音乐厅舞台音质与声学设计

王季卿



音乐厅舞台音质与声学设计

王季卿

(同济大学声学研究所，上海 200092)

舞台音质对音乐厅演出效果起重要作用。为了使全乐队演出协调，乐师们要求听好自己的和来自其他演员的声音。因此，为使所有器乐和歌声达到适当平衡，以取得良好的合奏效果，将涉及到舞台设施、乐器特征以及如何把声音合适地反射给乐师们。此外，根据乐师主观意见选用恰当的客观声学参量很重要，同时还要考虑用怎样的建筑措施使之实现。这项研究历史较短，不少问题有待探索。文章对此作了综述与评论。

室内声学：舞台音质：音质设计：音乐厅设计

0 引言

长期以来，大厅声学设计致力于研究声源向观众大厅声传输的质量问题，而声源(表演者)自身受到舞台音质的影响则很少讨论。事实上，舞台音质不仅影响演员(乐师和演唱者)的技艺发挥，也影响到听众席的声学效果。以交响乐而言，众多乐师之间相互听闻和及时交流，使他们既要控制自己的发声质量(如响度、音准和音色等)，又要保持乐队整体演奏协调(如各声部的良好平衡和同声齐奏)，都与舞台声学条件有关，于是引起了声学界的关注。舞台音质研究的历史较短，但近年已成为讨论音乐厅声学中的一个热点。

1 历史发展简单回顾

由于众多乐器组合的交响乐队，乐师最多可达百人，欲使演奏时保持各声部平衡而又融合一体，达到整体協调的效果，除了乐队本身演技素质外，舞台音质条件会带来不小影响。1978年Marshall等人[1]和Barron[2]分别从舞台上乐师们主观反应调查着手，并深入舞台音质客观物理现象研究所发表的两篇文献，标志着舞台音质系统性研究的重大起点。Marshall[1]考察弦乐三重奏时，发现乐师们对延迟时间17~35 ms内、500 Hz以上频段的早期反射声很重要，他最关注的是影响“便于合奏”的诸项因素。Barron[2]则在一座大厅中，改变一些舞台条件后向乐师们作问卷调查，以观察其音质变化后的主观反应。为深入了解乐师演出的音质要求，满足听众的喜爱，他们对影响乐师们“便于合奏”的诸因素：如改变早期反射声的延迟时间、声级、频谱以及它们的空间分布等进行了研究。其中都提到了乐队上空吊挂的反射板会起到正面有益效果。这些工作引起了当时丹麦技术大学研究生Gade的注意，他利用消声室和信息处理技术，以模拟真实的反射声系统和混响场进行主观和客观方面深入的实验研究，提出了两个重要参量的建议[3-5]：(1) 乐师对自身乐器和相邻乐师声音感受的参量：早期声支持(程)度早期；(2) 说明与乐队其它器乐“能轻鬆而容易”合奏程度的参量：早期齐奏声级(Early Ensemble Level)。见图1所示。后来他又有一些修正意见[6]。

国际标准“ISO 3382-1:声学—室内音质参量的测量—第一部分：演艺空间”(2009年)[7]中，把Gade提出的支持度()参量列为附录内容。可见它在很大程度上得到了声学界的认同。尽管如此，对此参量仍有不少争议和补充，或另提别的参量。Gade[8]在2010年国际室内声学研讨会(ISRA卫星会议)上，所作30年来交响乐队舞台音质实验研究回顾的专题报告，对历年各界重要研究成果或建议有全面的总结。三年后，Gade(2013年)[9]有感于此项研究工作量太大，个别单位难以深入，呼吁开展国际性合作研究，并提出详细建议。

此外，Meyer在德国长期从事各种音乐声源(乐器和人声)的强度、动态、频谱和指向特性变化，以及乐队在舞台上和传输到听众席的音质效果等研究，其成果在他德文名著《声学和音乐演出实效》[10](Akustik and musikalische Aufführung-spraxis)(1972年初版，1994年增订至五版)一书中作了详细介绍和探讨。这无疑是研究舞台音质及设计的重要参考文献。Meyer本人还具备乐队指挥的经验，因此他的研究成果更具特色。该书英文版于2009年问世，继而转译成中文出版(人民邮电出版社，2012年)。此书翻译流畅，值得推荐。唯所取书名《音乐声学与音乐演出》似可商榷。

乐师们在舞台上合奏时，除把握好自己的发声外，对其他乐师间的相互听闻也很重要。由于人耳的听力有选择性的特异功能，在一群人交谈声的背景(较高噪声)下，人耳有本领可以“集中精力”地听某人相对较低说话声的能力。这种现象，常发生在国外流行的鸡尾酒会上，许多人在一起自由走动“闲聊”。从信噪比而言，交谈对方的语音会比背景噪声低一些，但仍可听请对方所说内容。人们把这种“本能”又称“鸡尾酒会效应”。故乐师们在集体演奏时，即使想听邻近乐师的声音比自己或别的演奏者的声音低，仍能听清。因此，相互听闻既是合奏的重要前提，但不是简单地用声能大小来考虑。舞台音质的复杂性还不止于此，例如先入为主和掩蔽等涉及感知方面的多种效应都会有影响。

近年以舞台音质为题的研究生学位论文渐多，其中以Dammerad的《音乐厅交响乐队舞台音质》[11](2009年，导师Barron)博士论文最具水平。他从调查演奏者在舞台上表演效果和乐师自身感受出发，与舞台音质客观参量联系起来研究，并对当前所提若干声学参量的有效性和可靠性进行剖析，其中也包括对Gade的支持度参量的意见。另外，江维华团队的舞台音质研究成果颇受各界注意[12,13](详见下文)，文献引用率甚高。他还结合建筑设计来考虑，故有较大实用价值[14-17]。他的小提琴手音乐背景也有利于与乐师们的沟通。

