現(xiàn)代民樂排演廳聲場設(shè)計與優(yōu)化研究
——以上海音樂學(xué)院民樂排練廳改造為例

●謝苗苗

（上海音樂學(xué)院，上海，200031）

上海音樂學(xué)院民樂排練廳位于賀綠汀音樂廳四樓，是民樂室內(nèi)樂重奏、樂隊合奏授課以及民樂排練的場所，使用頻率極高。該廳具體面積約160 平方米，可容納近百人。排練廳存在聲場壓迫，返聽接收等問題。民樂系組織相關(guān)專家于2022 年7 月27 日前往民樂排練廳進行現(xiàn)場勘探、調(diào)研，總結(jié)歸納擬解決的問題要點。本次調(diào)研，學(xué)院邀請了費迪曼遜多媒體科技CEO 徐真德和中國第一位榮獲格萊美獎的錄音師、上海音樂學(xué)院音樂工程系特聘教授陸曉幸作為首席聲音體驗官。本文從排練廳的音響缺陷、聲場優(yōu)化等方面，探究“教—創(chuàng)—演—研”下的民樂排練廳設(shè)計理念。

一、上音民樂排練廳音響缺陷及改造策略

聲音設(shè)計團隊對民樂排練廳的現(xiàn)狀進行了勘測，分析得到一些固有的數(shù)據(jù)，提出民樂排練廳音響缺陷與改造策略如下。

（一）民樂排練廳音響缺陷

空間大小和形狀限制較大：排練廳過小，樂隊幾乎占滿整個場地，排練廳空間約為15 米長、8 米寬、3 米高，沒有進行針對性的聲學(xué)處理，導(dǎo)致聲音在空間中的反射形成駐波效應(yīng)，清晰度較差。

聲音設(shè)計團隊認為民樂排練廳存在以下音響問題：

（1）排練廳空間低矮，在未經(jīng)聲學(xué)處理的情況下，排練聲音有較強壓迫感，影響排演質(zhì)量與聽感。民樂排練廳位于四層，具有樓層低矮的特性，造成聲場空間不夠，大樂隊排練的聲場環(huán)境異常渾濁。

（2）排練時的聲能與建筑聲學(xué)無法匹配導(dǎo)致聲場不平衡，民樂樂隊中的大聲壓樂器與小聲壓樂器間出現(xiàn)沖突。

（3）打擊樂回音嚴重。排練廳內(nèi)有較多石膏板，加之樂器本身為易反射的材質(zhì)，實時音色反饋受到影響。

（4）排練廳聽感與實際演出環(huán)境差異大，直接影響演出效果。

（5）現(xiàn)系統(tǒng)缺少高質(zhì)量錄制系統(tǒng)供回放、聲音制作、遠程教學(xué)等使用場景。

（二）民樂排練廳改造設(shè)計策略

針對以上特點和不足，陸曉慶提出消除原本的駐波體系、使聲音“前活后死”的設(shè)計思路，做好聲音的前期擴散處理，針對聲音反饋過程采用固定形式。

（1）前墻擴散處理：在靠近指揮區(qū)域的前墻面進行擴散處理。通過使用表面不平整的硬質(zhì)材料實現(xiàn)聲波的散射，消除直接反射，保持聲音能量的分散。

（2）側(cè)墻和后墻吸聲處理：對側(cè)墻和后墻進行吸聲處理，大幅度減弱物理空間的一次反射聲。在排練廳后半部分，為平衡打擊樂和嗩吶與整個樂隊的音色，通過增加吸聲處理來最大程度地減小一次反射聲的影響。

（3）拆除吊頂并展寬空間：由于層高太矮，建議拆除吊頂，將層高增加至5—6 米以上。在頂面增加吸聲處理，以減輕原始高頂面產(chǎn)生的一次反射聲對聽覺的壓迫感。

（4）使用WFS 波場合成電子聲罩技術(shù)，通過補聲來解決民樂中一些獨奏樂器音量較輕且與樂隊難以平衡的問題。在較小的空間內(nèi)營造適合藝術(shù)創(chuàng)作的環(huán)境，實現(xiàn)理想的排練、演奏效果。

