衍变近千年的中国古戏台无疑是弥足珍贵的建筑声学文化遗产。古人巧妙利用建筑材料、结构和形制来助声，其复杂的形制结构设计，本质上是对直达声、反射声、混响声乃至共振声的综合利用或优化组合。
任羊贵老师介绍山西省中阳县桔槔村众神庙清代戏台的声学技术和声学效应
在无电声设备扩音的年代，演员演唱时面对一群熙熙攘攘、争先恐后往前挤的观众，若不在戏台上，仅靠自己的嗓子，会唱得很累，声音也传不远，根本无法满足他们乃至“神灵”的观演需求。由此可见，承载戏曲演出的中国古戏台在见证中华戏曲成长的同时，还肩负着传音的重任。事实上，为了优化“神灵”和民众的视听效果，改善演员演唱（奏）的声学环境，古人探索了近一千年。问题是，古戏台是怎样传音的？直达声通常是指通过空气传播可以直接到达人耳的声音。最早利用直达声的古戏台时人称之为露台。北宋时期，商业贸易发展，百戏成为其时民众十分喜爱的民间表演艺术。为了让更多的民众井然有序地观看百戏表演，城市中出现用枋木搭建的专用于节日庆典表演的临时性露台①，而乡村百姓则巧借敬神娱神之名，在神庙中建造了可用于表演的永久性露台，登封中岳庙的北宋露台和山西晋祠的金人台都是露台遗存实例。露台呈方形，约1米高，四周砖石垒砌，中间施以垒土，台面铺设方砖。其形制的源流，肇始于西周时期的方丘、方坛 [1]，之后为南朝梁武帝设的熊罴案和其后“王侯奢富”之家效仿熊罴案而设的奏乐台②。每逢庙会，观看献演的民众很多，露台的台基科学地利用了直达声，将舞台表演的声音传送到露台周围每位民众的耳中，成功解决了民众前后排遮挡或民众遮挡“神灵”观演视线的问题。[2]明代，时人通过抬高台基的办法将神庙山门与戏台合二为一，其称为山门戏台。从庙外看，山门戏台是高大壮观的山门，在庙内看，其是下设人行通道的戏台。现存最早的实例是创建于成化年间（1465—1487）的山西清徐县徐沟镇城隍庙山门戏台。山门戏台台基通常高约2米，超金元戏台约0.5米，可以更好地利用直达声将演戏声传播得更远。山门戏台适合较大场地和较多观众，该样式在此后很流行，几乎成为北方戏台的典型形制。河北涞源县泰山宫和山东峄山白云宫都是山门戏台。明人还创建了可以利用直达声的看楼，现存的最早实例是天启五年（1625年）山西高平王何村五龙庙的看楼。看楼有两层，二层通常为妇女、儿童观演的专用场所，江浙一带至今还保留着此习俗。随着商业的发展，在山陕商人的会馆或北方的一些神庙内，看楼的二层变成乡绅和贵宾等有身份者的雅座，如雍正年间（1723—1735）山西临县黑龙庙戏台、乾隆十七年（1752年）四川自贡西秦会馆戏台和乾隆三十六年（1771年）苏州全晋会馆戏台等。从声学角度看，看楼二层的观众有效避开了庙院内观众的遮挡，能更好地利用原本散逸向两侧的直达声。清代以降，看楼风靡大江南北，几乎成为中国古戏台建造的标准形制。明人创造性地利用山坡的自然斜度，砌筑了逐阶增高的石阶作为观众看戏的场所即坡度观众席。与庙院内多见的水平观众席相比，其先进之处在于前排观众不会遮挡后排观众的视线和声音，现存的遗存实例可见新绛县城隍庙正殿与明代乐楼间的七星坡。由于中国古戏台多建在地势平坦之处，其遇到的前后排遮挡矛盾多采用看楼、看台和高台基的山门戏台等声学构件化解，所以在清代，坡度观众席也未得到广泛使用，仅见忻州市庄磨镇连寺沟关帝庙和陵川县石掌村玉皇庙之戏台与正殿间的石阶。最为传奇的当属清代的“品字台”。