有关舞台音质与设计(重点除音乐厅外，还有其它演出场所)在各声学刊物上络绎发表外，各种国际声学会议上，例如每三年一次的国际声学大会ICA及其室内声学卫星会议(1986年在Vancouver开始，以后几届卫星会议名称略有不同，2004年后均称“国际室内声学研讨会”ISRA)，涉及舞台内容的论文日益增多。最近两届ISRA(分别为2010年8月澳大利亚墨尔本和2013年6月加拿大多伦多)还设舞台声学专题分组会，论文內容广泛。又如2011年美国声学学会162届年会上，音乐厅舞台音质专题组共有17个报告。可见它己成建声热点之一。

2 音质参量：支持度及其它

演员或乐师对舞台演出的声环境要求，除了通常所说的合适混响和没有回声干扰等基本要求外，还有影响到表演质量的其它方面要求。作为专业音乐厅，除了个别仅供独奏或合奏的小型厅外，一般都要考虑大型乐队演出之用。其中以交响乐规模最大，乐队区域内声场非常复杂，不可能详细剖析，加上不同曲目与所用乐器或是乐队布局等带来的种种变化，情况变得难以捉摸。寻求合适的舞台客观音质参量，三十多年来成为大家关心的议题。以下作一扼要讨论。

2.1 关于支持度参量早期

Genta等人(2007年)[20]认为对音乐表演者來说，便于合奏程度是首要，支持度其次，再其次是清晣度和动态范围。也有人认为清哳度与便于合奏程度才是首要的。例如按Kim等人(2007年)[21]的经验，认为在舞台各处测得的早期可相差很大(-11.5 dB~-20.9 dB)，而乐师和歌唱家并不认为台上有如此大的差异，且与早期值变化并不相应。他们提出用舞台明晰度(clarity of stage)(定义为0~80 ms与80~∞ ms两个时段的声能比)则与音乐家的喜爱却非常一致。

自从ISO 3382制订后，声学界对此标准的议论仍然不断[22]，当然不只限于舞台上的支持度参量问题。甚至有人对整个标准有更激烈的否定意见出现[23]，在此就不展开讨论了。

2.2 对支持度时间窗口的修正

江维华等(2003年)[12]研究独奏和室内乐演奏时，由于舞台两侧加用反射障板后，板与演奏者距离较近，如按Gade和ISO 3382那样取20~100 ms则必然漏掉一些早期而且较强的反射声，故将早期声支持度早期的积分起始时间20 ms改为7 ms，称之为ED100以示区别。这里的直达声取=0 ms。他们用此参量求知改变舞台尺寸和乐师所在舞台上位置后，将会出现怎么样主观惑受变化的关系。江维华等(2003年)在另一文中[13]，将有效反射声的起始时间取5 ms，其时间窗口为5~80 ms，称之为ED80。由于超出12 m的反射声将不利于支持度，它相当于80 ms界限。这个时间窗口亦为Lautenbach等人(2013年)[24]所采用。他们将支持度定为0~10 ms和10~100 ms两时段的声能比，并认为取1000 Hz频带值比之取250~2000 Hz频带内平均值与主观支持度相关性更高。

其他研究者如Woszczyk(2009年)[25]提出早期声取10~80 ms，另外将中期取80~380 ms，后期取380~1200 ms。Wenmaekers等人(2012年)[26]也认为取10~100 ms较好，并写作早期，以示区别于Gade的支持度。其实，Gade直到2010年文[8]中，还一直沿用1989原文[3,4]中的插图(即本文所引的图1)，仍一直取10~100 ms的。Wenmaekers文中对于时间窗口有详细综述和讨论，并深入到测量技术和改变声源-接收者距离等许多现场具体问题。例如测量时，按目前常用的由12个扬声器组成(直径350 mm)的球面声源，其中高频1、2、4 kHz频带的测量误差会很大，故建议需将球面扬声器每转换45°测一次，取八个测量值的平均才能达到精度要求。当然测试工作量会大大增加。又如减少地面反射而铺设吸声材料之利弊作了分析等等。

时段窗口的选择不是孤立的问题，与所选音质参量有关，故还需深入探索。如今尚无确切而统一规定之前，则不利于资料的积累和互比。鉴于问题的难度和工作量都很大，故有开展国际合作之呼吁[9]。

此项研究可通过计算机模拟，对已建或拟建舞台上早期和后期以及其它客观参量作定量分析，对于推动舞台音质设计研究很有帮助。江维华的许多工作就是以此为基础的[12-17]。

2.3 实验室中试奏试听研究

利用实验室内可控的和已知声场条件下，给乐师作表演和主观评价，也是研究室内音质常用的手段。它与现场实验研究各自之利弊已为人周知，但仍不失其互补作用。以下仅举一例以说明当今这方面重要动态。

Ueno和Tachibana[27]用三维声场模拟技术，在消声室内按六声道声重发环境下进行主观试听的实验研究，以了解音乐家们对改变早期反射声和混响所作评价。对三个可变分量：早期反射声级L、混响时间与混响过程的声级L，各分三个等级变化条件下进行主观评价。对早期的起始时间则认为取10 ms较为合适，可把附近墙面反射声都考虑在内，而地板反射声则应排除在外。她对早期、后期和等舞台音质参量的有效性和存在问题作了剖析。实验结果发现独奏时，早期反射声常被直达声掩蔽，且大多乐师并不欢迎很强早期反射声(早期在-7~-10 dB)，因为它使混响感有所掩蔽，会使房间“变小”了的感受，而且未必对加强支持感起作用。对双人合奏，她发现反射声级在试验中所取最高一档声级时，并不一定对易于合奏有帮助。乐师喜欢混响长一点，有助于增进音乐气氛，而太响的混响声又会使合奏困难。

