樂罩對(duì)劇院音質(zhì)參量的影響分析

李佳菊

（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司聲學(xué)及劇院專項(xiàng)設(shè)計(jì)研究所，上海 200011）

0 引 言

劇院是用來表演戲劇、歌劇等的演藝場(chǎng)所，因?yàn)檠莩鲂枰ǔＥ鋫溆邢喈?dāng)大的舞臺(tái)，呈現(xiàn)給觀眾的是臺(tái)口部分，供大眾欣賞演藝。音樂廳的舞臺(tái)（演奏臺(tái)）通常完全暴露，樂隊(duì)在演奏臺(tái)上使用自然聲進(jìn)行交響樂演出。當(dāng)劇院設(shè)置自然聲演奏音樂功能時(shí)，舞臺(tái)上需設(shè)置樂罩。樂罩是有自然聲演出功能劇場(chǎng)舞臺(tái)表演區(qū)的重要組成部分，其作用是防止有限的自然聲能被舞臺(tái)吸收和逸散，并為樂師提供良好的相互聽聞[1]。

最早的樂罩產(chǎn)生于20世紀(jì)30年代，當(dāng)時(shí)的劇院通常采用臨時(shí)吊置三夾板、帆布刷油漆等輕質(zhì)材料的反射板來改善在劇院內(nèi)自然聲演出時(shí)的音質(zhì)，獲得了較好的效果。1974年，因中央樂團(tuán)和美國(guó)費(fèi)城交響樂團(tuán)來華演出，在北京民族文化宮劇場(chǎng)舞臺(tái)設(shè)置了我國(guó)第一個(gè)封閉式樂罩[2]。樂罩的廣泛使用，充分發(fā)揮了劇院的使用效率，豐富了劇院的演出形式。樂罩的形式有敞開式和閉合式。樂罩的材質(zhì)也分為輕型和重型。經(jīng)過時(shí)間的驗(yàn)證和從實(shí)用的角度考慮，目前比較流行的是輕型閉合式樂罩，如哈爾濱大劇院樂罩，如圖1所示。

圖1 哈爾濱大劇院樂罩照片F(xiàn)ig.1 The acoustic reflection cover in Harbin Grand Theatre

1 音質(zhì)參量

音質(zhì)參量是用來客觀描述音質(zhì)特征的物理量，可由實(shí)測(cè)獲得。音樂的混響感，通常用音質(zhì)參量的混響時(shí)間和早期衰變時(shí)間來表征；音樂豐滿度用音質(zhì)參量明晰度來表征；音樂的響度用音質(zhì)參量強(qiáng)度因子來表征；音樂的空間感用音質(zhì)參量早期側(cè)向聲能比和雙耳互相關(guān)系數(shù)來表征，樂師間的相互聽聞?dòng)靡糍|(zhì)參量舞臺(tái)支持度來表征[3]。

數(shù)據(jù)樣本從50多座劇院的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參考ISO3382[4]）中選取了上海大劇院、哈爾濱大劇院、北京保利大劇院、重慶大劇院、無錫大劇院、嘉定保利大劇院、武漢琴臺(tái)大劇院、大連達(dá)沃斯會(huì)議中心大劇院、東莞玉蘭大劇院、廈門嘉庚藝術(shù)中心大劇院、蘇州科技文化藝術(shù)中心大劇院、重慶施光南劇院、恩施州文化藝術(shù)中心劇院、上海文化廣場(chǎng)劇院、深圳南山文體中心劇院、上海城市劇院、福建大劇院大劇場(chǎng)、孝感市文化中心大劇院、杭州大劇院、敦煌大劇院、?？跒逞菟囍行?、青島城陽(yáng)大劇院、深圳光明文化藝術(shù)中心大劇院、廈門思明劇院，共24個(gè)完善的廳堂為樣本庫(kù)，對(duì)24座劇院加樂罩前后聲場(chǎng)空?qǐng)龅幕祉憰r(shí)間、早期衰變時(shí)間、明晰度、強(qiáng)度因子、早期側(cè)向聲能比、雙耳互相關(guān)系數(shù)、舞臺(tái)支持度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 樂罩對(duì)劇院音質(zhì)參量的影響統(tǒng)計(jì)

