音乐厅的舞台音质研究与设计（一）

杨志刚

（华东建筑设计研究院有限公司，上海 200041）

1978年之前，音乐厅的声学设计主要致力于研究观众厅的音质效果，而舞台的音质研究却比较少。音乐家在舞台上听到的声音效果与观众在观众厅听到的并不相同，音乐家所听到的声音效果至关重要，这会影响他们在音乐制作过程中自信互动的能力[1]。音乐家不仅是演奏音乐，更是创作音乐。

观众要欣赏到美妙的音乐，与音乐家所处的舞台声学条件高度相关。舞台的声学条件会直接影响音乐家的技艺发挥。以交响乐为例，众多乐师之间只有具有良好的相互听闻和及时交流，才能既控制自己的乐器发声质量（如音量和音调等），又保持乐队整体演奏的协调，这都与舞台声学条件有关[2]。只有音乐家演奏得足够好，观众才有可能欣赏到一场听觉盛宴。如果舞台音质不好，降低了音乐家的演奏水平，再好的观众厅声学效果，也不可能听到一场完美的演出。因此，从某种意义上讲，舞台音质设计比观众厅音质设计更重要。

音乐厅演奏节目的种类比较多，本文研究的重点定为交响乐队，因其最为复杂。音乐厅的舞台一般称为演奏台，以区别于剧院演出的舞台，但有关音乐厅声学设计的文献习惯称为舞台，所以本文仍以舞台相称。

1 舞台音质理论发展回顾

舞台音质研究的历史虽然较短，但近年来已成为音乐厅声学研究的一个热点。研究的主要方法有两种：一种是调查在真实音乐厅演奏的音乐家的主观反应；另一种是调查在模拟声场（消声室）演奏的音乐家的主观反应。

1.1 舞台音质系统性研究起点的标志

1978年，Marshall等人和Barron分别从舞台上乐队主观反应调查着手，深入舞台音质客观物理状况研究，发表了两篇文献《适合合奏的声学条件》（Acoustical conditions preferred for ensemble）和《里斯本古尔本基音乐厅:音乐厅可变舞台的声学研究》（The Gulbenkian Great hall, LisbenII: An acoustic study of a concert hall with variable stage），标志着舞台音质系统性研究的起点。

1.2 Gade提出客观评价参量

1986年～1989年，丹麦技术大学研究生Gade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的实验研究，提出两个重要参量[3-5]（图1）。

(1) 乐师对自身乐器和相邻乐师声音感受的参量：早期声支持度ST；

(2) 说明与乐队其他乐器 “能够轻松而容易”合奏程度的参量：早期齐奏声级EEL（Early Ensemble Level）。

1992年，Gade后来的研究认为ST已足以说明EEL参量，并认为ST20ms-200ms才是描述房间对乐师支持度的参量[6]。Gade把后期支持度称之为ST2，原来ST也相应地称为ST1。

1.3 国际标准ISO 3382把STEarly和STLate列为附录内容

2009年，国际标准ISO3382把Gade提出的早期支持度STEarly以及相对应的后期支持度STLate（一个新参量）列为附录内容（图2）。其中，STEarly和Gade提出的ST是一样的。

1.4 不断探索

自从ISO 3382制订后，声学界对此标准的议论仍然不断（如STEarly的20 ms时间窗口，很多人认为不够准确）。不仅限于舞台上的支持度参量问题，甚至有人对整个标准持激烈的否定意见。

早期的研究相对比较简单，虽便于统一和规范化，但与舞台的实际条件并不相符。近年来，文献报道中常有前后矛盾的结论出现。虽然舞台上的物理状况很容易研究，但乐队的情况比较复杂。复杂性主要表现在：舞台音质设计研究的依据是音乐家的主观感受，而主观感受就很复杂。音乐家的经历、弹奏的乐器、台上所处的位置、合奏的乐器组合和曲目类型等条件不同，主观感受就会不同。更为重要的是，音乐家会自动地适应他们所处的环境，这使得在舞台上寻找因果关系变得更加困难。

图1 ST和EEL测量原理示意图[7]

图2 直达声、早期反射声和后期反射声的定义[8]

