楊 陽 任世君：中國古建聲學之美

作者：楊 陽 任世君，分別系國家社科基金冷門絕學研究專項“中國古建筑設腔助聲技術的搶救性研究”負責人、山西大學音樂學院教授；山西大學科學技術史研究所博士研究生

中國古建筑中有一種特殊類型，即聲學古建筑。每每談及，世人皆以為僅有北京天壇回音壁、山西普救寺鶯鶯塔、 河南寶輪寺塔和四川大佛寺石琴這四大回音古建筑才是聲學古建筑，而更貼近古人生活的古戲臺和鐘鼓樓這兩種聲學古建筑，一直未受世人關注。

古代聲學建筑包括古塔、古戲臺、鐘鼓樓和漢唐佛寺講經場等多種類型。其中，古戲臺和鐘鼓樓，其營造的聲學目的明確，聲學功能突出，聲學技術演進的脈絡清晰完整。從遺存數量看，金元明清戲臺全國留存萬座有余，明清鐘鼓樓全國留存百座有余，數量相當可觀；從聲學技術看，古戲臺和鐘鼓樓綜合利用了聲直達、反射、混響、共振以及隔聲降噪等多種技術；從聲學效應看，古戲臺和鐘鼓樓可生成“山西唱戲陜西聽”“都城內外，十有余里，莫不聳聽”等令人驚嘆的聲學效應。作為古人運用聲學原理的重要寶庫，古戲臺和鐘鼓樓等聲學古建筑的發展歷史與綜合價值，值得我們深入挖掘。

古戲臺的聲學價值

古戲臺與戲曲關系密切。在戲曲表演近千年的歷史實踐中，作為承載戲曲表演的特定聲場環境，古戲臺肩負著擴聲傳聲的歷史使命，既要滿足演員“歌唱”的需求，又要滿足觀眾“聽聞”的需求，與戲曲表演共同協調著發展過程中遇到的各種觀演問題，其華麗的外形與特殊的結構背后隱藏著獨特的聲學設計。

金元戲臺孕育了戲曲的歌唱方法及聲音風格。金代，雜劇表演的場所為四面觀舞亭和大三面觀舞亭。四面觀舞亭方形臺基，四角立柱，內頂設藻井，外頂歇山式，舞臺聲反饋構件僅有臺頂。大三面觀舞亭是在四面觀舞亭的基礎上增設后山墻，舞臺聲反饋構件為臺頂和后山墻。元代，雜劇表演的場所為小三面觀舞亭和一面觀舞亭。小三面觀舞亭是在大三面觀舞亭的基礎上，于兩側后三分之一處立柱砌墻，柱間掛設帳幔區分前后臺，舞臺聲反饋構件為臺頂、后山墻和兩側后三分之一山墻。一面觀舞亭是在小三面觀舞亭的基礎上，兩側山墻完全砌筑，舞臺聲反饋構件為臺頂、后山墻和兩側山墻。從聲學技術進化的角度看，金元戲臺聲反射面由少變多，隔音量由小變大，聲音能量集中到正殿方向，實現了歷史邏輯和技術邏輯的統一。更為重要的是，作為中國傳統戲曲的原生表演聲環境，其形制不論是四面觀還是一面觀，均為半開放聲場，已然影響了歌者的發聲狀態、方法乃至聲音風格，成為影響傳統戲曲唱法生成的重要因素。

明代，隨著換場需要，樂隊分成文武場，居于表演區兩側，戲臺的通面闊增加到12米。因追求“以大稱威”“以壯觀瞻”，新絳縣稷益廟舞庭的通面闊增加到17.7米。但此后建造的戲臺不再加寬，反而降到了14米。這是什么原因？研究結果表明，17.7米的通面闊意味著文場和武場兩聲部相距太遠，文場聽聞板鼓指揮能產生47ms的聲延遲，會影響聲音的整體性和清晰度；位于舞臺中軸線上的歌者能聽到回聲，會覺得自己咬字不清楚。明代哲匠汲取新絳縣稷益廟舞庭聲效的教訓，在其后營建的戲臺中成功消除了延遲和回聲，比德國聲學家哈斯的相關研究早400多年。