2.1 混響時(shí)間

混響時(shí)間T30是聲能從-5 dB衰減到-35 dB所需的時(shí)間，是最重要的音質(zhì)參量。24座劇院加樂罩前后混響時(shí)間平均值對(duì)比如圖2所示。

圖2 24座劇院加樂罩前后混響時(shí)間平均值對(duì)比圖Fig.2 Average reverberation times of 24 theatres before and after assembling the acoustic reflection cover

從圖2可以看出，24座劇院加樂罩前的中頻（500～1 000 Hz）混響時(shí)間平均值是 1.55 s，加樂罩后的中頻混響時(shí)間平均值是 1.78 s，中頻混響時(shí)間平均提升量為 0.23 s。加樂罩后，中高頻混響時(shí)間有比較大的提升，但是在低頻，特別是125 Hz，增量為-0.17 s。

圖3為加樂罩后中頻混響時(shí)間增加量正態(tài)分布曲線圖。從圖3可以看出，加樂罩后的觀眾廳中頻混響時(shí)間的增加量落在0.18～0.28 s的最多，有16座。加樂罩前后 24個(gè)大劇院的中頻混響時(shí)間增量的平均值為0.23 s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.082 s。

圖3 加樂罩后中頻混響時(shí)間增加量正態(tài)分布曲線圖Fig.3 The normal distribution curve of mid-frequency reverberation time increment after assembling acoustic reflection cover

2.2 早期衰變時(shí)間

早期衰變時(shí)間（Early Dccay Timc， EDT）是由聲源停止后聲能最初衰減10 dB所需的時(shí)間推算得到衰減60 dB所需的時(shí)間。早期衰變時(shí)間與人耳的主觀感受密切相關(guān)。

加樂罩前后，早期衰變時(shí)間數(shù)據(jù)有效的劇院有23座。23座劇院加樂罩前后早期衰變時(shí)間平均值對(duì)比如圖4所示。圖4可以看出，在加樂罩前，23座劇院的中頻早期衰變時(shí)間平均值為 1.32 s，加樂罩后，23座劇院的中頻早期衰變時(shí)間平均值為1.64 s，中頻早期衰變時(shí)間平均提升量為0.32 s。

圖4 23座劇院加樂罩前后早期衰變時(shí)間平均值對(duì)比圖Fig.4 Average early decay times of 23 theaters before and after assembling the acoustic reflection cover

加樂罩后中頻早期衰變時(shí)間增加量正態(tài)分布曲線如圖5所示。從圖5可以看出，加樂罩后的觀眾廳中頻早期衰變的增加量落在 0.23～0.4 s的最多，有14座。加樂罩前后23個(gè)大劇院的中頻早期衰變時(shí)間增量的平均值為0.32 s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.11 s。

圖5 加樂罩后中頻早期衰變時(shí)間增加量正態(tài)分布曲線圖Fig.5 The normal distribution curve of mid-frequency early decay time increment after assembling acoustic reflection cover

2.3 明晰度

明晰度C80為早期聲能與后期聲能的比值，單位為dB。其中，早期聲能指0～80 ms內(nèi)到達(dá)的聲能，而后期聲能則為80 ms以后到達(dá)的聲能。加樂罩前后，明晰度數(shù)據(jù)有效的劇院有23座。C80的表達(dá)式為

式中：p（t）指脈沖響應(yīng)在測(cè)點(diǎn)位置處的瞬時(shí)聲壓。23座劇院加樂罩前后明晰度平均值對(duì)比如圖6所示。加樂罩后明晰度增加量正態(tài)分布曲線如圖7所示。圖7中的明晰度C80（3）是 500 Hz、1 kHz、2 kHz三個(gè)倍頻帶的明晰度值加以平均。不同的演出形式C80適應(yīng)的最佳值不同。加樂罩前后，明晰度有效數(shù)據(jù)有23座劇院。23座劇院加樂罩前的C80（3）為2.5 dB，加樂罩后的C80（3）為-0.32 dB。

