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    建築聲學家 杜銘秋

    你相信嗎?聲音,不僅聽得到、看得到、感覺得到,甚至還有顏色!聽起來很玄,是不?讓我們跟著建築聲學專家杜銘秋一起推開聲學大門,一探這看似冷門,其實無所不能的奇妙世界。

    從建築跨界聲學
    「我以前讀新竹高中,那是一所講求科學與人文的學校,從那時起,我就希望大學能唸兼具科學與藝術的科系。」讀了五年的逢甲建築系,杜銘秋還是認為建築太美學,但是純理工又不完整,直到進了成大建築研究所,一間「音響實驗室」開啟了他的視野,「過去聲音就像是『黑箱作業』,我們不知道裡面有什麼,現在我即使不能打開它,也要想辦法讓它透進一點光。」

    在那段時間,他埋首研究,用電腦模擬聲音,並測試電腦擬聲與實際聲音的誤差,交出一篇〈電腦的聲學測試與模擬分析〉論文,也成為臺灣能檢測模擬聲學的第一人。

    建築聲學有何重要?杜銘秋舉例,1962年紐約林肯表演藝術中心音樂廳開幕,那是一個極其美麗的音樂廳,但是當音樂一播放,低音卻沒了,只剩下中、高音,導致音樂廳飽受批評。其後歷時10年,經過五次改造,耗資數百萬美元,結果卻是愈改愈糟,拆改的費用遠遠高於興建金額,「若當時先把聲學模擬做出來,就不需要花這麼大的代價了。」

    2001年,杜銘秋赴上海就讀同濟大學建築聲學博士班,發覺指導老師王季卿早在1955年就在上海創建新混響室,足足比臺灣早了30年。王季卿教授一手拉著藝術,一手拉著科學,引領杜銘秋「跨界」看到更大的世界,「原來聲學可以跨足到生物聲學、海洋聲學、醫學聲學、音樂聲學、心理聲學⋯⋯這實在太有趣了!」

    聲學,無所不能
    雖說聲學很理論,但也有平易近人之處。杜銘秋說,聲音是有顏色的,像聲學家說的「粉紅噪音」,就可感覺到頻譜是粉色的,甚至還有白色、褐色的頻譜,顏色很繽紛。聲音也是可以有感情的,像是低頻容易讓人感動,高頻則會讓人感到不舒服。

    聲學應用相當廣泛,一般來說,人耳聽覺分為次聲波、聲波、超聲波。近年來,各國爭相研製的「次聲武器」,就是藉由發射頻率低於20赫茲的次聲,讓次聲波與人體產生共振,使人體受到損傷,是一種新概念武器。當然,次聲還可應用在醫療保健方面,以低頻率的受迫振動來增進健康。例如,把次聲波作為振源,像盪鞦韆中隨著鞦韆的鐘擺運動,就能促使體內器官的運動。因此,氣功中透過手腿週期性彎曲擺動,或是走路、慢跑等運動,就能達到放鬆效果或增進人體健康。

    超聲則是頻率高於兩萬赫茲,像是醫學上的超音波治療。而目前有一種海扶刀療法,不需要切開皮膚或穿刺,運用超音波就能直接消滅體內腫瘤的新技術。同樣的方法,也應用在瘦身市場,利用超聲治療消除局部脂肪,也成為一種新興的減肥療法。

    在生物聲學的領域中,環保是個重要議題。杜銘秋指出,近年來不斷傳出鯨魚擱淺,主因是許多郵輪、動力船的引擎聲過大,導致整個海底迴盪著無法消滅的噪音,而使得鯨魚的耳膜嚴重受損。為了躲避噪音,鯨魚只得逃離上岸。更感傷的是,鯨魚求偶聲約在50至52赫茲,卻經常被輪船噪音給掩蓋,傳不出去的求偶聲,讓許多鯨魚終其一生孤獨老死。如何減低海底噪音,也是人類維護大自然生態平衡的重要課題。

    餘響時間,找到好音質
    近代建築聲學的發展,約始自19世紀末、20世紀初。當時,哈佛大學新建一座報告廳,校長上臺說話卻發現學生都不聽,一氣之下找了物理教授沙賓來想辦法。沙賓找出原因,原來是要控制大廳的「餘響時間」(又稱殘響時間),就是聲源停止發聲後,至聲能密度衰變至60分貝的秒數。

    杜銘秋進一步說明,音樂廳的餘響時間應該要控制在1.6至1.8秒,歌劇表演大概是1.0至1.2秒,演講或演唱會表演大概是0.7至0.9秒,KTV、電影院的空間小,只要控制在0.6秒以內即可,如此就能得到較好的音質。

