维也纳金色大厅的声场模拟分析

杨志刚

【摘   要】 对维也纳金色大厅进行声场模拟分析，并剖析其声场特点和观众席听感。

【关键词】 维也纳金色大厅;声场模拟;丰满度;亲切度;舞台支持度;听感分析

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.10.007

Simulation Analysis of Sound Field in Vienna Golden Hall

YANG Zhi-gang

（East China Architectural Design & Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200041， China）

【Abstract】The sound field of the Golden Hall in Vienna was simulated and analyzed， and the characteristics of the sound field and the auditorium hearing were analyzed.

【Key Words】Vienna Golden Hall; sound field simulation; plumpness; affinity; stage support; auditory analysis

维也纳金色大厅全称为维也纳音乐协会金色大廳，于1869年竣工，是意大利文艺复兴式建筑，外墙黄红两色相间，屋顶上竖立着许多音乐女神雕像，古雅别致。维也纳金色大厅也是维也纳爱乐乐团的常驻地，按照传统，维也纳新年音乐会都会在这里举行，每年的新年音乐会都会通过电视转播将该大厅金碧辉煌的装饰和赏心悦耳的音响效果展现给全世界的观众。

维也纳爱乐乐团以及著名指挥的优秀音乐经常在维也纳金色大厅上演，使之成为欧洲老音乐厅的麦加（即朝圣之地），每位交响乐指挥第一次在此演出都会非常激动。

世界上一些著名指挥家和专业人士对音乐厅的音质评价：

布鲁诺·瓦尔特认为：“肯定是世界最好的厅了，它的音色美妙而有活力”。

奥曼迪和乔治塞尔都认为：“维也纳金色大厅有恰到好处的音质”。

莱纳认为：“维也纳金色大厅和波士顿音乐厅是两个最好的大厅”。

斯托科夫斯基认为：“维也纳金色大厅和波士顿音乐厅是优秀的”。

明希认为：“维也纳金色大厅和波士顿音乐厅有优美的音质”。

卡拉扬认为：“此厅中的声音非常丰满，低音很足，高的弦音也很好;缺点就是后继的音符会相互合并，排演时的声音与演出时声音相差太大”。

赫尔曼谢尔欣认为：“维也纳金色大厅对演奏浪漫派音乐是很好的，但不适合上演巴赫作品”。

米特罗普洛斯认为：“维也纳金色大厅混响太强”。

2008年10月，笔者曾在维也纳金色大厅听过一场交响乐演出（后来又多次参观过）。上半场在池座的第三排左侧靠近走道的位置，下半场在二层楼座的中间偏右侧的位置。感觉声音的响度足够，很有震撼力;音乐的丰满度也很好，尤其是一段乐章结束时余音比较明显。

1  音乐厅基本概况

音乐厅的座位数为1 680座，厅内长、宽、高分别为35.7 m、19.8 m、17.4 m，体积为15 000 m3，每座容积为8.93 m3/座。安装座椅的地板面积690 m2，每个座椅占地面积为0.41 m2/座。

现在国内音乐厅每个座椅占地面积为0.55（间距）×0.95（排距）=0.52 （m2/座）。相比而言，维也纳金色大厅每个座椅占地面积明显偏小，观众的舒适度要差一些。如果换算成现在比较舒适的座椅，座位数则只有690/0.52=1 327座。音乐厅的平剖面图及照片见图2～图5。

2  声场模拟分析

2.1  建立准确的三维计算机模型

计算机模拟软件采用ODEON，版本为14.00Combined。为了能准确地找出维也纳金色大厅形体方面的优势，笔者所在的团队尽最大可能地把各个主要的形体都建立完整，如32个镀金雕像用大小不等的圆柱来替代，门框上面和顶面的雕塑则是通过提高这个面的扩散系数来达到声学要求的，尽量减少对音质参量模拟精度的影响。图6和图7为维也纳金色大厅计算机模型图，一共建立了7 706个面。

声源设置在舞台边缘向内3 m的中心线上，离舞台地面1.5 m;共设置了21个测点，均离地面1.2 m高，声源和测点分布见图8。首先，根据相关资料确定各个界面的吸声系数，然后适当调整吸声系数，使计算机混响时间T30的模拟结果和实测数据基本接近，然后相应地模拟出其他声学参量（EDT、C80、G、LF、IACC、ST1等）。

