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探討易北愛樂廳的聲學設計與音質效果

2019/9/16 16:09:49      來源:演藝科技傳媒
[提要]易北愛樂廳(Elbphilharmonie)(圖1)位于德國漢堡歷史悠久的Sandtorhafen碼頭,是建設中的漢堡港城的一部分,位于倉庫城的最西端。整棟建筑共25層,最高達110 m。

易北愛樂廳(Elbphilharmonie)(圖1)位于德國漢堡歷史悠久的Sandtorhafen碼頭,是建設中的漢堡港城的一部分,位于倉庫城的最西端。整棟建筑共25層,最高達110 m。易北愛樂廳主要包括2個音樂廳(2 100座大廳和550座小廳)、45套奢華公寓、244間五星酒店、1個距地面37 m高并可360?俯瞰城市全景的公共廣場以及停車場、相關配套用房等(圖2)。建筑設計是由赫爾佐格和德梅隆(Herzog & de Meuron)建筑工作室完成。

 


圖1 易北愛樂廳建筑外觀


圖2 易北愛樂廳建筑結構透視圖

 

易北愛樂廳2016年10月竣工時,總成本已經高達8.656億歐元(其中,市政府負擔7.89億歐元,5 750萬歐元來自各界的捐贈,1 910萬歐元則來自出售公寓、酒店、餐館等商業設施)。開業后的5年,漢堡市政府每年撥款600萬歐元用于音樂廳的運轉。

1 2100座大廳

2100座大廳(圖3~圖6)的觀眾廳體型為“葡萄園式”,舞臺位于中間,觀眾席設在四周。2100個觀眾距離指揮的距離均在30 m之內,即使距離最遠的觀眾也能清楚地看到樂手和指揮的每一個動作,近距離體驗音樂的魅力。音樂廳的長、寬、高平均為46 m、40 m、20 m。體積23000 m3,每座容積約11 m3/座。舞臺頂部懸掛有像“倒掛蘑菇”的反聲板,最低點距離舞臺高度15 m。

 


圖3 大廳的舞臺方向


圖4 大廳的觀眾席方向


圖5 大廳的建筑平面圖


圖6 大廳的建筑剖面圖

1.1 大廳體型的由來

在聲學設計單位介入之前,音樂廳的體型已經基本確定。由法國dUCKS scéno公司配合建筑師赫爾佐格與德梅隆確定。筆者曾經與dUCKS scéno合作過,并請公司創始人米歇爾·科瓦介紹過易北愛樂廳體型的設計思路。

大廳的體型借鑒了柏林愛樂音樂廳和哥本哈根音樂廳的葡萄園及非對稱式體型。第一步,首先確定舞臺和池座的大致形狀(圖7中的紅色輪廓線)。第二步,把紅色輪廓線放大1.4倍,然后逆時針旋轉9°,進行一定的修正后,確定為二層樓座的大致形狀(圖7中的藍色輪廓線)。第三步,把藍色輪廓線放大1.1倍,然后逆時針旋轉7°,進行一定的修正后,確定為三層樓座的大致形狀(圖7中的洋紅色輪廓線)。最后,形成一種層層挑臺式樓座在豎向上旋轉上升的非對稱布局的精妙空間效果。還有一個特點,觀眾可以從池座走到樓座的任何一個位置,而不用通過外面的走廊和樓梯進入樓座。


圖7 大廳的建筑體型由來示意圖

1.2 彈簧頂升的“浮筑”構造

根據相關資料描述,易北愛樂廳坐落于繁忙的易北河航道中央,超級郵輪、萬噸貨輪等不計其數的船只每天在其周邊穿行而過,船只的鳴笛聲幾乎可以響徹整個漢堡。而音樂廳的周圍,密集分布著附屬功能用房(例如酒店、住宅、簡易餐飲空間),正下方又是熙熙攘攘的市民廣場觀景臺,這些對大廳的隔音設計提出非常高的要求。