改造后的最終效果是建立一個敞開的環(huán)境聽感，使指揮得到正確平衡的音響，演奏員感受到與現(xiàn)場一致的演出效果，還通過補聲兼顧聲量級很輕的獨奏聲部。

二、民樂排練廳改造的技術(shù)實施

聲音團隊根據(jù)民樂排練廳的固有特性進行了技術(shù)上的改革，使用到了PZM 補聲技術(shù)與電子聲罩技術(shù)進行加持，為民樂排練廳提供了嶄新的聲場構(gòu)建。

（一）運用PZM①補聲技術(shù)優(yōu)化重塑音響平衡

據(jù)現(xiàn)場勘查，排練廳頂部還有1 米以上的空間可以利用。據(jù)此可拆除原始吊頂做裸頂聲學(xué)處理，抬升“物理聲學(xué)”的上部空間。安裝一套陣列式全息聲電子反聲板系統(tǒng)，用“音樂工程”技術(shù)手段優(yōu)化調(diào)節(jié)所需的聲場環(huán)境。

為解決民樂聲部優(yōu)化平衡的問題，技術(shù)團隊在排練廳內(nèi)部增加了諸多物理吸聲部件，最大程度控制大聲壓級樂器的發(fā)聲，針對小音量樂器的聲能、群感塑造及聲場表現(xiàn)，則通過PZM 補聲技術(shù)進行重塑。

使用PZM 麥克風(fēng)是可以提供更廣泛的接收范圍和更均勻地聲音覆蓋。邊界效應(yīng)有助于減少近距離效應(yīng)和梳妝濾波效應(yīng)，從而實現(xiàn)更自然和平衡的聲音。但PZM 麥克風(fēng)的具體效果和性能會因放置位置、房間聲學(xué)以及麥克風(fēng)本身的質(zhì)量等因素而有所不同。

PZM 麥克風(fēng)具有一定的靈敏度。PZM 麥克風(fēng)的靈敏度提高了6dB，6dB 的增加相當(dāng)于聲音的兩倍增加。意味著它可以更準(zhǔn)確地捕捉到較低音量的聲音，并在錄音中產(chǎn)生更明顯的效果。將PZM 麥克風(fēng)放置在音樂器附近的表面上，可利用邊界效應(yīng)增強對音樂器的聲音接收，減少其他方向的噪音。此外，PZM 麥克風(fēng)還具有廣泛的覆蓋范圍和均勻的接收特性，這對于記錄古琴等弱音樂器的細微音調(diào)和音色非常重要。

PZM 傳聲器方式設(shè)備便于隱藏，與現(xiàn)場的視頻團隊更容易相互配合。PZM 傳聲器對于拾取二胡聲音尤其有利，這樣使弦樂聲部的聲音可以顯得結(jié)實，飽滿，擁有良好的群感。

圖示為排練廳定制的厚度僅為10cm 的專利列陣揚聲器。揚聲器的電子反聲板能夠通過計算機軟件進行實時調(diào)控，靈活性和匹配度更高。揚聲器陣列也可以內(nèi)嵌在飾面內(nèi)，與內(nèi)裝相融合，不占用音響空間，對于聲音信號和音樂信號的塑造也有一定的優(yōu)勢。

團隊采用了12 單元組合的專利“面陣列”揚聲器作為波場合成用途的電子反聲板?！懊骊嚵小睋P聲器是一種特殊類型的揚聲器系統(tǒng)，它由多個小型揚聲器單元組成，并以平面陣列的形式排列。這些揚聲器單元通過電子信號控制，可產(chǎn)生復(fù)雜的聲學(xué)效果。

1.聲場均勻性：面陣列揚聲器通過合理的布局和相位調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)均勻的聲場分布。避免了傳統(tǒng)揚聲器系統(tǒng)中可能存在的聲場不均勻問題。

2.方向性控制：面陣列揚聲器具有較高的方向性控制能力。通過調(diào)整揚聲器單元之間的相位差異和振幅分布，可使聲音輻射范圍更加集中，減少對周圍環(huán)境的干擾。

