乐罩对剧院音质参量的影响分析

李佳菊

（华东建筑设计研究院有限公司声学及剧院专项设计研究所，上海 200011）

0 引 言

剧院是用来表演戏剧、歌剧等的演艺场所，因为演出需要，通常配备有相当大的舞台，呈现给观众的是台口部分，供大众欣赏演艺。音乐厅的舞台（演奏台）通常完全暴露，乐队在演奏台上使用自然声进行交响乐演出。当剧院设置自然声演奏音乐功能时，舞台上需设置乐罩。乐罩是有自然声演出功能剧场舞台表演区的重要组成部分，其作用是防止有限的自然声能被舞台吸收和逸散，并为乐师提供良好的相互听闻[1]。

最早的乐罩产生于20世纪30年代，当时的剧院通常采用临时吊置三夹板、帆布刷油漆等轻质材料的反射板来改善在剧院内自然声演出时的音质，获得了较好的效果。1974年，因中央乐团和美国费城交响乐团来华演出，在北京民族文化宫剧场舞台设置了我国第一个封闭式乐罩[2]。乐罩的广泛使用，充分发挥了剧院的使用效率，丰富了剧院的演出形式。乐罩的形式有敞开式和闭合式。乐罩的材质也分为轻型和重型。经过时间的验证和从实用的角度考虑，目前比较流行的是轻型闭合式乐罩，如哈尔滨大剧院乐罩，如图1所示。

图1 哈尔滨大剧院乐罩照片Fig.1 The acoustic reflection cover in Harbin Grand Theatre

1 音质参量

音质参量是用来客观描述音质特征的物理量，可由实测获得。音乐的混响感，通常用音质参量的混响时间和早期衰变时间来表征；音乐丰满度用音质参量明晰度来表征；音乐的响度用音质参量强度因子来表征；音乐的空间感用音质参量早期侧向声能比和双耳互相关系数来表征，乐师间的相互听闻用音质参量舞台支持度来表征[3]。

数据样本从50多座剧院的实测数据（测试标准参考ISO3382[4]）中选取了上海大剧院、哈尔滨大剧院、北京保利大剧院、重庆大剧院、无锡大剧院、嘉定保利大剧院、武汉琴台大剧院、大连达沃斯会议中心大剧院、东莞玉兰大剧院、厦门嘉庚艺术中心大剧院、苏州科技文化艺术中心大剧院、重庆施光南剧院、恩施州文化艺术中心剧院、上海文化广场剧院、深圳南山文体中心剧院、上海城市剧院、福建大剧院大剧场、孝感市文化中心大剧院、杭州大剧院、敦煌大剧院、海口湾演艺中心、青岛城阳大剧院、深圳光明文化艺术中心大剧院、厦门思明剧院，共24个完善的厅堂为样本库，对24座剧院加乐罩前后声场空场的混响时间、早期衰变时间、明晰度、强度因子、早期侧向声能比、双耳互相关系数、舞台支持度实测数据进行统计分析。

2 乐罩对剧院音质参量的影响统计

2.1 混响时间

混响时间T30是声能从-5 dB衰减到-35 dB所需的时间，是最重要的音质参量。24座剧院加乐罩前后混响时间平均值对比如图2所示。

图2 24座剧院加乐罩前后混响时间平均值对比图Fig.2 Average reverberation times of 24 theatres before and after assembling the acoustic reflection cover

从图2可以看出，24座剧院加乐罩前的中频（500～1 000 Hz）混响时间平均值是 1.55 s，加乐罩后的中频混响时间平均值是 1.78 s，中频混响时间平均提升量为 0.23 s。加乐罩后，中高频混响时间有比较大的提升，但是在低频，特别是125 Hz，增量为-0.17 s。

图3为加乐罩后中频混响时间增加量正态分布曲线图。从图3可以看出，加乐罩后的观众厅中频混响时间的增加量落在0.18～0.28 s的最多，有16座。加乐罩前后 24个大剧院的中频混响时间增量的平均值为0.23 s，标准差为0.082 s。

