古希腊圆形剧场的音效之谜

建于纪元前 350 年,现在被联合国列为世界文化遗产之一的古希腊圆形剧场“Epidaurus”,以其绝佳的音响效果而著名于世。科学家认为箇中原因在于古希腊建筑师懂得掌握声学原理的诀窍。

位于希腊伯罗奔尼撒( Peloponnese)半岛的圆形剧场“Epidaurus”是考古学家于西元 1881 年所发现。剧场主体为半圆形结构:舞台位于半圆圆心附近,座位呈阶梯状排列。完工之时座位一共有三十五阶;罗马统治时期曾对剧场进行扩建,另外多增加了二十一阶。自竣工之始“Epidaurus”便以令人赞叹的音响效果闻名:即便是最后一排的观众也可以毫不费力地听见剧场中央演员的声音。长久以来建筑学家以及考古学家一直无法理解“Epidaurus”的音响设计,罗马时期著名的建筑师 Vitruvius 曾说过希腊建筑师一定是掌握了某种技巧,让剧场得以增幅人的声音。

事实上,研究声学的科学家早已经了解波浪状或者是有皱折的表面对于声波来说是个不错的滤波器:特定频率的声波经过多次反射之后会被去除。基于这个看法,乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的两位科学家 Nico Declercq 与 Cindy Dekeyser 认为“Epidaurus”的阶梯型构造是其卓越音响效果的关键。透过模拟他们发现:500 Hz 以下的声波在剧场中传递的时候强度会逐渐减弱,而“Epidaurus”剧场四周树林或者是观众低声交谈所产生的噪音绝大部分都是低频的声音,过滤掉这些低频杂音之后演员的声音便显得清晰许多。

或许有读者会担心剧场在滤掉低频杂音的同时也将演员的低频声音滤掉了,不过实际上观众并不会发现这个差异。这是因为大脑在处理声音讯号的时候,会自动补上丢失掉的低频讯号,这个有趣的现象在神经学上称为“virtual pitch”。不过 Declercq 强调他们所做的模拟并没有将剧场的观众考虑进去,原因是人体外观不规则且内部结构不均匀,这两个因素将会大大地增加模拟的困难度。虽然说现代的剧场设计已经普遍用音响来加强声音的效果,Delcercq认为这个发现仍有助于开放空间剧场的音响效果设计。

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