为满足“神灵”的观戏需要，清人在其位置和方向不动的前提下，在正殿和山门戏台（“品”字的上口）之间又并排建造了两座台顶相连的戏台（“品”字的下两口），形成“品字台”。“神灵”既可直接看到这两座戏台上的表演，也可通过两座戏台之间的通道看到山门戏台上的表演，即同时看到、听到三台戏。现存实例仅见同治九年（1870年）建造的山西万荣后土庙“品字台”。反射声通常是指，声波在空气中传播时遇到反射物或反射面，传播方向改变后到达人耳的声音。古戏台的台顶、山墙、八字墙均是反射面，但是它们出现的先后顺序和之后的发展均不相同，虽然仅是几个反射面的演变，却历时约五百年。金代，在露台台面的四角立柱上搭建台顶，便形成了可四个方向观演的四面观舞亭，其实例遗存可见金海陵王正隆二年（1157年）泽州岱庙舞亭等。③台顶起初或许是为遮风挡雨而建，但舞亭的木制内顶是声反射体，可将原本向上散逸的声音反射回台面及舞台四周的观众。此时，舞亭内顶形同当代音乐厅之声反射罩，可改善声反馈，增加舞台支持度。 [3]明代，浙江、江西一带的戏台在表演区上方创造性地设计出异常精美的藻井，有八卦式、覆斗式和螺旋式等几种样式。现存的最早实例是婺源县镇头镇阳春村创建于嘉靖四十一年（1562年）④的方氏宗祠过路式戏台（兼门楼），其藻井的圆拱形结构呈覆碗状，可将声音汇聚其下 [4]，提高演员的声反馈。金大安岁次庚午（1210年）阳城县封头汤帝庙拜亭（献殿）不仅如此，清代浙江温州、台州等地的家祠中相继出现“二连贯”和“三连贯”。“二连贯”是古人在舞台前再复制一个形制几近相同的藻井做观众席，其台顶与戏台的台顶相连，如嘉庆十四年（1809年）浙江宁海大蔡村胡氏宗祠——追远堂“二连贯”、道光十八年（1838年）加爵科村林氏宗祠“二连贯”等。更有甚者，在舞台前接连复制两个藻井，这样的构造俗称“三连贯”，如康熙年间（1662—1722）宁海石家村崇兴庙“三连贯”和嘉庆二年（1797年）岙胡村胡氏宗祠——积庆堂“三连贯”等。“二连贯”“三连贯”令顶部透空的面积减小、观众席顶部的反射面增加，能将声能反射乃至汇聚回观众席，既增加了音量，又提升了语音清晰度。清代，人们发现明代建造的戏台太小，表演时施展不开，于是将原台更改为后台，在其前面增建了一个新的前台。值得一提的是，新前台的顶部为一个完整的卷棚顶，其圆弧形内顶可将声能汇聚至台面，提高演员的声反馈。山西晋祠水镜台是扩建卷棚顶的实例，其后台至迟建于嘉靖三十年（1551年），而前台扩建于道光二十四年（1845年）。这种提高表演区声反馈的构造被许多古戏台效仿，它们在创建之初，前台就直接采用卷棚顶，如至迟建于咸丰年间（1851—1861）的汾阳石塔村龙天庙古戏台。金代，在舞亭后部的两角柱间砌设山墙，形成可三面观演的大三面观舞楼。现存最早的实例遗存可见金承安四年至金大安二年间（1199—1210）创建的阳城县屯城村东岳庙舞楼。后山墙的砌设起因，可能是在演员背后无法观看演员的正面表演，所以民众多聚集在舞楼正前方或两侧，久而久之，古人便在舞楼后部砌筑了山墙。元代，先在大三面观舞楼的基础上，于两侧角柱间的后三分之一处设辅柱，辅柱与后角柱间砌墙，形成小三面观舞楼，至治元年（1321年）重建的临汾魏村牛王庙乐厅就是这种形制的重要实例。