大廳的12 500 t重型獨立鋼結構與外部整體建筑完全分離,通過底部342個(圖8~圖9)、屋頂區域34個(圖10)彈簧減振器相連,避免對音樂廳的影響。大廳支撐總重量為90 000 kN,頻率為4.5 Hz。為了防止振動通過管線槽傳遞,管線槽也斷開連接(圖11)。


圖8 大廳底部彈簧減振器安裝位置圖


圖9 大廳底部的彈簧減振器


圖10 大廳頂部彈簧減振器安裝位置圖


圖11 大廳管線槽斷開圖

 

1.3 微擴散的造型

由1萬多個面板組合而成的白色墻體和吊頂(戲稱為大廳的白色“皮膚”),面積達6 500 ㎡。赫爾佐格、德梅隆、聲學家豐田泰久(Yasuhisa Toyota)和One to One工作室的本杰明·科倫(Benjamin Koren)合作設計了面板的形狀。科倫發明了一種算法,通過這種算法編寫的程序控制機床對面板進行鉆鑿。每個面板都鉆鑿有約100個“凹槽”,共有約100萬個“凹槽”,尺寸4 cm~16 cm不等。面板面密度為35 kg/㎡~125 kg/㎡,具體數值取決于“凹槽”的大小和深度。每個面板具有獨特的形狀和圖案,可以滿足建筑裝飾的美學和聲學的微擴散要求。

根據房間的幾何形狀,聲學設計師要求某些面板(如觀眾廳后墻的面板)需要更深、更大的“凹槽”來消除回聲;某些區域(如反射板后面的天花板表面和欄桿的頂部)只需要較淺的單元(圖12~圖17)。面板的材料是回收建筑廢料重新粉碎壓制而成的人造石板。

 



其實,100萬個大小不等的“凹槽”就是聲學設計最基本的微擴散造型設計。如果墻面和頂面是大而光滑的平面設計,反射的聲音聽起來就會尖銳而不柔和。而采用微擴散設計,聲音聽起來就會圓潤、柔和。

1.4 混響時間的調節

在大廳安裝了81塊電動可變雙輥橫幅,聲學滾輪橫幅從木地板處上升,不使用時可以降低到與地板齊平的表面,每塊寬3.00 m、高2.60 m。采用高阻燃Trevira CS面料制成,具有較高的吸聲系數(圖18)。由于演出樂隊的規模大小不等,不同規模的樂隊發出的聲音能量是不同的。特別是打擊樂通常布置在后部,緊靠舞臺的后墻,聲音比較大,對樂手耳朵也是一種損傷。因此,舞臺的墻面設置為鏤空墻面,后面掛有吸聲簾幕(采用Trumpf 95軌道系統)(圖19),可根據演出的需要,調節樂隊聲能的大小。


圖18 Trevira CS面料的吸聲系數


圖19 大廳可升降的雙層吸聲簾幕

1.5 擴聲系統

2018年7月,經過最終的現場演出測試,確定固定安裝系統為18只VIDA L+C,分為6組(每組3只VIDA L+C垂直疊加組成),呈環形排列的方式安裝在一個可升降的1 m多圓形平臺上,在舞臺兩側采用隱藏的方式各安裝2只的VIDA L+C,用以覆蓋一層的觀眾區。當要求自然聲演出時,平臺需隱藏進反射板中,所以擴聲系統只能采用非常緊湊小巧的揚聲器,傳統揚聲器和線陣列揚聲器都無法勝任。

VIDA L系統具有波束可控及波束分離的特性,使得整個系統可以將聲音投射到需要投射的觀眾區域,可以不受建筑結構的干擾。VIDA C心形指向模塊用來增進低頻控制。常規音樂廳頂上懸掛多組揚聲器或線陣列顯得比較繁多,采用環形排列安裝揚聲器的易北愛樂廳則顯得干凈、簡潔(圖20~圖21)。


圖20 演出公司自帶的擴聲系統(顯得繁多)


圖21 采用VIDA系列的擴聲系統(顯得簡潔)

 

1.6 管風琴

大廳的管風琴由德國Johannes Klais Orgelbau建造,采用傳統手工制作而成(圖22~圖23)。管風琴共有69栓,管道長度在11 mm~10 m之間,共有4 765根管子。大約400根木管由超過180年的木材建造,保證耐用性和良好的質量。管風琴寬約15 m,深約3 m,重約25 t。


