北京西山文化小镇声景设计研究方法*

李子晋

（中国音乐学院，北京 100101）

1 声景设计与西山文化

1.1 声景观与声景设计

声景观（Soundscape）一词来源于“景观（Landscape）”。20世纪60年代末，加拿大作曲家Schafer提出一个新的概念——声生态学（Acoustic Ecology），提出“应该像倾听音乐一样来感受声环境”，指出通过降低噪声来减少噪声污染是一种消极的手段，应该寻求一种更加积极的方法。20世纪90年代以来，声景观的概念逐步被世界上大部分国家所接受，人们相继开展相关的研究，并将研究成果应用于城市开放空间的声音控制方面，取得了一定的成效。2000年以后，声景观的相关研究变成研究热点，出现了越来越多的声景设计与规划实践。例如，积极声景计划（Positive Soundscape Project，英国），声景健康计划（Soundscape support to health project，瑞典），the Eye-Hear Project中一项子课题——声景可视化地图绘制（Qualitative sound maps for visualization of the urban soundscapes，葡萄牙）等。声景观正在从理论研究迈入设计实践阶段。

2014年，欧洲颁布声景观的ISO标准（ISO T. 43/SC 1/WG 54, 12913-1），对声景观的定义、内涵和目的等内容进行全面描述与规定。在该标准中，声景观的定义为：在特定语境中，人或者人群所认识和感知的声环境（Acoustic environment as perceived or experienced and/or understood by a person or people, in context）。同时，该标准给出声环境的定义，“acoustic environment:sound at the receiver from all sound sources as modified by the environment”①。对比两者可以发现，声环境是客观的物理的声学现象和信息，而声景观则更加强调人作为声音感知的主体，对于不同环境的认识与感知。在此基础上，对声景观的研究将不限于对声音基本物理量的研究，人的主观听感以及人所处的文化环境都是声景观所研究的范筹。

声景生态学是一门交叉科学，涉及音乐、景观学、环境心理学、民俗文化等领域。声景设计包括声音采集、声音作曲、声音缩混录音、母带制作、计算机交互设计、后期施工工程设计等工作。声景艺术将自然环境中的声音（如风、雨、河流、动物），以及人类创造的各种类型的音乐、音响作为设计素材，根据特定的人文环境需求，进行艺术化声音设计，为人们提供听觉享受，从而达到心理及生理舒适的艺术空间。通过多媒体传播手段，声景艺术已经被广泛运用到现实生活中的特定环境及场所，如具有历史文化意义的广场、商业街、公园、博物馆、宫殿等。

与噪声控制研究相比，声景研究更注重听觉感知。国外有关旅游景区的声景应用已经非常成熟，也有很多专业的声景设计公司。大量的研究发现，良好的声音环境会降低人们的疲劳感，游客的举止会有所收敛变得温文尔雅，有助于维护景区参观秩序，烘托特有的文化氛围。谢菲尔德市火车站前的声景项目就是很好的例子。谢菲尔德市以钢铁工业闻名于世，许多工业方面的革新，都诞生在这座城市，被称为“钢都”。但是老旧工业所带来的是火车站前的混乱无序，声污染问题严重。针对这种情况，设计者设计了一道屏障，把火车站噪声区进行隔离。同时，为了体现谢菲尔德市的特点，采用谢菲尔德最具代表性的元素“不锈钢”作为设计材料。在声音隔离的基础上，在不同区域增加水噪声景观，如在广场上建造一处喷泉，在人耳听觉上进一步掩蔽交通噪声（图1）。该项设计不仅解决了困扰城市已久的火车站噪声问题，更为来往谢菲尔德市的人们留下难忘的视听风景。

声景的主要内容包括基调声、信号声和声标声。如同一幅立体的美术作品，除布局和结构外，还有景深的呈现，即远景、中景和近景；而环境音乐展现的仅仅是一个平面。声景艺术是根据特定的声场环境为一个区域空间进行整体的声音设计，而非根据环境随机地播放一些背景性的音乐。②