3.波前合成：面陣列揚聲器利用多個揚聲器單元的協(xié)同作用，可合成一個較大的有效振膜面積，實現(xiàn)波前合成，提高聲音的定位準(zhǔn)確性和空間感。

4.可擴展性：面陣列揚聲器系統(tǒng)可以根據(jù)需要進行擴展。通過添加更多的揚聲器單元，增加系統(tǒng)的輸出能力，適應(yīng)不同大小的場所和聽眾人數(shù)。

5.自適應(yīng)調(diào)節(jié)：面陣列揚聲器通常配備了自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能，可根據(jù)環(huán)境條件和監(jiān)聽位置進行實時調(diào)整，以此優(yōu)化聲學(xué)效果，提供更好的聽覺體驗。

面陣列揚聲器具有較好的聲場均勻性、方向性控制、波前合成能力以及可擴展性等特點。這種揚聲器系統(tǒng)在排練廳中提供出色的聲音重現(xiàn)效果，并為聽眾帶來沉浸式的音響體驗。

（二）運用電子聲罩技術(shù)仿真建構(gòu)各類目標(biāo)音樂廳環(huán)境

受物理空間限制，僅通過物理聲學(xué)（如吸聲、擴散等聲學(xué)處理）無法解決民樂排練廳低矮空間的限制，更無法重構(gòu)目標(biāo)音樂廳（如金鐘獎比賽音樂廳）的聲場，需要通過電子聲罩技術(shù)仿真重構(gòu)各類目標(biāo)音樂廳環(huán)境。

“全息聲音系統(tǒng)采用波場合成技術(shù)，英文全稱Wave Field Synthesis。WFS 技術(shù)的發(fā)展始于1988，由荷蘭的代爾夫特大學(xué)開創(chuàng)?！盵1]（P127）該技術(shù)系統(tǒng)通過360°空間反射采樣與卷積混響，在原始空間的建聲基礎(chǔ)上，還原各種廳堂或環(huán)境的建聲效果。目前，上海大劇院NEW演藝新空間、上海長江劇場黑匣子、上海京劇院傳習(xí)館都采用了WFS 全息電子聲罩技術(shù)。

“傳統(tǒng)的基于聲道的回放技術(shù)，聲像在360°空間內(nèi)的定位問題由于回放制式等限制很難達到完美的聲像定位，但是WFS 波場合成技術(shù)的出現(xiàn)，卻能提升到非常精確的狀態(tài)?！盵2]（P7）

惠更斯原理是聲學(xué)中的基本原理之一，它描述了波傳播時的衍射和干涉現(xiàn)象。WFS 波場合成利用惠更斯原理，通過控制揚聲器陣列中不同揚聲器的輸出以及信號延遲和振幅的調(diào)整，模擬了波動的相位和振幅在空間中的分布。

WFS 波場合成將音頻信號分解成多個點源信號，在適當(dāng)?shù)臅r間和位置上以正確的相位和振幅進行播放。當(dāng)這些波面到達聽者所處的位置時，會相互干涉和疊加，形成虛擬的聲音場景。可以在聽者所處位置重建特定的聲音場景。聽眾就能夠感受到聲音來自特定的空間方向和位置，實現(xiàn)準(zhǔn)確的聲像定位和環(huán)繞聲效果。例如一個室內(nèi)樂廳或大型音樂廳，電子聲罩技術(shù)的優(yōu)勢在于可以消除實際物理空間的限制。通過合成精確的波場來模擬特定環(huán)境的聲音效果，不再受到物理空間的限制。電子聲罩技術(shù)在各種領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。除了音樂廳和排練廳之外，它還被用于展覽館、劇院、影院、游樂園等場所，以提供更好的聲音效果和沉浸式的觀眾體驗。該技術(shù)還可用于虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）領(lǐng)域，為用戶創(chuàng)造身臨其境的聽覺感受。

整個系統(tǒng)基于波場合成技術(shù)的四維空間進行設(shè)計，最終組成了一套“四維全息聲”系統(tǒng)。通過WFS 波場合成方式回放，真實的聲源波場特性可以得到完全體現(xiàn)，在預(yù)置的聲場環(huán)境中囊括了維也納金色音樂廳、國家大劇院；也可以將賀綠汀音樂廳，上海音樂學(xué)院歌劇院演藝廳等常用常見的音響環(huán)境進行重現(xiàn)。

