缺點(diǎn)。

3.1? 良好的豐滿度和較大的空滿場(chǎng)混響差別

正如前文中的評(píng)價(jià)，維也納金色大廳混響十足，豐滿度很好，很適合浪漫派音樂。這主要跟維也納金色大廳體型、體量以及所采用的材料有關(guān)：頂部為檜木上抹灰，墻面為磚墻抹灰，眺臺(tái)欄板為木料上抹灰，地面和舞臺(tái)均為木地板。池座兩側(cè)欄板為薄木板，還布置了18.6 m2的吸聲壁毯。從表2可以看出在三個(gè)頂級(jí)音樂廳中維也納金色大廳滿場(chǎng)混響時(shí)間和阿姆斯特丹音樂廳基本一樣，但空?qǐng)龌祉憰r(shí)間（RT）是最長(zhǎng)的。

由于池座和側(cè)眺臺(tái)采用木椅，坐墊部分為10 cm厚軟墊，上覆多孔性布料，后座椅子均為為膠合板。因此，空座椅的吸聲系數(shù)比較小，但滿座時(shí)加上觀眾本身，則吸聲系數(shù)較大（見表3），造成空、滿場(chǎng)的混響時(shí)間差別比較大（約1 s）。因此，卡拉揚(yáng)認(rèn)為“排演時(shí)的聲音與演出時(shí)聲音相差太大”。一般排練時(shí)，指揮希望廳堂混響時(shí)間較小、清晰度較高，能聽到音樂的全部細(xì)節(jié)，從而發(fā)現(xiàn)演奏的錯(cuò)誤。而演出時(shí)則希望混響時(shí)間長(zhǎng)一些，聲音的豐滿度較好。而維也納金色大廳空?qǐng)鰰r(shí)混響時(shí)間約3 s，音樂聽起來會(huì)比較混，難以發(fā)現(xiàn)排練中的錯(cuò)誤。

Beranek[4]對(duì)座椅作了大量調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)在同樣滿足最佳中頻混響2.0 s的廳內(nèi)，包含觀眾席面積、舞臺(tái)和合唱席所占面積，豪華包飾座椅每座容積約占0.77 m2，中等包飾座椅約占0.70 m2，而簡(jiǎn)單包飾座椅僅占0.66 m2。它們相當(dāng)于每座所占容積因采用豪華軟墊而使大廳容積分別要增大1.3倍和1.6倍（與中等和簡(jiǎn)單包飾座椅相比較）。如按平頂高度作比較，采用豪華軟墊座椅將比采用中等和簡(jiǎn)單包飾座椅分別要升高20%和40%。采用軟墊豪華式座椅除了舒適美觀之外，在大廳音質(zhì)方面的優(yōu)點(diǎn)是使空、滿場(chǎng)音質(zhì)差異縮小，其混響時(shí)間變化約在0.2 s。相對(duì)于簡(jiǎn)單包飾座椅，采用中等、豪華包飾座椅會(huì)增加一定的建筑面積和工程造價(jià)，但為了使樂隊(duì)在空?qǐng)雠啪殨r(shí)與正式演出時(shí)音質(zhì)條件基本相同，現(xiàn)在音樂廳聲學(xué)設(shè)計(jì)一般都要求選用中等或豪華包飾座椅。對(duì)比圖21維也納金色大廳的簡(jiǎn)單包飾座椅和圖22中國(guó)國(guó)家大劇院音樂廳的中等包飾座椅，可見其區(qū)別。

3.2? 足夠的觀眾區(qū)響度和過大的舞臺(tái)區(qū)域響度

筆者主觀感覺維也納金色大廳響度很大，從表4[4]中可以看出三個(gè)頂級(jí)音樂廳中維也納金色大廳的Gmid和G125-Gmid是最大的。聲學(xué)測(cè)量（蓋德，1989和布拉德利，1994）表明，離樂隊(duì)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(jí)，維也納金色大廳最大，要比波士頓音樂廳高1 dB，比阿姆斯特丹音樂廳高5 dB，差別十分顯著。要知道樂隊(duì)規(guī)模加倍所增聲級(jí)才3 dB。所以，大多數(shù)評(píng)論家認(rèn)為金色大廳的響度要比阿姆斯特丹音樂廳高得多，對(duì)于巡回演出的交響樂隊(duì)來說會(huì)感到一些不適應(yīng)，因?yàn)檫€不習(xí)慣抑制聲響，而且銅管和打擊樂器的響度太容易壓住弦樂。

由于維也納金色大廳空、滿場(chǎng)混響時(shí)間差別最大，因此，滿場(chǎng)演出或折算成豪華包飾座椅時(shí)G值降低比較大。從表4中可以看出簡(jiǎn)單包飾座椅要比豪華包飾座椅的Gmid平均值要大2.7 dB。對(duì)于巡回演出的交響樂隊(duì)來說，排練時(shí)會(huì)感到響度太大，需要控制，而演出時(shí)就不用抑制了。

3.3? 良好的空間感

筆者主觀感覺維也納金色大廳具有良好的空間感。從表5[5]中可以看出在三個(gè)頂級(jí)音樂廳中，維也納金色大廳的視在聲源寬度ASW和波士頓音樂廳差不多，都比較大，環(huán)繞感是三個(gè)音樂廳中最強(qiáng)的。