图1 谢菲尔德市火车站不锈钢屏障及喷泉

1.2 西山文化

近年来，特色文化小镇等旅游景区的开发、商业场所的兴建以及各种户外设施的完善，确实为人们带来一些便利，但由于忽视声景的艺术设计，导致整体使用效果较低。尤其是在很多文化旅游景区内使用大功率扩声设备，播放与景区环境格格不入甚至相悖的曲调，并且从不被人们重视。这些“环境音乐”及周围嘈杂的环境噪声，对人们的心理和生理都构成强烈的不舒适感，增加游客的疲劳感甚至烦躁情绪。对周围配套的景区商业街而言，这种声音环境也对购物环境起着负面的作用，不利于产生良好的经济效益。

北京西山文化带文化遗存历史悠久、类型多样，既有以周口店猿人为代表的古人类遗址，又有清代三山五园皇家园林集群，还有潭柘寺、龙泉寺等众多佛教场所和香山双清别墅等革命史迹、红色纪念地，这些都为声景研究提供了丰富的文化呈现内容。西山文化的多元性体现在以西山生态山水文化为骨架，以革命军事文化、民间民俗文化、特色物产文化、村落古道文化、宗教寺庙文化、园林古建文化、中外交流文化、名人文化、现代都市农业休闲健身文化为主要特色脉络的文化聚集发展带，是北京文化的重要组成部分和展示交流窗口③。这一地区的文化特色小镇是文化主题的重要载体，既有倾向于纯粹的自然寂静（natural quite）之声景，也有人文之声景。因此，在声景设计方面具有较好的发挥空间，同时声景设计有益于文化氛围的烘托，让西山文化带周围自然环境与人文环境立体交织，形成一种沉浸式的文化体验，有助于人们深入了解与感受北京西山文化历史中所蕴藏的文化内涵。

本文主要探讨对北京西山特色文化小镇（简称“西山文化小镇”）商业区进行声景设计的研究方法，结合环境心理学的相关理论和数据在西山文化小镇区域内营造舒适的环境，达到使人们拥有轻松悠闲的心态、享受高品质生活的目的。

2 西山文化小镇声景研究的方法设计

目前，西山文化小镇是一个综合的商业环境，主要研究对象包括商业街、民居小区及交通路段，这是一个声音环境混乱与复杂的场所，如何平衡与提升环境的整体氛围是声景研究的重点。西山文化小镇的声景设计要有自身独特的文化主题，既要保证一定范围内声景的协调统一，同时每一个商家在特定的空间范围内也会有独特的声音标识。整体协调统一而又不失多样化。

针对北京西山文化带地区具有代表性的主题特色文化小镇，对其文化特色、运营情况调研后，按照其定位的文化特性，通过影像资料以及文献对过去和现在正在发生的声音环境做考察、收集、对比和分析。首先，提取最有价值的声音信息，作为声景艺术实施的重要声音素材，同时这些信息日后也将成为北京地区声景生态的重要史料。其次，通过收集历史文献中关于声音的记述以及声音资料，对特色文化小镇的文化因素进行研究，确定声景文化定位。综合现状声景评价与历史文化定位，进而开展声景设计。

3 研究方法与实例分析

声景设计是一个多维度、涉及多学科研究方法的学科体系。很多学者主张使用三角测量法（Triangulation）对声景进行测量与分析，这种方法的核心就是强调多角度、多方法的思维策略，以各种方法的综合应用，增加评估测量的效度和完备性。一般涉及到的社会学研究方法有文献法、访谈法、问卷调查法、田野调查法、声日记等；从物理学的角度，则通过声测量、信号处理与分析、绘制声景地图、声漫步等方法研究声景；从实验心理学的角度，一般采用行为测量技术、对偶比较法、系列范畴法、语义细分法等主观评价方法；除此之外，还包括一些辅助方法，如人工神经网络（ANN）、数据统计分析等。如果声景项目涉及到交通降噪为主导的主题，则更多地使用物理学的方法；如果涉及到文化特色体现及居民生活偏好等方面的主题，则更加侧重于人文科学的研究方法。

