从表演者角度论述歌剧院的声学研究和设计.pdf

该文从解决“单个歌手如何超过大型乐队的声能让观众听到”的谜团入手，详细论述了歌剧院乐队演奏和歌剧唱法的声音特点。提出了歌手和乐队之间声平衡的声学设计目的是放大歌手的歌唱声并适当降低乐队的演奏声。重点论述了台口侧墙和吊顶的声喇叭以及乐池的声学设计。然后分别从提高歌手和乐队的相互听闻和提高房间的声反馈的声学设计措施进行了论述。具体声学设计措施包括舞台上设置类似反声罩的布景、合理利用乐池栏板，同时需权衡对乐手听力的保护。其次需要优化设计池座后墙、挑台栏板以及吊顶等部位的形状，以便能够将声音反射到舞台和乐池内。但需要合理控制反射声的大小，避免反射声太强，成为回声。关键词：歌手共振峰；声喇叭；乐池声学；相互听闻；房间声反馈中图法分类号:TU112文献标识码:A文章编号:1000-310X(2023)05-0897-11DOI:10.11684/j.issn.1000-310X.2023.05.001Acoustic research and design of opera houses from performersYANG Zhigang(East China Architectural Design&Research Institute Co.,Ltd.,Shanghai 200011,China)Abstract:This paper starts with solving the mystery of“how can a single singer surpass the sound of alarge band for the audience to hear”,and discusses the sound characteristicis of opera band performance andopera singing in detail.The purpose of the acoustic design of the sound balance between the singer and theband is proposed to amplify the singers singing voice and appropriately reduce the bands playing sound.Itmainly discusses the acoustic horn of the side wall and ceiling of the fore stage and the acoustic design of theorchestra pit.Then,the acoustic design measures to improve the mutual hearing between singers and bandsand to improve the acoustic feedback of the room are discussed.The specific acoustic design measures includesetting up a backdrop similar to an acoustic encloser on the stage,rational use of the orchestra pit railings,and weighing the protection of the musicians hearing.Secondly,it is necessary to optimize the design of theback wall of the pool seat,the shape of the balustrade and the ceiling,so that the sound can be reflected tothe stage and the orchestra pit.However,it is necessary to reasonably control the size of the reflected soundto avoid the reflected sound being too strong and becoming an echo.Keywords:Singer formant;Acoustic horn;Orchestra pit acoustics;Mutual hearing;Room acoustic feedback2022-05-15收稿;2022-08-02定稿作者简介:杨志刚(1972),男,河北邯郸人,本科,教授级高工,研究方向:建筑声学。