圖6 23座劇院加樂罩前后明晰度C80（3）平均值對(duì)比圖Fig.6 Average clarityC80(3) of 23 theatres before and after assembling the acoustic reflection cover

圖7 加樂罩后明晰度C80（3）增加量正態(tài)分布曲線圖Fig.7 The normal distribution curve of clarityC80(3) increment after assembling acoustic reflection cover

加樂罩后的觀眾廳C80（3）的增加量在-3.42～-1.64 dB（中值-3.42 dB，-2.53 dB，-1.64 dB）的最多，有18座。加樂罩前后23個(gè)大劇院C80（3）增量的平均值為-2.53 dB，標(biāo)準(zhǔn)差為0.89 dB。

2.4 強(qiáng)度因子

強(qiáng)度因子G是指從一無指向性聲源到達(dá)廳堂中某一座席處的聲能，與同一聲源在消聲室中10 m距離處所測(cè)得的聲能之比再取對(duì)數(shù)值[5]，單位為dB。加樂罩前后，強(qiáng)度因子數(shù)據(jù)有效的劇院有 20座。20座劇院加樂罩前后強(qiáng)度因子平均值對(duì)比如圖8所示。加樂罩后Gmid增加量正態(tài)分布曲線如圖9所示。圖9中的強(qiáng)度因子Gmid是 500 Hz、1 kHz兩個(gè)倍頻帶的強(qiáng)度因子加以平均。

圖8 20座劇院加樂罩前后強(qiáng)度因子平均值對(duì)比圖Fig.8 Average strength factors G of 20 theaters before and after assembling acoustic reflection cover

圖9 加樂罩后Gmid增加量正態(tài)分布曲線圖Fig.9 The normal distribution curve of strength factorGmidincrement after assembling acoustic reflection cover

20座劇院加樂罩前的Gmid為 1.46 dB，加樂罩后的Gmid為4.0 dB，加樂罩前后各頻率強(qiáng)度因子有顯著提升。加樂罩后的觀眾廳強(qiáng)度因子Gmid的增加量落在1.972～3.173 dB（中值 2.572 dB）的最多，有14座。加樂罩前后20個(gè)大劇院的強(qiáng)度因子Gmid增量均值為2.57 dB，標(biāo)準(zhǔn)差為0.8 dB。

2.5 早期側(cè)向聲能比和雙耳互相關(guān)系數(shù)

早期側(cè)向聲能比JLF表示接收位置上前 80 ms內(nèi)從側(cè)面到達(dá)的聲能與總聲能的比：

其中：p8（t）是指用“8字型傳聲器接收到的瞬時(shí)聲壓；p（ t）是指用脈沖響應(yīng)在測(cè)點(diǎn)位置處的瞬時(shí)聲壓。JLF應(yīng)該是全頻段的，但是我們一般計(jì)算JLF（4）作為單值評(píng)價(jià)量，JLF（4）是 125 Hz、500 Hz、1 kHz，2 kHz 4個(gè)倍頻帶的早期側(cè)向聲能比加以平均。雙耳互相關(guān)系數(shù)IACC是某一瞬間到達(dá)兩耳的聲音的差異性的量度。IACC是0時(shí)，說明兩耳上的聲音完全不同。

加樂罩前后，早期側(cè)向聲能比和雙耳互相關(guān)系數(shù)的有效數(shù)據(jù)有12座劇院。12座劇院加樂罩前后早期側(cè)向聲能比平均值對(duì)比如圖10所示。12座劇院加樂罩前后雙耳互相關(guān)系數(shù)平均值對(duì)比如圖11所示。圖10、11顯示，12座劇院的早期側(cè)向聲能比和雙耳互相關(guān)系數(shù)變化不顯著。

圖10 12座劇院加樂罩前后早期側(cè)向聲能比JLF（4）平均值對(duì)比圖Fig.10 Average early lateral reflection energy ratiosJLF(4) of 12 theatres before and after assembling acoustic reflection cover

圖11 12座劇院加樂罩前后雙耳互相關(guān)系數(shù)IACC平均值對(duì)比圖Fig.11 Average double-ear correlation coefficientsIACCof 12 theatres before and after assembling acoustic reflection cover