西山文化小镇声景研究中涉及的方法有问卷调查法、声测量法、信号处理法、声漫步法、人工神经网络等。

3.1 问卷调查法

问卷调查法是声景研究中最常用的方法之一，由访问者主导，提前预设一些相关声景研究的问题，通过问题来了解所处环境下的人们对声环境的满意度、舒适度等方面的主观感受。以某门店为例，采用问卷调查法对西山文化小镇进行声音主观评价的调查。

3.2 声测量法

大多数的声景研究中都会用到声音数据收集方法，主要是运用测量手段反映声环境的客观指标，这些客观评价指标与主观评价术语有一定的对应关系。一般需要采集的项目包括声压级、混响时间、温湿度、照度等。以西山文化小镇商业区日常状态的声压级测量为例，按照中华人民共和国声环境质量标准（GB 3096-2008）对于声压级测量方法的相关规定，对于商业街区的声压测量，采用A计权等效声压级进行测量（LAeq）。测试沿用此标准对商业街的声分布进行大范围采样。将商业街自北向南分成30个测点，对早上7：00至晚上18：00时间段内的30个测点进行逐个测试。

将全天各时段的C计权声级与A计权声级做差，可以发现：（1）早晨8：00时，对A计权以及C计权同时进行测量，其中道路两端测点的A计权以及C计权测量数据差距较大，而街道中段（测点10～20）数据差距较小。（2）上午10：00时，两种计权差的最大值逐步向道路中间移动。（3）中午12：00时，道路前段测点的A计权超过C计权值，计权的差值出现在街道的中后部（测点23～25）。

3.3 信号处理法

声景观评价是一个复杂的系统工程，除了上述提到的方法，有时还需要采用信号处理的方法对采录的声景样本进行分析。常用的信号处理法包含两大类，时域分析和频域分析。

3.3.1 时域分析

（1）振幅

振幅表示质点离开平衡位置的距离，反映声波所携带能量的多少。信号处理领域通常用声音的波形图反映声音信号振幅随时间的变化，高振幅波形信号的声音较大，低振幅波形信号的声音较安静。在波形图的基础上，还可以提取声音信号的“振幅包络（Amplitude Envelope）”，它可以反映某一段时间内声音振幅随时间变化的形状和轮廓。常用的包络提出方法有低通滤波器法（LPF）、均方根能量法（RMS）以及频域线性估计法（FDLP）等。图2为西山文化小镇商业街录制的声景样本的波形图。从图中可以看出，在2.3 s以及5 s～7 s的位置有几处幅度较大的脉冲波形，这对应着汽车鸣笛的声音。

图2 商业街录制的声景样本波形图

（2）动态范围

声音信号的“动态范围（Dynamic Range）”，是指信号中的最大有用信号与本底噪声的声级差。有效动态范围是指最大有用信号与最小有用信号的声级差。动态范围可以反映一段声音音量起伏变化的大小。

（3）双耳互相关函数

基于人耳的听觉特性，施罗德等人在1974年提出评价音乐厅音质的一个参数——双耳听觉互相关函数，它能够反映一个声源到达听众两耳所产生的感觉上的差异性。数学表达式为：

3.3.2 频域分析

（1）频谱图

音高、音强、音色和音长是声音信号的四个基本要素。波形图虽然能够反映声音振幅随时间的变化，但不能反映声音所包含的音高和音色信息。

通过傅里叶变换，声音信号从时域转换到频域，这样就得到声音所包含的频率及各个频率点上的幅度信息。如果把这些信息体现在一张图上，通常以横轴表示频率，纵轴表示相对幅值，这样就得到频谱图。图3为西山文化小镇商业街声景样本的频谱图。

图3 商业街声景频谱图

图4 商业街声景样本的频谱图

（2）语谱图

虽然频谱图已经能够反映出声音信号包含的频率及分布结构信息，但对于声景样本，仅仅提取这些信息是不够的，要想了解这些频率成分随时间变化的规律，需要借助语谱图。获取声音信号语谱图，一种简便的方法就是对信号进行“短时傅里叶变换（STFT，Short-time Fourier Transform）”。语谱图实际上是采用二维平面来表达三维信息，平面上的两个维度分别为时间（横轴）和频率（纵轴），第三个维度是振幅，常用不同颜色或深浅不同的单色表来表示。

