戏场是我国传统建筑的重要类型,在世界古代剧场史中,中国戏场别具一格。中国传统戏曲以其综合性、虚拟性、程式性等表演特征,使世界各国的观众如痴如醉。我国国土面积辽阔,各个地区在长期的历史发展过程中形成了各地的文化,戏曲艺术在全国范围内也形成了三百多种不同的地方戏曲。山西的晋南地区被誉为中国戏曲艺术的摇篮,其戏场建筑亦是我国古代建筑艺术宝库。学者们从上世纪就不断开展对山西戏台的调查研究,但主要从建筑形式、文物史、戏曲文化、保护修缮等角度,对其进行的声学研究较少。我国庭院式传统戏场属于开敞式空间,利用封闭空间的经典声学研究方法不够全面,需要探索适合我国传统戏场的研究方法和主客观音质指标。声音传播的本质是一种波动过程,若要探讨某一声学现象,最合理的办法就是从声音最本质的传播方式出发,因此本文将应用时域有限差分的声波动方程来探索古戏场声学特性。在收集文献的过程中发现,山西省内存在多处后台为窑洞的古戏台。古人结合山西建筑元素,将部分戏台的后台设为窑洞式,成为窑洞式戏台。为了探究这种特殊的古代声学建筑,本文前往山西省,对五处有代表性的窑洞式戏台进行了实地调研,详细描述其建筑特点,并做了声学测量。将实测的结果与仿真结果进行了对比分析,验证了将时域有限差分法应用于古戏场声学研究的正确性。此外还发现山西清代戏台常在台口设有八字墙,本文将应用声波动方程探讨窑洞式戏台和八字墙的声学特性。在研究初期,为了编程方便,探讨了窑洞内顶为平面的戏台声场变化。基于代表性的平遥县小胡村超山庙戏台原型,参考其体型、结构和体积,构建了5种戏台计算模型,利用时域有限差分法计算得到了模型中几个接收点的脉冲响应,进而做了频域分析。从结果可见,横向窑洞比纵向窑洞更能增强混响感,而且窑洞内空间越大可以对越多的频率起到扩声作用。利用时域有限差分法对窑洞式戏台的模拟,解决拱券结构的曲面边界是关键。对于声波时域有限差分方程,常用的为直角网格,遇到曲面边界问题时一般采用传统的阶梯近似法解决。然而阶梯近似法的误差较大,本文从电磁场研究中引进局部共形网格技术,并结合完全匹配层（PML）吸收边界,推导得到适合敞开空间的声波传播方程。为了验证声波共形FDTD方程的精确度,模拟了二维椭圆房间声场,结果显示了共形技术比阶梯近似法精度更高,计算也较方便,将用于解决建筑的曲面边界问题。半圆顶为现存窑洞的常用顶部结构,而且半圆方程为规则方程,利于编程计算,本文先讨论了半圆顶窑洞的情况。对于三维共形网格,网格的共形面积和体积是核心问题,由于窑洞结构较为简单、对称,本文利用投影法可以快速求得共形面积和体积。在得到5种模型各个接收点的脉冲响应后,对其进行响度、混响时间T₃₀、早期衰变时间EDT等客观声学参量的分析,比较了各个模型的音质。初步发现对于我国传统庭院式戏台,早期声能衰变时间EDT比混响时间T₃₀更能说明无顶空间的混响感,与前人的研究结论一致。为了进一步验证客观参量与实际听感的关系,利用对偶比较法设计了听音试验。对得到的脉冲响应修正后,与三种音乐干信号卷积后生成试验所需的听音信号,利用Matlab GUI界面使受试者独立操作完成听音试验。试验数据结果显示,后台设有窑洞能带来更多的空间感、丰满度,并确认了早期声能衰变时间EDT比混响时间T₃₀更能说明无顶空间的混响感。最后,参考了山西多处戏台八字墙的构造、大小等参数,建立了二维和三维八字墙模型,通过共形FDTD方程计算探讨了八字墙对戏场音质的影响。对观众区的声场强度、早期声能、侧向能量因子进行分析后发现,含有八字墙的戏台比不含八字墙的戏台能加强观众区的声强,而且可以加强早期侧向反射声和早期声能,使靠近八字墙正前方区域声音的空间感更好。八字墙的结构与现代剧场中舞台台口两侧的声反射板类似,美化戏台造型的同时改善了戏场音质,具有较大的研究意义。文中还提出了用于声波FDTD方程中的高阶精度算法,提高了大空间声场的计算速度和计算精度。文中从稳定性和数值色散分析了高阶精度算法的精确性,并将高阶精度算法与阻抗边界条件和PML边界结合,做了相关的模拟计算,验证了其高效性。本文的研究推动了基于波动声学理论的时域有限差分法在建筑声学中的应用,改进了现有的时域有限差分声波动方程,弥补了山西窑洞式戏台和戏台口八字墙这两个特殊建筑所起的声学作用的研究欠缺。实测与仿真的结果对古声学建筑的保护和民族观演类建筑的音质设计均有较重要的意义。