改造后的排練廳不僅可以用作傳統(tǒng)的排練場地，更可以作為視聽室。排演廳支持各類聲音制式，包括傳統(tǒng)雙聲道立體聲、5.1 環(huán)繞聲DTS-X②、DOLBY ATMOS 等，3D 全景聲如5.1.2、7.1.4、9.1.6、全息聲等，也可以對接遠程教學(xué)系統(tǒng)，用數(shù)據(jù)化技術(shù)支持高質(zhì)量的音頻信號傳輸。在錄制系統(tǒng)方面，排練廳可接入補聲麥克風(fēng)優(yōu)化各樂器之間的聲場平衡。

三、改造后的聲場優(yōu)化效果和功能拓展

新民樂排演廳對聲場優(yōu)化效果的測試主要從以下幾個參數(shù)進行切入：

（一）混響時間 T（Reverberation Time）

混響時間是聲學(xué)設(shè)計中最為重要的一項客觀指標(biāo)[3]（P13）?；祉憰r間是指聲源停止發(fā)聲過程時，聲能衰減60dB 所經(jīng)過的時間。實測混響時間是指聲能最初衰減30dB 所需要時間折算到衰減60dB 的時間。在建聲設(shè)計估算中所采用的公式一般為Eyring 公式：

傳統(tǒng)的混響時間在進行計算時，會使用賽賓（Sabine)公式以及伊林（Eyring）公式兩種。經(jīng)過測算，排練廳的平均吸聲系數(shù)較大（測算值平均有0.3+ 的數(shù)據(jù)），在室內(nèi)總吸聲量較大、混響時間較短的情況下，計算值與實測值會發(fā)生相當(dāng)大的差值。 應(yīng)使用伊林公式。

（二）明晰度C（Clarity Index）

明晰度是用于評價聲音要素清晰程度的參數(shù)，對應(yīng)的公式為：

它的定義是80ms 前后接收到的聲能之比以10 為底的對數(shù)乘10, 單位為dB。這個指標(biāo)代表音樂的明晰度，對于不同類型的音樂作品，明晰度的指標(biāo)是有所不同的。針對交響樂來講，C80 的數(shù)值越小越好；而對于流行音樂、電子音樂來所，C80 的數(shù)值通常為正數(shù)，偏大較為合適。對于音樂廳來說，交響音樂廳C80 建議范圍為-3 ～1dB；對于劇院觀眾廳，C80 建議范圍為0 ～3 dB。

（三）清晰度D（Definition）

清晰度是用于評價語言的清晰程度，對應(yīng)的公式為：

它的定義是50ms 內(nèi)接收到的聲能和總聲能之比的百分數(shù)。清晰度代表能夠讓人們聽到聲音的細節(jié)和質(zhì)感程度，其中包括音樂的低頻部分及高頻部分，以及音樂中的一些細微變化及情感表達。一般認為清晰度D〉50%，所得到的語言清晰度比較好。

（四）聲場強度因子 G（Sound Strength）

聲場強度是用來評價廳內(nèi)各處聲場強度的大小，也是反映房間對聲源強度放大作用的指標(biāo)，對應(yīng)的公式為：

它的定義為所有反射聲聲壓的平方與自由聲場中（聲功率保持不變）距聲源10m 處的聲壓平方之比的以10為底的對數(shù)乘10, 單位為dB，這個參數(shù)的具體指從一無指向聲源發(fā)出的聲音到達觀眾席中某處的聲能與同一聲源在消聲室中10m 的距離測得的聲能之比。對于音樂演出，聲場力度一般建議為0 ～5dB。

經(jīng)過改造后，新民樂排演廳的聲場效果得到顯著提升。以下是改造前和改造完成后的一些音響數(shù)據(jù)對比：

1.混響時間（RT）：原排練廳約為1.2s 固定值，改造后的混響時間在0.9 秒至2 秒之間可調(diào)節(jié)。通過應(yīng)用全息電子聲罩和3D 采樣聲學(xué)技術(shù)，可以靈活拓展聲學(xué)空間，以適應(yīng)不同音樂演出和排練的需求。

