《武汉工程大学学报》  2020年01期 91-96   出版日期：2021-01-25   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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基于ODEON对典型宗祠戏场的声环境仿真研究——以红安县吴氏宗祠为例


中国传统宗祠戏场以庭院式的观演空间居多，其声学特征与全开敞的露天观演空间和全封闭的厅堂观演空间均有所不同：较之于前者，在庭院式观演空间内观众能够接受到来自四面墙壁的部分反射声，使之获得更好的听音效果；较之于后者，在庭院式无顶空间中向上辐射的声能会全部散失，最终形成不同于一般封闭空间的特殊混响场，也导致其产生的听音效果与在封闭空间中完全迥异。进行宗祠戏场的声环境研究，并分析其作为中国传统戏曲演出场所的一系列相关声学指标以明确其声场特征，这对于当代中国民族观演建筑的声学设计具有很高的参考价值。近年来，部分专家、学者对我国各类庭院式戏场进行了一系列声学指标的测量，并得出了许多具有启发性的结论：如杨阳等对山西传统神庙戏场的声环境测量［1］；张龙等［2］对德和园大戏楼等皇家观演建筑的声场对比测试与分析；刘海生等［3］对典型的庭院式戏场的音质测试与分析。在以大量实测数据作为基础的情况下，王季卿［4-5］、莫方朔［6］等对中国传统庭院戏场的声学特征进行了综合归纳，主要涉及亭式舞台的演唱效果、庭院戏场的混响感、不同戏场布局的声场强度变化、伴奏乐队位置变迁的声学效果以及古代历史中曾在舞台下设瓮助声问题的探究等，此外杨阳［7-9］、兰俊鑫等［10］基于科技史观对古代戏场建筑声环境营造中的诸多传统手法进行了研究。但是，当前基于计算机仿真技术对传统戏场的声环境研究在国内尚还处于欠缺状态，而相比于实地测量，计算机仿真技术的合理运用对于未来民族观演建筑设计中各类声学指标的预判更有价值。本文采用建筑声场仿真软件Odeon4.0，以湖北省红安县吴氏宗祠为例对其典型的庭院戏场进行声环境模拟，得出并分析其一系列关系听音品质的主客观评价值，然后探讨此类声环境能否给人以良好的听音感受，最后提出自己关于传统戏场的声环境与我国戏曲演出特点之间内在联系及其相互适应问题的见解。1　吴氏宗祠及其戏楼的建筑概况吴氏宗祠始建于清乾隆二十八年（1763），后毁于火灾，又于清同治十年（1781）和光绪二十八年（1902）两次重建，目前建筑整体保存良好，为湖北省重点文物保护单位。戏楼位于吴氏宗祠的第一进，坐南朝北，并与宗祠的正殿相对，中间形成了约160 m2的庭院作为观演空间，其两侧为看楼，并通过连廊和戏楼本体直接相通［11-12］。戏楼的正中挂有金字匾额，名“观乐楼”（见图1）。其建筑主体为木结构，色红如铁，平面为“凸”字形，分设前后台，中间有板壁与左右两上下场门相连。戏楼的前台为重檐歇山灰瓦顶，面阔8 m，进深5.7 m，台面有木制直棂栏杆，檐下施九踩如意斗拱，正脊中置三层塔形宝顶；后台则为硬山灰瓦顶，面阔15.6 m，进深6 m。图1　吴氏宗祠的戏楼Fig. 1　Theater of Wu’s ancestral temple2　建筑声场仿真软件Odeon简介Odeon软件的基础是几何声学，其由虚声源法与声线跟踪法相结合进行计算机声场模拟并具备可听化功能。该软件广泛运用于工程设计和科学研究领域，能够对几何形体较为复杂的剧院、音乐厅、教堂、地铁站及各类室外场所进行仿真模拟。Odeon的计算模型可以由3D设计软件SketchUp或其他Cad软件导入，并在将各个建筑界面均赋予参数后通过仿真得出诸如混响时间t30、早期衰变时间tEDT、A计权声压级LPA、A计权后期侧向声压级LPLLA、语言传输指数GSTI、明晰度C80、早期侧向能量因子HLF等一系列声学研究所需的指标值。