音乐厅声学设计之重——舞台音质设计

长期以来音乐厅的声学设计主要致力于研究观众厅的音质效果（声源向观众厅声传输的优化问题），而舞台（声源—音乐家所处的位置）的音质研究却比较少。音乐家在舞台上感受到的与观众在观众厅听到的并不相同。音乐家的重点不仅是演奏音乐，而且是创作音乐。音乐家所听到的是至关重要的，这会影响他们在音乐制作过程中自信互动的能力[1]。

观众要欣赏到伟大的音乐，与音乐家所处的舞台声学条件是高度相关的，因为舞台是音乐的发源地，而观众厅只是音乐被欣赏的地方。就好像在家里欣赏音乐，播放设备和房间声学环境都很好，但是如果碟片（声源）本身的质量比较差，一切都无从谈起。

舞台的声学条件会直接影响音乐家的技艺发挥。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（如各声部之间的同声齐奏和良好平衡），都与舞台声学条件有关。只有舞台上的音乐家演奏的足够好，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。

由于音乐厅演奏节目的种类比较多，如独奏、独唱、合唱、合奏、室内乐、交响乐等。本文研究的重点为交响乐队，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。有关音乐厅声学设计的文章习惯上称为舞台，所以本文仍以舞台相称。

第一部分、舞台音质理论发展简单回顾

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，舞台声学的研究活动越来越多。研究的主要方法有两种：一种是调查在真实音乐厅演奏的交响乐队的主观反应，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.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，并深入舞台音质客观物理状况研究所发表的两篇文献《Acoustical conditions preferred for ensemble》和《The Gulbenkian Great hall, LisbenII: An acoustic study of a concerthall with variable stage》，标志着舞台音质系统性研究的重大起点。

2.Gade提出客观评价参量

1986～1989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深入的实验研究，提出了两个重要参量[3-5]：

(1) 乐手对自身乐器和相邻乐手声音感受的参量：早期声支持度ST；

(2) 说明与乐队其它器乐“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后来的工作认为ST已足以说明EEL参量，并认为ST20-200ms才是描述房间对乐手支持度的参量[6]。Gade把此后期支持度称之为ST2，原来ST也相应地成为ST1。

图1. ST和EEL测量原理示意图[7]

3.国际标准ISO 3382把STEarly和STLate列为附录内容

2009年的国际标准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.直达声、早期反射声和后期反射声的定义[8]

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20ms时间窗口，很多人认为不够准确）。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。

早期的研究相对比较简化，虽便于统一和规范化，但与舞台上的实际条件并不相符。近年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。因音乐家经历、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。

其次客观的测试仪器也比较简单化。测试的声源和接收器都是无指向性的，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（其他人乐师）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[33]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。观众席的测试传声器则采用三维的传声器陈列。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。至于所得经验与实际工程设计关系如何，尚有待验证。

图3. Lokki倡导测试用的扬声器（左）和传声器陈列（右）

由于舞台音质的复杂性，所以最近Gade (2013年)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。

第二部分、舞台音质设计的研究和分析

在舞台音质设计中核心内容就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，即要有合适的早期支持度STEarly，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）。其次就是演奏者能够获得足够多的早期反射声。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。由于乐器的演奏都有一定的指向性且乐队相互之间存在一定的遮挡可能，如果缺乏直达声和反射声的支持，会导致听不清乐队其他成员弹奏的声音，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，由于房间反射声太多，也会掩盖直达声，听不清其他人的声音。

1.交响乐队内部直达声的优化

1.1 关于乐队内部直达声的研究成果

合理的交响乐队结构可以使演奏者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。

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，为了保证各乐器的音量和音色的平衡，世界上的指挥家与乐手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：弦乐组是整个交响乐队的基础，它的音色给人以亲切感，所以一般席位排在舞台的前面。木管组乐器音色突出，所以需要分门别类的将其排列在弦乐组之后，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，所以他们排列在乐队的最后面或后侧面。竖琴和其它弹拨乐器经常排在乐队的左右侧（见图4）。但有时候因作品的要求，比如一些近、现代派作曲家的作品演奏，以及指挥家的个人偏好，乐队席位排列也有某种特殊安排。

