同等條件下鞋盒式和葡萄園式音樂(lè)廳聲學(xué)特性的對(duì)比分析

楊志剛

[摘要]以濰坊音樂(lè)廳和盛京大劇院音樂(lè)廳為例，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬提供的聲學(xué)參數(shù)彩色網(wǎng)格圖和數(shù)據(jù)，比較分析同等條件下鞋盒式和葡萄園式音樂(lè)廳的聲學(xué)特性的區(qū)別。

[關(guān)鍵詞]音樂(lè)廳;體型;鞋盒式;葡萄園式;聲學(xué)特性;建聲模擬

文章編號(hào)：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.03.009

1引言

音樂(lè)廳最主要的兩個(gè)建筑體型為鞋盒式和葡萄園式（也有稱作梯田式）。鞋盒式音樂(lè)廳的特點(diǎn)是盡端布置舞臺(tái)，窄而高的類似“鞋盒”形狀，一層或多層樓座。葡萄園式音樂(lè)廳的特點(diǎn)是觀眾席圍繞著舞臺(tái)分區(qū)布置，縮短樂(lè)隊(duì)與聽(tīng)眾的距離，而且起坡也比較陡（視線好）。眾所周知，世界上音質(zhì)效果頂級(jí)的三個(gè)音樂(lè)廳（維也納金色大廳、阿姆斯特丹音樂(lè)廳和波士頓交響樂(lè)廳）都是鞋盒式的。近年來(lái)，葡萄園式音樂(lè)廳因其良好的圍合感、演奏人員和觀眾的親近感以及建筑空間的美感而得到大量建設(shè)，如丹麥哥本哈根音樂(lè)廳（圖1）、德國(guó)漢堡易北愛(ài)樂(lè)廳（圖2）等。那么，這兩類音樂(lè)廳在聲學(xué)特性方面到底有什么區(qū)別呢？

世界上已經(jīng)有很多文章通過(guò)大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)描述過(guò)兩種體型音樂(lè)廳的區(qū)別。如Toyota等人（1988年）提出反射聲能累計(jì)曲線（RECC），考察不同體型音樂(lè)廳內(nèi)各接收點(diǎn)上的變化。近年來(lái)，他們對(duì)24個(gè)不同體型的世界著名音樂(lè)廳[其中，12個(gè)鞋盒式、7個(gè)非鞋盒式（除鞋盒式和葡萄園式以外的其他體型）、5個(gè)環(huán)繞形（葡萄園式）]，進(jìn)行大規(guī)模且深入的RECC測(cè)量，每座音樂(lè)廳取15～25個(gè)接收位置上的RECC記錄。按早期（80ms）、低頻（125Hz/250Hz）的RECC來(lái)考核這些音樂(lè)廳。結(jié)果表明，10座最佳音樂(lè)廳中9座是鞋盒式的，而且它們?cè)谡龔d池座和樓座之間差別很小。非鞋盒式音樂(lè)廳多處于RECC早期、低頻的中檔。葡萄園式音樂(lè)廳除了柏林交響音樂(lè)廳之外均屬最低。有些音樂(lè)廳還由于樓座和正廳的音質(zhì)差別很大，使得各方評(píng)價(jià)上出現(xiàn)較大差異。從這些音樂(lè)廳中選擇了6個(gè)音樂(lè)廳的RECC早期、125的平均值進(jìn)行比較（圖3）。圖3中上面兩條曲線為矩形大廳，另四條曲線為環(huán)繞形大廳。

對(duì)比維也納金色大廳、柏林音樂(lè)廳、柏林愛(ài)樂(lè)音樂(lè)廳、三得利音樂(lè)廳和札幌音樂(lè)廳（圖4～圖5）的G值，發(fā)現(xiàn)離聲源同樣距離處的G值，鞋盒式比葡萄園式要高（圖6）。近舞臺(tái)前排區(qū)兩類大廳相差2dB左右，距離超過(guò)25m時(shí)相差3dB或更多。分析原因，鞋盒式音樂(lè)廳的樂(lè)隊(duì)置于廳的一端，使側(cè)墻向聽(tīng)眾席的反射聲限于90°之內(nèi)，而葡萄園式音樂(lè)廳樂(lè)隊(duì)則在廳的中央，它向四面八方作360°發(fā)散，環(huán)繞的聽(tīng)眾席會(huì)把聲音吸收掉，故而隨距離衰減變大。