当小三面观舞楼两侧的山墙变得完整，便形成一面观舞楼，其现存最早实例可见创建于至正五年（1345年）的东羊后土庙舞楼和创建于至正七年（1347年）的石楼张家河殿山寺圣母庙舞楼。两侧山墙协同后山墙，可将声音反射回台面、观众席和正殿。从声学角度分析，这些山墙将原本向后衍射的声音反射到台面、台前乃至正殿，其作用有三：其一，改善了演员、乐队间的听闻，提高了舞台支持度。其二，增加了观众席的音量和语音清晰度。其三，声反射方向决定了声音的传播方向，面向正殿的反射声折射出古戏台的献演意图。需要说明的是，较大的山墙反射面可加强低频，改善声音的温暖度。 [5]古人后在戏台台口两侧砌设外八字砖墙，墙上覆顶，形成八字音壁。在观演视线不良的表演区两侧设置的八字音壁，不仅式样庄重壮观，还可将原本向台口两侧散逸的声音反射至观众席乃至正殿“神灵”。最早的八字音壁遗存实例可见徐沟镇城隍庙明成化年间山门戏台。清代，八字音壁在大江南北广为流传。顾名思义，混响声是指混合在一起的声音。混响声的声学定义是，直达声与多方向、多次数的反射声、散射声的融合，而混响感是指混响声通过人耳形成的感觉。明代，随着庙貌形制逐步完善，古人在观众席的两侧加盖看楼或偏殿。此时，观众席被正殿、两侧看楼（偏殿）以及戏台四周围合。观众席被看楼和正殿、戏台围合的遗存实例，早见高平王何村五龙庙天启五年戏台；观众席被偏殿和正殿、戏台围合现存最早的是介休源神庙万历十九年（1591年）“鸣玉楼”戏台。 [6]在这种声场环境内，观众席首先听到的是来自戏台的直达声，其次是来自偏殿墙面和屋檐、正殿墙面的反射声。之后，声音会在这些墙面之间多次反射，既增加了响度，也改善了混响感。 [7-8]从声学效果看，浙江、江西一带的戏台如浙江衢州崇祯年间（1628—1644）建造的北二村蓝氏宗祠戏台，其混响感优于北方，原因是其仅留天井的形制围合度高，且祠堂的容积小，使得声反射次数多，声密度高。四周围合的古戏台后风靡大江南北，几乎成为所有神庙剧场的标准形制。今天所见到的古戏台，绝大部分都采用观众席四周围合、顶部透空的形制。随着经济发展和城市繁荣，清末民初出现了会馆或茶馆等全封闭戏楼，如康熙六年（1667年）北京正乙祠戏楼、光绪三十三年（1907年）天津广东会馆等。会馆或茶馆与神庙戏台最大的区别是，前者为全封闭空间，而后者多顶部开口。全封闭戏楼的声能不易泄露，较神庙戏台，其声反射次数多，混响时间长。当受激频率与振动系统的固有频率相同或相近时，系统振幅明显增大的现象称为共振。通常认为仅有物体可以振动，但其实空气不仅可作为传播声波的媒介，被腔体围合的空气还可作为振动体，空腔亦是振动系统。对古戏台而言，其建筑材料或建筑构件不能直接与乐音产生共振，但是将瓮、缸等空腔砌筑在戏台的山墙中或台基下，或者使用建筑材料围合成中空的腔体，都可以与乐音产生共振。声共振技术本质上是振动系统在其固有频率的能量累积，当能量累积到一定程度后，就会产生较大的声音。早在明代，就有将方形台基掏空，上覆木板，此为“台底方形空腔”古戏台，其实例遗存早见于成化十四年（1478年）宁武二马营村广庆寺舞楼；⑤在台基下砌筑窑洞形成空腔，则为“台下设洞”古戏台，其首例遗存早见于介休源神庙建造台基下砌筑了五孔窑洞的“鸣玉楼”。 [6]明人首次设方形空腔的目的也许是为了节省材料，设窑洞的目的也许是想充分利用空间供人居住，但此举意想不到的后果是，这些空腔可放大声音，客观上对演戏声产生了影响。