3.4? 極好的親切感及其對(duì)應(yīng)聲學(xué)參量的探討

親切感就是在大房間中聽音樂而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(shí)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(tái)前沿和第一層眺臺(tái)欄板之間的半程位置（偏離中軸線1 m）。從圖16池座中心位置側(cè)點(diǎn)5的反射聲序列和圖23可以看出，第一次反射聲來源于池座側(cè)邊的矮欄板（矮欄板距中軸線的距離為7.65 m），ITDG為16 ms，親切感應(yīng)該是很好的。由于維也納金色大廳寬度比較窄（僅約20 m），從代表測(cè)點(diǎn)的反射聲序列圖中可以看出，第一次反射聲與直達(dá)聲的時(shí)延間隙都比較小。

由于矮欄板上掛有壁毯（高頻吸收比較大），壁毯的吸收導(dǎo)致反射聲能量并不大，與直達(dá)聲和第二次反射聲能量相比分別下降16 dB和5 dB，人耳可能根本感受不到，這樣的第一次反射聲基本上沒什么意義。而較大的反射聲來自頂部，見圖24，與直達(dá)聲能量相比下降約8 dB，與直達(dá)聲相比延時(shí)約54 ms，時(shí)延間隙就比較大，甚至有可能成為回聲。

根據(jù)以上分析，僅將正廳池座中心位置的初始時(shí)延間隙ITDG用作親切感量度是有問題的。如果由于音樂廳柱子（很多音樂廳都有柱子）等障礙物遮擋導(dǎo)致第一次反射聲的ITDG變大，但是絕大數(shù)測(cè)點(diǎn)位置的ITDG都比較小，因此而斷定該廳親切感較差，顯然與觀眾的主觀感覺不相符。其次，還需要對(duì)第一次反射聲的能量有所要求，能量大小至少能讓人耳感覺得到。筆者認(rèn)為，應(yīng)該將正廳池座中心位置或不受遮擋的相近位置的、且能量大小可辨識(shí)的初始時(shí)延間隙ITDG作為親切感的量度。如果把能量大小可辨識(shí)具體化就更好了，如相對(duì)直達(dá)聲能量不能低于多少分貝。但是這可能與背景噪聲、相對(duì)直達(dá)聲的時(shí)間間隙等諸多因素有關(guān)。

3.5? 良好的擴(kuò)散性和舞臺(tái)支持度

維也納金色大廳的擴(kuò)散性非常好。Hann和Fricke曾經(jīng)通過相關(guān)研究得出“評(píng)價(jià)為優(yōu)異與評(píng)價(jià)為良好或中等的音樂廳相比，表面擴(kuò)散性程度似乎是造成這種差別的重大原因”的結(jié)論。以下逐一分析維也納金色大廳各界面的擴(kuò)散特性。整個(gè)頂部和眺臺(tái)下部的吊頂布滿凸出的裝飾線條，或直或弧，起到很好的擴(kuò)散效果。眺臺(tái)之上的墻面由54個(gè)真假凸窗、20個(gè)門和很多人物雕像，眺臺(tái)之上的墻面有32個(gè)鍍金雕像。安裝管風(fēng)琴墻面的凹凸變化也增加了舞臺(tái)后墻的擴(kuò)散效果。眺臺(tái)欄板也布滿凸出的裝飾線條，詳見圖25～圖28。

維也納金色大廳的舞臺(tái)支持度ST1為-13.9 dB，和波士頓音樂廳的-13.7 dB相當(dāng)，比阿姆斯特丹音樂廳-17.8 dB[數(shù)據(jù)來源CONCERT HALLS AND OPERA HOUSES（Second Edition），619和623頁，與第一版數(shù)據(jù)有差別]約大4 dB。雖然維也納金色大廳舞臺(tái)上方頂部的高度比較高（約15.6 m），但是其側(cè)眺臺(tái)一直延伸到舞臺(tái)區(qū)域，且管風(fēng)琴伸出底部，以及二層以上的門框、窗框、雕塑甚至吊燈等都可以向舞臺(tái)提供有序的反射聲。通過圖29舞臺(tái)中間測(cè)點(diǎn)的反射聲序列來分析原因，可以看出，反射聲分布比較均勻，且反射聲數(shù)量比較多。首先到達(dá)的是通過管風(fēng)琴下部墻面過來的反射聲，其次是來自側(cè)墻的反射聲、眺臺(tái)欄板以及上部墻面造型的反射聲，再次是頂部的反射聲。

4? 觀眾席和貴賓席的聽感分析

首先，結(jié)合前面的聲學(xué)參量彩色網(wǎng)格圖9～圖14和表6粗略地分析各個(gè)座位區(qū)的音質(zhì)效果。

通過表7各觀眾區(qū)的聲學(xué)參量的對(duì)比分析，可以看出：池座中后部除了視在聲源寬度BQI略小，各種聲學(xué)參量均比較好;樓座除了響度略小，其他聲學(xué)參量都比較好。

國(guó)內(nèi)貴賓席通常設(shè)置在正廳前座A處（池座7、8、9三排的中間位置）。而國(guó)外貴賓席通常設(shè)置在兩側(cè)包廂B處，見圖30，如此設(shè)置一是私密度較好;二是包廂后面設(shè)置有貴賓休息室，貴賓可以隨時(shí)進(jìn)出而不用擔(dān)心打擾其他觀眾;三是距離舞臺(tái)比較近，從上方可以比較真切地看到演員的面部表情和一舉一動(dòng)。2016年元旦維也納金色大廳迎春音樂會(huì)上，聯(lián)合國(guó)秘書長(zhǎng)潘基文就坐在圖31所示的位置。包廂座位都是面向?qū)Ψ絺?cè)墻，與正廳池座相差90°。表8為貴賓席測(cè)點(diǎn)的聲學(xué)參量，明晰度C80，3和環(huán)繞感LEV比較好，響度G偏大，側(cè)向反射系數(shù)LFE4和視在聲源寬度（1-IACCE3）偏小。

參考文獻(xiàn)：

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