颐和园德和园大戏楼修缮前后声场对比测试与分析

张 龙，刘芳博，秦 雷，侯 丹，刘 刚

（1.天津大学 天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津 300072；2.文物建筑测绘国家文物局重点科研基地（天津大学），天津 300072；3.北京市颐和园管理处，北京 100091）

中国传统戏剧的观演空间随着戏剧的发展不断演变，并在清代达到了顶峰，至今仍存的颐和园德和园大戏楼、故宫畅音阁就是中国传统戏楼建筑的杰出代表。目前虽未见历史文献、档案有传统建筑专门进行声学设计的记载，但根据课题组近年来对天津广东会馆戏台[1]、天津石家大院戏台[2]以及其它学者对济南题壁堂古戏楼[3]、北京湖广会馆[4]的声学测试，无不证明这些传统观演建筑大都具有良好的、适合传统戏剧演出的声环境。

2011年，落成116年的德和园大戏楼迎来了建国后规模最大的一次维修工程，为促进德和园大戏楼声场真实性的保护，评估封闭的看戏廊和临时看台对声环境的影响，课题组对大戏楼修缮前后的声场进行了测试研究。

1 德和园大戏楼概况

德和园大戏楼是光绪朝重修颐和园期间为满足慈禧太后园居、庆典而新建的观演建筑群。其核心是由大戏楼、颐乐殿、东西看戏廊组成的一组四合院（图1）。

图1 德和园戏楼院平面图（自绘）

大戏楼的戏台分上、中、下三层，依次为福台、禄台、寿台。寿台面阔三间，进深三间，平面呈方形，是戏剧演出的主要场所（图2）；禄台和福台北侧围廊内凹，形成小舞台，配合寿台使用。颐乐殿是太后、皇帝及内眷的观戏空间，看戏廊则是被赏戏的王公大臣观戏之所。

图2 修缮后的德和园大戏楼（引自：颐和园德和园大修实录）

由于历史原因，在20世纪50年代，原来开敞的看戏廊被装上门窗改为旅馆。德和园对外开放后，看戏廊又被改为展厅，颐乐殿前也增设了临时看台，以满足游客临时观看京剧表演之需，并一直延续到2011年。为确保遗产的真实性，2012年的修缮决定打开看戏廊，恢复原状[5]。

2 京剧演出的声学特征

据史料记载，德和园大戏楼在清代上演的剧目以京剧为主。京剧生旦净丑演唱声音频率特性各不相同，女性演员频率最高的为花旦、青衣，近1 000 Hz，比西洋唱法的女高音880 Hz高近一个音；最低的老旦则介于西洋唱法的女中、高音之间。男性演员发声基频略低，但其音域的最高音至少比男高音440 Hz还要高一个音。由此可见，京剧唱声以中高频为主，属于西洋唱法的高音声部，唱腔的特点之一就是调门高[6]。在优秀京剧演员的唱段中，还普遍具备“歌手共振峰”现象，其频率主要在2 500 Hz～2 800 Hz之间[7]。另外，京剧乐器的发声也是中高频居多，而且节奏较快。这都就要求声场对中高频要有较好的再现能力，同时保证高调门快速演唱时的语言清晰度。而看似与发声无关的舞台动作，其实也与声学关系密切，如京剧表演中的“毯子功”，人在毯子上完成各种翻、扑、跌、打、滚等技巧动作[8]，毯子功落地时的低频碰撞声加深了舞台现场感，这也是京剧表演除了演唱和伴奏之外独特的声学魅力。

3 音质评价物理指标

对于音乐厅、歌剧院等全封闭室内厅堂，目前已经有了一套较为成熟的，以描述声音本身特征和听者感受为核心的音质评价体系。德和园戏楼院虽然属于半室外的开敞空间，鉴于其所评价的内容与室内厅堂相似，本文仍沿用室内音质评价方法对其进行测试评价。主要测试混响时间、声场不均匀度、脉冲响应三个指标。

1）混响时间

混响时间是指在声源停止发声后，声音自稳态声压级衰减60 dB所经历的时间，混响时间长，声音听起来“丰满”，但混响过长则显的“浑浊”；混响时间短，声音听起来“干涩”，但可能很“清晰”。