2.4 其它音质参量

Dammerud等人(2010年)[22]认为支持度参量存在一些不足，而采用强感级(strength)参量则有许多优点(参量在声学没设计中沿用已20多年，其定义在ISO 3382中已有给出)。例如用来表述乐师便于合奏程度更好些，对舞台上声源与接收点距离较大时(例如数米之外)，20-100 ms测量精确度会更高些。而且早期未考虑反射声的方向性因素，它对舞台上合奏条件很重要。至于100 ms以后的后期强感级后期不仅是观众厅常用参量，也是表征大厅向舞台空间反馈影响的因素，并可从大厅混响时间60和明晰度80等测量值推算得出，方便不少。用强感级描述舞台音质也为其他学者所推荐应用[28]。

最近Woszczyk(2009)[29]提出考核支持度时，只考虑反射声的能量和时间变化是不够的，对反射声的入射角变化也很重要，这样才符合真实情况。这对于乐师聆听别人演奏声定位和获得真实支持度很有关系。再说乐师在舞台上左右两耳接收到的声音有时会有很大出入，甚至在小提琴手双耳的近场声压级差在1000 Hz以上达10 dB以上，有关方向性因素这一新动向在本文最后一节还将论及。

也有人认为舞台上的早期衰变时间很重要。在矩形大厅尽端式舞台上，常比观众厅短很多，而在环绕式梯田布置的音乐厅舞台上，则和观众厅很一致，使两者融合很好。从这一点考察，说明环绕式舞台在音质上的优越性。

近年来研究者发现，这些参量只对评估时间段内能量积分值考虑，忽略了两项重要因素：一是忽略了它的时域分布，二是反射声的方向性分布。于是导致立体混响的接收和重发技术的研究和开发[30]。

2.5 指挥台声学要求

交响乐队的指挥对音乐演出在听众席上获得的总体效果具有重要作用。而指挥台与乐师们所处的地位与技术要求不同。指挥有照顾演奏速度和节奏变化的职责，要关心各乐器组之间平衡，整体上还要掌握演奏力度的变化。身处指挥台上的乐队指挥，不仅要对来自乐队的“直觉信息”作出判断，还要对听众席的音质效果有所估量。例如，掌握来自乐队直达声与大厅混响声的平衡关系。有经验的指挥能在一定程度上控制它。鉴于乐队处于指挥正前方，而来自大厅空间的反馈却来自指挥身后。这些特殊声学要求，只有具备指挥经验的声学家才能体会到。Meyer可谓最具这方面的条件，也是较早对指挥台提出声学耍求的著名声学家[31,32]。Beranek也曾有机会登上波士顿音乐厅指挥台，在満场条件下的亲身体会记叙如下[33]：

“演出过程中，有意改变节奏速度、响度和各声部平衡等条件。演奏作品包括短笛独奏到全队合奏，按本人意图有意识地作不同尝试以探索舞台音质变化及其感受。指挥台上的音乐声支持感似乎来自舞台空间本身，至于大厅音质感几乎不起多大作用，似乎如一般背景效果。对每一组乐器声部相互平衡听来很好，尤其低音和高音之间平衡在我听来非常恰当。突出的印象是，似乎乐队不大，其部分原因可归之于舞台尺寸不大和形状良好，所有乐师离指挥台不超过9 m。在指挥Sousa进行曲某一段时，我转身面向听众，此时此刻他们按节奏齐声击掌。大厅混响受到击掌声的加强听来非常自然。”(80年代Beranek曾担任过该音乐厅董事长。他在学生时代参加乐队，早有舞台表演经验。)

另一个明显的例子说明同样处在舞台上的乐师们和指挥有不同要求。乐师们欢迎来自不高的顶部反射声，如在一些高大厅内，常希望舞台上空吊挂反射板以满足之。可是对指挥来说，却相反地希望从高顶棚获得更多空间感，以有利于改善整个演出效果。再说指挥是以听到的来自各声部的直达声作出判据的。

3 舞台声学设计

3.1 交响乐队的布局

除了专供独奏和室内乐表演的小型音乐厅外，一般均考虑可供管弦乐队，又称交响乐队使用。它包括弦乐、管乐、弹拨乐和打击乐等各器乐组，依次前后排列。其规模通常在80人左右，全制则达百人。弦乐组人数最多，分V小提琴组(又分V1和V2两部分)、C中提琴组、B大提琴组和D低音提琴组。弦乐组布局上则有欧式和美式之分(见图3)，前者又称德国式，历史悠久，后者是上世纪中叶在美国盛行。两者各有特色，在很大程度上取决于指挥习惯。从大厅音质上讲，由于各弦乐器的发声条件不同，其音色和指向性有很大差异，不同布局所造成的声学效果必然有差别。当然这两种基本布局也并非严格地一成不变。在台阶式舞台上有时要适应现实条件，反之设计台阶时亦应考虑到乐队常用布局。无论布局如何，各种乐器所处位置及它们的指向性是声学设计者必须注意和关心的。

一次国际性声学会议(1995年5月15~18日，日本)上，在新落成的Kirishima音乐厅中，特别安排了由Meyer指挥交响乐队演出，以实况展示各种乐器及其组合在表演不同作品时的声学效果，并按欧、美两种不同乐队布局作相同曲目的对比示范表演，同时作现场讲解[34]。当乐曲以欧式布局出现第一提琴与第二提琴作一应一答式表演时，左右轮番，兴趣盎然。如按美式布局则沒有这般效果了。