图4. 现代交响乐队的典型排列方式 (源自Bennett，1990)

1.3 交响乐队的半圆形台阶

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。简单的平行台阶将使乐队左右距离拉得很宽，不利两端乐师相互听闻。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。可从日本三得利音乐厅（图6、7）和上海交响乐团音乐厅（图8、9）了解舞台半圆形台阶的布局和尺寸的变化。

图6. 三得利音乐厅舞台半圆形台阶平面图

图7. 三得利音乐厅乐队演奏时的舞台照片

图8. 上交音乐厅舞台半圆形台阶平面图

图9. 上交音乐厅乐队演奏前的舞台照片

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[36]，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。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；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35ms，对应的距离为12m），也会产生类似副作用。演奏台的全部应保持在约18m（宽）×12m（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18m（平均宽）×13m（平均深）的长方形范围内[37]。

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，带给所有乐手同步合奏“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40～60Hz范围内可有5分贝的增益，在30～40Hz范围内甚至更大[9]。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40～50mm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.提供早期反射声的设计

2.1 认为早期声能很重要的研究

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[20]研究表明舞台顶面是对所有乐手能提供早期反射的最有效表面。做过详细分析比较，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，而且易于使乐手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。根据经验露空率宜控制在50%左右为宜。面积1.5m2小块反声板组合，对低频反射仍属有效，如每块略呈凸曲形则更佳。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。反声板高度控制在7~13米。2007、2010年江维华团队研究认为“浮云式”吊板对于葡萄园式音乐厅的舞台几乎是必不可少的[7,8]。舞台上部安装“浮云式”反声板的著名音乐厅有德国柏林爱乐音乐厅、日本三得利音乐厅、美国旧金山戴维斯音乐厅和德国多特蒙德音乐厅等（见图10~13）。1980年开幕的美国旧金山戴维斯音乐厅，在1991~1992 年进行了改造，其中就包括增加了59块、1.83m2方形凸曲反声板，吊在舞台和前四排坐席之上9~10高处，以提高舞台上的相互听闻，并提供早期反射声给池座。

图10. 德国柏林爱乐音乐厅(1963年)

图11. 日本三得利音乐厅(1986年)

图12. 美国戴维斯音乐厅(1992年改建)

图13. 德国多特蒙德音乐厅(2002年)

3.提供后期混响声的设计

3.1 认为后期混响声比较重要的研究

3.2 指挥台位置的声学感受

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。而指挥台与乐手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。

同样处在舞台上的乐手们和指挥有不同要求。乐手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作出判据的。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。一个音乐厅的音质好坏，指挥家掌握着绝对的话语权，因此一定要重视指挥家的声学感受。

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。这种情况一般是舞台上已经有足够的早期侧向反射声，不需要顶部的反射声较早抵达，当然也考虑不能影响侧楼座的观看。如瑞士卢塞恩KKL音乐厅、日本东京歌剧城音乐厅、法国巴黎爱乐音乐厅和德国汉堡易北爱乐音乐厅（见图14~17）等。

图14. 瑞士卢塞恩KKL音乐厅

图15. 日本东京歌剧城音乐厅

图16. 法国巴黎爱乐音乐厅

图17. 德国汉堡易北爱乐音乐厅

3.4 舞台上部不设置反声板

建于19世纪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。如2003年落成的美国迪士尼音乐厅和2018年落成的俄罗斯Zaryadye音乐厅等近代建造的音乐厅舞台上也没有吊挂反声板。

图18. 美国迪士尼音乐厅

图19. 俄罗斯Zaryadye音乐厅

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是至关重要的，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用措施。具体措施为在主观众席设置不同层次的栏板（见图20）或矮墙（见图21），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。