通信作者 E-mail:8982023 年 9 月0 引言声学设计师对歌剧院进行声学设计时，大多只是分析舞台上的声源在观众厅传输的质量(音质效果)，很少从声源本身的角度进行声学研究和设计。歌剧院舞台上的声源主要包括歌手和乐队。如果歌手和乐队的周边声学条件不利于歌手和乐队之间的声能平衡、相互听闻和房间声反馈等，那么歌手和乐队就难以协调演奏出高质量的歌剧。如果声源本身发出的声音质量就不好，那么观众厅的音质效果再好，观众也不会欣赏到一场高水平的演出。因此从表演者角度进行声学研究和设计很有必要。从表演者角度进行声学研究首先从解开一个谜团开始。在大型歌剧演出中，乐队有多达100多名乐手进行合奏，显然单个歌手不可能产生与大型乐队相同的声能。Mackenzie1对5000名歌剧观众的问卷调查发现，观众普遍认为乐队的声音相对于歌手来说太大。这个谜团就是：单个歌手如何超过大型乐队的声能让观众听到？解开这个谜团需要从乐队演奏和歌剧唱法的声音特点分析开始。1 乐队演奏和歌剧唱法的声音特点1.1乐池内乐队的声音特点从无线电杂志制作的图1可以看出，乐队大多数乐器的主要发声频率低于2500 Hz。歌剧演出时乐队放在舞台前面的下沉式乐池内，大多数观众是看不到乐队的，乐队的演奏声大多数是通过绕射和反射传播到观众席。从图2乐池内声音在池座观众席的衰减量可以看出，高频声能要比低频衰减大2，这也导致了歌剧院的乐队演奏声缺乏亮度。因此相对于音乐厅乐队的演奏声，歌剧院会缺乏高频声，这在歌剧序曲的演奏中是很容易感受到的。1.2歌手共振峰Bartholomew发现在歌剧唱法的发声频谱上有一个异常突出的共振峰3，男声的频率在2800 2900 Hz，女声的频率在3200 Hz，花腔女高音无共振峰。他认为喉腔是歌手共振峰的共振源，且这是由歌手在发声时降低喉位而形成的。Sundberg4发现男声歌剧唱法的歌手共振峰频率范围约在2500 3000 Hz之间，给声音以明亮的音色，是男声专业嗓音的典型声学特征。他认为女高音的声音没有歌唱共振峰。?3000 Hz4186 Hz3951 Hz3520 Hz3136 Hz2794 Hz2637 Hz2349 Hz2093 Hz1976 Hz1760 Hz1568 Hz1397 Hz1319 Hz1175 Hz1047 Hz988 Hz880 Hz784 Hz698 Hz659 Hz587 Hz523 Hz494 Hz440 Hz392 Hz349 Hz330 Hz294 Hz262 Hz247 Hz220 Hz196 Hz175 Hz165 Hz147 Hz131 Hz123 Hz110 Hz98 Hz87 Hz82 Hz73 Hz65 Hz62 Hz55 Hz49 Hz44 Hz41 Hz 37 Hz33 Hz31 Hz28 Hz2500 Hz?图1常用乐器和人声的频率范围Fig.1Frequency range of common instrumentsand vocals?10 m 8O8O0O0O0-10-20400020001000500250125?/Hz?/dB图2乐池内发声在池座观众席的衰变2Fig.2 Reduction of sound level in the pit rail,fortwo stalls floor rakes2第42卷 第5期杨志刚：从表演者角度论述歌剧院的声学研究和设计899从图3可以看出，管弦乐的声能在1000 Hz以上会迅速下降，歌唱共振峰的频率出现在管弦乐的声能相对较弱的地方。Meyer5总结道：在歌手与管弦乐队的平衡方面，歌手的强音与历史上弦乐组的声能大致相当，而管乐组的强音与歌手的声能峰值大致相当。在3000 Hz时，歌手的共振峰明显高于管弦乐队的声能，如果没有这个共振峰，歌手的声音将很难超过管弦乐队让观众听到。100005000200040003000?/Hz-40-30-20-100?/dB?图3乐队和男高音歌唱的频谱2Fig.3 Spectra of orchestral sound and the singingvoice21.3声音的指向性模式应该考虑的另一个方面是歌手声音的指向性模式。