在音乐厅里,让声音排好队

编辑:csm351
2021-02-06来源:百家号
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  如果你曾经走进音乐厅,面对着乐手和指挥欣赏他们合奏出的美妙乐章……你有没有在自己的座位上观察过音乐厅的形状,或是暗暗希望期待也许在另一个座椅上,自己可以收获更好的视觉或听觉享受?

  当悠扬的乐曲声带给你或是激荡澎湃或是抚慰人心的感受时,你有没有设想过不同的器乐声是怎样变成和谐的声响?
  你有没有想象过音乐厅的四墙突然倒塌,乐曲声还会不会如往常一样呢?

  如果这些问题曾经钻入过你的小脑袋,那么恭喜你,你就和建筑设计中一种特殊的职业——声学设计师具有类似的思维了。在音乐厅的设计中,声学设计师就是要配合建筑师,从隔声、反射声的角度考虑音乐厅的设计。如果说音乐厅就像一把更大的乐器,那声学设计师就是这些组件们共同的指挥师。

  就让我们跟随声学师的脚步,去看看音乐厅里那些与声学有关的小知识。

  过去传统的音乐厅大都做成规整的长方形,演奏台在长边的近端,而观众都面对着演奏台,处在音乐厅的另一边,因为形似鞋盒,也就被称作“鞋盒式音乐厅”。

  随着现代人对于音乐欣赏的需求越来越高,新建的音乐厅总是希望能够拥有更多的座椅来承接更多观众。那么对于四四方方的鞋盒式音乐厅来说,解决方法无外两种——拓展排数将厅拉长,或是增加层数把厅拔高。可这样带来的问题就是,最远端和最高处的观众无法清晰地看到舞台,因此音乐厅就需要控制观众的最大视觉距离。

  声音的传播是有速度的。举一个不严谨的例子,说德云社在一间很大的体育场内表演相声,前排的人已经前仰后合捂着肚子笑了一阵,最后排的观众才刚刚爆发出第一声笑。常温下,声音在空气中的传播速度是340米/秒,而人耳感知声像之间的延时不宜超过0.1s,若想要声音到达第一排和最后一排观众当中没有明显的时差,声音的传播最好就是在34米内解决,这也就是音乐厅比较理想的最大长度。

  1963年,建筑师汉斯·夏隆(Hans Scharoun)设计了德国柏林爱乐音乐厅,现在普遍认为是他开创了葡萄园式(又称梯田式)音乐厅的设计理念。所谓的葡萄园式,就是演奏台处在中间,而观众席围绕分布在乐团的周围,层层叠加,像是一块块梯田,这样就有效增大了观众席数量,而且观众和乐团之间形成了更亲密的感觉。

  但这种形式的音乐厅也有一个显而易见的缺点,就是有些观众席是面向演奏台的侧面,而有些是面向演奏台的背面。可事实上,视觉和听觉最理想的座位永远都是在正向座位区。在维持这种观众与乐团不分彼此的亲密感同时,还是需要尽可能保证正向座位的数量,以达到理想的视听效果的最大化。

  交响乐团的设置中,最前排的是弦乐,管乐次之,最后是打击乐,而它们分别发出的音量也是逐级递增的。如果观众坐在了侧向或是背向的座椅,先进入耳朵的是最响的打击乐,这和人们习惯的听音顺序和乐器音量比例并不符合。

  确定了尺寸和形状以后,我们就拥有了一个空荡荡的音乐厅,现在需要做的就是让它成为一个最最安静的存在,也就是隔绝噪声。

  知名连载动画片《名侦探柯南——战栗的乐谱》剧场版(12)中有这样一幕,当音乐厅的会场外发生了爆炸,人群全都惊慌失措的时候,音乐厅内的乐手和观众却依然无事一般沉浸在悠扬的乐曲声中。这就说明音乐厅是具有隔绝绝大部分外来的噪声的能力。而这是如何做到的呢?

  噪声分为室外和室内的噪声。其能量传递方式又分为通过空气传播的空气声或者通过建筑物构件等传播的固体声。想象一下身处在教室中的你,是不是经常会被马路上来往的车辆、飞驰而过的轻轨、人们的争吵或是施工机器“哐、哐”的打桩声吵闹得无法专注?