图20. 俄罗斯Zaryadye音乐厅的多层次栏板

图21. 日本札幌音乐厅的多层次矮墙

第三部分、实际工程设计的综合分析

华东院声学所创立已有近60年历史，不断地学习国内外先进的技术知识和工程经验，持续不断地奔赴国外考察著名厅堂的音质效果，参与和负责设计了180多个剧院和音乐厅项目，并通过课题检测和调研了国内200多个著名厅堂的声学数据。结合自己的技术知识和工程经验，作者认为在做工程设计时需要综合考虑多种因素。

1.关于舞台侧墙的角度

如只考虑舞台音质的研究，减少侧墙的展开角可以提高早期声能(Chiang, Shu)[25]，

鞋盒形舞台会产生最大的后期声积累(O’Keefe)[10]。对于舞台音质而言，平行的侧墙无论是对早期声能的提高还是后期声的积累都是有利的。乐队演奏的总能量是个定值，如果能量过多地分布在舞台区域，那么观众厅获得的能量就会减少，相应地音质效果就会受到影响。

音乐厅声学设计很重要的一个方面就是声场分布要尽可能均匀。由于舞台是声能的发源地，能量本身就比较大，而观众席离声源比较远，获得的能量比较小，把演奏的声能更多地分布到观众席（尤其是主观众席）是必要的。舞台侧墙朝主观众席展开一定角度（就像喇叭口），有利于把演奏的声能导向主观众席。

单侧展开角度为多少合适呢？根据我们的工程经验和世界上著名音乐厅的统计，单侧展开角度宜控制在5～15˚。如果主观众席的座位数占整个观众席比较小（相当数量的观众分布在舞台的侧边和后部），开口角度就小一点（如5˚，图22）甚至为零（即墙面平行）。如果主观众席的座位数占整个观众席比较大，开口角度就大一点（如15˚，图23）。

图22. 巴黎爱乐音乐厅(单侧展开角为5˚)

图23. 德国易北音乐厅(单侧展开角为15˚)

2.关于舞台侧墙上部的形状

2009年Dammerad研究发现，与来自顶部的早期反射相比，最小延迟的侧向早期反射声可以更有效地补偿弦乐演奏者的反射[24]。从指挥的角度考虑，如果有靠近弦乐演奏者的窄侧墙（见图24），舞台上不悬挂反声板（让舞台直接暴露在观众厅）比悬挂反声板（高度＜13米）显然会达到有益的效果。但是如果舞台侧墙太宽，结果表明它将很难完全弥补这一点。

舞台墙面水平方向的反射，会受到乐手们的遮挡而衰减。故常将上部墙面向下倾斜，可提供最小延迟的侧向早期反射声，如意大利罗马音乐公园交响乐厅（见图25）。

图24. 舞台顶部 (C)和上部侧墙 (W1和W2) 反射路线示意图（Meyer，2004）

图25. 意大利罗马音乐公园交响乐厅

舞台周围表面提供的早期反射声被归类为“补偿”或“竞争”关系[24]。5～20ms的强早期反射声可能导致不利的声染色(Halmrast) [34]。可见太强的早期反射声会和直达声形成竞争关系。因此向下倾斜的W1和W2墙面宜做扩散处理（如采用凸弧形或微扩散处理），以降低反射声的强度，同时使反射声对舞台的覆盖面更大一些。如采用凸弧形波兰国家广播交响乐团音乐厅（见图26）和采用扩散体（表面有微扩散纹理）的美国费希尔音乐厅（见图27）。