Marshall等6测量的男中音水平和垂直方向的指向性模式如图4所示。歌手共振峰主要落在2 kHz和4 kHz倍频程，4 kHz的大部分能量仅在水平和垂直方向上正前方的35范围内，2 kHz的声音传播方向不是在正前方，而是垂直向下20左右，水平方向在30 60。对女性声音的有限测量显示这种定向峰值在她们身上体现得并不明显。(a)?(b)?90O120O150O-150O-120O-90O-60O-30O30O60O0O180O90O120O150O210O0.-3 dB0.-10 dB25010004000Hz8000 Hz2000500125-30O30O60O0O180O图4男中音歌手的指向性模式6Fig.4 Directivity pattern for a baritone singer6对于声学设计而言，歌唱共振峰的存在意味着增强歌手在2500 3000 Hz频率的反射可以起到事半功倍的效果。在声学设计中，声音的频率特性多以倍频程表示，2000 Hz倍频程最接近2500 3000 Hz频率范围，所以本文就用2000 Hz倍频程的数据代表歌手共振峰进行比较分析。2歌手和乐队之间平衡的声学设计歌手和乐队之间平衡的声学设计目的就是放大歌手的歌唱声并适当降低乐队的演奏声，使歌手和乐队之间的声音响度听起来比较平衡。2.1放大歌手的歌唱声Marshall等6根据歌手声音的指向性模式，总结出以下4点建议：(1)歌手转角超过40会出现明显的音色差异，超过80会变得不利。应该使用反射(特别是舞台一侧的反射)以尽量减少这些影响。(2)歌手面前的舞台反射特别有价值，应尽可能加以利用。(3)侧面反射可能比顶部反射更有价值，并且应尽可能在歌手视线方向的60范围内。(4)合唱团应安排在陡峭倾斜的台阶上，坡度至少为1:1(=45)。把男中音歌手2000Hz的声音指向性模式放入某剧院的平剖面图纸中(见图5、图6)，可以更好地理解上述4点建议，在歌剧院设计体形设计时要重点加强2500 3000 Hz频率的反射。90O120O150O180O-90O-120O-150O图5男中音歌手(2000 Hz)在剧院平面的声线分析图Fig.5The sound analysis diagram of the baritonesinger(2000 Hz)in the theater plan9002023 年 9 月90O60O120O150O180O-150O图6男中音歌手(2000 Hz)在剧院剖面的声线分析图Fig.6 The sound analysis diagram of the baritonesinger(2000 Hz)in the theater section合理控制台口侧墙和吊顶的形状，可以起到放大歌手歌唱声的效果，特别是2000 Hz倍频程的声级。例如日本东京新国立剧场歌剧院将台口侧墙和吊顶的形状设计成喇叭形(见图79)，称为“声喇叭”。纽约大都会歌剧院(见图10)的台口侧墙和吊顶的形状也采用了“声喇叭”形。与世界著名歌剧院的反射声序列的比较(见图11，用置于舞台上同一个无指向声源、池座中部一侧后若干位置的测点)可以看出，虽然中频500 Hz差别不大，但是高频2000 Hz(接近歌唱共振峰频率)却有明显的优势，因此东京新国立剧场歌剧院“声喇叭”的优越性是显而易见的78。当然提高歌手歌唱声响度的最简单办法就是图7东京新国立歌剧院的平面图Fig.7 Plan of the opera house of New NationalTheatre电声辅助，即以自然声歌唱为主，电声为辅。本文以自然声作为分析对象，电声辅助不展开论述。图8东京新国立歌剧院的剖面图Fig.8 Section of the opera house of New NationalTheatre图9东京新国立歌剧院的台口图片Fig.9Proscenium opening picture of the operahouse of New National Theatre图10纽约大都会歌剧院的台口Fig.10 Proscenium opening picture of Metropoli-tan Opera第42卷 第5期杨志刚：从表演者角度论述歌剧院的声学研究和设计901(a)?,500 Hz(b)?,2 kHz (c)?,500 Hz(d)?,2 kHz(e)?,500 Hz(f)?,2 kHz (g)?,500 Hz(h)?,2 kHz (i)?,500 Hz(j)?,2 kHz 0200?