圖22 隱藏在孔板后面的管風琴


圖23 隱藏在鋼格柵后面的演奏臺

 

2 550座小廳

與大廳相比,小廳遵循“鞋盒式”的經典概念,是舉行室內樂、獨奏、獨唱音樂會以及爵士等音樂會的場所(圖24~圖25)。該空間配有靈活的座椅和舞臺元素,提供多種配置和座位,最多可容納550人。在小廳中,安裝了52個G-SORBER系統(系統由一個滾輪組件組成,兩個織物層封裝在一個保護外殼中,見圖26),寬1.70 m,高6.50 m。采用高阻燃Trevira CS面料制成,具有較高吸聲系數。小廳的墻壁表面有波浪形起伏的“鼓包”微擴散造型,是由一根根木條拼制而成。演奏廳懸浮在56個彈簧組件上,實現隔音分離。小廳支撐總荷載為20000 kN,頻率3.5 Hz。

 


圖24 小廳前視圖

 


圖25 小廳后視圖


圖26 G-SORBER系統

 

3 褒貶不一的音質效果評價

大、小廳音質參量的測試數據見表1 ( 數據來源https://www.nagata.co.jp/),測試條件為空場,滿場混響時間為估算值。


3.1 正面評價

《漢堡易北愛樂大廳開幕100天體驗報告》中寫到,“大廳的音響效果被廣泛議論。多數評論家和音樂家對音樂廳持肯定態度,熱烈討論著這種玻璃般的聲音質感和透明感。有一點可以確定,在這樣的音樂廳里不允許犯錯誤。當音樂家或歌手沒有準確演奏時,會很明顯地顯現出來。但這也意味著,樂隊水平越高,聲音效果也會越好。作為聽眾,一定要避免咳嗽或發出悉窣聲,因為這樣所有人都會聽到。”

易北愛樂廳總監克里斯托夫·利本·塞特(Christoph Lieben Seutter)認為,800場音樂會后,許多聲學專家和指揮家均認為這里是一個獨特而迷人的空間,它能讓觀眾和藝術家都感到興奮,到目前對音樂廳很滿意!

3.2 負面評價

倫敦愛樂樂團(London Philharmonic Orchestra)的前任音樂總監、著名指揮大師穆蒂(Riccardo Muti)對媒體表達的最新態度是易北愛樂廳“聲音表現不佳”,“我不會再去那里演出,我不想在那里浪費時間。”早在2017年他就已經批評過,“這是一個平庸的大廳,創新的內部設計對聲學表達沒有任何正面作用,音響效果平平”,并將易北愛樂廳從芝加哥交響樂團(Chicago Symphony Orchestra)和維也納愛樂樂團(Wie ner Philharmoniker)的巡回演出場地中去除。

據德國《視頻古典音樂會》網站報道,2019年1月12日,德國男高音歌唱家喬納斯·考夫曼(Jonas Kaufmann)與瑞士巴塞爾交響樂團(Basel symphony)合作,演出馬勒的《大地之歌》。可能因為有部分區域的觀眾聽不見歌聲,紛紛離席找別的空座,變成群體喧嘩,一起早退。事后,考夫曼指責易北愛樂廳,“這個大玩具有聲音陷阱”,并評價這個音樂廳“聲音不如聲譽那么好”。考夫曼甚至建議再次重修易北愛樂廳,多使用一些木料,“目前它的混響時間完全不對,音樂廳的混響不對,那就啥都不對了。”

德意志廣播電臺(Deutschland Radio)一直對易北愛樂廳的聲學設計頗有微詞,曾用“起先的炒豆般贊美演變成后來的冰雹般聲討”來概括其聲學評價的演變。在考夫曼事件發生后,這家電臺把易北愛樂廳新聞發言人湯姆·舒爾茨(Tom Schulz)與聲學專家弗拉基米爾·巴爾澤(Vladimir Balzer)約在一起辯論。舒爾茨堅持認為“聲學設計幾乎完美,除了個別幾個座位”。但他承認考夫曼演唱時,他在音樂廳后排區域確實沒有聽見在唱什么。巴爾澤稱易北愛樂廳的聲學設計是豐田泰久主持的,他的風格是簡潔,并且具有日本設計師的精細,應該保證音樂廳聲音的完美,尤其像易北愛樂廳這樣的高投入設施,但現在看來,并非