其输出结果除以上指标值还包括声音的空间分布图、声音传播的GIF动画以及双耳或环绕可听化音效等。3　研究模型的建立与相关参数设定吴氏宗祠的戏场模型采用自动计算机辅助设计软件Autocad建立，以三维面处理工具3Dface定义平面，其观演空间限定于戏楼、两侧看楼、宗祠正殿以及由此围合而成的室外院落。中国传统的戏曲唱腔力求声音洪亮悠长，因此声源选择指向舞台正前方的高声调语言声“Talkraise”。声源位于戏楼前台的正中央，参照我国人体的平均高度取1.5 m，加之戏楼本身的3 m台高，声源距离地面总高度为4.5 m。吴氏宗祠的主体结构为木质薄板，仅其外部围以抹灰砖墙，根据以上材质在仿真中选择了相应的吸声系数与扩散系数［13］，而庭院上部的无顶空间则直接设置为全吸声面。另根据吴氏宗祠的管理人员介绍，以往戏曲演出时宗祠内常座无虚席，因此观众区域设置为满场状态（见表1）。模型中共设置声线15 000条，脉冲响应的采样间隔为1.5 ms，背景噪声采用NR-20标准［6］。在观众区内一共设置了13个受声点（见图2），点1、2、4、5、6、7、8、9、10、11位于戏场的首层，在考虑人的平均坐高后将其高度设置为1.25 m，这其中点1、2、7、8位于宗祠的正厅内，点4、5、6、9、10、11位于露天的庭院之中；点13、3、12则位于庭院一侧的看楼之上，为有顶空间，受声点的高度设置为4.5 m。另外点1、2、4、5、6位于戏场的中轴线之上，其余受声点则均匀分布在戏场的东侧，因吴氏宗祠在空间布局上遵循严格的中轴对称，故其西侧的声音分布基本可参照东侧的数据直接获取。在对13个具体受声点位的各声学指标进行详尽模拟外，模型中还在建筑首层的整个观众区内距离地面1.25 m的坐席耳平面上以0.2 m×0.2 m划分了网格，以模拟得出由不同色块所表示的各个声学指标值在整个观众区内的分布与变化情况。4　模拟结果及分析4.1　混响时间t30和早期衰变时间tEDT由模拟结果可知各受声点的t30和tEDT值差异很大（见表2~3），这主要是因为该宗祠戏场为无顶的半开敞空间，因此其不同于均匀的扩散场，混响公式无法完全适用，戏场中的混响体验仅局限在少数早期反射声所形成的效果上。此类场所中后期反射声多难以为继，因此早期反射声对于听音起着重要的主导作用，故而tEDT较之于t30是更为合理的音质评价指标。由图3可知t30的混响时间频率特性曲线较平直，低频段的混响时间也很短，这主要是因为吴氏宗祠主体为木质薄板结构，其构造形式对于低频声的吸收效果明显；而tEDT反映的是早期反射声所产生的混响效果，木质薄板结构对于低频声的吸收效应尚不明显，因此其频率特性曲线呈现中低频段略有提高的态势。点1、2、7、8因位于室内，其tEDT值较之开敞庭院中的点4、5、6、9、10、11和看楼上的点3、12、13略大，这说明围合空间能够产生更好的混响体验。但是这13个受声点的tEDT值在总体上都偏小，多在1.5 s以内，高频段更是普遍降至了1 s以内，其原因除开敞的庭院空间导致声能散失外，也在于建筑主体的木质薄板结构和满场观众席分别对低频和高频声有较多的吸收。其中点6和11的tEDT值最小，主要因为这2个点基本位于庭院正中心，导致其能够接收到的早期反射声极为有限，造成了混响感的缺失。4.2　A计权声压级LPA与A计权后期侧向声压级LPLLA根据图4中A计权声压级LPA与A计权后期侧向声压级LPLLA在观众区的数值分布可知声源的指向性对于听音效果的影响极为明显，其表现在舞台两侧区域的LPA值普遍在40 dB以下，较之于庭院中央骤降了约15 dB，已产生了严重的音质缺陷。舞台正前方贴近台口处的LPA值也较低，这主要是因为舞台位于戏楼二层，故其正下方同样处于声源的指向性范围之外，难以获得良好的听音体验。