多功能觀演廳堂舞臺聲支持設計思路

毛偉，王覓，陳志剛

（1機械工業第三設計研究院建筑技術研究所 重慶 400039 2浙江大學建筑技術研究所 杭州 310058）

引言

舞臺常被視作“聲源”，其聲學特點直接影響表演者的自我聽聞、相互聽聞及舞臺表現。良好的舞臺聲環境有助于表演者及時調整音量、音色、節奏等，準確傳達表演信息；同時，亦有助于形成“合奏效應”，即舞臺發出的聲能融為一體。反之，則易誤導表演者，造成表演失當及觀眾席聲音失真、變形等。舞臺聲支持是舞臺聲環境的重要評價因子。舞臺返聽是提供舞臺聲支持的重要手段。針對當前國內自然聲與擴聲混合式舞臺現狀，研究如何綜合建聲與電聲手段營造良好的舞臺聲環境具有重要的現實意義。

1 舞臺聲場的構成

舞臺聲場主要由直達聲、早期反射聲和后期反射聲（混響聲）三部分構成，如圖1所示。三部分的能量構成與演員的主觀感受密切相關。其中，直達聲包括未經反射的聲源聲能和極早的地板反射聲[2]，其聲級和延時對樂手至為重要。聲級強，有助于相互聽聞；延時過長即有負面影響，如交響樂演奏時，直達聲延時不宜超過20ms[3]。早期反射聲能為樂手提供聲支持及加強其對聲能的感覺。混響聲是較晚到達的反射聲，通常包括兩部分：來自舞臺各界面的高階次反射聲；從觀眾廳返回的聲能。若混響聲聲能適當，不僅不會干擾演員，且有助于聲音的藝術表現，能使之感受到廳堂的響應[4]。

圖1 舞臺脈沖與各部分反射聲示意簡圖[1]

舞臺聲場的脈沖響應示例如圖2所示，從中即可直觀看出舞臺早期反射聲的顯著影響。據此，本文將著重論述早期反射聲重要性及其舞臺支持度和返聽延時優選值、返聽系統設置要點及觀眾廳與舞臺混響時間基本要求。

圖2 舞臺聲場的脈沖響應示例[5]

2 舞臺聲支持的重要性

對早期反射聲及其支持度（聲支持）的重要性已有較多研究。Nakamura[6]（1992）通過問卷調查，指出：混響感和早期反射聲為樂手所重視；幾乎所有訪日的外國樂團都傾向有豐富早期反射聲的舞臺；日本本地樂團則偏好豐富、高質的混響聲，較少關注演員之間的相互聽聞。Gade[7]（1989）也發現：樂團于熟悉的廳堂中演出時更關注聲支持。Marshall[8]（1978）最早研究早期反射聲的聲級、延時、頻率特性及分布對“整體感”的影響。 Nakayama（1984、1988）[9][10]研究了單個反射聲的最佳延時和方向。Gade[11][7]（1989）分別就獨奏和合奏展開實驗，提出以ST1、ST2、STlate、EDT和EDTF（中頻與高頻的EDT之比）等舞臺評價參量。 后來，Gade[12]（1992）又將ST1更名為STearly，以更好地描述樂手的相互聽聞。Beranek[13]對世界26個著名音樂廳進行了現場測量，得出其ST1均值為-13.4dB，與推薦值 （-12±1dB）吻合較好。Barron[14]（2005）也提到ST1實測值與樂手對聲環境演奏難 易 的 評 價 相 符 。 Kanako Ueno、Hideki Tachibana等人[15]（2005）加強了實驗中樂手與環境的互動，研究其自我聽聞和相互聽聞。Luxembourg[16]（2008）等人研究了極早期反射聲的重要性，提出了“舞臺橫向支持度”（transversely support over the stage）， 并用LQ7-40參量表征。 隨后， Luxembourg[17][19]（2009）（2010）等人又通過問卷調查和現場主觀實驗等方式對LQ7-40參量的有效性進行了檢驗，且將其值用倍頻程500Hz和1000Hz的均值表示Marshall[20]（1985）曾在消聲室中用若干揚聲器模擬自然聲之早期反射聲和混響聲，通過改變相應延時及聲級模擬舞臺大小。Noson等[21]（2000）堅持了早期反射聲對歌手的重要性。綜上，是對樂手和歌手的主觀感受的定性探討及其對應客觀參量的定量研究。由此，舞臺聲支持對表演者自我聽聞和相互聽聞至關重要。

當前，國內一些報告廳舞臺使用后評價不好（“感覺聲學效果很差”），很大程度上緣于其舞臺聲支持不足或未作考慮。具體表現為：表演者聽不到自己的聲音或覺其聲音很小。“一場報告下來，感覺很累”。這種不良聲學效果已嚴重影響正常使用，亟待改進。通過前文文獻檢索、與使用者溝通及現場實地考察，可以初步確定問題之癥結，具體為：報告人位置處缺乏聲支持；報告廳觀眾廳及舞臺部分混響時間不合理，語言清晰度較差。

就多功能觀演廳堂舞臺聲學設計而言，可重點考慮兩方面：一是確保合理的舞臺聲支持度和返聽延時要求；二是設計與多功能觀演廳堂功能相匹配的混響時間及其頻率特性 （舞臺和觀眾廳混響時間設計值宜一致）。除此，舞臺聲學設計還需關注（本文不專述）：舞臺空間吸聲、發射材料（做法）的設計及布置方式；觀眾廳良好的聲環境要求，避免聲缺陷對觀眾和演員的影響等。