自从乾隆皇帝六十大寿时在皇宫兴建了畅音阁大戏楼之后，宫廷演戏之风蔚然。其后，慈禧太后对戏曲艺术的推崇再次助推了戏曲的兴盛。在此背景下，戏曲风行大江南北，楹联“山乡庙会流水板整日不息，村镇戏场梆子腔至晚犹敲”即对此时乡野村落演戏图景的真实写照，承载戏曲演出的古戏台在中华大地也逐渐呈现出“村村有庙，庙庙有台，有的庙一庙多台”的态势。在明代“台底方形空腔”和“台下设洞”技术的基础上，清代又出现台下垂直柱形空腔、台下设瓮、后台设洞及墙上设瓮等设腔助声技术。台下垂直柱形空腔指在台下挖井，利用其垂直柱形空腔助声，建造于乾隆四十一年（1776年）的故宫畅音阁大戏楼采用此方法。山西普救寺莺莺塔等古塔的塔腔形状也是垂直柱形，也有卓越的声学效应，且建造时间早于故宫畅音阁大戏楼，后者是否受到塔腔效应的启示而建则不得而知。台下设瓮指在台基内设置瓮缸来助声。鉴于该设置瓮缸的方法与《墨子·备穴》中所记载的方法相近，故古人对此多有探索。据现有资料推测，古人或直接埋瓮于台基下，瓮与夯土紧密接触；或在台基下设空腔，腔中置瓮，腔上覆木板，瓮不与夯土接触；或在台基下设窑洞，洞中置瓮，洞上砌砖覆土，瓮与洞壁非刚性连接。台下设瓮技术流传极广，北达辽沈，南至广西，《中国戏曲志》就记述了各地应用该技术实例的传闻。然而近年来，这些遗存或被拆除，或遭损毁，所以台下设瓮技术仅止于口头传闻，并没有找到埋于台下的瓮、缸实物。后台设洞是将后台的方形空间改建为结构复杂的窑洞用以助声，至迟建于道光十八年（1838年）的平遥阮庄村真武庙戏台和至迟建于咸丰四年（1854年）的平遥小胡村超山庙戏台等均采用此助声技术。值得一提的是，后台设洞的古戏台多达200余座，其形制结构由简至繁，演进脉络较为清晰。其中，结构复杂的“卅字形”“开字形”后台设洞的古戏台产生了诸如“小胡唱戏城墙上听”“阮庄唱戏普洞听”等声学效应，在民间产生较大影响。平遥小胡村超山庙戏台的“卅字形”后台窑洞结构示意图墙上设瓮即在表演区两侧山墙上设置陶瓮来助声，该技术有效避免了台下设瓮时需要在其上覆土铺砖带来的遮挡问题，其实例仅有至迟建于咸丰年间（1851—1861）的汾阳石塔村龙天庙古戏台（仅设瓮遗物）。该戏台的两侧山墙上高约1.5米处共设了14个陶瓮，共有三个主要共振频率，可与其时上演的蒲州梆子戏的主要音级产生共振，有助调乃至助乐之效果。从声学角度分析，设腔的古戏台主要有四个声学功能。第一，通过空腔共振能提高固有频率的振幅，对乐音而言则可改变其所属乐音的结构 [9]；第二，通过空腔共振提高频率的振幅，可以延长其衰变时间，进而改善混响感；第三，形制结构复杂的空腔，其较多的固有频率可构成多个协和音程，优化腔体的助声性能；第四，空腔的固有频率多低频，可改善乐音的温暖度，提升平衡感和力量感 [9]。有意思的是，古戏台设洞助声技术似与钟楼设腔助声技术同出一辙。如北京钟楼楼腔的底层为十字交叉窑洞，二层与底层之间由垂直柱形空腔联通 [10-11]；五台山显通寺钟楼内设方形垂直楼腔，以助钟声信号传到五个台顶；山东聊城山陕会馆钟鼓楼下均设有方形垂直空腔。中国古人巧妙利用古戏台的建筑材料、结构和形制来助声，其多样形制和复杂结构，本质上是对直达声、反射声、混响声乃至共振声的综合利用或优化组合。需强调的是，中国古戏台空腔共振技术中，诸如“后台设洞”“台下设瓮”“台底柱形空腔”等设腔形式，在全球范围内也是独一无二，无疑是弥足珍贵的建筑声学文化遗产。[本文相关研究受国家自然科学基金面上项目“古戏台设腔助声技术的演进研究——以新发现的系列设腔实例为重点”（51878401）；教育部哲学社会科学研究后期资助一般项目“中国古戏台声学史研究”（18JHQ029）；山西省高等学校创新人才支持计划资助项目“中国古建筑声学文化遗产研究——以山西古戏台为中心”（2019052008）资助。]