2）声场不均匀度

声场不均匀度是指区域内测得的最大与最小声压级之差，即P=Pmax–Pmin，式中Pmax、Pmin分别为区域内各位置上测得的最大和最小声压级值，声压级的大小表征声场内某点的声音大小。人耳能判断的声压级最小变化是3 dB[9]，声场不均匀度小于3 dB，说明声场分布均匀。

3）脉冲响应

脉冲响应是接收到的脉冲声随时间推移的变化规律。一般音质较好的厅堂的脉冲响应图是一个稳定衰减的图形，同时在50 ms内有较丰富的直达声和反射声，在50 ms外逐渐衰减，无明显突出的回声式反射。它对研究声场的早期反射声以及是否存在回声等音质缺陷具有重要意义。

4 测试方案的制定

4.1 测试布点

根据文献记载，戏台一层为主要演唱区域，二层偶尔会有演唱，三层只有动作表演[10]，而听众则位于颐乐殿和东西看戏廊[11]。因此，我们将声源分别布置在戏台一层和二层，声音接受点主要布置在颐乐殿前廊、看戏廊和庭院内。混响时间与脉冲响应接受点相同，修缮前11个点，修缮后增加廊内3个点（图3）；声场不均匀度修缮前27个点，修缮后增加廊内10个点（图4）。修缮前，颐乐殿、看戏廊门窗处于关闭状态；修缮后，颐乐殿门窗处于关闭状态，看戏廊已经打开，临时看台已拆除。

图3 混响时间、脉冲响应测试点位布置图

图4 声压级测试点位布置图

4.2 测试方法

采用Norsonic140声学分析仪、Norsonic280功率放大器、发令枪、Norsonic276无指向性扬声器，依据混响时间、声场不均匀度、脉冲响应测试规范[12–13]，对预定测试指标进行测试。

1）混响时间

在现场布置声源及测试点位（图4），各测点记录三组数据并取均值得出各测点的T20混响时间。

2）声场不均匀度

在现场布置声源及测试点位（图5）。根据使用功能以及与声源的相对距离的不同，将庭院平面划分为五部分，依次为颐乐殿前廊、角落交通区、侧廊前檐口下、露天庭院内和侧廊廊内（对应测点见表1、表2）。各测点记录三组数据并取均值得出各测点声压级，计算各个区域的声场不均匀度。

3）脉冲响应

使用发令枪发出声信号作为声源，在各测试点位(图3)保存带有发令枪声信号的录音，得到脉冲曲线图。

5 声学测试结果的对比及分析

5.1 混响时间

本文仅选取不同区域具有代表性的三个点，即图3中的测点2、8、11，进行详细的比对分析。

测点2修缮前后的混响时间如图5所示。修缮前，低频（250 Hz以下）混响时间波动幅度在0.3 s以内，中频（500 Hz～1 kHz）在0.2 s以内，高频（2 000 Hz以上）波动幅度不大，整体上随着频率的增加混响时间呈逐渐降低的趋势，这与空气对高频声吸收较多有关。相比而言，修缮后的混响时间除了在100 Hz～200 Hz之间有较大起伏之外，中频保持在1.2 s左右，高频随频率升高而降低的趋势较修缮前略微平缓。经分析，修缮后混响时间略高于修缮前，低频差距较大的原因主要在于临时看台，其轻钢龙骨外包密度板的构造方式形成了一个类似薄膜共振的吸声体，吸收低频声效果显著。

图5 修缮前后声源位于一层时测点2的混响时间频率特性曲线

图6 修缮前后声源位于一层时测点8的混响时间频率特性曲线

测点8的混响时间如图6所示。修缮前在100 Hz～400 Hz之间混响时间有较大幅度波动，高达0.5 s；中频基本维持在1.2 s上下；高频频段混响时间随着频率的增加而降低的趋势较为明显。修缮后低频频段混响时间波动幅度较修缮前要小，除200 Hz～250 Hz之外，其他频率对应值均比修缮前高，与中频相比低频上扬6.5%；中频各频段略高于修缮前，基本保持平直；而高频较修缮前降低0.1 s左右，衰减趋势几乎一致。

测点11的测试结果如图7所示。修缮前混响时间在各频段上均有较大波动，并不理想。与之相比，修缮后低频有小幅波动，基本在0.3 s以内，比中频高出3%左右；中频在500 Hz～800 Hz之间有0.3 s的波动；而高频混响时间整体低于修缮前，衰减趋势较为平缓。