其次，客观的测试仪器也比较简单化。测试的声源和接收器（测试侧向反射系数除外）都是无指向性的，实际情况是声源和接收器都是有方向性的。不仅声源的发声有方向性，而且不同的声源（人和不同乐器）发声的方向也不一样，不能用单一声源代替所有声源。同时，接收器（其他乐师）对来自不同方向的声能敏感性也是不同的，如对来自侧向的声音比较敏感，而对来自顶部的声音则不太敏感。2013年，芬兰声学家Lokki[9]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（图3）。观众席的测试传声器，则采用三维的传声器阵列。由于“乐队声源”固定，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。至于所得经验与实际工程设计关系如何，尚有待验证。

由于舞台音质的复杂性，2013年，Gade呼吁展开国际合作，集多单位力量，广泛展开大规模调查来攻关。

2 舞台音质设计的研究和分析

舞台音质设计的核心内容，是让音乐家拥有良好的相互听闻条件和足够的房间声反馈。

音乐家拥有良好的相互听闻条件，需要拥有丰富的早期能量（包括直达声和早期反射声）。舞台上交响乐队的演奏就是各种声源的组合，最根本最直接的方法就是优化交响乐队内部直接声音（直达声）。其次，就是音乐家能够获得足够多的早期反射声，即要有合适的早期支持度STEarly。例如在一个大的全消声室内（几乎没有反射声），如果不是正对着你讲话（没有直达声），你就听不到其他人的声音。由于乐器的声辐射都有一定的指向性，且乐队相互之间存在一定的遮挡可能，演奏员有可能听不到直达声。如果缺乏反射声的支持，会导致听不清乐队其他成员演奏的声音，从而导致交响乐队难以同步“合奏”。

音乐家希望拥有足够的房间声反馈，也就是要拥有丰富的来自观众席（尤其是主观众席）的混响声能，即后期支持度STLate。但是，房间声反馈太多也不好。例如在一个混响室内，由于房间反射声数量多且强度大，反而会掩盖后续的直达声，也会导致听不清楚。

图3 Lokki倡导测试用的扬声器（左）和传声器阵列（右）[9]

以下分别从交响乐队内部直达声的优化、提供早期反射声的设计和提供后期混响声的设计等三个方面展开论述。

2.1 交响乐队内部直达声的优化

2.1.1 关于乐队内部直达声的研究成果

关于乐队内部直达声的研究成果有：高强度的直达声非常重要(Krokstad等人)[10]；在乐队内部拥有强直达声很重要(O 'Keefe)[11]；乐队内的直达声延时不应超过20 ms，且高频部分更重要(Gade)[4]。

合理的交响乐队结构，可以使音乐家听到或感受到内部最细微的声音，它不依赖于舞台的周围条件，主要受交响乐队的排列、台阶升起和地板等影响。相对于铜管和打击乐器，弦乐响度比较低，是最需要支持的，对音质效果的要求也最高。

2.1.2 合理的交响乐队排列

交响乐团通常有数十种不同门类的乐器，为了保证各乐器音量和音色的平衡，世界上的指挥家与乐师经过一百多年的努力探索和实验，交响乐队内部声音的衰减已经被研究和量化，基本上确定了一个合理的席位排列原则（图4）。

弦乐组是整个交响乐队的基础，它的音色给人以亲切感，席位一般排在舞台的前面。木管组乐器音色突出，所以需要分门别类将其排列在弦乐组之后，位于乐队的中间部位。铜管乐器和打击乐器，音量宏大，并富有穿透性，所以，排列在乐队的最后面或后侧面。竖琴和其他弹拨乐器通常排在乐队的左右侧。有时因作品要求，比如一些近现代作曲家的作品演奏，以及指挥家的个人偏好，乐队席位排列也有特殊安排。

2.1.3 舞台的半圆形台阶

交响乐队在舞台上为了避免前排乐师的遮挡，同时也使观众能够看到后排乐师的表演，因此需要设置台阶。简单的平行台阶使乐队左右距离拉得很宽，不利于两端乐师相互听闻。故常将台阶按弧形布置，减小两端乐师的距离。如日本东京三得利音乐厅（1986年）的半圆形台阶，是按国际著名指挥卡拉扬的建议而设计的，据介绍音质效果良好，后被其他音乐厅舞台布置广泛采用（图5、图6）。从日本三得利音乐厅和上海交响乐团音乐厅（图7、图8）的设计，可以了解舞台半圆形台阶的布局和尺寸变化。