图4为西山文化小镇商业街声景语谱图。由语谱图可知，该声景样本的背景噪声能量主要集中在中频段，而车的响铃声（2 s～3 s、5 s～7 s处为响铃声）能量在1.5 kHz～12 kHz的频段内均有分布，因此声音听起来清脆明亮。语谱图在一定程度上可以反映声景样本的声音基调与声音坐标的内容，以及这些声音事件随时间的变化规律。

3.4 声漫步

声漫步是指在不同路径的漫步过程中，利用双音轨系统与数字录音机等仪器对声音进行记录，这个过程也可伴随图像、地理位置等信息的记录。由于在声漫步过程中会录制大量声景资料，因此一定要提前制定好录音计划，并制作若干声景样本采录信息记录表，用于记录各个样本采录的基本信息，以方便后期的样本标注和整理工作。④

在声漫步过程中，经常需要录制各种各样的声源，常见的声源可分为以下几类：（1）语声：人物的语言和对话；（2）环境声：自然界的音响，如风雨声、雷电声、鸟叫声、昆虫声、树叶沙沙声等；（3）音乐声：乐器声、歌声；（4）噪声：交通工具的声音、机械设备的声音等；（5）人工声：敲门声、磨刀声等。

3.5 人工神经网络

人工神经网络是预测声景主观评价的常用方法之一，它是从信息处理的角度对人脑神经元网络进行抽象，建立某种模型，并按照不同的连接方式组成不同的网络。人工神经网络技术的基础是人们对于大脑工作模式的理解，ANN模型通过学习算法以获取类似功能。学习算法给出它各个处理单元（人工神经元）之间的权值，权值加强响应的强度。在整个模型训练的过程中，通过不断调整权值，以降低实际响应与期望响应之间的差异，从而使得模型收敛，建立起可靠的评价模型。

采用ANN技术进行声景观评价的基本过程是：（1）运用尽可能多的输入特征参数设计初始模型；（2）使用现有数据集进行模型训练；（3）对训练结果进行分析，重新设计模型的结构；（4）使用训练好的模型预测声景观主观评价结果。

图5 声景评价模型

西山文化小镇商业街的研究中用ANN做声景观评价的基本思路见图5。首先，将声景观中的各个要素作为变量输入ANN模型，常用的变量包括热参数、光参数、视觉参数、声学参数、社会因素等。其中，声学参数是模型中较为重要的输入参数，通常选用的声学参数有声压级、时域波形、声音频谱、声源位置、声源运动、声音的心理特性以及统计因素等。然后，运用预先建立好的评价模型对输入的各参数进行计算，最后得到声景观评价的预测结果。如果条件允许，还可以对建立好的评价模型进行修正，即根据预测结果与实际结果的差异，对模型参数或结构进行调整，使得下一次预测结果更加符合实际结果。

虽然ANN模型能够对声景观进行预测评价，但仍存在一些问题。其中最重要的问题是运用ANN提取的特征没有物理意义，通常很难用它来解释输入因子与输出因子之间的关系。因此，在运用ANN模型进行声景评价时，为了能够更好地解释模型的物理意义，并对模型进行修正，还应结合主观评价以及统计学方法。

4 结语

本文通过对西山文化小镇声景设计方法的阐述，达到对北京特色文化声色并茂阐释的效果。对声景中存在的前景音、背景音、信号音的声音类型，以及时间和文化意义的声景形态的良好设计，会使人们降低疲劳感，创造良好的旅游环境，优化北京特色文化内涵，达到提高旅游文化品质的目的。将音乐声学、景观设计、虚拟声场等多学科研究方法统一，结合人文历史特征的提取，以北京文化为载体，集中北京的人文历史特征与声音之间的关联性，提高特色文化区域的环境，希望对建立一套适合北京特色文化的声景体系有借鉴作用。

注释：

① https：//www.iso.org/standard/52161.html

② 李琳琳. 中国古典建筑声景艺术研究[D]. 中央音乐学院,2013.

③ 陈名杰. 西山文化带文化传承与创新对策建议[J]. 前线,2016(11).

④ 陶波. 我国声景领域发展现状研究[D]. 中国音乐学院,2017.