但是，這五個(gè)音樂(lè)廳的規(guī)模不同。從表1可以看出，三個(gè)葡萄園式音樂(lè)廳體量明顯要比兩個(gè)鞋盒式音樂(lè)廳大，這樣的比較似乎并不公平。如果這兩類音樂(lè)廳在同等規(guī)模條件下進(jìn)行比較，它們的聲學(xué)特性又會(huì)怎樣呢？就如讓同一重量級(jí)的兩個(gè)拳手比賽，看看他們誰(shuí)的實(shí)力更強(qiáng)。

中國(guó)的濰坊音樂(lè)廳（2013年，鞋盒式音樂(lè)廳）和盛京大劇院音樂(lè)廳（2014年，葡萄園式音樂(lè)廳），不僅在國(guó)內(nèi)音質(zhì)評(píng)價(jià)都比較好，規(guī)模和體量也差不多，而且混響時(shí)間的指標(biāo)也比較接近（表2）。本文以濰坊音樂(lè)廳和盛京大劇院音樂(lè)廳為案例，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬分析提供的彩色網(wǎng)格和數(shù)據(jù)，比較直觀地反映鞋盒式和葡萄園式音樂(lè)廳的聲學(xué)特性。

2濰坊音樂(lè)廳和盛京大劇院音樂(lè)廳概述

2.1濰坊音樂(lè)廳

濰坊音樂(lè)廳（圖7～圖12）建筑平面呈鞋盒式，座位數(shù)、體積、混響時(shí)間見(jiàn)表2。舞臺(tái)分為兩部分，其中前半部分可升降，既可以作為舞臺(tái)，也可以作為觀眾席，舞臺(tái)上部懸吊反聲板。舞臺(tái)平均寬18m（前寬19m，后寬17m），深10m或12.9m，面積160m²或208m²，舞臺(tái)面比池座第一排地面高0.9m。池座觀眾席共25排，前后高差（總起坡）為5.1m，平均起坡為0.20m。二層樓座共4排，前后高差（總起坡）為1.20m，平均起坡為0.40m。三層樓座共5排，前后高差（總起坡）為2.2m，平均起坡為0.44m。

2.2盛京大劇院音樂(lè)廳

盛京大劇院音樂(lè)廳（圖13～圖16）平面呈葡萄園式，座位數(shù)、體積見(jiàn)表2。舞臺(tái)上部懸吊反聲板，舞臺(tái)寬度15.8m（前寬19.7m，后寬11.9m），深14.6m，面積190m²，舞臺(tái)面比觀眾區(qū)第一排地面高0.65m。觀眾席布置在舞臺(tái)周圍7個(gè)大小不同、高低不等的區(qū)域，形成圍繞舞臺(tái)的“梯田”觀眾席。觀眾席池座共22排，前后高差（總起坡）為4.95m，平均起坡為0.24m。觀眾席梯田（舞臺(tái)側(cè)后區(qū)）共7排，前后高差為2.23m，平均起坡為0.32m。觀眾席梯m2（中區(qū)）共8排，前后高差為2.17m，平均起坡為0.31m。觀眾席梯m3（后區(qū)）共7排，前后高差為1.89m，平均起坡為0.32m。