3.2 舞台尺寸

音乐厅舞台尺寸依使用要求而定，又以可容纳西洋交响乐队演出为上限。乐队一般在80人左右(可达百人)。考虑到不同乐器所占面积不同，加上谱架和行走通道，以及乐队之外的独奏独唱需要，和大三角钢琴在台前表演时的位置。按目前的使用标准舞台面积大都选在150~180 m2。如考察国际上三座音质顶级音乐厅(建于19世纪末)的舞台，它们都不过130 m2左右(不含合唱队)，一般可以应付各种交响乐演出。以国内实际使用情况而言，一般城市新建音乐厅以满足80人乐队标准，所选舞台尺寸宜取其下限，即150 m2左左。考虑两侧最远距离乐师间的交流，舞台宽度不宜大于18 m，舞台深度如果大于12 m，则前后排乐师到达听众席的声音会出现可觉察的時间差(大于30 ms即会感觉到)，产生各声部不同步的感觉。沿台口还应留出1 m宽通道供独唱演员站立。

如果小型乐队表演较多的情况，为了缩小有效面积，理想的做法是舞台侧墙可移动或是升降式的反射屏。江维华[12]在五座不同大小舞台，利用屏障改变台宽尺寸，对独奏和多重奏所作实验和主观评价资料是很有实用意义的。如果大尺寸舞台为适应小型乐队，宁可让乐队退后而不是通常那样习惯于伸向台口，使表演区宽度相应减小，而且获得较好后墙的反射效果。也不宜将小乐队在台上散开布置，影响相互听闻而影响合奏。

舞台面积应兼顾音质要求和乐师坐得舒适，而大型乐队则应尽可能紧凑些，否则会使远处乐器声相互听闻不佳。靠近强乐器的乐师将会对听闻乐队其它声音受到掩蔽，对乐师听力也有损害，故必要时得用临时小屏作局部遮挡。尤其2008年欧盟工会对乐师听力保护法规(按ISO 9612测试，八小时工作日的Aeq≤85 dB)实施后，这个问题更引起关注。例如木管和弦乐部分乐师，本身声音不大，但由于坐在很响乐器附近而“超标”，但他们自已又无法控制！这是面临的另一类新问题[9]。

舞台上如果有合唱队席，则面积要扩大，只站不坐的台阶深度为70 cm，如可坐则最小深度为80 cm。每人约占0.5 m2。考虑到合唱席利用率和它对乐队表演区的声学影响，往往设置在舞台后部升起的位置上，无合唱表演时可供作听众席使用，则其尺寸应按大厅观众席要求考虑。

舞台离前排听众地面高度应大于0.5 m，否则独奏者不能“俯临”听众。高度如大于1.0 m，则前排听众会看不到乐队的中部表演者。舞台高度与视线设计有关，故应从整个观众厅座位布局来考虑，尤其对环绕式梯田观众席，必须兼顾视听两个方面。江维华[17]对此有过详细分析此较。

3.3 舞台容积和吸声量

根据矩形大厅尽端式舞台的调查资料[35]，舞台容积越大，台上支持度早期会下降，亦使听众席声压级和值下降，而混响时间则会上升，尤其对听众席早期声能级早期和影响更大。因此控制舞台面积及其高度很有必要。

有人用模型试验对不同音乐厅舞台的吸声，按不同乐师数量变化对舞台和观众厅的影响作了研究[36,37]。以大型乐团的舞台吸声按乐师人数为参量，它对观众厅将有大至0.1 s变化，对变化更大些，对值则会下降0.3 dB，用计算机摸拟亦得出类似结果。而过去对这一因素在大厅音质设计中被忽略了。

3.4 地板构造及台阶设施

舞台地板的声学影响有两个方面；一是某些乐器与地面直接接触引起地板振动从而扩大声辐射，二是乐队表演时通过地板传递的振动，带给所有乐师同步合奏“打拍”的信息，加强交流效果。大家虽早已知道这些影响，但缺乏科学的资料，于是出现某些似是而非的经验之谈。例如有人认为木地板的铺设方向，与台口线平行或垂直方向会有不同效果，对地板木料材质(如阻尼因子和劲度)的选择也有讲究。为了选择最佳地板抅造，1994年曾与日本京东交响乐团合作，在一个1.5 m×1.8 m实验平台上，对四种木材、不同的板厚、搁柵间距和空腔深度等30种构造组合，进行了几种提琴和定音鼓乐器演奏效果的选拔式试听研究[38]。当然这样小模型下所作判据有很大局限性。实用中还需考虑三角大纲琴的荷重、消防要求和电视转播攝像机移动时的稳定性等问题。Nagata[38]曾建议最小尺寸为板厚25 mm，搁栅间距600 mm。他设计的三得利音乐厅舞台用的地扳构造为：40 mm厚地板钉在13 mm胶合板上，下有60 mm×60 mm木搁柵，中距为300 mm。如查阅《音乐厅和歌剧院》一书[33]，更有许多著名音乐厅舞台地面用材及构造，可见有许多不同变化。

近年一些研究表明这方面工作已有较大深入。例如音乐厅舞台上，对下端有针脚的大提琴和倍低音提琴在演奏时，乐器振动通过针脚传递至地板的效率，以及这些振动引起观众的听感效应问题在30年代己有人提出来了。最近的研究(2013年)[39]告诉我们，从传递至舞台地坂的频率很低的弯曲波及其向观众席的辐射效率等方面的实验和计算研究表明：与水泥地面相比较，30~50 Hz约一个多倍频段对观众席可有5 dB或更多的低频提升作用。这是在不同舞台地板的五座音乐厅中得到验证的。也曾有人认为舞台木地板对低频有吸收作用，会影响到观众大厅低频混响和强惑因子，因此需采取某种折衷为宜[40]。