2.1.4 舞台的尺寸要求

根据矩形大厅尽端式舞台的调查资料，舞台容积越大，台上支持度STearly会下降，观众席声压级和G值也会下降；而混响时间RT则会上升，尤其对观众席早期声能级Gearly和EDT影响更大[12]。因此，控制舞台面积及其高度很有必要。

舞台面积太太时，就会加大乐师之间的距离，乐队内部的直达声就会减小。舞台太宽时，前排两侧的听众听到就近乐师演奏的声音，要先于演奏台另一侧传来的声音，时差太大会对音乐的融合产生不良影响。舞台太深时，舞台后部乐器的声音是在前部乐器声音以后经过一段可分辨的时差，才能到达听众耳朵（有利于相互听闻的延时不宜超过35 ms，对应的距离为12 m），也会产生类似副作用。演奏台的全部应保持在约18 m×12 m（宽×深）的长方形范围内[2]。 考虑到舞台前指挥和乐师上下场的通道面积，可适当放宽到18 m×13 m（平均宽×平均深）的长方形范围内[13]。

2.1.5 舞台的地板

舞台一般都采用架空木地板，主要作用为：下端有针脚的大提琴和低音提琴在演奏时，通过针脚传递至地板发生振动，带给所有乐师同步合奏“打拍”的信息，加强交流效果。对于低音提琴而言，舞台木地板比水泥地面在40 Hz～60 Hz范围内可有5 dB的增益，在30 Hz～40 Hz范围内甚至更大[10]。但架空木地板对观众厅声学效果也有副作用，对低频有吸收作用，会影响到观众大厅低频混响和强度因子G。

声学建议采用经过改性处理、防火要求B1级、厚度约为40 mm～50 mm的松木（密度比较小），不宜使用坚硬的胶合板。如果地板高频反射有苛刻要求的话，还要求木材表面不能上油漆。

2.2 提供早期反射声的设计

2.2.1 认为早期声能很重要的研究

认为早期声能很重要的研究成果有：早期反射声是获得支持度的主要因素(Gade)[4、5]；

图4 现代交响乐队的典型排列方式 (来源：Bennett，1990)

图5 三得利音乐厅舞台半圆形台阶平面图

图6 三得利音乐厅乐队演奏现场（来源：Suntory Hall）

图7 上海交响乐团音乐厅舞台半圆形台阶平面图

图8 上海交响乐团音乐厅演出前

早期反射声对于合奏和支持度都很重要（Ueno等人）[14]；17 ms～35 ms的反射声有助于合奏（Marshall等人）[15]；15 ms～35 ms反射声可以提高其他乐器的演奏声（Meyer）[16]；直达声较弱或节奏快且长混响的条件下，35 ms前的反射声很重要（Krokstad等人）[17]；35 ms后的反射声在低频段有助于合奏（Meyer, Serra）[18]；在30 ms之前至少应该有2～3次早期反射声（Benade）[18、20]；5 ms～20 ms的强早期反射声可能导致不利的声染色（Halmrast）[21]；0.5 kHz～2 kHz的声音对于合奏很重要，低于500 Hz可能是有害（Marshall, Meyer）[22]。

从以上研究可以看出，多数认为35 ms的延时是早期反射声的下限，对应的声程差约为12 m。

2.2.2 舞台上部增设反声板（认为早期支持度STEarly更重要）

1991年，Rindel[23]研究表明，舞台顶板是对所有乐师能提供早期反射的最有效表面。通过详细分析比较，认为多块小型反声板较之采用少数大片式反声板效果更好，而且易于使乐师获得来自多块反声板的反射声，或者说可同时获得来自不同声部的早期反射声。根据经验，透空率宜控制在50%左右。面积1.5 m2小块反声板组合，对低频反射仍属有效，如每块略呈凸弧形则更佳。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。这些反声板有时还须延伸到舞台台口之外，以照顾前排观众。反声板高度宜控制在7 m～13 m[24]。2007年、2010年，江维华团队研究认为，“浮云式”反声板对于葡萄园式音乐厅的舞台几乎是必不可少的[25,26]。舞台上部安装“浮云式”反声板的知名音乐厅有德国柏林爱乐音乐厅（图9）、日本三得利音乐厅、美国旧金山戴维斯音乐厅（图10）和德国多特蒙德音乐厅等。1980年开幕的美国旧金山戴维斯音乐厅，在1991年～1992年进行了改造，其中就包括增加了59块、1.83 m2方形凸曲反声板，吊在舞台和前四排坐席之上9 m～10 m高处，以提高舞台上的相互听闻，并提供早期反射声给池座。