  要隔绝外部的这些噪声,音乐厅就需要使用隔声量足够高的墙体。这通常是由很厚的双层墙体(中间还要留出100毫米左右的空腔来提高隔声量)或者一道厚重的混凝土墙体组成的。此外,在通往音乐厅的观众厅时还需要配合至少两道门的行走通道,称之为声闸。

  而在室内,空调、照明、排风等设备甚至座椅都会产生噪声,如果要想达到最好的声学效果,就必须将每一个地方的声音都控制到最小。比如现代音乐厅常用座椅下静压箱送风的方式。在观众座椅底下设置一个送风散流器,让风以很慢的速度从地板底均匀、慢速地散发出来。这种做法可以减低空调噪声,也会给人相对舒适的感觉。

  我们平时在马路上看到的噪声实时监测屏上显示声音的单位是dB(A)。这是一个根据听感修正的声压级,而非客观物理上的声压级。可是在音乐厅则需要用到更为严格的背景噪声曲线来衡量噪声的大小。

  背景噪声曲线,顾名思义就是在十字坐标轴上的一条曲线。横坐标上是从63赫兹到8000赫兹之间的八个频率,纵坐标上就是声压级,以分贝为单位。不同的噪声曲线可以折算为同一个单值。但音乐厅的噪声要求是,曲线上每个频率的声压级都要低于标准要求。这就好比要求我们各科的成绩都在平均分以上,而不能只是各科总成绩的平均分达标,这样就避免了噪声在某个频率上的“偏科”。

  假设蓝色曲线是实际测得的音乐厅内噪声,上图才是满足这条黑色标准的背景噪声曲线,而下图则在500赫兹处“偏科”了。

  还有一种特殊的噪声来源是固体振动,称为固体声。当城市建设的地铁临近音乐厅时,列车与不平顺的钢轨相互振动产生的波就会沿着土壤传播到建筑地下结构,继而引起音乐厅楼板和墙体的振动,进一步造成音乐厅内空气的挤压,使得不同地方的压强产生差异,被我们的耳朵感知,成为噪声。怎么解决这个问题呢?声学设计师们想出了一个办法,在音乐厅这个盒子四周装设了弹簧,在结构上将音乐厅与其他建筑脱开,这样振动波传过来的时候,就会被弹簧所阻隔,噪声也就大大降低了。着名的德国易北爱乐音乐厅以及上海交响乐团音乐厅,都是这样“悬浮”着的音乐厅。

  解决了噪声的问题,整座音乐厅就会安静地连一根针掉在地上都听得一清二楚。不知道你有没有碰到这样的情况,一听音乐会就觉得喉咙干燥想要咳嗽,可偏偏咳嗽声在场地内特别引人侧目,让你尴尬不已。这种情况一定程度上就要归功于音乐厅所做的噪声隔绝了。

  试着和朋友站在空阔旷野的两端,大声地喊一句话,对方也许只能接收到干瘪的声音。但若你在浴室内边冲着热水澡边唱起歌,就会觉得自己的声音如同经过了特效加工一般丰富而有质感。

  这是因为声音就好像一颗小弹球,在没有任何障碍的情况下可以笔直地在空气中运动,可是一旦遇到了一些固体介质,比如墙、天花板、地板、甚至是我们人体本身,都会产生反射,从而改变方向。浴室里的歌声经过这些表面的不断反射,陆陆续续进入到耳朵里,自然就出现了很有层次的听感。

  那让我们将一间小小的浴室拓展到一个音乐厅大小的尺度,声学设计师和建筑师要做的,就是一起配合,利用直达声和反射声的原理,将乐队的美妙奏章,分座区分时段,排着队地送到观众的耳朵里。

  声音的排队是有规则的,个儿高的站前,个儿矮的排后,这里的高矮指的是声音能量的强弱。依据室内声音传播的自然衰减规律,最先进入耳朵的声音称为直达声,理应能量最强。如果声音在外面逛了一圈再进入耳朵,称为反射声,消耗了体力,能量自然就变弱了。

  声音打到界面时的三种方式:吸收、反射和扩散不过,在音乐厅这样的体量中,一片墙只能在一个时间点将声音反射到一个座区的观众,而另一片墙可以在下一个时间点反射到同一座区的观众,或者在同一个时间点反射到其他座区的观众。声学设计师一般只考虑声音最初的两到三次的反射,之后的能量就很弱了,人耳对其不会再有明显的方向性察觉。

  如果有些声音在转圈后个儿反而变高了(能量变强了),在队伍中显得突兀,那人们就会听到很不和谐甚至刺耳的声音,出现回声或是声聚焦,这都是一种音质缺陷。

  栩多小问题:根据直达声和反射声的小知识,你觉得鞋盒式和葡萄园式音乐厅,哪一种的音效会更好呢?

  答案是:更多的人认为是鞋盒式哦!因为鞋盒式音乐厅的长宽比更大,能够得到更多的侧向反射声,而葡萄园式音乐厅更宽,更多的反射声来自顶部的反射板。而人耳对侧向声音的定位比顶部更加准确。

  另外,葡萄园式音乐厅演奏台后部及侧部观众席的乐声均衡感较差,一定程度上影响了“非正向”坐席的音质评价。

  就这样,屏蔽了内外噪声,排布了声音顺序,润饰了器乐音色的音乐厅,本身就仿佛一件更大的乐器。不过,就如同任何艺术一样,音乐的感受带有很强的主观性,置身于音乐厅内,观众本身的听感和亲密感无法完全用声学原理中确定的参数来衡量。不妨说,我们尽可以去学习和理解声音行走的原理,但是只有你才能够最终决定自己的黄金座位。
 
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