图26. 波兰国家广播交响乐团音乐厅

图27. 美国费希尔音乐厅

3.关于舞台侧墙表面的处理

为了避免来自舞台侧墙的强早期反射声（没有被乐队遮挡的部分）和直达声形成竞争关系，最常见的是采用基本平面状的MLS（见图28）或QRD（见图29）之类扩散体。当然也有做大尺度扩散体的（会减少舞台的实际使用面积），如德国多特蒙德音乐厅舞台侧墙的弧形扩散体（见图30）和波兰De Doelen音乐厅的梯形扩散体（见图31）。

图28. 中国国家大剧院音乐厅（MLS扩散体）

图29. 葡萄牙波尔图音乐厅（QRD扩散体）

图30. 德国多特蒙德音乐厅（弧形扩散体）

图31. 波兰De Doelen音乐厅（梯形扩散体）

4.舞台后墙的表面处理

舞台侧墙、后墙和吊顶（如有可能）需要做强反射或扩散面(Shankland)[27]。舞台侧墙和后墙宜采用散射的反射面(D’antonio[28]和Jaffe[29])。舞台后墙做吸声比较好(Kahle & Katz) [30]。不同的人研究结果各不相同。

图32. 美国丹佛尔 boettcher音乐厅（扩散面）

单纯从舞台音质考虑采用反射或扩散比较合适，如美国丹佛尔 boettcher音乐厅（见图32）。如果考虑乐手的听力保护，就会是另外一个结果。靠近打击乐器（声音非常强）的乐手将会对听闻乐队其它声音受到掩蔽，对乐手听力也有损害。尤其是2008年欧盟工会对乐手听力保护法规(按ISO 9612测试，八小时工作日的LAeq≤85 dB)实施后，这个问题更引起关注。例如木管和弦乐部分乐手，本身声音不大，但由于坐在打击乐器附近而“超标”。所以在靠近打击乐器的后墙，通常会设置厚重的可变吸声帘幕，以减少后墙的反射声能（见图33、34）。如果乐队配置的打击乐器数量不多（或不配置），响度并不大，吸声帘幕也可以收起来，作为反射面使用。

图33. 福州海峡文化艺术中心音乐厅

图34. 法国巴黎爱乐音乐厅

有些音乐厅的舞台后墙比较矮，如苏州金鸡湖音乐厅（见图34）、德国柏林爱乐音乐厅（见图35）等。实际使用时，由于舞台台阶的升起以及乐手或合唱人员的遮挡，舞台后墙暴露的面积已经非常有限。所以无论是做反射、扩散还是吸声面，作用应该都比较有限。

图35. 苏州金鸡湖音乐厅（被台阶遮挡）

图36. 德国柏林爱乐音乐厅（被合唱遮挡）

5.关于舞台上部的反声板

认为早期反射声重要的，建议舞台上部的反声板高度7~10米(Barron[31]和Jaffe[29])，如可能6~8米(Gade)。应该由许多小反声板组成，而不是一个大反声板(Rindel[20]和Dalenback等人[32])。认为后期混响声重要的，建议舞台和观众厅的顶部一致，不要悬挂反声板，即使悬挂也要求高度比较高。

其实来自舞台顶部反声板的反射声，它只是众多反射声的普通一员（如果考虑到方向性，可能来自侧向的反射声比顶部更重要），它既可能是早期反射声也可能是后期混响声。如果合理设计舞台侧墙、上部侧墙和栏板等的形状，舞台已经获得足够的早期反射声，则不需要来自顶部的早期反射声。如果舞台周围的墙体比较宽，难以提供可补偿乐队相互听闻的早期反射声，则在舞台顶部悬挂高度较低的反声板就很有必要了。

如果再综合指挥的角度考虑（舞台和观众厅的顶部一致），宜不设反声板，即使设置也要求高度比较高。所以近几年新设计的音乐厅，舞台上部设置反声板的高度都比较高。如美国考夫曼表演艺术中心音乐厅约为14米（见图37）、德国易北爱乐音乐厅约为15米、法国巴黎爱乐音乐厅约为16米。

图37. 美国考夫曼表演艺术中心音乐厅