波士顿的科学之魂

标签: 科学与艺术 剧院 原创 | 发表时间:2010-12-15 09:52 | 作者:菊 Yuheng Kuang
出处:http://songshuhui.net
波士顿交响音乐厅外景

波士顿交响音乐厅外景

建筑宛若一面镜子,无时无刻不映射着社会晴雨。而其中最复杂的建筑类型——剧场,则成为了社会以至于时代的缩影。

剧场设计的发展由来已久,并覆盖了一战、二战等各个时期,至今才逐步稳定健全。而其中的声学设计更曾举步维艰,历经百年积淀,却只如混沌开世,初显端倪。

早期的剧院设计受限于乐队、场地的规模,将大量的精力投注于剧院的结构,也并没有专业的声学设计。建筑设计师们更将声音想像成一条条的笔直的“声线”,通过厅堂壁面的复杂结构,使其跳跃前行,终达人耳。然而,这样的设计带来的提升却非常有限。

这种认识在1838年才得以摆脱,当年苏格兰工程师卢萨尔发明了沿用至今的“等响曲线”:如果要让表演者看到每位观众的头与肩,那么座位上升方式就不可能是当时流行的斜直线,而是一条斜率变化的曲线。虽然其原本目的在于改善观众的视角,却反而“顺便”提供了上佳的声音直达通道,音质也大为改观。

座椅“等响曲线”的计算

座椅“等响曲线”的计算

尽管如此,此时的建筑声学还只是处于比较直观和简单的探索阶段。虽然在19世纪下半叶,欧洲建起了不少音质极佳的音乐厅,如维也纳大音乐厅、莱比锡新音乐厅和阿姆斯特丹音乐厅等都被音乐行家认定为最好的音乐厅,殊不知它们的成功也并非在声学上杰出的设计,而是在误打误撞中成为了自然筛选的胜者。

现代厅堂声学的真正奠基者,是美国哈佛大学物理系的助理教授萨宾。但说起这位大师,似乎总会有讲不完的故事。

萨宾像

萨宾像

1895年,哈佛筹办的福格艺术博物馆刚刚落成就发现了大问题:主演讲厅的音响效果相当糟糕,甚至没人能听清楚台上在讲些什么。这显然不是演讲本身的问题,症结在于声学设计上的缺陷。

向来高高在上的哈佛显然没脸请别的学校来解决问题,于是他们决定把这只烫手山芋扔向自己。时年27岁的萨宾是哈佛物理系最为年轻的助教,虽然在教学上颇受学生的爱戴,但在研究上却了无成就。当哈佛校长埃利奥特邀请他解决福格演讲厅的问题时,估计他自己也被吓了一跳——虽然关于这一邀请的细节至今还是声学领域津津乐道的八卦,但不可否认,年轻的萨宾已慢慢显露出对问题的机敏反应以及其独有的科学韵律。

他注意到,当任何人在这一厅堂中讲话,都会有长达数秒的回响。也就是说,演讲者的声音先直达耳际,而后,同样声音又排着队般,向你潮涌而来——这些被“复制”的回声来自于讲厅各个壁面的强烈反射。于是萨宾用手边极为有限的资源开始了定量分析:一只秒表、一架便携式管风琴以及几位训练有素的学生。值得庆幸的是,在校长的帮助下他申请到了长期借用哈佛大学桑德斯剧院坐垫的权利——桑德斯剧院结构类似,却被公认有着非常好的听觉体验,最明显的区别在于,它的每个座位都套上了一副坐垫。当然,事情不总是一帆风顺,演讲厅每天依旧会用于各种课程的教学,而剧院也不会因其而关门歇业,更头痛的是环境的噪声,几乎无法排除——于是,一切实验都被安排在了午夜。实验不间断的重复进行,方法近乎简单:把桑德斯的坐垫移到福格演讲厅里做声学比较。于是,每天半夜,人们总会见到一群奇怪的家伙,背着大堆的垫子往返于桑德斯和福格之间,在凌晨,同样的一批人又将坐垫完完整整的装回桑德斯——这样的奇观持续了多年。

哈佛大学福格艺术博物馆内景

哈佛大学福格艺术博物馆内景

1898年秋天,萨宾初步完成了自己的实验,他指出,声音亦是一种能量,在封闭式环境中,声线的指向并没有那么关键,重要的是混响时间:当乐器停止发音后,声音并不马上消失,而是伴随着余音持续衰减(声学上把声音衰减60dB的时间称为混响时间,约百万分之一倍,声学使用指数标度,衰减3dB即二分之一)。混响时间太短会使声音变得干涩,太长则会使音乐失去清晰的线条,两者都不利于听感。实践表明,适合乐队演奏的音乐厅,混响时间应在1.5到2秒之间,演讲厅则更短。并且给出了一个简短的公式,可准确的计算出空间内的混响时间。也就是这个公式的诞生,催生了日后一个新的分支学科:建筑声学。这一公式也最终被命名为萨宾公式,成为了室内声学至今都无法超越的魔咒。

萨宾从实验中得知,福格演讲厅的混响时间高达5.5秒,正常语速下听众需接受每秒12-15词(包括回响)。它所需要的,是对反射声的准确吸收。于是在他的指导下,大厅更换了地毯、坐垫的面料,四壁新贴上了少见的毛毡装饰面,而这极具特色的解决方式更成为了福格大厅流传至今的标志性特色。

波士顿交响音乐厅内景

波士顿交响音乐厅内景

由于此次音质补救的巨大成功,同年,他即被聘为波士顿交响乐团的声学顾问,并被要求与建筑师米德、怀特合作设计一座新的音乐厅,这就是后来的波士顿交响音乐厅。这是第一座在建造前就进行声学设计的剧院类建筑,蓝本为当时欧洲公认最好的莱比锡音乐厅,但设计席位达到了史无前例的2600人,比莱比锡还高出70%。在精确的设计与建造后,满场的混响时间居然达到了1.8秒的最佳值。但到使用时,却跌破了大家的满心期望——音质平平,更了无生趣。萨宾的理论被现实击垮了,他的论文无人问津,学术再次成为软肋,并委身助理教授位置不前。

命运却总如一出交响,时时捉弄人心。

时代的车轮再次碾动向前,小编制乐队随着交响乐的发展逐步被大编制所代替,舞台规模日趋升级,波士顿音乐厅的音质竟一步步获得了越来越高的认可——当剧场终于宾朋坐满、锣鼓齐鸣,萨宾的公式也终于满足了他所设定的初始条件——但不知此时,这位远在天国的忧郁帅哥是否能露出欣慰的笑容?

(发表于《艺术世界/松鼠看艺术》,配图来自flickr社群)

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