100%。

3.3 聲學設計師豐田泰久如是說

對于首次聲效測試,易北愛樂廳的聲學總設計師豐田泰久激動不已,“我十分滿意。”

2012年的采訪中,他認為,“我確信易北愛樂廳就聲學而言是世界上最好的音樂廳之一。”

2019年2月19日,豐田泰久接受北德電臺的采訪,他表示已經知道了“考夫曼事件”,也知道考夫曼認為音樂廳四壁要多用木料的言論。但他認為,關于音樂廳聲音這件事,聲學家和音樂家會從不同的角度認識,“經常不太有一致意見,這是可以理解的”。

豐田泰久稱,易北愛樂廳實測具有極高的聲音透明度和清晰度,這點非常重要,因為現代高級音樂廳必須與數字錄音競爭,沒有清晰度肯定不行。

對于有人指責易北愛樂廳完全不適合聲樂表演這件事,豐田泰久認為,目前的討論和爭議都帶有強烈的情緒,一開始大家對易北愛樂廳的聲音評價非常好,可能是太好了,當現在被認為出現某些問題時,又一邊倒地認為很不好。無論如何都不能說在這個音樂廳不能進行聲樂和歌曲表演,否則在音樂廳啟用的起初階段,就會立即發現這個問題。“我并不是說易北愛樂廳的一切都是100%,也不是每場音樂會都能保證完美。”

3.4 影響已然產生

慕尼黑新音樂廳的建筑工程計劃2021年開工,2019年4月決定聘請目前就職于英國奧雅納工程公司的首席設計師中島健夫(Tateo Nakajima)。中島健夫是已故聲學大師拉塞爾·約翰遜(Russell Johnson)的弟子,約翰遜創造了伯明翰和琉森音樂廳等佳作,被視為“反豐田”的典范。

而原本被視為慕尼黑新音樂廳聲學設計不二人選的豐田泰久,近日因易北愛樂廳的聲學問題備受壓力。這一決定有一絲令人驚訝,因為巴伐利亞廣播交響樂團音樂總監馬里斯·楊松斯曾公開表示對豐田公司的支持。作為籌建新音樂廳最大支持者之一的楊松斯大師,曾將自己在2013年獲得的Siemens Musikpreis所有獎金捐給樂團用作建新廳的資金。

4 音質效果不佳的原因初探

歸納易北音樂廳負面評價的原因主要是兩點。指揮大師穆蒂不滿,應該是舞臺支持度不夠;歌唱家考夫曼歌唱時,音樂廳后排觀眾聽不到或聽清楚聲音,應該是在主唱位置發聲時,后排區域得到的反射聲比較少。易北音樂廳舞臺支持度值得優化的地方有以下幾點。

(1)采用的“倒掛蘑菇”形狀的整體反聲板

舞臺頂面是對所有樂師提供早期反射聲的最有效表面。研究表明,多塊小型反射板(簡稱“浮云”式反聲板)較之采用少數大片式反射板效果更好,易于使樂師獲得來自多塊反射板的反射聲(圖27)。露空率宜控制在50%左右。面積1.5 ㎡小塊反射板組合,對低頻反射仍屬有效。每塊略呈突曲形則更佳。由于小塊布置比較靈活,有利于不同反射方向的調節,使樂隊受益面更為均勻。這些反射板有時還須延伸到舞臺臺口之外,以照顧前排聽眾。因此,易北音樂廳采用整體反聲板對舞臺支持度的幫助,相對于“浮云”式反聲板而言,并沒有達到最佳。


