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中国古建筑中有一种特殊类型，即声学古建筑。每每谈及，世人皆以为仅有北京天坛回音壁、山西普救寺莺莺塔、河南宝轮寺塔和四川大佛寺石琴这四大回音古建筑才是声学古建筑，而更贴近古人生活的古戏台和钟鼓楼这两种声学古建筑，一直未受世人关注。
古代声学建筑包括古塔、古戏台、钟鼓楼和汉唐佛寺讲经场等多种类型。其中，古戏台和钟鼓楼，其营造的声学目的明确，声学功能突出，声学技术演进的脉络清晰完整。从遗存数量看，金元明清戏台全国留存万座有余，明清钟鼓楼全国留存百座有余，数量相当可观；从声学技术看，古戏台和钟鼓楼综合利用了声直达、反射、混响、共振以及隔声降噪等多种技术；从声学效应看，古戏台和钟鼓楼可生成“山西唱戏陕西听”“都城内外，十有余里，莫不耸听”等令人惊叹的声学效应。作为古人运用声学原理的重要宝库，古戏台和钟鼓楼等声学古建筑的发展历史与综合价值，值得我们深入挖掘。
古戏台的声学价值
古戏台与戏曲关系密切。在戏曲表演近千年的历史实践中，作为承载戏曲表演的特定声场环境，古戏台肩负着扩声传声的历史使命，既要满足演员“歌唱”的需求，又要满足观众“听闻”的需求，与戏曲表演共同协调着发展过程中遇到的各种观演问题，其华丽的外形与特殊的结构背后隐藏着独特的声学设计。
金元戏台孕育了戏曲的歌唱方法及声音风格。金代，杂剧表演的场所为四面观舞亭和大三面观舞亭。四面观舞亭方形台基，四角立柱，内顶设藻井，外顶歇山式，舞台声反馈构件仅有台顶。大三面观舞亭是在四面观舞亭的基础上增设后山墙，舞台声反馈构件为台顶和后山墙。元代，杂剧表演的场所为小三面观舞亭和一面观舞亭。小三面观舞亭是在大三面观舞亭的基础上，于两侧后三分之一处立柱砌墙，柱间挂设帐幔区分前后台，舞台声反馈构件为台顶、后山墙和两侧后三分之一山墙。一面观舞亭是在小三面观舞亭的基础上，两侧山墙完全砌筑，舞台声反馈构件为台顶、后山墙和两侧山墙。从声学技术进化的角度看，金元戏台声反射面由少变多，隔音量由小变大，声音能量集中到正殿方向，实现了历史逻辑和技术逻辑的统一。更为重要的是，作为中国传统戏曲的原生表演声环境，其形制不论是四面观还是一面观，均为半开放声场，已然影响了歌者的发声状态、方法乃至声音风格，成为影响传统戏曲唱法生成的重要因素。
明代，随着换场需要，乐队分成文武场，居于表演区两侧，戏台的通面阔增加到12米。因追求“以大称威”“以壮观瞻”，新绛县稷益庙舞庭的通面阔增加到17.7米。但此后建造的戏台不再加宽，反而降到了14米。这是什么原因？研究结果表明，17.7米的通面阔意味着文场和武场两声部相距太远，文场听闻板鼓指挥能产生47ms的声延迟，会影响声音的整体性和清晰度；位于舞台中轴线上的歌者能听到回声，会觉得自己咬字不清楚。明代哲匠汲取新绛县稷益庙舞庭声效的教训，在其后营建的戏台中成功消除了延迟和回声，比德国声学家哈斯的相关研究早400多年。
清代戏台创新性地应用多种设腔传声技术，形成了卓越的声学效应。其设腔助声技术，包括“台下设洞”“墙上设瓮”“台下设瓮”“后台设洞”“台底方形空腔”等几种形式。譬如，山西介休源神庙明代鸣玉楼“台下设洞”戏台，在台基下建造了五孔窑洞；山西汾阳龙天庙清代“墙上设瓮”戏台，在表演区两侧山墙上各嵌设了七个陶瓮；山西平遥超山庙清代“后台设洞”戏台，在后台建造了“卅字形”窑洞；山西平遥真武庙清代“后台设洞”戏台，在后台建造了“开字形”窑洞；陕西米脂县李自成行宫清代“台下设瓮”戏台，在“台基下埋有瓷缸数十个”；北京故宫畅音阁清代大戏楼台基下挖井，井内柱形空腔可扩声。正是这些设腔古戏台，在特定声场环境下，生成了“戏台唱戏不费力”“阮庄唱戏普洞听”等卓越的声学效应。研究结果表明，汾阳县龙天庙古戏台声瓮的固有频率，能引发山西蒲州梆子戏调式的骨干音或色彩音共鸣；“后台设洞”古戏台窑洞腔体亦能放大山西中路梆子调式的骨干音和色彩音。由此足见，部分设腔古戏台不仅可“助声”“助音”，甚至还可“助调”“助乐”。
钟鼓楼及其声传远机理
钟鼓之声可做音乐，亦可做指挥军队进退或节制民众作息的声音信号。钟鼓声在行军打仗中作为节制军队进退的信号始于战国时期，《荀子·议兵》载，“闻鼓声而进，闻金声而退”。钟鼓声在城市中作为节制民众作息的信号始于东汉，崔寔《政论》载，“钟鸣漏尽，洛阳城中不得有行者”，东汉蔡邕《独断》载，“鼓以动众，钟以止众。故夜漏尽，鼓鸣则起；昼漏尽，钟鸣则息也”。