图7 修缮前后声源位于一层时测点11的混响时间频率特性曲线

综合各测点测试结果，对比修缮前后的频率特性曲线（图8），明显看出修缮后低频混响时间要长于修缮前，但波动幅度要远小于修缮前；而中频、高频则基本一致。导致这一结果的原因：一是看戏廊完全敞开，相当于增加耦合空间，使混响变长；二是临时观众席的拆除减少了对低频声的吸收。总体来说，修缮后的频率特性曲线更加平直，混响时间基本处于最佳范围内，乐声的丰满度有所提高，同时也不会影响语言清晰度，比较适合京剧演出。

图8 修缮前后声源位于一层时的混响时间频率特性曲线

5.2 声场不均匀度

依据对各测点声压级的测试，声源位于一层与二层时观演区域的声场不均匀度分析情况如下表1、表2所示。

由上述分析可以看出：

1）声场整体不均匀度较大，主要观演空间声场分布均匀。

相比厅堂空间，德和园大戏楼这种半开敞的空间，其声场并非均匀扩散，声损失过大和缺少反射声的先天不足导致其声场不均匀度较大。当声源位于一层时，修缮前为7.47 dB，修缮后为8.53 dB；声源位于二层时，修缮前为12 dB，修缮后为12.33 dB。结果都远高于人耳能够辨别的3 dB，声源位于二层时的声场不均匀度更高。但从划分的五个区域来看，除庭院外，其他各区域内部声场分布还是很均匀的，因为大戏楼顶棚、颐乐殿和侧廊的屋檐、门窗扇以及斗拱、倒挂楣子等木作构件同样达到了扩散声音的目的。

2）修缮后侧廊内声压级较其他区域低，但声场分布较均匀。

表1 声源位于一层时的声场不均匀度结果及分析

表2 声源位于二层时的声场不均匀度结果及分析

侧廊内声压级较低，主要是因为距离声源较远，但声源位于一层时较声源位于二层时声场分布更为均匀，可能因为直达声所占比例较大，而反射声较弱。虽然测点28—37与声源的相对距离差距很大，但由于每个开间有来自隔墙、后墙的反射声，所以声压级差距并不大。

3）打开看戏廊、拆除临时看台，有效改善了主要观演区声场的不均匀度。

对比修缮前后声场的分布状况可以看出，修缮后主要观演位置如颐乐殿前廊和侧廊及其檐口下的声场不均匀度均有所降低，并且修缮后被打开的东西看戏廊的声场不均度也较低，而次要位置如庭院内的声场不均匀度较高。由此可见，看戏廊的打开和临时看台的拆除在保证空间真实性的同时也有效改善了声场不均度。

5.3 脉冲响应

测试结果显示，测试各点反射声强度随时间均匀降低，反射声逐步衰减的过程中没有出现明显的高强度反弹式反射，出现的强反射声也多集中在直达声到达后50 ms内（图9、图10），这有助于加强直达声，提升声音的丰满度，也说明声场无回声缺陷。

图9 测点2的脉冲响应

图10 测点4的脉冲响应

早期反射声在全部声能中占较高比例，这对提高语言清晰度也有积极的作用。另外部分测点100 ms内反射声强度比较均匀且没有明显的衰减（图10），这说明该点处“混响感”较好，有余音绕梁的听感。

6 结语

通过修缮前后两次测试数据的对比分析，可初步得到以下结论。

(1)修缮前后的大戏楼的声学特性保持了较好的一致性，其混响时间适中，脉冲响应衰减均匀，主要观演空间声场不均匀度较低，无明显回声。

(2)看戏廊恢复开敞，临时看台的拆除有效提升了中低频混响时间，其频特性曲线更为平直，更加适合京剧演出。

(3)相对二层声源，除庭院外各测点虽有较好的声场不均匀度，但声压级普遍过低，也就是说主要观演区无法清晰的听到二层所发出的声音。

测试结果从声环境真实性保护的视角，为看戏廊打开恢复原状，保护其空间的真实性提供了重要支撑；说明此次修缮有效的保护了德和园声场的真实性；有力的印证了所谓福禄寿三台同演，实际上是以寿台演唱为主，福禄二台动作陪衬的历史史实；相关的测试数据、声场特性分析也为后续的德和园声学科技展示奠定了坚实基础。此次德和园修缮前后的声学测试研究，是发掘中国古代建筑声学科技，辅助遗产保护、展示决策的一次有益尝试，对同类观演建筑遗产的保护与展示也具有一定的示范意义。