图3 加乐罩后中频混响时间增加量正态分布曲线图Fig.3 The normal distribution curve of mid-frequency reverberation time increment after assembling acoustic reflection cover

2.2 早期衰变时间

早期衰变时间（Early Dccay Timc， EDT）是由声源停止后声能最初衰减10 dB所需的时间推算得到衰减60 dB所需的时间。早期衰变时间与人耳的主观感受密切相关。

加乐罩前后，早期衰变时间数据有效的剧院有23座。23座剧院加乐罩前后早期衰变时间平均值对比如图4所示。图4可以看出，在加乐罩前，23座剧院的中频早期衰变时间平均值为 1.32 s，加乐罩后，23座剧院的中频早期衰变时间平均值为1.64 s，中频早期衰变时间平均提升量为0.32 s。

图4 23座剧院加乐罩前后早期衰变时间平均值对比图Fig.4 Average early decay times of 23 theaters before and after assembling the acoustic reflection cover

加乐罩后中频早期衰变时间增加量正态分布曲线如图5所示。从图5可以看出，加乐罩后的观众厅中频早期衰变的增加量落在 0.23～0.4 s的最多，有14座。加乐罩前后23个大剧院的中频早期衰变时间增量的平均值为0.32 s，标准差为0.11 s。

图5 加乐罩后中频早期衰变时间增加量正态分布曲线图Fig.5 The normal distribution curve of mid-frequency early decay time increment after assembling acoustic reflection cover

2.3 明晰度

明晰度C80为早期声能与后期声能的比值，单位为dB。其中，早期声能指0～80 ms内到达的声能，而后期声能则为80 ms以后到达的声能。加乐罩前后，明晰度数据有效的剧院有23座。C80的表达式为

式中：p（t）指脉冲响应在测点位置处的瞬时声压。23座剧院加乐罩前后明晰度平均值对比如图6所示。加乐罩后明晰度增加量正态分布曲线如图7所示。图7中的明晰度C80（3）是 500 Hz、1 kHz、2 kHz三个倍频带的明晰度值加以平均。不同的演出形式C80适应的最佳值不同。加乐罩前后，明晰度有效数据有23座剧院。23座剧院加乐罩前的C80（3）为2.5 dB，加乐罩后的C80（3）为-0.32 dB。

图6 23座剧院加乐罩前后明晰度C80（3）平均值对比图Fig.6 Average clarityC80(3) of 23 theatres before and after assembling the acoustic reflection cover

图7 加乐罩后明晰度C80（3）增加量正态分布曲线图Fig.7 The normal distribution curve of clarityC80(3) increment after assembling acoustic reflection cover

加乐罩后的观众厅C80（3）的增加量在-3.42～-1.64 dB（中值-3.42 dB，-2.53 dB，-1.64 dB）的最多，有18座。加乐罩前后23个大剧院C80（3）增量的平均值为-2.53 dB，标准差为0.89 dB。

2.4 强度因子

强度因子G是指从一无指向性声源到达厅堂中某一座席处的声能，与同一声源在消声室中10 m距离处所测得的声能之比再取对数值[5]，单位为dB。加乐罩前后，强度因子数据有效的剧院有 20座。20座剧院加乐罩前后强度因子平均值对比如图8所示。加乐罩后Gmid增加量正态分布曲线如图9所示。图9中的强度因子Gmid是 500 Hz、1 kHz两个倍频带的强度因子加以平均。

图8 20座剧院加乐罩前后强度因子平均值对比图Fig.8 Average strength factors G of 20 theaters before and after assembling acoustic reflection cover

图9 加乐罩后Gmid增加量正态分布曲线图Fig.9 The normal distribution curve of strength factorGmidincrement after assembling acoustic reflection cover