/ms0200?/ms0200?/ms0200?/ms0200?/ms0200?/ms0200?/ms0200?/ms0200?/ms0200?/ms图11东京新国立歌剧院与世界著名歌剧院的反射声序列比较7Fig.11 Comparison of reflectograms between the opera house of New National Theatre and theworld-renowned opera houses72.2降低乐队的演奏声降低乐队的演奏声，最简单的办法减小乐队的规模。但是这个办法行不通，这要从歌剧的历史说起。2.2.1歌剧关于乐队的发展史歌剧一直是一种奢侈的艺术形式，不仅要花钱请乐队，而且要有完备的舞台设施，歌剧演唱家的薪水也很高，歌剧的高花费使得早期的表演被限制在宫廷环境中，规模也比较小。后来逐渐发展为公共歌剧院，由于商业运作需要，歌剧院规模和座位容量扩大，歌剧院乐队规模也相应扩大。Meyer5研究了莫扎特时代和现代的歌手和乐队之间平衡是如何变化的。研究表明，要在早期的维也纳剧院(规模比较小)中达到威尔第要求的声级需要20个弦乐9022023 年 9 月手，而现代大型歌剧院则需要多达70个弦乐手。木管乐器演奏者的数量则变化不大，因此他们目前的贡献比莫扎特时代要相对弱一些。歌手的输出声功率总体也可认为保持不变。因此不能简单地减小乐队的规模，否则难以达到歌剧作曲家所要的演奏声级，体会不到高潮时的激情和震撼。2.2.2乐池的声学要求和设计采用部分出挑的下沉式乐池可以起到降低乐队演奏声的作用，需要说明的是当初设计下沉式乐池并不是为了这个目的。第一个专门建造的公共歌剧院圣卡洛剧院1637年开放时就采用了下沉式乐池，当时还没有科学的声学理论。采用部分出挑的下沉式乐池主要出于视觉方面的考虑：一是避免乐队及乐谱灯光对观众观看演出的遮挡和干扰。二是为了演唱者和乐手都能方便地看到指挥，因此乐池就只能放在舞台和观众席之间，而不可能像中国戏剧那样把伴奏乐队放在舞台的两侧。三是为了避免舞台和观众距离较大，面积较大的下沉式乐池采用了部分出挑。Hidaka等9曾对欧美和日本的21个歌剧院进行了调查研究，收到21位歌剧指挥的主观评价，他们对乐池内指挥位置的音质评价见图12。1000200030004000Seat numberOpera houseSeat numberSubj.ratingBANSNMMSTNPSDSPGSFVSLOMBSOBKROBDPBCCASHSTKRating of acoustics as heard at conductors positionFoor1Passable2Good3Very good4One of the best5图1221位歌剧指挥对21座歌剧院乐池内指挥位置的音质评价5Fig.12 Ratings of acoustics as heard at conduc-tors position in the pits of 21 opera houses by 21opera conductors5统计评价为良好以上的歌剧院乐池尺寸见表1。Barron10推荐了典型歌剧院的乐池尺寸(见图13)，出挑V 为1 2 m，深度D为2.5 3.5 m，栏板高度H 为1 m。表111座乐池内音质评价良好的歌剧院乐池尺寸统计Table 1 Statistics on the size of 11 opera orchestras with good sound quality evaluation序号歌剧院乐池面积/m2乐池深度/m乐池平均长度/m乐池最大宽度/m乐池出挑/m1阿根廷科隆大剧院190/633/3.514.87.22.22意大利那不勒斯圣卡洛剧院1082.517.46.82.43美国纽约大都会歌剧院1322.1/321.67.60.754意大利米兰阿拉斯卡拉歌剧院12531781.15日本东京新国立歌剧院1052.6518.86.36德国德累斯顿森珀歌剧院120缺乏1467法国巴黎伽涅尔歌剧院781.5/2.416.45.21.98奥地利萨尔兹堡节日大厅1952.4(可调)165.70.279奥地利维也纳国家歌剧院1072.5(可调)15710英国伦敦皇家歌剧院621.916.63.711美国旧金山战争纪念歌剧院71218.54.3平均值或推荐范围1182.5 3.5176.21 2中国北京国家大剧院1302.7207.62.2注：(1)东京新国立歌剧院的乐池，舞台下的后墙可向后移动至9 m，可容纳乐手110人。