圖27 德國柏林愛樂廳和美國戴維斯音樂廳的“浮云”式反聲板

(2)反聲板離舞臺地面的高度約15 m

1978年,新西蘭聲學家MarshalI.A.H研究發現,舞臺早期反射聲對演奏的支持是很重要的,且反射聲延時不能過長,有利于相互聽聞的延時不宜超過35 ms。也就是說, 反射板離舞臺地面的高度不宜超過7 m~13 m(圖28)。顯然,易北愛樂廳的反聲板離舞臺地面的高度偏高,來自反聲板的反射聲延時過長,對舞臺支持度的幫助有限。

 


圖28 德國柏林愛樂廳和美國戴維斯音樂廳的反聲板距離舞臺的高度剖面圖

(3)舞臺側墻采用穿孔板后掛吸聲簾幕的處理方式

舞臺后墻做吸聲處理可以理解,因為打擊樂器通常布置在后部,緊靠舞臺的后墻,聲音比較大,對樂手耳朵是一種損傷。后墻做吸聲處理吸掉一部分聲能,對樂手也是一種保護。

但是舞臺側墻也采用穿孔板后掛吸聲簾幕的處理方式則很少見,既減少來自側墻的早期反射聲對演奏的支持,也減少池座前區觀眾的早期側向反射聲。舞臺側墻上的門雖然沒做吸聲,但是與舞臺中軸線之間的角度卻加大了,反射聲的角度也不太好。

(4)大廳的聲線分析

分析主唱位置發聲時,后排區域的反射聲分布情況(聲源位置為距舞臺前沿3 m、離舞臺高度1.5 m處)。通過音樂廳的剖面聲線分析圖可以看出,來自反聲板和吊頂的大面積反射聲,基本上都反射不到后方和正面最上面的樓座觀眾席(圖29)。吊頂和后墻雖提供反射聲,但能量比較小(因為后墻做了大幅度的微擴散處理)。同時,人耳對來自后方的聲音也不宜察覺。這可能也是造成后排觀眾聽不到或聽清楚聲音的一個原因。

而從德國柏林愛樂廳的剖面聲線分析圖可以看出(由于反聲板之間存在間隙,位置較高的反聲板和后部吊頂也會透過間隙產生反射聲,都表示出來顯得比較凌亂,所以,這部分反射聲并沒有畫出),其后排位置都有來自前方的反射聲(圖30)。


圖29 易北愛樂廳大廳的剖面聲線分析圖


圖30 德國柏林愛樂廳的剖面聲線分析圖

正如考夫曼演出音樂會主辦公司的總經理和節目策劃人伯克哈德· 格拉斯霍夫(Burkhard Glashoff)事發次日對北德電臺記者說,易北愛樂廳的聲學設計總體不能說失敗,它還是好的,但現在看來有些缺陷。比如,只有正對舞臺的中間座位區聲音是好的,后方、側方和正面遠方,如果觀眾聽覺好、有經驗的話,會發現不能聽到完整清晰的聲音。如果是一個管弦樂團演奏,這個缺陷可能混得過去,如果是聲樂獨唱或樂器獨奏,缺陷就會暴露甚至放大。

5 探討豐田泰久的觀點正確與否

豐田泰久在中國做了不少項目,聲學效果也褒貶不一,他的一些觀點值得大家探討。

5.1 音樂廳聲學設計不設音質指標

豐田泰久在國內負責設計的幾個音樂廳(如上海交響樂團音樂廳、中國愛樂樂團音樂廳等)都不設定具體的音質指標,只保證讓駐場樂團滿意。這幾個音樂廳確實得到駐場樂團的指揮和領導的高度贊揚,易北愛樂廳

也得到北德廣播交響樂團的高度認可。

豐田泰久講到他當年為東京交響樂團設計的三得利音樂廳,在前三年的時間里,他一直遭到樂團的投訴,認為聲學效果一塌糊涂。但三年后,東京交響樂團態度大轉彎,盛贊音樂廳聲學效果是世界一流。其原因在于,每一個音樂廳的聲學個性都不相同,如果按照習慣去演奏就會一團糟,而當樂團慢慢熟悉音樂廳的特點之