3兩種體型音樂(lè)廳的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果

本文計(jì)算機(jī)模擬軟件采用丹麥技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)的世界上公認(rèn)建聲模擬結(jié)果比較可靠的ODEON，版本為14.00Combined。適當(dāng)調(diào)整濰坊音樂(lè)廳和盛京大劇院音樂(lè)廳的模型，使兩個(gè)音樂(lè)廳在相同的座位數(shù)（以1200座計(jì)）、相同的體積（以15000m³計(jì)）、各界面材料的吸聲系數(shù)相同、后墻都設(shè)管風(fēng)琴和舞臺(tái)上都設(shè)反聲板的條件下（簡(jiǎn)稱同等條件），進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬對(duì)比分析。調(diào)整后的濰坊音樂(lè)廳和盛京大劇院音樂(lè)廳則分別稱為鞋盒式音樂(lè)廳和葡萄園式音樂(lè)廳。由于音樂(lè)廳的體型相對(duì)比較復(fù)雜，難以精確地計(jì)算它們的體積，而且不同的軟件計(jì)算的體積也不一樣。為了驗(yàn)證它們的體積是否一致，打印了1：100的3D模型（圖17～圖18），用灌入水的方法證明它們體積完全一致。

鞋盒式音樂(lè)廳是凹凸有致（挑出的樓座）的瘦高型，而葡萄園式音樂(lè)廳則是典型的矮胖型。通過(guò)表3對(duì)比可以看出，最主要的區(qū)別在于鞋盒式比葡萄園式音樂(lè)廳的墻面面積大約500m²，約占葡萄園式音樂(lè)廳墻面面積的1/4，總表面積也相應(yīng)地增加。

計(jì)算機(jī)模擬時(shí)，聲源布置在離舞臺(tái)前沿3m的中軸線上（距舞臺(tái)地面1.5m高），因?yàn)樽笥覍?duì)稱，測(cè)點(diǎn)只布置在對(duì)稱的一側(cè)（圖19～圖20）。為了方便對(duì)比，把觀眾區(qū)分為五部分，池座、樓座、側(cè)樓座、舞臺(tái)側(cè)面觀眾席（簡(jiǎn)稱舞臺(tái)側(cè)座）、舞臺(tái)后部觀眾席（簡(jiǎn)稱舞臺(tái)后座）。

3.1聲學(xué)參量彩色網(wǎng)格的宏觀對(duì)比分析

鞋盒式和葡萄園式音樂(lè)廳的聲學(xué)參量彩色網(wǎng)格均為空?qǐng)龊?kHz的狀態(tài)。

（1）與音樂(lè)的豐滿度有關(guān)的聲學(xué)參量（混響時(shí)間T30、早期衰變時(shí)間EDT和明晰度G80）對(duì)比分析（圖21～圖28）

（2）與響度有關(guān)的聲學(xué)參量（強(qiáng)度因子G）對(duì)比分析（圖29～圖30）

（3）與空間感有關(guān)的聲學(xué)參量（側(cè)向反射系數(shù)LF、視在聲源寬度ASW和聽(tīng)眾環(huán)繞感LEV）對(duì)比分析（圖31～圖32）

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。視在聲源寬度ASW通常用雙耳互相關(guān)系數(shù)（1-LACCB3）來(lái)評(píng)價(jià)，由于模擬軟件不能模擬雙耳互相關(guān)系數(shù)的彩色網(wǎng)格，只能用音樂(lè)廳各區(qū)域（1-LACCE3）的列表來(lái)反映（表4）。

根據(jù)soulodre，Lavoie和Norcross（2003年）推導(dǎo)的LEV公式（1）計(jì)算出LE瞄，音樂(lè)廳的各測(cè)點(diǎn)LEV的計(jì)算值見(jiàn)表5。

3.2主要聲學(xué)參量的具體數(shù)值對(duì)比分析

對(duì)比同等條件下鞋盒式和葡萄園式音樂(lè)廳的主要聲學(xué)參量，并和美國(guó)著名聲學(xué)專家白瑞納克寫的《音樂(lè)廳和歌劇院》中推薦值進(jìn)行比較（表6）。

3.3反射聲紋理（序列）的對(duì)比分析

有些聲學(xué)專家認(rèn)為，反射聲紋理能夠更好地反映音樂(lè)廳的音質(zhì)效果。

4兩種體型音樂(lè)廳的不同之處及原因分析

同等條件的鞋盒式和葡萄園式音樂(lè)廳，對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)有以下不同之處。