2.2  计算机模拟结果汇总

维也纳金色大厅的实测数据绝大多数取自白瑞纳克著的《音乐厅和歌剧院》第二版，并和其推荐值进行了比较。音乐厅模拟值、实测值和推荐值的对比表见表1。

从表1中可以看出除C80，3的模拟误差偏大外，其他声学参量都比较准确，原因尚不清楚。

2.3  声学参量的彩色网格图

维也纳金色大厅计算机模拟的声学参量彩色网格图见图9～图14。

2.4  代表测点的反射声序列

反射声纹理能够很好地反映音乐厅的音质效果，图15～图20列出了池座、侧眺台、二层楼座以及三层楼座代表测点的反射声序列。

3  维也纳金色大厅的声场特点

以下分析维也纳金色大厅的优点，同时也剖析其缺点。

3.1  良好的丰满度和较大的空满场混响差别

正如前文中的评价，维也纳金色大厅混响十足，丰满度很好，很适合浪漫派音乐。这主要跟维也纳金色大厅体型、体量以及所采用的材料有关：顶部为桧木上抹灰，墙面为砖墙抹灰，眺台栏板为木料上抹灰，地面和舞台均为木地板。池座两侧栏板为薄木板，还布置了18.6 m2的吸声壁毯。从表2可以看出在三个顶级音乐厅中维也纳金色大厅满场混响时间和阿姆斯特丹音乐厅基本一样，但空场混响时间（RT）是最长的。

由于池座和侧眺台采用木椅，坐垫部分为10 cm厚软垫，上覆多孔性布料，后座椅子均为为胶合板。因此，空座椅的吸声系数比较小，但满座时加上观众本身，则吸声系数较大（见表3），造成空、满场的混响时间差别比较大（约1 s）。因此，卡拉扬认为“排演时的声音与演出时声音相差太大”。一般排练时，指挥希望厅堂混响时间较小、清晰度较高，能听到音乐的全部细节，从而发现演奏的错误。而演出时则希望混响时间长一些，声音的丰满度较好。而维也纳金色大厅空场时混响时间约3 s，音乐听起来会比较混，难以发现排练中的错误。

Beranek[4]对座椅作了大量调查研究，发现在同样满足最佳中频混响2.0 s的厅内，包含观众席面积、舞台和合唱席所占面积，豪华包饰座椅每座容积约占0.77 m2，中等包饰座椅约占0.70 m2，而简单包饰座椅仅占0.66 m2。它们相当于每座所占容积因采用豪华软垫而使大厅容积分别要增大1.3倍和1.6倍（与中等和简单包饰座椅相比较）。如按平顶高度作比较，采用豪华软垫座椅将比采用中等和简单包饰座椅分别要升高20%和40%。采用软垫豪华式座椅除了舒适美观之外，在大厅音质方面的优点是使空、满场音质差异缩小，其混响时间变化约在0.2 s。相对于简单包饰座椅，采用中等、豪华包饰座椅会增加一定的建筑面积和工程造价，但为了使乐队在空场排练时与正式演出时音质条件基本相同，现在音乐厅声学设计一般都要求选用中等或豪华包饰座椅。对比图21维也纳金色大厅的简单包饰座椅和图22中国国家大剧院音乐厅的中等包饰座椅，可见其区别。

3.2  足够的观众区响度和过大的舞台区域响度

笔者主观感觉维也纳金色大厅响度很大，从表4[4]中可以看出三个顶级音乐厅中维也纳金色大厅的Gmid和G125-Gmid是最大的。声学测量（盖德，1989和布拉德利，1994）表明，离乐队中心边上1 m的乐师发出的声音经大厅返回中心后那里的声压级，维也纳金色大厅最大，要比波士顿音乐厅高1 dB，比阿姆斯特丹音乐厅高5 dB，差别十分显著。要知道乐队规模加倍所增声级才3 dB。所以，大多数评论家认为金色大厅的响度要比阿姆斯特丹音乐厅高得多，对于巡回演出的交响乐队来说会感到一些不适应，因为还不习惯抑制声响，而且铜管和打击乐器的响度太容易压住弦乐。

由于维也纳金色大厅空、满场混响时间差别最大，因此，满场演出或折算成豪华包饰座椅时G值降低比较大。从表4中可以看出简单包饰座椅要比豪华包饰座椅的Gmid平均值要大2.7 dB。对于巡回演出的交响乐队来说，排练时会感到响度太大，需要控制，而演出时就不用抑制了。

3.3  良好的空间感

笔者主观感觉维也纳金色大厅具有良好的空间感。从表5[5]中可以看出在三个顶级音乐厅中，维也纳金色大厅的视在声源宽度ASW和波士顿音乐厅差不多，都比较大，环绕感是三个音乐厅中最强的。

3.4  极好的亲切感及其对应声学参量的探讨

亲切感就是在大房间中听音乐而有小房间的主观感觉。白瑞纳克将正厅池座中心位置的初始时延间隙ITDG用作亲切感的量度。正厅池座中心位置定义为舞台前沿和第一层眺台栏板之间的半程位置（偏离中轴线1 m）。从图16池座中心位置侧点5的反射声序列和图23可以看出，第一次反射声来源于池座侧边的矮栏板（矮栏板距中轴线的距离为7.65 m），ITDG为16 ms，亲切感应该是很好的。由于维也纳金色大厅宽度比较窄（仅约20 m），从代表测点的反射声序列图中可以看出，第一次反射声与直达声的时延间隙都比较小。