(2)维也纳国家歌剧院和萨尔兹堡节日大厅等设置可以升降的台阶，可以根据乐队需要调整深度。(3)其中有2个歌剧院由于缺乏乐池数据，没有列出。(4)数据为相关图纸上测量而得，可能存在一定的误差。第42卷 第5期杨志刚：从表演者角度论述歌剧院的声学研究和设计903?DVH图13典型歌剧院的乐池尺寸10Fig.13 Typical opera house pit dimensions10乐池的出挑尺寸：乐池有少许出挑(相对于乐池舞台下的后墙)对声学有利。拉近歌手和观众之间的距离，歌手表演前移，可以提高歌手的直达声。二战以后，在德国建造的许多歌剧院和美国纽约大都会歌剧院大多有1 2 m的出挑。但是绝大多数乐手对在出挑下的乐池内演奏感到不满。意大利阿拉斯卡拉歌剧院乐池的出挑部分是弧形的，最小出挑处约为1.1 m，最大出挑处约3.7 m。白瑞纳克7访问了几位指挥，他们都表示强烈反对把阿拉斯卡拉式的出挑搞到1.1 m以上。分析主要原因大概有三：一是空间高度不足感到压抑；二是如果内部不做适当吸声处理，演奏声级比较高，会对乐手的听力造成损害；三是出挑下的乐池小空间和观众厅的大空间构成耦合空间，它的混响特性表现为双折线衰减，衰减的初始斜率由出挑下的小空间声学条件决定，对应的混响时间仅为0.35 0.7 s；后期的衰变斜率表现为观众厅的混响时间也为1.3 1.6 s，和乐池敞开部分乐手的混响感觉不一样。乐池的长度和深度：欧美歌剧院的乐池，平均长度一般不超过18 m。乐池的深度为2.5 3.5 m，不宜小于2.5 m10，出挑下部的乐池深度需要大一些。乐池最好分成几块可以升降，深度可以调整，主要原因为：一是这一部分的梁尺寸比较大，会减小净高；二是深度较小，后排乐手可能看不到指挥的面部表情。Gade等11调查显示：斯德哥尔摩皇家歌剧院向世界各地的其他剧院发送了问卷调查(收到了46份回复)，75%的歌剧院乐池深度可以调节，其中85%使用了该功能，说明乐池分块升降是很有必要的。调查还表明：乐池内每位乐手所占的平均面积为1.7 m2，最大为2.1 m2，2/3的乐池因空间不足和声级过高而受到批评，只有位乐手所占面积为2.1 m2的乐池被认为具有可接受的声级和易于合奏。乐池的面积及开口宽度：设计乐池的面积大小通常是根据要容纳乐队的数量来计算。Naylor及其同事建议为每位乐手分配1.5 m2的空间(显著高于早期音乐厅每位乐手占地1.1 m2的值)10。但是从上述Gade等11的调查表明这个标准可能依旧偏小。虽然较大面积的乐池对演奏的乐队比较有利，但是加大了歌手和观众之间的距离，降低了歌手的声能，相当于加大了歌手的歌唱声和乐队之间的不平衡。如何调和这些冲突是新歌剧院的一项重大挑战。一般歌剧院乐队的配置多为80 110人。纽约大都会歌剧院的乐池最多可容纳95人乐队。东京新国立歌剧院的乐池，舞台下的后墙可向后移动至9 m，可容纳110人乐队6。安置80 人的乐队，每位乐手占地面积按1.5 m2计算，乐池的面积约需要120 m2(接近于著名歌剧院的乐池平均面积118 m2)。乐池平均长度取18 m，则可以计算出乐池的宽度为6.7 m，略大于著名歌剧院的乐池宽度平均值6.2 m。但是必须要考虑乐队的感受，因此建议乐池按容纳80人乐队和每位乐手占地面积为1.7 m2(但不必达到2.1 m2，否则乐池的宽度太大，成为一个巨大鸿沟)进行建筑设计。可以计算出乐池的面积为136 m2，乐池的宽度为7.6 m。如果要容纳110人的乐队，乐池的后墙可以向后移动2.8 m，面积增至187 m2。中国国家大剧院的乐池设置比较符合上述要求。3从表演者角度的声学研究和设计关于歌剧院歌手最有价值的声学研究是Mar-shall等12在合成声场实验的基础上发现歌手对混响的反应最灵敏，而不是特定的早期反射。如果早期反射有帮助的话，它们必须以 35 ms的延迟到达，这意味着反射面距离歌手只有6 m的最大距离。由于对歌剧院歌手和乐队的声学研究比较少，因此需要参考音乐厅的舞台音质相关研究成果。音乐厅舞台音质设计的核心内容是让乐队拥有良好的相互听闻(为了合奏的同步性)和足够的房间声反馈(为了控制演奏的响度)1314。