后,就能夠調整出最佳聲學效果的演奏方法。

對于上海交響樂團音樂廳,開業演出時,同樣發現一些聲場效果的問題。但豐田泰久堅持先不做設計上的調整,而是讓上海交響樂團慢慢熟悉、習慣這座音樂廳。他說就像是婚后的兩個人,需要時間慢慢熟悉、磨合,適應對方的性格和習慣,才能達到完美和諧。

駐場樂團慢慢適應自己的新家是應該的,也是正確的。所謂“近朱者赤、近墨者黑”,即使一個音樂廳確實有聲學缺陷,駐場樂團在此演出久了,也會習以為常。

所以筆者認為,針對早期駐場樂團或巡演樂團提出的不滿意,聲學設計需要認真分析和研究,如果確實在聲學設計上有問題(如易北愛樂廳舞臺后部的觀眾聽不清,至少有聲學設計的問題),還是需要盡心去改進的,而不能一味地以“適應”為由,掩蓋真實存在的問題。

白瑞納克在《音樂廳和歌劇院》調研音樂廳的主觀評價時發現,樂團成員對自己的駐場音樂廳評價都比較高。因為他們覺得音樂廳的評價,部分反映他們駐場樂隊的水平。有些樂團的領導作為負責人,參與音樂廳的建造過程,如果音質效果不好,從某種意義上說他也是有責任的,所以他們一般評價都比較高。因此,為公平起見,駐場樂團的評價一般不被采用。

筆者不禁要問,既然不設音質指標,完工以后又何必去檢測音質參量呢?從這一點也說明,設立音質指標還是很有必要的。當然,為了滿足駐場樂團的喜好以及容許建筑創作更新穎、更美觀的音樂體型,事先通過計算機模擬分析,適當放寬某個或某幾個音質參量的容許范圍是完全可以接受的。

5.2 “每個音樂廳都是獨一無二的,每個音樂家需要足夠的時間來演奏以適應環境。”

豐田泰久說,“每個音樂廳都是獨一無二的,這意味著在聲學設計中一切都是全新的,這也意味著,音樂家在不同的音樂廳,要非常仔細地辨別他們自己和同事們在此時此地的聲音,并作出必要的調整。”“就算是柏林愛樂樂團到不同的音樂廳,也需要大量時間來適應環境。”在回應考夫曼的質疑時,豐田泰久表示,“我那天不在音樂廳內,所以只是聽說了這一情況,某些觀眾抱怨聽不到歌聲,我認為很常見。”豐田泰久告訴記者,“一般來說,這個音樂廳(指易北愛樂廳大廳)特別獨特,甚至比其他音樂廳更獨特。這意味著對每一個音樂家來說,這個外觀和內觀一切都是新的。音樂家需要足夠的時間來演奏,以適應環境。”

筆者認為,他的觀點半對半錯。對于駐場樂團而言,是正確的;對于巡演樂團或歌唱家而言,是錯誤的。

對于駐場樂團而言,音樂廳就是他們的家,是常年排練和演出的地方,所以類似柏林愛樂樂團適應新家(柏林愛樂音樂廳)七八年很正常。對于巡演樂團或音樂家而言,音樂廳不是他們的家,他們只是客人。他們一年甚至幾年才到這個音樂廳演出一場,為了保證演出效果,先讓他們花大量的時間(幾個月甚至幾年)去適應音樂廳的環境,是不可能、不現實的。他們特有的演奏方式和技巧是在自己的家(駐場音樂廳)長期適應形成的,他們在全球巡回演出時,不可能根據全球幾百家音樂廳的獨特環境,去長期適應并不斷地調整自己的演奏方式和技巧(即使調整也只能是微調)。

只有那些著名巡演樂團或歌唱家,以大家都認可的演出方式和技巧(否則他們就不會著名了)在不同的音樂廳進行演出,得出的主觀感受才是比較準確的。考夫曼在易北音樂廳發現后排觀眾聽不清歌唱家的聲音,這個問題絕不可能是普遍現象。如果是普遍現象,他就不可能那么盛怒,早就習以為常。而豐田泰久作為一個聲學設計師,遇到質疑后,首先應該分析原因,然后提出可能的改進意見,而不是讓歌唱家自己去適應。

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