大型交响乐队在舞台上为了避免前面一排乐师的遮挡，尤其某些吹奏乐器，因此需要台阶的设置，同时也使听众看到后排乐师的表演。台阶有助大型乐队合奏方便。简单的平行台阶将使乐队左右距离拉得很宽，不利两端乐师相互听闻，对指挥也有类似问题。故常将台阶按弧形布置，减小两端乐师的距离，如图4所示之例(日本东京三得利音乐厅，1986年建)。26组台阶可分别作上下1 cm步进的电动调节，据介绍音质效果良好。这是按国际著名指挥卡拉扬的建议而设计的[38]。如采用可移动的拼装单元，则造价低得多，但每次搭建费工费时，并需收藏空间，还要仔细考虑台阶单元规格最少。作为专用交响音乐厅的固定设施，包括地板的构造和台阶深度可按需作不同处理。为了尽量缩小舞台面积，不同乐器组的台阶宽度可分别为；木管区1.25 m，铜管区1.4 m，倍低音琴则更要略大一点。至于后排打击乐器台阶，宽度一般要求2 m，其地面另作处理，减少受激振动。台阶式布置会增加舞台上交通面抧，使舞台面积会有所增大。

3.5 反射、扩散、吸声及可变处理

音乐厅舞台周围表面首先应考虑向台上乐师作有效反射。在反射过程中尽量减少其衰减，并减少作水平方向反射，因为将受到乐师们的遮挡而衰减。故常将上部墙面作向下倾状，或将舞台附近眺台栏板及眺台底面作成倾斜等等。这些表面当然要有良好反射效果。对于多用厅堂而言，音乐表演时应注意台口的帷幕必须收藏，没有使用开幕扣闭幕的必要。已故上海音乐学院副院长著名小提琴家谭抒真教授常说丝绒大幕是音乐表演者的“敌人”，此语给作者殊深印象。

人数众多的交响乐队表演时相互听闻很重要，如台上所有表面只作定向反射往往不能照顾全面，因此表面作一定散射选择也许可以作某些弥补。最常见的是采用基本平面状的QRD之类扩散体。然实际使用效果尚少报道。

贴邻强声乐器的一些演员，可能要设置小块吸声体以减弱其影响。尤其在像定音鼓那种声音非常强乐器附近(主要在后面)，设置局部高吸声处理也是常见的措施。

音乐厅舞台往往会用作独奏和室内乐等小型音乐节目，在国内更是常见。因此如何满足这些表演的音质值得注意。Nagata(永田穗)[38]曾报道这方面经验。80年代新建Casals音乐厅(500座，矩形)，由于安装了管风琴使舞台较深，音质上活跃度较大而深得弦乐师赞赏，但引起钢琴演奏家不满，嫌其“拖泥带水”，听众亦有同感。于是采用了可变吸声处理以应付不同表演。此处只用了二块不大的玻璃棉坂(每块90 cm×180 cm)解决了问题。于是在以后音乐厅设计中考虑加设了可变吸声处理，并探索了数量和位置的选择。

舞台上设置一些可以改变舞台界面尺寸的屏障，对提高独奏和室内乐表演的音质环境非常重要，已如上述。江维华[13]曾在五座不同规模大厅中，结合主观评价做过很有价值的实验。在舞台两侧设置可移动的反射障板以改变舞台尺寸，即使得相应的反射声强度和时间序列有所变化。乐师位置也分别处于台前和台中两个位置，从而改变了到达演奏者的客观支持度(这里取7~100 ms作为早期反射声能ED100作为客观参量，见本文2.2节)，乐师们对不同情况给出主观评价。由此可作为舞台尺寸优化设计的依据。

3.6 顶部反射处理

舞台顶面是对所有乐师能提供早期反射的最有效表面了。如果舞台敞开而顶棚又很高，常需在舞台上空约离台面8~10 m处，悬吊一大块反射板或是一组小块反射板，后者则需达到舞台面积的一定比例，通常以露空率来表示。露空率太高当然降低了它们的反射效果，露空率太小则影响到台上声音向吊板后面空间的沟通，不仅会影响到舞台而且整个大厅的混响效果，这就涉及露空率优化问题。一般则认为多块小型反射板较之采用少数大片式反射板效果更好，而且易于使乐师获得来自多块反射板的反射声，戓者说可同时获得来自不同声部的早期反射声。根据经验露空率宜控制在50%左右为宜。面积1.5 m2小块反射板组合，对低频反射仍属有效，如每块略呈突曲形则更佳。由于小块布置比较灵活，有利于不同反射方向的调节，使乐队受益面更为均匀。这些反射板有时还须延伸到舞台台口之外，以照顾前排听众。Rindel(1991年)[41]即对此有过详细分析比较。

人们也会提出这样的问题，建于19世末的音质顶级三大音乐厅(维也纳的金色大厅、阿姆斯特丹音乐厅和波士顿交响音乐厅)的舞台上都没有吊挂反射扳，对乐队对听众都可以达到满意效果。可见音质问题不是单因素变量所能含盖的。但是“浮云式”吊板对于田园环绕式音乐厅的舞台，几乎是必不可少的[16,17]。

舞台上空反射板设计(高度和造型)还需结合灯光和扬声器等方面考虑，如设有管风琴的音乐厅则要注意观众“欣赏”管风琴的视觉效果。总之，需综合许多建筑措施作全面综合处理。

3.7 乐队声反射罩

有些城市没有条件建造专用音乐厅，为了适应交响乐或大型音乐演出，可在多用途大厅或剧场的舞台上，沿舞台框设置乐队声反射罩。它不但对台上乐师有较大帮助，对听众席也有一些作用。Bradley(1996年)[42]在总结三座大型多用途大厅(容座2300~3000)加装乐队声反射罩后的声学测量结果中，得出若干经验。这些反射罩封闭程度和造型不同，表面用材则都在8 kg/m2左右。