① 靖康之难，经济衰退，社会巨变，很多房屋被战火烧毁，商演盈利的瓦舍勾栏也由此中道而亡。明代，朱元璋更是禁止市民娱乐，“去人欲”的思想及尊雅斥俗的音乐观最终造成城市娱乐落寞，反而在祭祀神灵活动庇佑下的神庙演剧活动得以源远流长。② 元至顺年间（1330—1333），泰州赵存义撰《博望侯露台记》载：“基土于中，雷（垒）甃于四周，不复以屋覆之，曰露台。然非王侯侈富之家则未之有也，盖台之设，特为夫置酒高会之时，俾俳优之徒，张乐呈伎于其上，以悦在座僚友之耳目焉，舍此则无所用也。故事神者亦则而象之，凡祠宇门庑，至殿四合之间，每经之营之，遇四时祼献，雨旸祈报，则醵雇乐工数十，登临歌舞，作乐侑食，以召神和，以祈神贶，庶几遐迩之人，以便于观听而已，所以往往祠宇像设粗备之外，必亟以修筑此台为先，咸谓不可缺废，良有以也。台乎，台乎，其积德之基乎，信可记也。”可参见：《中国历代石刻史料汇编·第四编·浚县金石录》。③ 泽州岱庙舞亭和高平市王报村二郎庙舞亭为四面观舞亭。④ 该过路式戏台建造年代的确切证据尚需进一步考证。⑤ 据说该台基曾为中空，上覆木板，可惜之后修缮时将空腔用砖土填实。杨阳，教授，山西大学科学技术史研究所、音乐学院，太原 030006；高策，教授，山西大学科学技术史研究所，太原 030006；丁宏，副教授，太原理工大学马克思主义学院，太原 030024。Yang Yang，Professor，Institute for History of Science and Technology，The Academy of Music，Shanxi University，Taiyuan 030006；Gao Ce，Professor，Institute for History of Science and Technology，Shanxi University，Taiyuan 030006；Ding Hong，Associate Professor，Institute of Marxism，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024.
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本文刊载于2021年第73卷第3期《科学》杂志（P43）
《科学》杂志于1915年1月在上海问世，
早年由任鸿隽，杨杏佛，胡明复，赵元任等学者编辑写作，
是我国历史最长的综合性科学刊物。
杂志定位为高级科普期刊，致力于科学知识、理念和科学精神的传播，科学与人文互动，历史和前沿并举，为提升我国全民科学素质和建设创新型国家服务。杂志现任主编为中国科学院院士白春礼先生，主办单位为上海科学技术出版社有限公司。中科院高能所
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