当音乐厅成为一件“活的乐器”……
发布时间：2025-08-24 14:33:24 浏览量：2
文 | 谷宇飞
近日，德国西门子科技公司（下称“西门子”）与德国慕尼黑巴伐利亚国家歌剧院展开合作，对巴伐利亚国家歌剧院的声学系统进行数字化改造。利用数字孪生（digital twin）技术，双方携手为该剧院创建3D声学模型。借助西门子研发的“科学之声”（The Sound of Science）应用程序，音乐家可以在踏入音乐厅之前，即模拟出不同舞台布局与场馆配置所产生的声学效果。
混合现实预设声学效果
“科学之声”应用程序首次实现了以下功能：设置舞台设计、以多种方式布置乐队，或添加独唱声部
这款名为“科学之声”的混合现实（Mixed Reality）应用程序，依托逼真的3D声学模型，可模拟音效、管弦乐队布局及场馆配置等场景。音乐家通过该程序，结合能远程模拟空间的头戴设备，便能测试不同管弦乐队布局与观众位置下的声学效果差异。“科学之声”所依托的技术由西门子提供，其原理是通过处理脉冲响应测量数据，利用声线追踪法（ray tracing）计算声波在空间中的传播路径。不同的材料会影响反射，从而创造出场馆特有的声学效果。
西门子艺术项目艺术总监斯蒂芬·弗鲁希特介绍：“‘科学之声’应用程序的构想，源于排练时间日渐缩短与音乐会后勤成本持续攀升的行业趋势。我们对真实舞台演出的模拟，能让剧院专业人士提前进行更精准的规划，同时也能让观众对声学条件形成初步认知。”
该应用程序提供指挥台、楼座和包厢的视角，并能聆听现场音效
西门子模拟与测试解决方案高级副总裁让-克劳德·埃科拉内利（Jean-Claude Ercolanelli）肯定了其现实应用价值，“该技术有助于降低成本、优化资源、节省时间、减轻风险、改进决策并提升协作效率。通过提前模拟声学效果，这套全面的数字孪生技术能让我们在现实世界中作出更明智的决策。”
谈及合作，巴伐利亚国家歌剧院总经理塞尔日·多纳分享：“西门子与剧院长期合作，并且共同追求卓越与创新。我们期待数字化战略能带来新视角，也为‘科学之声’联合项目所衍生的各类潜在应用感到兴奋。”
该应用程序首次亮相于2024年萨尔茨堡音乐节节日表演大厅。西门子公司虽不打算将其商业化，但计划向国际文化领域的选定合作伙伴开放，并陆续将服务范围扩展至德国和英国的其他活动场所。“这个项目不仅仅关乎技术，更关乎通过创新来保护和弘扬文化遗产。”弗鲁希特说道，“通过‘科学之声’，我们正在为数字时代的卓越声学品质树立新的标准。”
建筑声学的传统与革新
表演场所的核心使命在于创造卓越的声学与视觉体验，这深刻影响着其建筑形态。历史上，两种主要模式主导着音乐厅设计：历史悠久的“鞋盒式”（如奥地利维也纳金色大厅、美国波士顿交响乐大厅）以其平行墙面产生丰富、环绕的声效；而“葡萄园式”（如德国柏林爱乐音乐厅、德国汉堡易北爱乐音乐厅）则通过环绕舞台的梯田状座位拉近观众距离，并利用精密设计的反射板优化声音分布。
柏林爱乐音乐厅 ©Hans Scharoun
然而，当代表演艺术的多样化需求催生了更多创新。建筑师们不再拘泥于单一模式，而是寻求融合与突破，并赋予空间前所未有的适应性。
首先，是在建筑材料方面进行创新。木材因其出色的声学扩散性和温暖的质感仍是材料首选，洛杉矶爱乐乐团的永久驻地沃尔特·迪士尼音乐厅便使用弯曲的木制面板创造出一个环绕包裹式的声学环境。此外，音乐厅内起伏有致的天花板，既是声学系统的有机组成，又巧妙呼应着外部的雕塑语言。
沃尔特·迪士尼音乐厅
玻璃等现代材料也被创造性运用，影响声音的反射与吸收。例如，冰岛雷克雅未克哈帕音乐厅将其玻璃幕墙用作调节声学的一种方式，巧妙地影响声音在其内部的传播方式。
哈帕音乐厅外景
哈帕音乐厅内景
其次，是通过数字化打造可调节声学系统。其关键突破在于引入可调节的声学元件。例如，加拿大蒙特利尔交响音乐厅装备了可移动的木制镶板和吸声帘幕，能够根据演出类型（从细腻的室内乐到宏大的交响乐）动态调整混响时间。
蒙特利尔交响音乐厅
此外，借助数字建模技术，可精准推算建筑内部形态对声效产生的影响。现代设计工具（如参数化建模、声学仿真软件）使得建筑师能在建造前精确预测和优化声学效果。以大卫·格芬音乐厅为例，其重新设计时采用了受正弦波启发的木镶板系统，不仅塑造了独特的空间感，也增强了声音的均匀扩散。
大卫·格芬音乐厅
德国汉堡易北爱乐音乐厅通过算法为1万块石膏纤维隔音板生成独一无二的形状，其曲面形状均经过精密计算，确保声音能量有效传递至每个角落。这些革新标志着表演空间设计从追求固定的“理想声学”，转向创造能灵活响应不同艺术形式和观众需求的“适应性容器”。
易北爱乐音乐厅外景
易北爱乐音乐厅内景
易北爱乐音乐厅通过算法生成1万块石膏纤维隔音板
从静态空间到动态乐器
以西门子“科学之声”为代表的数字技术，以及其他可调节声学系统、智能舞台机械和数字媒体集成等，正在从根本上重塑表演场所的本质。
如“科学之声”数字孪生技术允许演奏家在虚拟空间中无限次地“试奏”音乐厅，以达到预设与模拟的效果。指挥家和乐团管理者可以在排练前精确模拟不同乐池布局、舞台扩展方案甚至虚拟观众席对声学的影响，找到最优配置，极大提升了现场排练的效率与最终演出的声学品质。
在空间形态的活化方面，巴黎爱乐音乐厅天花板悬挂着由计算机模型精心设计的、形态复杂如同“云朵”般的可调节反射器，用于精确引导声音，赋予了音乐厅现场动态调节的“变声”能力。
巴黎爱乐音乐厅
蒙特利尔交响音乐厅内部的可移动镶板、通过电机进行升降以改变厅内声学效果。需要清晰、短混响的巴洛克音乐会之后，无须物理改造，大厅就能迅速转换为适合浪漫派交响乐的长混响模式。此外，该音乐厅还能通过光影与声音互动，借助交互式视觉技术生成、实时投影和灯光来配合交响乐演出，为观众创造出“虚实结合”的沉浸式感官体验。
蒙特利尔交响音乐厅内的演出
技术扩展了空间本身的形态和交互能力，令音乐厅从凝固的建筑，转变为能与艺术家乃至观众实时互动的共鸣体。如同乐器在演奏家手中被赋予生命，现代技术加持下的音乐厅，正通过建筑师、工程师和艺术家的共同“演奏”，从静态的物理容器进化为一个动态的、持续进化的艺术表达载体，通过主动塑造声音、适应需求，成为一件真正意义上的“活的乐器” 。