乐队声反射罩对乐师们的早期支持度(250~2000 Hz)一般可提高5 dB之多，从而达到Gade所提出的-12±1 dB指标。对听众席的总效果虽未超过3 dB，但其增量变化听众也能感受得到，尤以靠近后座区的中频早期0-80值提高较明显。至于低频声级是否提升，问题较为复杂。例如反射罩某些部位表面几何形状是否使其反射声改变了“座席低谷效应”，那就会使低频早期声强0-80有±2 dB变化，也就是说低谷效应有可能得到补偿或加剧。反射罩会使厅內低频混响时间略有下降，但对可能提升，甚至出现提高0.4 s的效果。反射罩对大厅内的明晰度效果则总是下降的，对LF值变化则不明显。反射罩对全部听众席的效果，各处会有所不同。

日本声学家[38]曾对三个交响乐队(美国波士顿、德国萊比锡和新日本交响乐队)在日本46个大厅演出的乐师们访问调查，对于反射罩表面有扩散处理的均有较好评价，反射罩的倾斜度必须达到一定角度才好，反射罩空间不宜小于1000 m3等经验。

早年有报导用厚度仅1.0 mm塑料箔(1 kg/m2)制成的轻型反射罩，即有明显改善音质效果[43]。如Marshall[1]早年的研究认为使乐师们“便于合奏”主要依靠中高频的早期反射声。实验室对1.0 mm塑料箔的实测结果表明800 Hz或8000 Hz的反射系数均达到0.8以上。近年则趋于采用较厚实木板制作和较密闭的声反射罩[44]。许多经验还表明反射罩对乐队的帮助大于对听众席，尤其对于原本很“乾”的大厅，对大厅混响声场的作用很有限[45]，这是剧场用作交响乐表演时必须注意的问题。

国内关于舞台反射罩的研究报告首见于韩劲晨[46](1985年)，文中扼要介绍了反射罩的效果，如：可提高观众席的声级2~5 dB，提高厅内中高频混响时间，对低频则会有所下降，对普遍有所上升，明晰度则下降等等。近年余斌[47]对几个剧院中反射罩在观众席的实测，获得了大致相同的结果。这两个报告对舞台上的音质变化则均未涉及。

早在1973年美国费城交呴乐团首次访华在上海市府大礼堂(有吊挂布景的舞台)演出，短短数天临时赶制的舞台反射罩(见图5)显得简单，但对演出效果己有明显改善。以后在东方电视台大演播厅舞台反射罩(2000年)采取全封闭式，表面为MLS式扩散体，为满足大型交响乐队而设计，由于该厅建成后以演播电视节目为主，乐罩很少使用，从而难以总结舞台效果的经验。

在多用途大厅中的乐队声反射罩，由于可拆装，还必需与照明和空调通风等相应的特殊设计配合，同时考虑拆装方便与安全措施和储藏等问题[48,49]。国内这方面经验教训不少，值得注意。例如，罩内因温度和通气未能达到舒适要求，使乐师受不了；灯光角度不当影响乐队表演，或使观众刺眼等等。反射罩拆装是专业技术问题，上海大剧院(1998年)开幕不久，新装气垫式声反射罩是国内首次使用，为供当晚交响乐演出，花了足足一天才勉强就位。事后剧院只得废弃，另行设计制作。

对于露天广场作交响乐队表演，即使普遍使用电子扩声设备，但声反射罩对乐队来说往往必不可少。如果是拆装式的则还可供巡回演出之用。除声学要求外，还有许多技术、安全、运输、安装等需要考虑，有报导其內容有十项之多[49]。

4 问题与展望

音乐厅舞台音质和设计涉及面很广，本文重点在交响乐队演出，因其最为复杂。研究工作涉及主观和客观两个方面，以及两者相结合中的一些问题，不是一篇短文所能全部涵盖。尤其随着研究工作深入，近年文献报道中前后矛盾的结论纷纷出现，这既说明主观感受的复杂性和客观参量多维化, 又因不同器乐和台上不同位置、组合和曲目等条件变化所引起的后果。乐师们的舞台经验各不相同，他们对舞台音质评价所用评语往往各自表述，而又要找到那些物理量足以说明之尚需继续探索。再说现有一些物理参量都不是三维性质的，即未包含反射声的方向性因素，声场中接收点的入射角变化有多大影响等较少渉及。故而致力于寻找一些客观物理规律，为舞台音质设计服务仍然是共同关注的热点。如果从统计学角度来看，主观意见调查和客观测量结果的数量远不能满足作定量分析的要求[50]。因此最近Gade (2013年)[9]呼吁展开国际性合作，集多单位力量，广泛地展开大规摸调查来攻关。

目前对舞台音质的了解还很不够，现有的客观参量与乐师们，尤其作为大型交响乐团队员的意见还不能充分契合，有因为学术语言沟通上的障碍，也有如何去寻找更全面的客观参量，至于与建筑设计相联系也仍然有些未知因素。

现有的许多物理参量都是在无乐师的空场中测量的，而坐满乐师大乐队与空场条件相差很大，而这方面缺乏实情资料。又考虑的声源和接收都是无指向性的，虽便于统一和规范化，但终究与实际情况有较大出入。

舞台音质参量过去仅注重声能与时间相关方面，对声场的方向性因素几乎没有考虑。近年有人利用波束形成(beam forming)技术来确定声场的空间信息[52]。他们利用16声道传声器空间阵列来拾取，通过二阶立体混响(ambisonics)技术重放来评价分析舞台音质[30]。这一技术动向无疑将为舞台音质研究更上一层楼。

长期来，音乐厅设计是以舞台上一个点声源考虑的。一个大乐队演出时，无论对舞台或是对观众大厅来说，其音质效果显然没有那么简单。近年芬兰声学家Lokki[52,53]倡导用多达34个扬声器分布在舞台上以代替目前常用的点声源，按所在位置上乐器各自指向特征来发声，以模拟乐队声源进行大厅音质测试，听众席则完全按三维信息来分析。由于“乐队声源”固定，不论主观评价和客观测量都建立在相同基础条件上，其互比性较为可靠。这是别开生面的想法。至于所得经验与实际工程设计相联系，尚有待进一步发展。舞台音质评价是否可以参照类似设施来进行，使之更客观地模拟演奏者之间相互听闻实况呢？