除了以上特殊点位，整个观众区的LPA值总体上随着与声源距离的增大而衰减，在庭院中基本可以达到48 dB以上，而正厅中则普遍位于44~48 dB之间。语言声级一般要达到50~65 dB，且信噪比达到10 dB以上才能够使人获得较清晰的听音体验；而音乐声级则标准更高，往往需要达到75~96 dB才能够实现演出效果［6］。虽然通过模拟可知在人的正常发音情况下吴氏宗祠戏场无法满足以上的声学标准，但是在我国传统戏曲演出中演员声音十分洪亮，其声功率值往往会超过模型中所采用的TALKRAISE声源，因此其观众区内的声压级分布预计可以满足正常的演出要求。另一方面，该模型中整个观众区的LPLLA值分布比较均匀，但是基本都在40 dB以下，可见戏场中的后期侧向声能获得情况普遍不佳。4.3　语言传输指数GSTI和明晰度C80根据图5中语言传输指数GSTI在观众区的数值分布可知庭院中的语言清晰度是最好的，其值可达到0.60以上，在语言清晰度评价体系中属于“良”和“优”的标准，这主要与该区域离声源较近而获得了较强的直达声且其在开敞的空间内能够大幅度避免混响的干扰有关，但是舞台两侧由于声源的指向性因素导致GSTI数值明显偏低至0.40以下。正厅中部的GSTI值同样不够理想，但正厅两侧的GSTI值较高，这主要是因为声音传至正厅后直达声的强度早已减弱至难以给予人清晰的听觉体验，这种情况下由侧墙处所带来的后期反射声反而能够增强语言的清晰度。位于宗祠正厅中央区域的受声点1、2、7、8的C80值最低，从这4个点的脉冲响应图和前次反射声时间图谱可以看出其接收的早期反射声相比于后期反射声明显不足。而位于庭院和看楼上的其他9个受声点所接收到的直达声强度更大，且混响时间较短，因此其C80值更为理想。除此之外也可看出在整个观众区内低频段的C80值普遍低于高频段的C80值（见表4），但是这对于中国传统的戏曲演出影响并不大，因为各剧种的唱腔基本都是以高音为主，这也正是中国古代戏场在不使用扩音设备的情况下也能使后部观众听清唱词的原因之一。4.4　早期侧向能量因子HLF根据图5中早期侧向能量因子HLF在观众区的数值分布可知庭院中央处的HLF值偏低，这主要是因为其距离侧墙较远，所能够接收到的早期侧向反射声很少。而位于看楼上的受声点3、12、13的HLF值则较高（见表5），说明在看楼上观戏除了能够获得更好的视线外，其空间感体验也更佳。5　结　论由以上模拟结果可知宗祠中典型的庭院式戏场由于其开敞的空间而导致混响时间较短，且戏曲演出往往会聚集大量人群，而人群对高频声的吸收效果明显，因此如果庭院面积较大，则位于庭院后方的观众会感到声音响度不足。但是中国传统戏曲一般以严格的“程式”执行演出，演员们活灵活现且略为夸张的舞台表演有助于观众理解一部分原本需要依靠声音传递的信息［14］。再者，中国戏曲十分重视唱腔的洪亮与气息的悠长，如叶调元在清道光十九年旅汉时所作的《汉口竹枝词》便记载有：“曲中反调最凄凉，急是西皮缓二黄，倒板高提平板下，音须圆亮气须长”。其中“音须圆亮”可弥补位于后场的听众难以获得足够响度感的缺陷，而“气须长”则意味着演员唱腔中已经带有一定的混响特征，可平衡观众区内混响感不足的问题，另一方面传统戏曲中本身便夹杂着大量道白，这也要求观众区不能如现代的音乐厅一样拥有过长的混响时间。中国传统建筑重视平面上的延伸，而罕见对于垂直高度的追求，因此其庭院式观演空间的侧墙往往不高，如果庭院面积过大则庭院中央很少能够获得足够的早期侧向反射声，导致庭院中的声音空间感受容易不足［15］。另一方面，中国传统建筑以木构居多，木质板材对低频声的吸收效果明显，会减弱声音的温暖感，并导致低频段的语言清晰度不足，但是中国传统戏剧的演唱大量应用被称之为“高调”的假声，使得声音的中高频能量居多，可以很好的弥补这一缺陷。综上所述，中国传统的建筑空间营造与其戏曲演出形式之间是能够相互契合的。