4.1豐滿度相關(guān)的聲學(xué)參量（T30、EDT、C80）

鞋盒式的混響時(shí)間T30和早期衰變時(shí)間EDT比葡萄園式音樂(lè)廳明顯要長(zhǎng)（實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并沒(méi)有那么大的差別）。相應(yīng)地，鞋盒式的明晰度C80要比葡萄園式音樂(lè)廳小。也就是說(shuō)，鞋盒式的豐滿度要優(yōu)于葡萄園式音樂(lè)廳。由于葡萄園式音樂(lè)廳觀眾席的坡度較陡（特別是舞臺(tái)后部和側(cè)部的觀眾席坡度更陡），觀眾席在聲場(chǎng)中暴露更多，會(huì)增大吸聲效果，導(dǎo)致葡萄園式音樂(lè)廳的混響時(shí)間偏短。

有資料顯示，由于側(cè)墻反射方向及位置布置的不同，為了達(dá)到同樣混響效果，非矩形和葡萄園大廳的容積需要比矩形的增大6%～10%。因此，在做這兩類音樂(lè)廳聲學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，在同樣混響時(shí)間指標(biāo)要求下，葡萄園式音樂(lè)廳體積一定要比鞋盒式音樂(lè)廳大一些。每座容積同樣是12.5m³/座，鞋盒式音樂(lè)廳已經(jīng)偏大，而葡萄園式音樂(lè)廳尚顯不足。因此，在確定音樂(lè)廳的每座容積時(shí)，葡萄園式音樂(lè)廳需適當(dāng)比鞋盒式音樂(lè)廳大一些，如鞋盒式音樂(lè)廳通常取9m³/座～11m³/座，葡萄園式音樂(lè)廳可取11m³/座～15m³/座。世界上著名葡萄園式音樂(lè)廳的每座容積等參數(shù)列表見(jiàn)表8。

4.2響度G

葡萄園式與鞋盒式音樂(lè)廳的G平均值略大（5.7和5.5，但相差不大），且均勻性也要好。這是因?yàn)镚與距離有關(guān)，G呈現(xiàn)出近大遠(yuǎn)小的特點(diǎn)，而葡萄園式音樂(lè)廳的特點(diǎn)就是觀眾席圍繞著舞臺(tái)布置，縮短了樂(lè)隊(duì)與聽(tīng)眾的距離，最遠(yuǎn)視距要比鞋盒式音樂(lè)廳短。由于鞋盒式音樂(lè)廳樓座觀眾席（離舞臺(tái)比較遠(yuǎn)）布置的比較多，G的全廳平均值就會(huì)比葡萄園式音樂(lè)廳小。觀眾席座椅的布置方式與G值的均勻度相關(guān)，觀眾席環(huán)繞舞臺(tái)布置的音樂(lè)廳G值的均勻度就高一些。

響度G值與離聲源的距離、廳內(nèi)的體積和吸聲量成反比。離聲源的距離越大，G值越小;廳內(nèi)體積越大，則G值越小;廳內(nèi)觀眾席的吸聲量越大，G值也越小。文章引言部分描述的結(jié)論也沒(méi)錯(cuò)（離聲源同樣距離處的G值，鞋盒式比葡萄園式要高）。由于列舉的兩個(gè)鞋盒式音樂(lè)廳（體積為15000m³、座位數(shù)約1600座）相比三個(gè)葡萄園式音樂(lè)廳（體積約為20000m³、座位數(shù)為2000多座）不僅體積小而且觀眾席的吸聲量也小，導(dǎo)致G值就高了。

4.3空間感相關(guān)的聲學(xué)參量（ASW和LEV）

可以看出，反映早期聲引致的視在聲源寬度ASW的兩個(gè)聲學(xué)參量1-LACCE3（0.68和0.68）、LFE4（0.23和0.20），鞋盒式音樂(lè)廳要略好于葡萄園式音樂(lè)廳?；祉懧曇碌沫h(huán)繞感LEV（1.84和1.78）則是鞋盒式要優(yōu)于葡萄園式音樂(lè)廳?？傊?，鞋盒式音樂(lè)廳的空間感要好于葡萄園式音樂(lè)廳。