其他的提供早期反射声的设计将在第3章节“实际工程设计的综合分析”展开详细论述，在此不再赘述。

2.3 提供后期混响声的设计

2.3.1 认为后期混响声比较重要的研究

认为后期混响声比较重要的研究成果有：混响声对于合奏并不重要，但对独奏更可取（Marshal[15]和Gade[7]）；无论独奏和合奏，乐师都喜欢长混响，有助于增进音乐气氛（Ueno, Tachibana）[27]；合适的观众厅混响声对舞台的声场是至关重要的，其中来自主观众席的混响声占重要地位（Dammerad）[28]；后期声对于音乐家“听到房间的声反馈”很重要（Nakayama）[29]；合唱团非常喜欢混响声（Burd, Haslam）[30]；铜管演奏家和钢琴家对后期反射声普遍持肯定态度（Chiang等人）[31]。

2.3.2 指挥台位置的声学感受

一个音乐厅音质效果的好坏，乐队指挥的评价具有举足轻重的作用，因此，一定要重视指挥台位置的声学感受。指挥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的平衡，还要整体掌握演奏力度的变化。身处指挥台的乐队指挥，不仅要对来自乐队的“直觉信息”做出判断，还要对听众席的音质效果有所估量。

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声板以满足之。可是对指挥来说，需要控制来自乐队直达声与大厅混响声的平衡关系。乐队处于指挥正前方，可以直接听到各声部的直达声。而来自大厅空间的反馈却来自指挥身后，希望从高顶棚（和观众席一样高）获得和观众席相似的混响感和空间感。因此，从指挥的角度考虑，舞台上部宜设置比较高的反声板，或不悬挂反声板。

图9 德国柏林爱乐音乐厅(1963年) （来源：Tripadvisor）

图10 美国旧金山戴维斯音乐厅

图11 日本东京歌剧城音乐厅

图12 法国巴黎爱乐音乐厅

图13 德国汉堡易北爱乐音乐厅

图14 美国迪士尼音乐厅（来源：Los Angeles Philharmonic Association）

图15 俄罗斯Zaryadye音乐厅的多层次栏板

图16 日本札幌音乐厅的多层次矮墙（来源：kotobuki-seating.co.jp）

2.3.3 舞台上部设置比较高的反声板

舞台上部设置比较高的反声板时，采用整体式反声板的比较多。当然，反声板设置比较高，也考虑到不能影响侧楼座观众的观看。如瑞士卢塞恩KKL音乐厅、日本东京歌剧城音乐厅（图11）、法国巴黎爱乐音乐厅（图12）和德国汉堡易北爱乐音乐厅（图13）等。

2.3.4 舞台上部不设置反声板

建于19世纪末的音质优异的三大音乐厅(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声板，但乐队和观众都对音质效果感到满意。可见，至少对鞋盒式音乐厅而言，舞台上吊挂反声板是非必要的。2003年落成的美国迪士尼音乐厅（图14）和2018年落成的俄罗斯Zaryadye音乐厅等，舞台上也没有吊挂反声板。

2.3.5 重视来自观众席（尤其是主观众席）的声反馈

2009年，Dammerad研究发现，合适的观众厅混响声对舞台的声场至关重要，其中来自于主观众席的混响声占重要地位。就像采用扩声系统进行表演或开会时，必须在舞台前沿设置返听扬声器，它就是代表主观众席的声反馈。而音乐厅采用的是自然声，不可以设置返听扬声器，只能在建筑体型上采取措施。具体措施为，在主观众席设置不同层次的栏板（图15）或矮墙（图16），保证舞台上演奏的声音能够通过主观众席的矮墙产生多层次的返回舞台的声能。

（未完待续）