2.6 舞臺(tái)支持度

舞臺(tái)支持度ST-carly定義為距離無指向性聲源1 m處測(cè)得的直達(dá)聲后最初10 ms內(nèi)到達(dá)樂師位置的聲能與同一位置處 20～100 ms內(nèi)到達(dá)的聲能之比，表達(dá)式為

加樂罩前后，舞臺(tái)支持度的有效數(shù)據(jù)有4座劇院。4座劇院加樂罩前的平均ST-carly為-18.9 dB，加樂罩后的平均ST-carly為-11.11 dB。4座劇院加樂罩前后舞臺(tái)支持度平均值對(duì)比如圖12所示。由圖12可以看出，加樂罩前后舞臺(tái)支持度有顯著提升，平均提升了7.8 dB。

圖12 4座劇院加樂罩前后舞臺(tái)支持度ST-carly平均值對(duì)比圖Fig.12 Average stage support degreesST-earlyof 4 theatres before and after assembling acoustic reflection cover

3 總 結(jié)

3.1 加樂罩前后數(shù)據(jù)

表1中為加樂罩前后T30、EDT、C80（3）、Gmid、JLF（4）、IACC等音質(zhì)參量的增加量和它們的標(biāo)準(zhǔn)差。

表1 加樂罩前后的音質(zhì)參量變化匯總Table 1 Summary of acoustic quality parameter increments after assembling acoustic reflection cover

3.2 觀眾廳角度

3.2.1 混響感

混響時(shí)間和早期衰變時(shí)間是表征混響感的音質(zhì)參量。

混響時(shí)間加樂罩前后，混響時(shí)間增加量平均值為 0.23 s，增加量最多的是北京保利大劇院和敦煌大劇院，增加量為 0.39 s。但是在低頻，特別是125 Hz，增量為-0.17 s。分析原因是樂罩通常為紙蜂窩結(jié)構(gòu)或者鋁蜂窩結(jié)構(gòu)，此種構(gòu)造面密度比較低，對(duì)低頻聲能吸收很大，導(dǎo)致低頻混響時(shí)間呈負(fù)增加。吸聲系數(shù)曲線如圖13所示。

圖13 樂罩吸聲系數(shù)曲線Fig.13 The acoustic absorption coefficient curve of acoustic reflection cover

如要提高低頻混響時(shí)間的增量，可以考慮增加樂罩的面密度。因樂罩過重會(huì)增加舞臺(tái)的荷載，從而需要性能更高的舞臺(tái)地面，進(jìn)而會(huì)增加工程的造價(jià)。因此合理控制樂罩的面密度，使其吸收掉的低頻聲能在合理范圍內(nèi)即可。

加樂罩后，早期衰變時(shí)間增幅較明顯。加樂罩后的觀眾廳中頻早期衰變的增加量最多的是上海大劇院，增加量為 0.57 s。很多劇院因?yàn)榕_(tái)口八字墻的角度受到音箱室的位置限制，有時(shí)在聲學(xué)有效反射的位置進(jìn)行音響口開洞，從而減少觀眾廳早期反射聲的覆蓋，樂罩的出現(xiàn)較好地彌補(bǔ)了這一點(diǎn)，為觀眾廳提供了更為豐富的早期反射聲，從而提升了音質(zhì)參量。

3.2.2 明晰度

明晰度是表征音樂演奏過程中可分辨程度的物理量，與豐滿度是相對(duì)的物理量，C80越大，音樂的明晰度越高，豐滿度越低。加樂罩后的樣本中，明晰度變化量最大的是北京保利大劇院，明晰度的增量為-3.8 dB。樂罩對(duì)明晰度的改善均衡了大劇院在演奏交響樂時(shí)音樂的清晰度和豐滿度。