至于剧场舞台则另有不同要求。他们的声源强度相对于乐器而言弱得多，而清晰度则有较高要求。又因声源在舞台上位置并不固定，甚至出现转身的不利情况，但可采取的有效声学措施往往受舞台布景、灯光以及剧情发展需求等很大限制。剧场设置乐池供伴奏演出，其音质设计则是另一类要考虑的问题，需另文讨论之。

本文在浩瀚文献中，作了有限度的综述，以期引起国内声学界关注。至于中国民族管弦乐队在舞台上表演所发生的问题，又有哪些特征需要研究，还缺少了解。有人认为，目前大型民族管弦乐队编制定型化尚在探索阶段[54]，但从舞台音质方面仍可进行一些必要的探索。

[1] Marshall A M. Acoustical conditions preferred for ensemble[J]. J. Acoust. Soc. Am, 1978, 65: 1437-1442.

[2] Barron M. The Gulbenkian Great hall, LisbenII: An acoustic study of a concert hall with variable stage[J]. J. S&V, 1978, 59(4): 481-502.

[3] Gade A C. Developments in orchestra platform acoustics[C]// Proc. 12thICA, Vancouver Symposium, 4-6 August 1986, 21-26.

[4] Gade A C. Investgations of musician’s room acoustic conditions in concert halls. Part I: Methods and laboratory experiments[J]. Acustica, 1989, 69(2): 193-203.

[5] Gade A C. Investigations of musician’s room acoustic conditions in concert halls. Part II: Field experiments and synthesis of results[J]. Acustica, 1989, 69(2): 249-262.

[6] Gade A C. Practical aspects of room acoustic measurements on orchestra platform[C]// Proc.14thICA, Beijing, China. 1992.

[7] ISO 3382-1, Acoustics – Measurement of room acoustic parameters – Part 1: Performance spaces[S]. 2009.

[8] Gade A C. Acoustics for symphony orchestra: Status after three decades of experimental research[J]. Proc. ISRA 2010, J. Building Acoustics,2011, 18(3/4): 181-206.

[9] Gade A C, Subjective and objective measures of relevance for the description of acoustics conditions on orchestra stages[C]// Proc. ISRA 2013, Toronto, Canada, June 9-11, 2013.

[10] Meyer J. Akustik und musikalischeAufführungspraxis[M]. 1st.ed.(1972), 5thed. (2004), 英文版(2009), 中文版《音乐声学与音乐演出》(2012, 人民邮电出版社)174页.

[11] Dammerud J S. Stage acoustics for symphony orchestras in concert halls[D]. Ph. D Thesis, U. of Bath, 2009.

[12] Chiang W H, Chen S T, et al. Subjective assessment of stage acoustics for solo and chamber music performance[J]. Acta Acoustics/Acoustica, 2003, 89(5): 848-856.

[13] Chiang W H. Acoustical design of stages with large plane surfaces in rectangular recital halls[J]. Appl. Acoustics,2003, 64(9): 863-884.

[14] Chiang W, Huang C, Hsu Y. Acoustical Renovation of Tainan Municipal Cultural Center Auditorium[J]. JAES, 2003, 51(10): 933-945.

[15] Chiang W H. Evaluation of acoustical environments for solo performers[J]. Building Acoustics, 1999, 6(1): 18-36.

[16] Chiang W H, Chen Y R. Changing the early reflections in vineyard concert halls[C]// Proc. ISRA 2007, Seville, 2007, 10-12 Sept.

[17] Chiang W H, Chen Y R. Stage acoustics for vineyard concert hall[C]// Proc. ISRA 2010, Melbourne, 2010, 29-31 Aug.

[18] 据江维华与作者通讯 Private communication with the author.

[19] Barron M. Auditorium acoustics and architectural design[M]. 2nd Ed. 2010. 3.7节Design for the performers, by Gade.

[20] Genta G iovannini. The subjective investigation of acoustic perception of musicians: a proposed method for interpolation of results[C]// Proc. 19th ICA Madrid, 2-7, Sept.2007.

[21] Kim Y H, Seo C K. Evaluation of stage acoustics in concert halls by investigating performer’s preference[C]// Proc. 19th ICA, Madrid, 2-7, Sept. 2007.

[22] Dammerud J S, Barron Kahle E. Objective assessment of acoustic conditions on concert hall stages-limitations and new strategies[C]// Proc. ISRA 2010, Melbourne, 29-31 Aug., 2010.

[23] Lokki T., Throw away that standard and listen: your two ears work better[C]// Proc. ISRA 2013, Toronto, June 9-11, 2013.

[24] Lautenbach M, Vercamnen M L. Stage acoustics, ISO 3382 and beyond[C]// Proc. ISRA 2013, Toronto, June 9-11, 2013

[25] Woszczyk K, Ko D. et al. Convolution based virtual concert hall acoustics using aural segmentation and selection of multichannel impulse response[C]// Inter-noise 2009, Ottwa, Aug. 23-26, 2009.

[26] Wenmakers, Hak C. On measurements of stage acoustic parameters’ time interval limits and various source-receiver distances[J]. Acta Acoustics/Acoustica, 2012, 98(4): 776-789.

[27] Ueno K, Tachibana H. A consideration on acoustic properties on concert-hall stage[C]// Proc. ISRA 2010. Melbourne, 29-31 Aug. 2010.

[28] Lautenbach M, Vercammen M. Stage acoustics: Renovation of the concert hall de Doelen, Rotterdam and other stages[C]// Proc. ISRA 2010, Melbourne,Australia, 29-31 Aug., 2010.