20座剧院加乐罩前的Gmid为 1.46 dB，加乐罩后的Gmid为4.0 dB，加乐罩前后各频率强度因子有显著提升。加乐罩后的观众厅强度因子Gmid的增加量落在1.972～3.173 dB（中值 2.572 dB）的最多，有14座。加乐罩前后20个大剧院的强度因子Gmid增量均值为2.57 dB，标准差为0.8 dB。

2.5 早期侧向声能比和双耳互相关系数

早期侧向声能比JLF表示接收位置上前 80 ms内从侧面到达的声能与总声能的比：

其中：p8（t）是指用“8字型传声器接收到的瞬时声压；p（ t）是指用脉冲响应在测点位置处的瞬时声压。JLF应该是全频段的，但是我们一般计算JLF（4）作为单值评价量，JLF（4）是 125 Hz、500 Hz、1 kHz，2 kHz 4个倍频带的早期侧向声能比加以平均。双耳互相关系数IACC是某一瞬间到达两耳的声音的差异性的量度。IACC是0时，说明两耳上的声音完全不同。

加乐罩前后，早期侧向声能比和双耳互相关系数的有效数据有12座剧院。12座剧院加乐罩前后早期侧向声能比平均值对比如图10所示。12座剧院加乐罩前后双耳互相关系数平均值对比如图11所示。图10、11显示，12座剧院的早期侧向声能比和双耳互相关系数变化不显著。

图10 12座剧院加乐罩前后早期侧向声能比JLF（4）平均值对比图Fig.10 Average early lateral reflection energy ratiosJLF(4) of 12 theatres before and after assembling acoustic reflection cover

图11 12座剧院加乐罩前后双耳互相关系数IACC平均值对比图Fig.11 Average double-ear correlation coefficientsIACCof 12 theatres before and after assembling acoustic reflection cover

2.6 舞台支持度

舞台支持度ST-carly定义为距离无指向性声源1 m处测得的直达声后最初10 ms内到达乐师位置的声能与同一位置处 20～100 ms内到达的声能之比，表达式为

加乐罩前后，舞台支持度的有效数据有4座剧院。4座剧院加乐罩前的平均ST-carly为-18.9 dB，加乐罩后的平均ST-carly为-11.11 dB。4座剧院加乐罩前后舞台支持度平均值对比如图12所示。由图12可以看出，加乐罩前后舞台支持度有显著提升，平均提升了7.8 dB。

图12 4座剧院加乐罩前后舞台支持度ST-carly平均值对比图Fig.12 Average stage support degreesST-earlyof 4 theatres before and after assembling acoustic reflection cover

3 总 结

3.1 加乐罩前后数据

表1中为加乐罩前后T30、EDT、C80（3）、Gmid、JLF（4）、IACC等音质参量的增加量和它们的标准差。

表1 加乐罩前后的音质参量变化汇总Table 1 Summary of acoustic quality parameter increments after assembling acoustic reflection cover

3.2 观众厅角度

3.2.1 混响感

混响时间和早期衰变时间是表征混响感的音质参量。

混响时间加乐罩前后，混响时间增加量平均值为 0.23 s，增加量最多的是北京保利大剧院和敦煌大剧院，增加量为 0.39 s。但是在低频，特别是125 Hz，增量为-0.17 s。分析原因是乐罩通常为纸蜂窝结构或者铝蜂窝结构，此种构造面密度比较低，对低频声能吸收很大，导致低频混响时间呈负增加。吸声系数曲线如图13所示。

图13 乐罩吸声系数曲线Fig.13 The acoustic absorption coefficient curve of acoustic reflection cover

如要提高低频混响时间的增量，可以考虑增加乐罩的面密度。因乐罩过重会增加舞台的荷载，从而需要性能更高的舞台地面，进而会增加工程的造价。因此合理控制乐罩的面密度，使其吸收掉的低频声能在合理范围内即可。