2.明晰度（C）：改造前為C80 約5dB，吸聲不足，一次反射聲過大。改造后明晰度達到-3dB～3dB 的范圍，表明聲音清晰度較高。此外，借助全息電子聲罩技術(shù)的效果調(diào)整可進一步改變明晰度。

3.語言清晰度（D）：改造前語言清晰度約40%，混濁感加大。改造后語言清晰度大于60%，顯示出對話和語音的清晰度有了顯著改善。這意味著在新的聲學(xué)環(huán)境中，人們能夠更好地理解語言內(nèi)容。

4.聲場強度因子（G）：原排練廳聲場強度因子G約為6dB，反射過大。改造后G 值在0 至5dB 的范圍內(nèi)。這種范圍內(nèi)的聲場強度滿足音樂演出和排練的需求，在保持舒適音量的同時，能夠傳達音樂的力量和表現(xiàn)力。

以上數(shù)據(jù)反映出改造后新民樂排演廳在混響時間、明晰度、語言清晰度和聲場強度因子等方面的顯著改善。這些改進使得排練廳能夠滿足更高水平音樂表演和藝術(shù)創(chuàng)作的要求，并提供良好的聽覺體驗。

改造后的民樂排演廳提升和開發(fā)了以下功能，實現(xiàn)了“教—創(chuàng)—演—研”一體化的教育教學(xué)功能：

在教學(xué)方面，改造后的排演廳實現(xiàn)了即錄即放功能。在聲場優(yōu)化后的空間內(nèi)，可以通過錄制、回放、評估排演情況，更能夠?qū)崿F(xiàn)遠程教學(xué)。在創(chuàng)作方面，排練廳能夠通過Decca Tree 拾音方式和DIN 拾音系統(tǒng)錄制高質(zhì)量的排演內(nèi)容，以音響形式直接對接和反饋當(dāng)下最新創(chuàng)作。在排演方面，“四維全息聲”系統(tǒng)可以模擬演出和比賽場所的聲場，加強排練和備賽的針對性。如在籌備2023年金鐘獎比賽的過程中，民族音樂系將排演廳切換成四川比賽場地的聲學(xué)狀態(tài)，使備賽師生身臨其境，避免因場地的、轉(zhuǎn)換帶來的不適應(yīng)感。在科研方面，本排練廳除了能夠滿足基本的排演功能外，還能夠作為視聽室以及三維聲音采樣實踐基地和錄音藝術(shù)學(xué)科實踐、教學(xué)基地，為未來民樂與音工，與數(shù)字媒體之間的交互性新型課程和研究提供了可能，最終實現(xiàn)跨學(xué)科教學(xué)和合作科研。

結(jié) 語

人才培養(yǎng)是高校的核心工作之一。在音樂藝術(shù)人才培養(yǎng)中，課堂教學(xué)內(nèi)容與舞臺實踐脫節(jié)是長期困擾各個院校的難題之一。傳統(tǒng)的音樂教學(xué)主要在琴房中進行，而改造后的排練廳則以接近真實演出場地的聲音條件服務(wù)于教學(xué)。新的排演廳以科技手段為依托，打造沉浸式課堂，大幅度提升傳統(tǒng)課堂教學(xué)無法提供的全真氛圍，推動了“教—創(chuàng)—演—研”為一體的教育綜合改革，全方位助力高水平的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新音樂人才，是上海音樂學(xué)院作為“雙一流”建設(shè)院校必須完成的最重要任務(wù)。運用科技創(chuàng)新對老的教學(xué)場地進行改造，推進前沿科技的融合與創(chuàng)新，就是踐行“教—創(chuàng)—演—研”為一體特色發(fā)展模式的重要舉措。民樂排練廳的改造僅僅是上音多項建設(shè)中的一項工作，是學(xué)校邁向教育數(shù)字化自主化方向的一步。此項工作將進一步推動學(xué)院、學(xué)科和專業(yè)的發(fā)展，為將科技創(chuàng)新與教育教學(xué)相融合，突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)，提高教育教學(xué)提供新的思路和動力。