    那麼,進音樂廳該選哪個位子?杜銘秋一邊畫圖一邊說明:「音樂廳的票價其實應該可用聽覺分,而非視覺,」他說,最前面座位因為聲音太直接,其實不是聆賞的最佳選擇;最後面的座位則可能聲音太弱;太旁邊反射太強也不適合,最好是中間軸線稍後幾排、略偏左右的座位。這兩區的座位從前、後傳來的聲音距離差不多,且音色飽滿,尤其可人的是,它的價格不貴。遇到人少時,杜銘秋還笑稱下半場建議可換個位子坐,「同一張票可以體驗兩種不同的聲音,為什麼不換呢?」

    杜銘秋不忘提醒,「音樂廳舞臺後方常見壯觀的管風琴,這是萬器之王,由數千支聲管組成,若國家音樂廳有管風琴表演,一定要買票去看,這是很難的樂器,會彈奏的人不多,也很少人懂。」這個管風琴即使沒演奏時也有用途,因為它具有絕佳的聲音擴散及反射效果。

    全球經典音樂廳
    說起全世界最棒的音樂廳,杜銘秋首先提到古希臘羅馬劇場。「它是半圓形的曲面,每個座位的階梯都能反射聲音,可見當時的數學演算多厲害,能算出最適當的角度與距離,用自然聲學就得到最好的效果。」

    依照沙賓的「餘響時間」為指標,杜銘秋推薦三個被全球認定最好的音樂廳,分別是維也納音樂協會的金廳、波士頓音樂廳,還有阿姆斯特丹音樂廳。「這三個音樂廳都是標準的鞋盒式空間,尤其金廳裡還放置了許多金人,聲音碰撞後會打散,把整個聲場變得很融洽。」此外,2016年年底開幕,在老倉庫上方堆疊建造的德國易北愛樂廳,被杜銘秋形容為「沿著天梯上去彷彿走進天堂」,也被他列為「一定要去」的音樂廳名單中。

    近年來廣受好評的安徽合肥大劇院,則是由杜銘秋親自操刀的作品。在合肥大劇院裡,舞臺設有大型機械,可以升降、旋轉、移動,以因應不同類型的演出。為了能得到最好的視聽效果,他在空中放了23個玻璃材質的懸浮碗型反射板,不僅能把聲音反射下來,還能排除上方排風機的噪音與震動。

    不只做聲學,合肥音樂廳也要求美學,外型是一道道優美的圓弧曲線,裡頭的旋轉樓梯則美得像是咖啡杯裡的拉花,印證了杜銘秋所說「聽覺與視覺不能偏廢」。

    聲學,讓生活更美好
    建築聲學大至音樂廳,小到個人居家也是學問!杜銘秋解釋,「一般常聽到的5.1聲道,就是指五個喇叭加上一個重低音音箱,重低音喇叭放在前方,低於耳朵位置,其他五個喇叭可分別放在正前方、前面左右兩側與後面左右兩側,高度要高於耳朵。擺放方法是將家裡想成一個圓,人坐在中間,每個音箱要等距。牆面最好能呈摺曲狀,例如掛畫,才能讓聲音亂跑,打得更均勻。」

    若居家環境太吵,杜銘秋建議可做兩道窗的通風隔音窗,中間的空氣自然形成隔音效果,價格不高但效果好。住在學校附近的人也常會抗議噪音,「若使用定向型擴音器,讓校長講話只有面對的學生能聽見,附近居民就不會受到干擾。上海還有家咖啡廳,坐在不同位子就能聽到不同音樂,但是空間完全不用切割,這桌放出貝多芬,那桌聽到柴可夫斯基,就是用定向型傳聲。」杜銘秋說。

    聽杜銘秋說聲學,不但不枯燥,還會讓人驚奇連連。他在臉書上寫了超過2,500篇與聲學相關的文章,他自己找照片、並翻譯文章,還分享專業知識與觀點,並期許自己每日一篇。至於文章為什麼放在網路上而不出書呢?「我覺得知識應該是無償的分享交流,書放在那兒不一定有人讀,而且厚厚一本書很貴,不如把知識散播出來。」

    跨界的杜銘秋,從建築跨到一個更大的世界。他說,科學與藝術不應該分開,人不要只有單一專才,一加一不會是二,而是超越無限。

    杜銘秋
    學歷:成功大學建築研究所碩士、中國同濟大學建築聲學博士
    經歷:杜銘秋建築師事務所負責人、中國美術學院外聘教授
    專精:建築聲學設計、建築總體規劃、傳統劇場更生
    作品:士林官邸音樂廳規劃、新北表演中心規劃、臺北市親子劇場、中國合肥大劇院、大連大學音樂廳、寧波文化廣場大劇院、浙江美術館、安徽省廣播電視中心
    興趣:聽音樂會、看書、人文旅行、研究生態雨林咖啡
    運動:每日健走
    最近閱讀的書:The Island
    敬佩的人:白瑞納克、馬大猷、王季卿與賴榮平
    座右銘:滾石不生苔

    Text|夏凡玉

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