清代戲臺創新性地應用多種設腔傳聲技術，形成了卓越的聲學效應。其設腔助聲技術，包括“臺下設洞”“墻上設甕”“臺下設甕”“后臺設洞”“臺底方形空腔”等幾種形式。譬如，山西介休源神廟明代鳴玉樓“臺下設洞”戲臺，在臺基下建造了五孔窯洞；山西汾陽龍天廟清代“墻上設甕”戲臺，在表演區兩側山墻上各嵌設了七個陶甕；山西平遙超山廟清代“后臺設洞”戲臺，在后臺建造了“卅字形”窯洞；山西平遙真武廟清代“后臺設洞”戲臺，在后臺建造了“開字形”窯洞；陜西米脂縣李自成行宮清代“臺下設甕”戲臺，在“臺基下埋有瓷缸數十個”；北京故宮暢音閣清代大戲樓臺基下挖井，井內柱形空腔可擴聲。正是這些設腔古戲臺，在特定聲場環境下，生成了“戲臺唱戲不費力”“阮莊唱戲普洞聽”等卓越的聲學效應。研究結果表明，汾陽縣龍天廟古戲臺聲甕的固有頻率，能引發山西蒲州梆子戲調式的骨干音或色彩音共鳴；“后臺設洞”古戲臺窯洞腔體亦能放大山西中路梆子調式的骨干音和色彩音。由此足見，部分設腔古戲臺不僅可“助聲”“助音”，甚至還可“助調”“助樂”。

鐘鼓樓及其聲傳遠機理

鐘鼓之聲可做音樂，亦可做指揮軍隊進退或節制民眾作息的聲音信號。鐘鼓聲在行軍打仗中作為節制軍隊進退的信號始于戰國時期，《荀子·議兵》載，“聞鼓聲而進，聞金聲而退”。鐘鼓聲在城市中作為節制民眾作息的信號始于東漢，崔寔《政論》載，“鐘鳴漏盡，洛陽城中不得有行者”，東漢蔡邕《獨斷》載，“鼓以動眾，鐘以止眾。故夜漏盡，鼓鳴則起；晝漏盡，鐘鳴則息也”。

鐘鼓樓何時在城市中出現？又是何時設于城市的中軸線上？城市建有鼓樓，至遲于東漢，四川省成都市新繁鎮漢代市肆畫像磚和河北省安平縣東漢墓壁畫可證。城市鐘鼓樓并設，或始于北魏，時稱“旗亭”。《洛陽伽藍記》載：“（洛）陽渠北有建陽里，里內有土臺，高三丈，上作二精舍。趙逸云：此臺是中朝時旗亭也。上有二層樓，懸鼓擊之以罷市。有鐘一口，撞之，聞五十里。”

寺廟之內建造鐘樓，始于魏晉南北朝時期。唐代，鐘樓與塔、藏經樓相對而建，稱為“東鐘西藏”。譬如，河北正定開元寺鐘樓，與塔對設；蘇州寒山寺鐘樓，與藏經樓對設。《大相國寺碑銘》載：“百工麇至，眾材山積。岳立正殿，翼舒長廊。左鐘曰樓，右經曰藏。”明代，鐘樓和鼓樓在寺廟內對設，其實例參見晉祠鐘鼓樓和平遙雙林寺鐘鼓樓等。

鐘鼓樓建于京城中軸線上，始于元代。《元一統志》載：“至元九年（1272年）二月，改號大都，遷居民以實之，建鐘鼓樓于城中。”《析津志》亦載：“鐘樓京師北省東，鼓樓北，至元中建，閣四阿，檐三重，懸鐘于上，聲遠愈聞之。”

關于鐘聲的傳遠效應，早在東漢時期的洛陽就有“撞之，聞五十里”的聲效，而唐詩《楓橋夜泊》之“姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船”更是讓鐘聲的傳遠聲效家喻戶曉。