[29] Woszczyk K, Ko D, et al. Virtual stage acoustics: a flexible tool for providing useful sounds for musicians[C]// Proc. ISRA 2010, Melbourne, 29-31 Aug. 2010.

[30] Guthrie A, Clap A. Using ambisonics for stage acoustics[C]// Proc. ISRA 2013, Toronto, Canada, June 9-1, 2013.

[31] Meyer J. Understanding the orchestral stage envelopment from the musician’s, singer’s and conductor’s point of view[C]// Proc. W.C. Sabine Centennial symposium, Cambridge, Mass., USA, 5-7 June, 1994. 93-96.

[32] Meyer J. Acoustical demands for the conductor’s location[J]. J. Building Acoustics, 2008, 15(2): 79-94.

[33] Beranek L. Concert Halls and Opera Houses[M]. 2ndEd., 2004, 542-543.

[34] Meyer J., Comprehending concert hall acoustics by orchestra demonstrations. Proc. International Symposium of Music and Concert Hall Acoustics[C]// (MCHA 95) Hirishima, Japan, 15-18 may 1995,.

[35] Jang H S, Kim Y H, et al. Effects of stage volume and absorption on acoustics of concert halls[C]// Proc. 20thICA Sydney, 2010.23-27 Aug. 2010.

[36] Jang H S, Jeon J Y. Evaluation of the absorption by the orchestra in concert halls using scale models and computer simulation[C]// Proc ISRA 2013, Toronto, June 9-1, 2013.

[37] Jang H S, Kim Y H, et al. Absorption of acoustic platform measured for the acoustical design of concert halls[C]// Proc. ISRA 2010, Melbourne, 29-31, 2010.

[38] Nagata M. Uncertain factors in acoustical design. Proc. International symposium of Music and concert acoustics[C]// MCHA 95, Kirishima, Japan, 15-18 May, 1995.

[39] Askenfelt A, Guetter K. Stage floor vibrations and bass sound in concert halls[C]// Proc. 21stICA 2013, Montreal, 2-7 June, 2013.

[40] Walfrank T, Lyon-Caen I. Recent experience with vibration of stage and audience floors in concert halls[C]// Proc. 21stICA 2013, Montreal, 2-7 June, 2013.

[41] Rindel J H. Design of new ceiling reflectors for improved ensemble in a concert hall[J]. Applied Acoustics, 1991, 34(1):7-17.

[42] Bradley J S. Some effects of orchestra shells[J]. J. Acoust. Soc. Am, 1996, 100(2, Pt.1): 889-898.

[43] Strom S. Orchestra enclosure and stage design in multipurpose halls used for concerts[C]// Proc. 13thICA, Belgrade, Yugoslavia, 1959.

[44] Farina A, Fansti P, et al. The acoustical shell of the Nuovo Treatro Comunale in Cagliari[C]// Proc.15thICA Trondheim, Norway, 26-30 June 1995.

[45] Shin I, Katsuhiko T, et al. A report on the relationship between orchestra shell design and musicians’ acoustical impression[C]// Proc. 15thICA, Trondheim, Norway, 26-30 June 1995.

[46] Han J C. The effects of stage reflectors and their design[C]// Proc. WESTPAC II, Hong Kong, 1985. A2-11.

[47] 余斌. 多功能剧院音乐反射罩的设计与应用[J]. 声学技术, 2014, 33(3): 250-254.

YU Bin. Design and application of acoustical shell for multi-purpose theatres[J]. Technical Acoustics, 2014, 33(3): 250-254.

[48] Jaffe C. Design considerations for a demountable concert hall enclosure (symphonic shell). JAES, 1974, 22(2): 163-169.

[49] Jaffe C, Quaintance P, et al. A trailerized acoustic shell for outdoor performances of symphony orchestra and concert opera[J]. JAES, 1969, 17(6): 671-677.

[50] Astolfi A, GiovanniniM, et al. The interpolation of objective measurements on the stage by means of the correlation with subjective data[C]// Proc. 19th ICA Madred, 2-7, Sept. 2007.

[51] Caukins T, Guthrie A, et al. Using a spherical microphone array to analyze concert stage acoustics[J]. J. Acoust. Soc. Am, 2011, 130(4, Pt.2): 3aAA9.

[52] Lokki T, Sensory evaluation of concert hall acoustic[C]// Proc. ISRA 2013, Toronto, Canada, June 9-1, 2013.

[53] Tervo S, Patynen J, et al. Spatial analysis of concert hall impulse responses[C]// Proc. ISRA 2013, Toronto, Canada, June 9-1, 2013.

[54] 刘文金. 中国民族管弦乐队的发展-创作与编制[J]. 演艺科技, 2010(11): 41-46.

LIU Wenjin. The development of China nationalities orchestra- Creation and establishment[J]. Entertainment Technology(in Chinese), 2010(11): 41-46.

Concert-hall stage acoustics and its design

WANG Ji-qing

(Institute of Acoustics, Tongji University, Shanghai 200092, China)

Stage acoustics dominates concert hall performance conditions. Musicians performing on stage, instrumental and vocal, require an appropriate balance of sounds, including their own, to achieve a good sense of ensemble. The balance normally depends on the stage set up, properties of the instruments, and the availability of surfaces redirecting the sounds back to musicians. From comparison between subjective research and objective measurements, some acoustical measures and a set of proposed architectural treatments were conducted and suggested accordingly. The paper summarizes major contributions on this field and a general overview of this subject is presented.

room acoustics; stage acoustics; acoustical design; concert hall design

TB534.2

A

1000-3630(2015)-01-0058-10

10.16300/j.cnki.1000-3630.2015.01.012

2014-10-14;

2015-01-02

王季卿(1929－), 男, 江苏人, 教授, 博士生导师, 研究方向为建筑声学。

王季卿, E-mail: wongtsu@126.com