3 舞臺聲支持優選值檢驗[22]

就舞臺聲支持度及返聽延時的優選值問題，文獻[22]分別于浙江大學半消聲室和浙江大學小劇場內開展了主觀實驗，意在：檢驗歌手獨唱時，客觀參量ST1與其主觀感受是否相符，如相符，尋求ST1值的優選區間；檢驗歌手獨唱時，返聽時延對其主觀感受的影響，尋求優選時延范圍。實驗設計如圖3所示。

圖3 實驗設計示意圖[22]

實驗時，被試的聲音經話筒拾取后，由調音臺處理后再至返聽音箱返回。繼而，請被試對返回聲能做主觀評價。測量時，其他條件不變，由音箱代替被試發聲，測量ST1值。實際舞臺上裝設返聽系統后調試時，也可用該方法（須注意話筒離聲源音箱的距離宜為表演者正常使用話筒時嘴唇至話筒的距離）。

該研究的主要結論有：（1）用ST1值和返聽延時衡量聲樂條件下歌手的主觀感受同樣有效，且ST1值取63~8KHz倍頻段的平均值更合理；（2）僅考慮單個反射聲的情形（即單個返聽聲能），于半消聲室進行主觀實驗，得出：ST1值的優選區間為[-10，-9]dB，可適當擴大至[-10，-8]dB（-9±1dB），返聽延時的優選區間為 [16，31]ms；（3）ST1值仍可表征實際舞臺上歌手的主觀感受；（4）較半消聲室，無論早期反射聲級如何變化，被試明顯偏好有混響的舞臺環境。

通常，提供舞臺聲支持的建筑措施有：設置舞臺發射罩、定向反射板等。舞臺返聽也是提供舞臺聲支持的重要手段，但在實際工程中往往被忽視。文獻[22]就返聽系統的定量化調試提供了依據。不管實際廳堂舞臺如何變化，其ST1值的優選區間與人的主觀感受的對應性不會有明顯差異。鑒于此，宜在舞臺設置相關系統（圖4所示為臨海建設大樓報告廳音質改造工程舞臺返聽系統設置圖[22]）且遵循上述調節依據。

圖4 舞臺音響系統圖[22]

此外，尚需注意舞臺返聽的若干調音技巧。返聽音箱應根據演出場合、舞臺面積確定其功率、數量、指向性等特性，且注意與樂手、傳聲器的相對位置、角度及系統的還原性等。一般返聽放大器的功率不得低于主放大器總功率的20%～30%[23]。返聽揚聲器最好選用專門的平臥式，其揚聲器正射主軸與水平面一般為45度夾角，通過合理調整擺位，可以很大程度上降低地面反射聲進人傳聲器的機會[23]。

4 混響時間設計

混響時間是確保語言清晰度的重要參量，也是與人耳主觀感受相關性最高的參量之一。語言清晰度差的舞臺聲環境，會為其支持度設計帶來很大干擾。多功能觀演廳堂的混響時間宜結合其功能定位及規模設計，其舞臺和觀眾廳的混響時間設計值應一致。通常，以語言聲為主兼顧小規模音樂演出、放映需求的中小型報告廳，觀眾廳和舞臺的中頻混響時間設計值宜為1.0s左右。以歌舞演出為主兼顧會議、放映要求的多功能劇院，舞臺觀眾廳和舞臺的中頻混響時間宜為1.4s左右。具體設計建議值及頻率特性詳見表1。

表1 多功能廳混響時間設計建議值

如此，一則可提高傳聲系統的傳聲增益；再另外，多功能廳堂語言清晰度滿足要求的同時，又兼具一定的音質豐滿度要求。此外，其他的建筑聲學設計要求須同步滿足：為觀眾廳前區爭取早期反射聲；爭取和控制側向反射聲；避免回聲、顫動回聲、聲聚焦、長延時反射聲等聲缺陷；背景噪聲級處于合理范圍內。

建筑聲學改造是一個系統工程，具體設計時應全面結合、引導裝修效果。聲學設計更多地是一種“幕后”手段，其痕跡不宜太重。

5 結語

隨著人們對建筑空間聲品質要求的提升、建筑聲學理論的進步及其相關裝修材料、做法的跟進，觀演建筑的舞臺聲環境將逐步受重視。本文意在強調早期反射聲對表演者自我聽聞和相互聽聞的重要性，以及ST1和返聽延時表征實際舞臺返聽支持度的有效性，并列舉了ST1和返聽延時的優選區間及調試方法，較為詳盡介紹了一種改善舞臺聲支持的設計思路——兼顧舞臺返聽和舞臺混響時間設計。需進一步設計早期反射聲序列及頻率特性時，也可結合舞臺定向聲反射板等建筑措施。

另外，觀演廳堂音質改造或許將占據今后建筑聲學實踐市場的主要版塊。電聲與建聲結合也必將成為舞臺聲學設計的重要手段。如何在兼顧裝修效果和改造成本的前提下，小幅改造即獲得舞臺聲學達到大幅改善，是專業工作者應該努力的重要方向。愿本文能對相關研究或工程實踐提供些許參考。

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