歌剧院与音乐厅相比，多了歌手，因此需要增加对歌手和乐队之间交流的分析研究。9042023 年 9 月3.1提高表演者的相互听闻(早期舞台支持度STEarly)歌手、乐队以及两者之间能够听到彼此的声音(相互听闻)对演出的同步性是很关键的。当然指挥家也可以控制，但是歌手和乐手需要一直盯着指挥的手势，这是不太现实的，乐手还要看乐谱，歌手还要观看舞台上的演出状况。参照音乐厅舞台音质的研究成果：乐队之间相互听闻的良好条件是具有丰富的早期能量(包括直达声和早期反射声)，即要有合适的早期支持度STEarly。最根本、最直接的方法就是乐手能够直接听到彼此的声音(直达声)，其次就是能够获得足够多的早期反射声，17 35 ms的反射声有助于合奏12。对于歌手而言，提供 35 ms早期反射声，只有舞台上布景的反射以及台口侧墙(包括台框和台口侧包厢或楼座栏板)的散射能够做到。对于乐队而言，下沉式乐池四周的墙面、出挑的顶部以及池座上部的包厢栏板等都能提供充足的 35 ms早期反射声。歌剧院的演出空间为舞台和乐池，因此舞台、乐池以及周边的墙体和吊顶是影响表演者演出效果的主要区域，也是声学研究和设计的重点区域。3.1.1增加歌手之间的早期反射声舞台上设置类似反声罩的布景对于歌剧演出来说，舞台上的声学条件很重要，尤其是对歌手来说。舞台内唯一可能为歌手提供早期反射的表面就是舞台布景，所以一般都会设置类似反声罩的布景(见图14、图15)。这种措施不仅是歌剧剧情演出的需要，还可以起到提高歌手之间的相互听闻和响度的作用。为了对所有频率都有较好的反射，原则上舞台布景应该是用厚重材质而不是帆布建造的。例如维也纳国家歌剧院舞台布景通常使用比较厚重的实木。但是布景太厚重，安装和搬运布景会比较费工费力，费用会比较高。同时可能会对舞台地板造成损害。所以许多歌剧院的布景通常采用帆布(表面刷油漆)或薄板的轻质板材。轻质材料虽然对低中频声能起不到反射作用，甚至会吸收低中频的声能，但是对2500 3000 Hz(歌唱共振峰频率范围)的高频能够起到反射效果，可以起到事半功倍的作用。根据华东建筑设计研究院声学所对国内20座剧院的统计数据，增设乐罩(材质均为轻质的纸蜂窝板或铝蜂窝板)后，舞台早期支持度STEarly可提高7.8 dB，观众厅的强度因子Gmid可以提高约2.5 dB。为了便于歌手上下场，一般布景的侧边不会完全封闭；其次不会像反声罩一样设置顶板，因为歌剧演出需要大量的顶部光源，设置顶板会影响舞台顶光的投射。所以设置布景的增加值会比反声罩(围合更加完整)要小一些，但是可以增加歌手歌唱声的舞台早期支持度和响度是显而易见的。当然并不是所有的歌剧场景都使用布景，而舞台的体量比较大，如果不做吸声处理，舞台上的混响时间会非常大，既会影响歌手之间的相互听闻，而且还会降低歌手唱词的清晰度。因此在主舞台上悬挂厚重的幕布和侧后舞台墙面上布置吸声材料是很有必要的，目的就是降低舞台空间的混响时间。歌手在台唇处进行表演时，台口处的台框、侧墙以及侧包厢栏板等表面会提供早期反射声，因此要高度重视台口处空间的声学设计。图14上海大剧院舞台布景Fig.14 Stage scenery of Shanghai Grand Theatre图15米兰阿拉斯卡拉歌剧院舞台布景Fig.15 Stage scenery of Teatro Alla Scala第42卷 第5期杨志刚：从表演者角度论述歌剧院的声学研究和设计9053.1.2增加乐队之间的早期反射声需权衡对乐手听力的保护单从增加乐队之间早期反射声的角度考虑，乐池周边的墙体和出挑部分的顶部应该做反射面比较好，如采用实木表面。必须权衡乐手不愿意在乐池出挑下部演奏的因素。主要是因为乐池出挑下部的声级比较高，会对乐手的听力造成损伤。Naylor报告了在木管乐器部分测量的等效声级LAeq为86 92 dB(超过了欧洲8 h工作日LAeq6 85 dB的要求)10。每部歌剧的演奏高潮可能出现2 3次，最大演奏声级范围从105 110 dBA，通常是打击乐的声音。Gade等11记录了旧哥本哈根歌剧院乐池内的声级随着出挑增加了约3 dB，一些在乐池内演奏的乐手确实遭受了永久性听力损伤。在乐池的出挑部分的空间做吸声处理是可取的。Mackenzie1报告了一个特定乐池的模型实验，他们通过使乐池的天花板吸声，实现了观众厅的声级降低3 dB。Meyer5研究表明出挑部分的乐池存在垂直驻波，这可能会使较低频率的乐手分心，出挑部分的顶部布置专门吸声材料有助于解决这个问题。