加乐罩后，早期衰变时间增幅较明显。加乐罩后的观众厅中频早期衰变的增加量最多的是上海大剧院，增加量为 0.57 s。很多剧院因为台口八字墙的角度受到音箱室的位置限制，有时在声学有效反射的位置进行音响口开洞，从而减少观众厅早期反射声的覆盖，乐罩的出现较好地弥补了这一点，为观众厅提供了更为丰富的早期反射声，从而提升了音质参量。

3.2.2 明晰度

明晰度是表征音乐演奏过程中可分辨程度的物理量，与丰满度是相对的物理量，C80越大，音乐的明晰度越高，丰满度越低。加乐罩后的样本中，明晰度变化量最大的是北京保利大剧院，明晰度的增量为-3.8 dB。乐罩对明晰度的改善均衡了大剧院在演奏交响乐时音乐的清晰度和丰满度。

3.2.3 强度因子

强度因子表征响度的物理量，加乐罩后的观众厅中频强度因子的增加量均值为 2.57 dB，增加量最多的是上海文化广场，为4.2 dB。20座剧院的低频125 Hz强度因子G125增加量均值为1.9 dB，低频强度因子G125增加量相对中频强度因子较弱，跟乐罩的声学特性有关。G125与音乐的温暖感有关，加乐罩后剧院的G125均值为4.2 dB，而交响乐厅通常有较高的G125值，根据华东院声学所《剧院音乐厅音质参量的检测和深入研究》[6]课题研究成果，国内 17个 1 200座交响音乐厅的G125均值为5.4 dB。这可能是一些指挥家认为音乐厅无可替代的原因之一。

3.2.4 空间感和亲切感

早期侧向声能比和双耳互相关系数是表征厅堂中空间感的客观参量。空间感是指听众在厅堂中产生的被声音所包围的感觉。

空间感与亲切感因与剧院的体型设计密切相关，加乐罩前后，剧院观众厅的体型并未发生变化，故音质参量JLF、IACC变化不显著。

3.2.5 观众厅脉冲响应

以孝感市文化中心大剧院为例，观众厅加乐罩前后的脉冲响应如图14所示。乐罩对舞台进行了物理上的隔离，在增加体积的同时，减少了吸声面，每座容积随之增大，代表房间声场属性的脉冲响应发生了变化。这对声场的改变是根本性的，从而会伴随各音质参量的变化。

图14 孝感市文化中心大剧院加乐罩前后观众厅脉冲响应对比图Fig.14 The pulse responses of the auditorium in Xiaogan Culture Center before and after assembling acoustic reflection cover

3.3 舞台角度

3.3.1 舞台支持度

舞台支持度是表征舞台上乐师间的相互听闻、乐声的融合的物理量。

加乐罩前后，舞台支持度改变量最大的是海口湾演艺中心，改变量为9.8 dB。

3.3.2 舞台脉冲响应

以孝感市文化中心大剧院为例，舞台加乐罩前后的脉冲响应如图15所示。

图15 孝感市文化中心大剧院加乐罩前后舞台脉冲响应对比图Fig.15 The pulse responses of the stage in Xiaogan Culture Center before and after assembling acoustic reflection cover

乐罩减少了自然声被舞台空间的稀释，乐罩内部的声能密度也明显升高，丰富了早期反射声。舞台支持度的明显变化说明了这一点。舞台支持度的提高，很好地改善了乐师间的听闻，促进了音乐的融合。

4 展 望

乐罩向着美观和高效实用的方向发展。定制型乐罩，是追求美观的设计师，结合观众厅的设计风格，对乐罩的外观进行了艺术设计，使其和观众厅的装饰风格融为一体。声学改进型乐罩，是在乐罩的侧板和后板上增加横向水平板，声音从乐器发出后，经过侧板和后板的反射，改变原本向上的传播路径，提前向下反射到舞台区域，从而使乐队获得有效的二次向下反射声，更好地提高乐师间的相互听闻，激发了演奏者的热情，使观众与演奏者产生共情，从而享受整个演出过程。

致谢感谢多年来华东建筑设计研究院有限公司声学及剧院专项设计研究所的同事对数据的收集。