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美科学家破解古希腊剧场音效极佳之谜物流

发布时间:2019-11-29 17:41:01 阅读: 来源:焊锡机厂家

科学网-美科学家破解古希腊剧场音效极佳之谜

古希腊剧场的音响效果可能源自一种复杂的声学原理。(图片来源:《自然》)埃普道鲁斯是位于伯罗奔尼撒东北部的一座希腊古城,建于公元前4世纪的埃普道鲁斯露天剧场是希腊保存得最好的古剧场与古典建筑之一,剧场也以其极佳的声效而闻名于世,舞台上的声音能传到剧场的每个角落。如今,研究人员在最近出版的《美国声学学会期刊》(Journal of the Acoustical Society of America)上报告说,这一卓越的音响效果可能源自一种复杂的声学原理。1881年,人们在希腊南部的伯罗奔尼撒半岛的地下发现了埃普道鲁斯剧场,并将之发掘出来。剧场是古希腊著名建筑师阿特戈斯和雕刻家波利克里道斯的杰作,坐落在一座山坡上,中心的舞台直径20.4米。歌坛前的34排大理石座位依地势建在环形山坡上,次第升高,像一把展开的巨大折扇,全场能容纳1.5万余名观众。1988年联合国教科文组织将埃普道鲁斯古迹作为文化遗产,列入《世界遗产名录》。这个古剧场的音响效果非常好:演员站在露天的舞台表演,坐在60米之外的后排观众也能清楚地听见他们的声音。长久以来,一个让建筑学家和考古学家困惑不已的问题是:为什么古剧场里声音传播的效果这样好?据《自然》杂志在线新闻报道,美国佐治亚理工学院的Nico Declercq和Cindy Dekeyser发现,秘密在于阶梯形的座位安排。他们通过计算发现,这种以半圆形状展开的阶梯形结构实际上是一种完美的声音过滤器,它在传播表演者高频率声音的同时抑制了低频率的声音,而绝大多数背景噪音都是低频率声音。Declercq说,现在还不清楚这种独特的结构究竟是得之偶然还是专门设计的,但无论如何,希腊人和罗马人欣赏埃普道鲁斯剧场如此独特的音响效果,他们在各处的建筑中复制了这种结构。公元前1世纪,罗马建筑权威马库斯 维特鲁维曾经暗示,他的前辈十分清楚如何在剧场的设计中突出人的声音。他写道: 根据数学法则和音乐方法,他们努力尝试让舞台中央的声音能够更加清晰和美妙地传送到观众的耳中 在剧场设计中根据和谐科学原理,先辈们增强了声音的力量。 后来,也有专家推测埃普道鲁斯剧场卓越的音响效果主要是由于从舞台到观众席的良好风向,或者是古希腊剧的典型效果,即演员们富有韵律的讲话或以面具当做扩音器。但这些解释不能说明为什么在今天无风的日子里,各个角落的观众也能清晰地听见站这个古老舞台中央的演员的声音。Declercq和Dekeyser推测,问题的答案可能与声音在波纹曲面上的反射有关。几年前,科学家们已经知道波纹曲面能过滤掉某些声波,从而强化某种频率的声音,正如蝴蝶翅膀上的微小皱纹能反射特别的光波。用泡沫做成的褶皱声音抑制垫涂在噪声大的房间的墙壁上,采用的也是这种原理。Declercq以前的研究发现,墨西哥玛雅的金字塔形神庙的阶梯形表面能将掌声或脚步声变成小鸟般的啾唧声或雨滴声。现在,他和Dekeyser通过计算发现,埃普道鲁斯剧场的石阶座位也会影响声音的反射,其中频率低于500赫兹的声音会被更高频率的声音抑制。研究人员认为,在剧场周围和剧场中产生的绝大多数噪音可能都是低频噪音,如风吹树动的瑟瑟声或人在剧场中走动的沙沙声,因此,过滤低频率的噪音就能提高表演者高频率声音的能听度。Declercq说: 所谓截止频率就是你希望在声源中去掉的那些噪声。 过滤低频噪音也意味着演讲者的有些话像噪音一样不能听见,但这并不是一个问题,因为人类的听觉系统能够将在高频率声音中消失的低频率声音 放回原处 。Declercq说: 有一种神经学现象叫做虚螺距,它能在人的大脑中重建缺少低频率声音的声源。这会让一些声音较小的扩音器有更好的音响效果。 他认为尽管现代有更高级的音响技术,但在露天体育场或剧场的设计中,阶梯形的座位设计也是一个值得考虑的重要因素。

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