但吸声处理也会降低乐手听到自己和其他乐手的声音，没有了足够的声反馈，乐手很容易打得声音更大，反而达不到降低声级、保护乐手听力的初衷。在出挑乐池内的做吸声和扩散处理相结合是得到认可的。Harkness15在悉尼歌剧院的乐池内做了一项实验。他不仅在乐池的表面周围临时安装了吸声和扩散相结合的补丁，而且还在不同的乐器组之间引入了隔断。基本原理是，将弱者与响亮的乐器分开，前者才能听到自己的声音。他报告说，“对拆除这些隔断的反应非常消极”。幸运的是乐池的面积比较大，为分隔断和扩散体留出了足够的空间。在对乐池设计的启发性讨论中，Blair16建议尽量提高乐池出挑部分的高度并设置倾斜的天花板。他列举了两个特别受指挥家和乐队喜爱的歌剧院：法国加涅尔歌剧院和阿根廷科隆剧院。他们都有很好的后期反射声，来自于乐池上方的表面、包厢栏板和穹顶。然而他们的乐池都比较小。总之，乐池面积大有利于音乐家，但往往会在观众和舞台之间留下巨大的鸿沟，如何调和这个冲突是新歌剧院的一项重大挑战。3.1.3增加歌手和乐队之间的早期反射声乐池栏板由于乐池的下沉，歌手和乐队彼此之间大多数看不到对方，也就是说他们之间缺乏直达声进行交流，通过反射面提供 35 ms的早期反射声进行交流就至关重要。乐池栏板是歌手和乐队之间最近的反射面(见图16)，因此栏板必须是硬的反射面。苏州湾大剧院乐池的右侧栏板采用透空做法(见图17)，优点是可以提高了乐队的声级特别是高频声，增加乐队演奏声的亮度。但是却产生了三个不利因素：一是打破了歌手和乐队之间的平衡，使乐队声能可能盖过了歌手；二是减少了歌手和乐队之间的早期反射声交流，不利于演出的同步性；三是观众可以隐约看到乐谱灯光，干扰观看演出。综合考虑这种做法并不可取。?图16歌手和乐队通过乐池栏板的反射示意图Fig.16Schematic diagram of the reflection ofthe singer and bands through the railing of theorchestra pit图17苏州湾大剧院乐池的透空栏板Fig.17 The hollow railing of the orchestra pit ofSuzhou Bay Grand Theater9062023 年 9 月3.2提高房间声反馈的措施(相当于后期舞台支持度STLate)借助有关音乐厅方面的研究：合适的观众厅混响声对舞台的声场是至关重要的，其中来自于主观众席的混响声占重要地位17，后期声对于音乐家“听到房间的声反馈”是很重要18。在歌剧院中，歌手和乐队都需要听到来自观众厅的声音反馈，然后根据反馈的声音相应地控制自己的歌唱和演奏的响度。歌手和乐队特别希望喜欢听到他们的声音在一个比较舒畅的发声水平时能“充满大厅”。这就需要合理设计池座后墙、挑台栏板以及吊顶等部位的形状，以便能够将声音反射到舞台和乐池内。但需要合理控制反射声的大小，避免反射声太强，成为回声。Nakamura等根据大量试验认为：延迟时间为140 ms的反射声级应比直达声低25 30 dB(均按歌唱歌手前1 m处测得)7。Okano邀请一组女高音歌唱歌手来做试验，请她们判断墙面反射来的容许声级为多少7。对于延迟时间为120 ms、170 ms和220 ms的反射声，最敏感的歌唱家认为容许声级在直达声以下分别为36 dB、38 dB和42 dB。根据这两组数据绘制出反射声延迟与降低声级的关系图(见图18)，可以看出不同的实验对容许声级还是有一定差别，需要在实践中根据演出团队的需求进行适当的调整。0-10-20-30-40-50-60?/dB24020016012080400?/msy/x2xR2/图18反射声延迟与降低声级的关系Fig.18 The relationship between reflected sounddelay and reduced sound level美国印第安纳大学礼堂的平面图见图19，由于台口侧墙形状呈内凹形，中间大量的观众席缺少早期侧向反射声，因此观众厅的音质效果并不会太好。但是由于有来自池座后墙、挑台栏板、侧墙格栅边缘以及顶棚上灯槽线脚的反射声而产生出一种特殊的活跃感(见图20)。歌手说礼堂对他们的歌声有很好的支持；乐池中的指挥说整体感很好，乐队也易控制。歌手和乐池中乐队的平衡对大厅中大部分位置是满意的7。