由于矮栏板上挂有壁毯（高频吸收比较大），壁毯的吸收导致反射声能量并不大，与直达声和第二次反射声能量相比分别下降16 dB和5 dB，人耳可能根本感受不到，这样的第一次反射声基本上没什么意义。而较大的反射声来自顶部，见图24，与直达声能量相比下降约8 dB，与直达声相比延时约54 ms，时延间隙就比较大，甚至有可能成为回声。

根据以上分析，仅将正厅池座中心位置的初始时延间隙ITDG用作亲切感量度是有问题的。如果由于音乐厅柱子（很多音乐厅都有柱子）等障碍物遮挡导致第一次反射声的ITDG变大，但是绝大数测点位置的ITDG都比较小，因此而断定该厅亲切感较差，显然与观众的主观感觉不相符。其次，还需要对第一次反射声的能量有所要求，能量大小至少能让人耳感觉得到。笔者认为，应该将正厅池座中心位置或不受遮挡的相近位置的、且能量大小可辨识的初始时延间隙ITDG作为亲切感的量度。如果把能量大小可辨识具体化就更好了，如相对直达声能量不能低于多少分贝。但是这可能与背景噪声、相对直达声的时间间隙等诸多因素有关。

3.5  良好的扩散性和舞台支持度

维也纳金色大厅的扩散性非常好。Hann和Fricke曾经通过相关研究得出“评价为优异与评价为良好或中等的音乐厅相比，表面扩散性程度似乎是造成这种差别的重大原因”的结论。以下逐一分析维也纳金色大厅各界面的扩散特性。整个顶部和眺台下部的吊顶布满凸出的装饰线条，或直或弧，起到很好的擴散效果。眺台之上的墙面由54个真假凸窗、20个门和很多人物雕像，眺台之上的墙面有32个镀金雕像。安装管风琴墙面的凹凸变化也增加了舞台后墙的扩散效果。眺台栏板也布满凸出的装饰线条，详见图25～图28。

维也纳金色大厅的舞台支持度ST1为-13.9 dB，和波士顿音乐厅的-13.7 dB相当，比阿姆斯特丹音乐厅-17.8 dB[数据来源CONCERT HALLS AND OPERA HOUSES（Second Edition），619和623页，与第一版数据有差别]约大4 dB。虽然维也纳金色大厅舞台上方顶部的高度比较高（约15.6 m），但是其侧眺台一直延伸到舞台区域，且管风琴伸出底部，以及二层以上的门框、窗框、雕塑甚至吊灯等都可以向舞台提供有序的反射声。通过图29舞台中间测点的反射声序列来分析原因，可以看出，反射声分布比较均匀，且反射声数量比较多。首先到达的是通过管风琴下部墙面过来的反射声，其次是来自侧墙的反射声、眺台栏板以及上部墙面造型的反射声，再次是顶部的反射声。

4  观众席和贵宾席的听感分析

首先，结合前面的声学参量彩色网格图9～图14和表6粗略地分析各个座位区的音质效果。

通过表7各观众区的声学参量的对比分析，可以看出：池座中后部除了视在声源宽度BQI略小，各种声学参量均比较好;楼座除了响度略小，其他声学参量都比较好。

国内贵宾席通常设置在正厅前座A处（池座7、8、9三排的中间位置）。而国外贵宾席通常设置在两侧包厢B处，见图30，如此设置一是私密度较好;二是包厢后面设置有贵宾休息室，贵宾可以随时进出而不用担心打扰其他观众;三是距离舞台比较近，从上方可以比较真切地看到演员的面部表情和一举一动。2016年元旦维也纳金色大厅迎春音乐会上，联合国秘书长潘基文就坐在图31所示的位置。包厢座位都是面向对方侧墙，与正厅池座相差90°。表8为贵宾席测点的声学参量，明晰度C80，3和环绕感LEV比较好，响度G偏大，侧向反射系数LFE4和视在声源宽度（1-IACCE3）偏小。

参考文献：

[1]LEO BERANEK. CONCERT HALLS AND OPERA HOUSES （First Edition）.

[2]LEO BERANEK. CONCERT HALLS AND OPERA HOUSES （Second Edition）.

[3]王季卿. 音乐厅音质设计进展及问题探讨[J]. 声学技术，2016（10）.

[4] BeranekL. Concert hall design： Some considerations[C]//Interna-tional Symposium on Room Acoustics （ISRA） June 9-11，2013， Toronto. P002.

[5]Hidaka T， Nishihara N. Acoustical quality in concert halls as related to hall shape： shoebox， surround， and other[J]. Psychomusi-cology： Music， Mind， & Brain， 2005， 25（3）：240-252.