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古希臘圓形劇場的音效之謎

Original publish date:Apr 16, 2007

編輯 Chia-Chen Chang 報導

 

建於紀元前 350 年,現在被聯合國列為世界文化遺產之一的古希臘圓形劇場「Epidaurus」,以其絕佳的音響效果而著名於世。科學家認為箇中原因在於古希臘建築師懂得掌握聲學原理的訣竅。

位於希臘伯羅奔尼撒( Peloponnese)半島的圓形劇場「Epidaurus」是考古學家於西元 1881 年所發現。劇場主體為半圓形結構:舞台位於半圓圓心附近,座位呈階梯狀排列。完工之時座位一共有三十五階;羅馬統治時期曾對劇場進行擴建,另外多增加了二十一階。自竣工之始「Epidaurus」便以令人讚嘆的音響效果聞名:即便是最後一排的觀眾也可以毫不費力地聽見劇場中央演員的聲音。長久以來建築學家以及考古學家一直無法理解「Epidaurus」的音響設計,羅馬時期著名的建築師 Vitruvius 曾說過希臘建築師一定是掌握了某種技巧,讓劇場得以增幅人的聲音。

事實上,研究聲學的科學家早已經瞭解波浪狀或者是有皺摺的表面對於聲波來說是個不錯的濾波器:特定頻率的聲波經過多次反射之後會被去除。基於這個看法,喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的兩位科學家 Nico Declercq 與 Cindy Dekeyser 認為「Epidaurus」的階梯型構造是其卓越音響效果的關鍵。透過模擬他們發現:500 Hz 以下的聲波在劇場中傳遞的時候強度會逐漸減弱,而「Epidaurus」劇場四周樹林或者是觀眾低聲交談所產生的噪音絕大部分都是低頻的聲音,過濾掉這些低頻雜音之後演員的聲音便顯得清晰許多。

或許有讀者會擔心劇場在濾掉低頻雜音的同時也將演員的低頻聲音濾掉了,不過實際上觀眾並不會發現這個差異。這是因為大腦在處理聲音訊號的時候,會自動補上丟失掉的低頻訊號,這個有趣的現象在神經學上稱為「virtual pitch」。不過 Declercq 強調他們所做的模擬並沒有將劇場的觀眾考慮進去,原因是人體外觀不規則且內部結構不均勻,這兩個因素將會大大地增加模擬的困難度。雖然說現代的劇場設計已經普遍用音響來加強聲音的效果,Delcercq認為這個發現仍有助於開放空間劇場的音響效果設計。

 

原始論文:Nico F. Declercq, Cindy S. A. Dekeyser, J. Acoust. Soc. Am. 121(4), 2011-2022, 2007

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