从印第安纳大学礼堂的例子可以看出在做观众厅的声学设计时，不仅要考虑观众能听到良好的音质效果，而且要兼顾表演者的声反馈措施。?图19印第安纳大学礼堂平面声线分析Fig.19 Sound analysis of Indiana University Au-ditorium plane图20印第安纳大学礼堂来自观众厅的声反馈Fig.20Feedback from audience hall in IndianaUniversity Auditorium4结论综上所述，单个歌手的声音之所以能超过乐队让观众听到，一个重要原因就是由于歌手歌剧唱法的共振峰明显高于管弦乐队的声能。其次是歌剧院体形方面的声学设计优化措施也起到重要作用，主要包括3个方面：第42卷 第5期杨志刚：从表演者角度论述歌剧院的声学研究和设计907(1)歌手和乐队之间平衡的声学设计措施歌手和乐队之间平衡的声学设计目的就是放大歌手的歌唱声并适当降低乐队的演奏声，使观众听起来歌手和乐队之间的声音比较平衡。放大歌手歌唱声(特别是2000 Hz倍频程的声级)的有效措施为把台口侧墙和吊顶形状设计成“声喇叭”形状。降低乐队演奏声的有效措施为采用部分出挑的下沉式乐池，并且列出了11个乐池内音质评价良好的歌剧院乐池尺寸统计表及详细说明，供设计师参考。(2)提高表演者的相互听闻的声学设计措施歌手、乐队以及两者之间能够听到彼此的声音对演出的同步性是很关键的。相互听闻的良好条件是具有丰富的早期能量。具体措施为：舞台上设置类似反声罩的布景、乐池内的墙面和顶部需要做扩散和吸声处理相结合，乐池栏板做为反射面以增加歌手和乐队之间的相互交流。(3)提高房间声反馈的声学设计措施在歌剧院中，歌手和乐队都需要听到来自观众厅的声音反馈，然后根据反馈的声音相应地控制自己的歌唱和演奏的响度。合理设计池座后墙、挑台栏板以及吊顶等部位的形状，以便能够将声音反射到舞台和乐池内。但需要合理控制反射声的大小，避免反射声太强，成为回声。参考文献1 Mackenzie R K.The acoustic design of partially en-closed orchestra pitsC.Proceedings of the Institute ofAcoustics,Reproduced Sound,Autumn Conference,1985:237243.2 Barron M.Auditorium acoustics and architectural de-signM.Second Edition.London:Spon Press,2009:338338.3 王士谦.关于歌手共振峰概念的由来及一些讨论 J.应用声学,1987,6(4):1015.4 Sundberg J.The acoustics of the singing voiceJ.Scien-tific American,1977,236(3):8284,91.5 Meyer J.Some problems of opera house acousticsC.Pro-ceedings of the Vancouver Symposium on Acoustics andTheatre Planning for the Performing Arts,1986:1318.6 Marshall A H,Meyer J.The directivity and auditory im-pressions of singersJ.Acta Acustica United with Acus-tica,1985,58(3):130140.7 白瑞纳克.音乐厅和歌剧院M.王季卿,戴根华,项瑞祈,等,译.上海:同济大学出版社,2002:514524.8 戴根华.东京新国家歌剧院的声学设计 J.声学学报,2000,25(5):421428.Dai Genhua.Acoustical design of the opera house of theNew National Theatre,Tokyo,JapanJ.Acta Acustica,2000,25(5):421428.9 Hidaka T,Beranek L L.Objective and subjective evalua-tions of twenty-three opera houses in Europe,Japan,andthe AmericasJ.The Jour