钟鼓楼何时在城市中出现？又是何时设于城市的中轴线上？城市建有鼓楼，至迟于东汉，四川省成都市新繁镇汉代市肆画像砖和河北省安平县东汉墓壁画可证。城市钟鼓楼并设，或始于北魏，时称“旗亭”。《洛阳伽蓝记》载：“（洛）阳渠北有建阳里，里内有土台，高三丈，上作二精舍。赵逸云：此台是中朝时旗亭也。上有二层楼，悬鼓击之以罢市。有钟一口，撞之，闻五十里。”
寺庙之内建造钟楼，始于魏晋南北朝时期。唐代，钟楼与塔、藏经楼相对而建，称为“东钟西藏”。譬如，河北正定开元寺钟楼，与塔对设；苏州寒山寺钟楼，与藏经楼对设。《大相国寺碑铭》载：“百工麇至，众材山积。岳立正殿，翼舒长廊。左钟曰楼，右经曰藏。”明代，钟楼和鼓楼在寺庙内对设，其实例参见晋祠钟鼓楼和平遥双林寺钟鼓楼等。
钟鼓楼建于京城中轴线上，始于元代。《元一统志》载：“至元九年（1272年）二月，改号大都，迁居民以实之，建钟鼓楼于城中。”《析津志》亦载：“钟楼京师北省东，鼓楼北，至元中建，阁四阿，檐三重，悬钟于上，声远愈闻之。”
关于钟声的传远效应，早在东汉时期的洛阳就有“撞之，闻五十里”的声效，而唐诗《枫桥夜泊》之“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”更是让钟声的传远声效家喻户晓。
在以钟声为信号的古代，声效较为突出的遗存以北京钟楼和山西五台山显通寺钟楼为代表。北京钟楼于乾隆年间重建，有“都城内外，十有余里，莫不耸听”的声学效应，可使皇家“以时出治”，全城百姓“作息以时”。北京钟楼钟声之所以能传远，与其铸造于永乐十八年的圆柱形青铜古钟的声学性能密切相关，更与其钟楼“拔地切云”的“身高”以及“穹窿四际”的耦合楼腔直接相关。钟楼的耦合楼腔由二层顶部拱券空腔、垂直柱形空腔（“天井”）和底层十字交叉窑洞空腔三个部分组成，犹如人体的头腔、咽腔和胸腔的耦合，可有效放大钟声，助其传远。
五台山显通寺钟楼的钟声，为台怀镇与五个台顶僧众联系的重要方式。显通寺的钟声作为联系的声信号，可传至五个台顶的寺庙。由显通寺钟楼的形制结构可知，重达9999斤的明代永乐大钟悬于钟楼二层，其下是一个方形空腔，亦可助声传远。此外，山西平遥双林寺钟楼、河南洛阳关林庙钟楼底层，皆为方形空腔，虽声效难及北京钟楼和五台山显通寺钟楼，但均采用了类似技术。
使用“地下通道”传声的苏巴什佛寺讲经场
苏巴什佛寺作为丝绸之路的重要节点，其使用的“地下通道”腔体助声技术亦可诠释中西文明互鉴的意义。当时，唐玄奘途经吐鲁番高昌古城和塔什库尔干县的石头城等地去往西天取经，曾途经龟兹古国在苏巴什佛寺为众僧讲经说法。在没有电声设备助声的条件下，古人是如何让“数千僧众，皆可听闻”的？
苏巴什佛寺遗址作为龟兹古国的国寺，在西域五国中体量最大，自然也是古代丝绸之路上高僧大德宣讲佛教经文的主要场所。“名盖诸国”的鸠摩罗什曾在此讲解大乘经，其时龟兹古国僧众有一万余人；玄奘因“凌山雪路未开”，曾在龟兹驻足两月有余，其时龟兹古国僧众有五千余人。文献虽未明确记载玄奘在苏巴什佛寺讲经时听法僧众的具体数量，但从龟兹古国僧众的总数、苏巴什佛寺的地位和规模等事实推测，至少应有千余僧众在此同时听闻玄奘讲经。
使用探地雷达和高密度电法的测量分析结果表明，在苏巴什佛寺西寺古城遗址距离地面深约1.5米至2米处，建有宽约2米（高度未知）、总长约400米的十条通道，贯通正殿、讲经场及两侧僧房。其中六条通道呈东西向分布，四条通道呈南北向分布，五条通道以西侧围墙处讲经场的中间位置为汇集点。十条几乎互联的通道，本质上是相互耦合的窑洞空腔，或可助力鸠摩罗什和玄奘讲经声的清晰度和传远性。
有趣的是，法国努瓦永大教堂，其唱诗班所处位置的正下方也设有一窑洞助声室，能助力唱诗班的歌唱。该窑洞助声室长3.5米，宽4.5米，拱顶高3.5米，墙壁上还嵌设了64个陶土制作的声瓮。从设腔位置和声学原理看，其空腔传声技术与苏巴什佛寺遗址类似；从墙壁上设瓮技术看，与山西汾阳龙天庙设瓮技术类似；从建造时间看，苏巴什佛寺比努瓦永大教堂早了700余年。
总之，中国古代声学技术历史悠久，中国古代建筑声学文化博大精深。加强中国声学古建筑的体系化研究，可提升其科学价值，促进其科学保护，丰富传统文化的科学内涵，赋能文旅产业发展，亦可为当代绿色建筑的自然声设计提供理论参考。更为重要的是，古戏台原生表演声环境及其声学技术的演进研究，奠定了中华戏曲与其表演声环境自主知识体系的基础。
（作者：杨 阳 任世君，分别系国家社科基金冷门绝学研究专项“中国古建筑设腔助声技术的抢救性研究”负责人、山西大学音乐学院教授；山西大学科学技术史研究所博士研究生）