3.2.3 強(qiáng)度因子

強(qiáng)度因子表征響度的物理量，加樂罩后的觀眾廳中頻強(qiáng)度因子的增加量均值為 2.57 dB，增加量最多的是上海文化廣場(chǎng)，為4.2 dB。20座劇院的低頻125 Hz強(qiáng)度因子G125增加量均值為1.9 dB，低頻強(qiáng)度因子G125增加量相對(duì)中頻強(qiáng)度因子較弱，跟樂罩的聲學(xué)特性有關(guān)。G125與音樂的溫暖感有關(guān)，加樂罩后劇院的G125均值為4.2 dB，而交響樂廳通常有較高的G125值，根據(jù)華東院聲學(xué)所《劇院音樂廳音質(zhì)參量的檢測(cè)和深入研究》[6]課題研究成果，國(guó)內(nèi) 17個(gè) 1 200座交響音樂廳的G125均值為5.4 dB。這可能是一些指揮家認(rèn)為音樂廳無可替代的原因之一。

3.2.4 空間感和親切感

早期側(cè)向聲能比和雙耳互相關(guān)系數(shù)是表征廳堂中空間感的客觀參量。空間感是指聽眾在廳堂中產(chǎn)生的被聲音所包圍的感覺。

空間感與親切感因與劇院的體型設(shè)計(jì)密切相關(guān)，加樂罩前后，劇院觀眾廳的體型并未發(fā)生變化，故音質(zhì)參量JLF、IACC變化不顯著。

3.2.5 觀眾廳脈沖響應(yīng)

以孝感市文化中心大劇院為例，觀眾廳加樂罩前后的脈沖響應(yīng)如圖14所示。樂罩對(duì)舞臺(tái)進(jìn)行了物理上的隔離，在增加體積的同時(shí)，減少了吸聲面，每座容積隨之增大，代表房間聲場(chǎng)屬性的脈沖響應(yīng)發(fā)生了變化。這對(duì)聲場(chǎng)的改變是根本性的，從而會(huì)伴隨各音質(zhì)參量的變化。

圖14 孝感市文化中心大劇院加樂罩前后觀眾廳脈沖響應(yīng)對(duì)比圖Fig.14 The pulse responses of the auditorium in Xiaogan Culture Center before and after assembling acoustic reflection cover

3.3 舞臺(tái)角度

3.3.1 舞臺(tái)支持度

舞臺(tái)支持度是表征舞臺(tái)上樂師間的相互聽聞、樂聲的融合的物理量。

加樂罩前后，舞臺(tái)支持度改變量最大的是?？跒逞菟囍行?，改變量為9.8 dB。

3.3.2 舞臺(tái)脈沖響應(yīng)

以孝感市文化中心大劇院為例，舞臺(tái)加樂罩前后的脈沖響應(yīng)如圖15所示。

圖15 孝感市文化中心大劇院加樂罩前后舞臺(tái)脈沖響應(yīng)對(duì)比圖Fig.15 The pulse responses of the stage in Xiaogan Culture Center before and after assembling acoustic reflection cover

樂罩減少了自然聲被舞臺(tái)空間的稀釋，樂罩內(nèi)部的聲能密度也明顯升高，豐富了早期反射聲。舞臺(tái)支持度的明顯變化說明了這一點(diǎn)。舞臺(tái)支持度的提高，很好地改善了樂師間的聽聞，促進(jìn)了音樂的融合。

4 展 望

樂罩向著美觀和高效實(shí)用的方向發(fā)展。定制型樂罩，是追求美觀的設(shè)計(jì)師，結(jié)合觀眾廳的設(shè)計(jì)風(fēng)格，對(duì)樂罩的外觀進(jìn)行了藝術(shù)設(shè)計(jì)，使其和觀眾廳的裝飾風(fēng)格融為一體。聲學(xué)改進(jìn)型樂罩，是在樂罩的側(cè)板和后板上增加橫向水平板，聲音從樂器發(fā)出后，經(jīng)過側(cè)板和后板的反射，改變?cè)鞠蛏系膫鞑ヂ窂?，提前向下反射到舞臺(tái)區(qū)域，從而使樂隊(duì)獲得有效的二次向下反射聲，更好地提高樂師間的相互聽聞，激發(fā)了演奏者的熱情，使觀眾與演奏者產(chǎn)生共情，從而享受整個(gè)演出過程。

致謝感謝多年來華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司聲學(xué)及劇院專項(xiàng)設(shè)計(jì)研究所的同事對(duì)數(shù)據(jù)的收集。