在以鐘聲為信號的古代，聲效較為突出的遺存以北京鐘樓和山西五臺山顯通寺鐘樓為代表。北京鐘樓于乾隆年間重建，有“都城內外，十有余里，莫不聳聽”的聲學效應，可使皇家“以時出治”，全城百姓“作息以時”。北京鐘樓鐘聲之所以能傳遠，與其鑄造于永樂十八年的圓柱形青銅古鐘的聲學性能密切相關，更與其鐘樓“拔地切云”的“身高”以及“穹窿四際”的耦合樓腔直接相關。鐘樓的耦合樓腔由二層頂部拱券空腔、垂直柱形空腔（“天井”）和底層十字交叉窯洞空腔三個部分組成，猶如人體的頭腔、咽腔和胸腔的耦合，可有效放大鐘聲，助其傳遠。

五臺山顯通寺鐘樓的鐘聲，為臺懷鎮與五個臺頂僧眾聯系的重要方式。顯通寺的鐘聲作為聯系的聲信號，可傳至五個臺頂的寺廟。由顯通寺鐘樓的形制結構可知，重達9999斤的明代永樂大鐘懸于鐘樓二層，其下是一個方形空腔，亦可助聲傳遠。此外，山西平遙雙林寺鐘樓、河南洛陽關林廟鐘樓底層，皆為方形空腔，雖聲效難及北京鐘樓和五臺山顯通寺鐘樓，但均采用了類似技術。

使用“地下通道”傳聲的蘇巴什佛寺講經場

蘇巴什佛寺作為絲綢之路的重要節點，其使用的“地下通道”腔體助聲技術亦可詮釋中西文明互鑒的意義。當時，唐玄奘途經吐魯番高昌古城和塔什庫爾干縣的石頭城等地去往西天取經，曾途經龜茲古國在蘇巴什佛寺為眾僧講經說法。在沒有電聲設備助聲的條件下，古人是如何讓“數千僧眾，皆可聽聞”的？

蘇巴什佛寺遺址作為龜茲古國的國寺，在西域五國中體量最大，自然也是古代絲綢之路上高僧大德宣講佛教經文的主要場所。“名蓋諸國”的鳩摩羅什曾在此講解大乘經，其時龜茲古國僧眾有一萬余人；玄奘因“凌山雪路未開”，曾在龜茲駐足兩月有余，其時龜茲古國僧眾有五千余人。文獻雖未明確記載玄奘在蘇巴什佛寺講經時聽法僧眾的具體數量，但從龜茲古國僧眾的總數、蘇巴什佛寺的地位和規模等事實推測，至少應有千余僧眾在此同時聽聞玄奘講經。

使用探地雷達和高密度電法的測量分析結果表明，在蘇巴什佛寺西寺古城遺址距離地面深約1.5米至2米處，建有寬約2米（高度未知）、總長約400米的十條通道，貫通正殿、講經場及兩側僧房。其中六條通道呈東西向分布，四條通道呈南北向分布，五條通道以西側圍墻處講經場的中間位置為匯集點。十條幾乎互聯的通道，本質上是相互耦合的窯洞空腔，或可助力鳩摩羅什和玄奘講經聲的清晰度和傳遠性。

有趣的是，法國努瓦永大教堂，其唱詩班所處位置的正下方也設有一窯洞助聲室，能助力唱詩班的歌唱。該窯洞助聲室長3.5米，寬4.5米，拱頂高3.5米，墻壁上還嵌設了64個陶土制作的聲甕。從設腔位置和聲學原理看，其空腔傳聲技術與蘇巴什佛寺遺址類似；從墻壁上設甕技術看，與山西汾陽龍天廟設甕技術類似；從建造時間看，蘇巴什佛寺比努瓦永大教堂早了700余年。

總之，中國古代聲學技術歷史悠久，中國古代建筑聲學文化博大精深。加強中國聲學古建筑的體系化研究，可提升其科學價值，促進其科學保護，豐富傳統文化的科學內涵，賦能文旅產業發展，亦可為當代綠色建筑的自然聲設計提供理論參考。更為重要的是，古戲臺原生表演聲環境及其聲學技術的演進研究，奠定了中華戲曲與其表演聲環境自主知識體系的基礎。