4.4舞臺(tái)支持度的聲學(xué)參量ST1

通過(guò)在舞臺(tái)上部懸掛反射板等措施，鞋盒式和葡萄園式音樂(lè)廳都可以改善舞臺(tái)支持度到符合推薦值。

4.5反射聲序列

從各測(cè)點(diǎn)的反射聲序列可以看出，鞋盒式比葡萄園式音樂(lè)廳反射聲更多、分布更均勻，反射聲紋理也更好一些，正廳池座中間測(cè)點(diǎn)最為明顯。原因分析如下：側(cè)墻和多層側(cè)樓座吊頂構(gòu)成二次向下的、多層次的反射面組合，不僅增加了向下的反射聲，而且排列也更均勻一些。而葡萄園式音樂(lè)廳側(cè)墻和吊頂組合只有一種，因此反射聲分布難以均勻。參見(jiàn)鞋盒式和葡萄園式音樂(lè)廳池座中間位置的剖面反射聲對(duì)比圖（圖38）。

4.6不同區(qū)域觀眾席的差別

從聲學(xué)參量彩色網(wǎng)格可以直觀地看出，葡萄園式音樂(lè)廳舞臺(tái)后部、側(cè)部觀眾席與正廳池座觀眾席的聲學(xué)參量（如早期衰變時(shí)間EDT、側(cè)向反射系數(shù)LF和雙耳質(zhì)量指數(shù)BQI）差別比較大。由于葡萄園式音樂(lè)廳這樣的位置比較多，因此影響整個(gè)音樂(lè)廳的音質(zhì)效果。

5結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，同等條件的鞋盒式比葡萄園式音樂(lè)廳的音質(zhì)效果要好一些。除了響度、視在聲源寬度ASW和舞臺(tái)支持度相差不大外，豐滿度、環(huán)繞感LEV和反射聲序列，鞋盒式音樂(lè)廳要優(yōu)于葡萄園式，而且葡萄園式音樂(lè)廳舞臺(tái)后部、側(cè)部及相鄰觀眾席的聲學(xué)參量相對(duì)比較極端，影響整個(gè)音樂(lè)廳的音質(zhì)效果。

通過(guò)在舞臺(tái)上部懸掛反射板等措施，鞋盒式和葡萄園式音樂(lè)廳的舞臺(tái)支持度都能做到比較好，因此，指揮和演奏人員在舞臺(tái)上并不會(huì)明顯感到兩者的音質(zhì)區(qū)別。葡萄園式音樂(lè)廳的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都很明顯。優(yōu)點(diǎn)是：拉近觀眾和演奏人員的距離，增加親近感。觀眾席圍繞著舞臺(tái)布置，指揮和演奏人員有“眾星捧月”的圍合感。舞臺(tái)后部的觀眾可以直接看到指揮的手勢(shì)和面部表情，甚至可以讓觀眾成為表演者一員的“切身”感受。觀眾席圍繞著舞臺(tái)分區(qū)布置，視覺(jué)上也比較有美感。缺點(diǎn)是：舞臺(tái)正面、側(cè)面和后面不同觀眾區(qū)的管弦樂(lè)平衡有很大差異，這不僅因?yàn)椴煌瑯?lè)器所發(fā)出的聲音有不同的指向性，還因?yàn)槲枧_(tái)一側(cè)的聽(tīng)眾離管弦樂(lè)隊(duì)某一部分比另一部分更近。舞臺(tái)后部的觀眾有其不利的一面，如演奏鋼琴協(xié)奏曲時(shí)，琴蓋向前敞開(kāi)，使得坐在舞臺(tái)后面的聽(tīng)者只能聽(tīng)到一些低音。對(duì)女高音演唱聲也是如此，因?yàn)楦咭糁饕际窍蚯胺桨l(fā)射的。