未來劇場(chǎng)聲系統(tǒng)：將空間聲效與室內(nèi)擴(kuò)聲結(jié)合起來

[德]+甘特·恩格爾

【摘 要】 介紹全新劇場(chǎng)音響與室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)的傳統(tǒng)功能相結(jié)合的理念及方法，并展示斯泰克Vivace系統(tǒng)的臨時(shí)與固定裝置 案例。

【關(guān)鍵詞】 劇場(chǎng)；聲系統(tǒng)；空間音效；室內(nèi)擴(kuò)聲；Vivace系統(tǒng)

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.06.010

正如最近電影院已進(jìn)入3D視頻投影階段一樣，劇場(chǎng)與大型活動(dòng)廳堂的聲系統(tǒng)也進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。過去的由一個(gè)主擴(kuò)聲系統(tǒng)配合其他環(huán)繞聲揚(yáng)聲器加強(qiáng)音效的概念將會(huì)被更加先進(jìn)的系統(tǒng)所取代。原先舞臺(tái)周圍的揚(yáng)聲器用于營(yíng)造聲源的自然定位，而負(fù)責(zé)觀眾席的呈半圓形分布的每只揚(yáng)聲器用于將理想音效烘托出來。這就意味著直達(dá)聲與混響不是由一個(gè)信號(hào)混音而成，這使得聲音更自然，同時(shí)也增強(qiáng)了帶寬的音效。全新劇場(chǎng)音響與室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)的傳統(tǒng)功能相結(jié)合后，將會(huì)達(dá)到未知的新高度。本文介紹這種新理念背后的方法，并展示斯泰克Vivace系統(tǒng)的臨時(shí)與固定裝置案例。

1 簡(jiǎn)介

劇場(chǎng)和通常意義上的所有娛樂場(chǎng)所在音效上都面臨著一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)：讓場(chǎng)館內(nèi)的音效比觀眾在家使用的視聽系統(tǒng)聽起來更自然、更震撼。對(duì)電影工業(yè)來說，這是個(gè)關(guān)鍵問題。所以，他們一直朝這個(gè)方向努力，必須采用更高像素的視頻投射，并在天花安裝更多揚(yáng)聲器以及背投聲音定位揚(yáng)聲器。

音響特效將幫助娛樂場(chǎng)所超越家庭影音系統(tǒng)的音效。這類技術(shù)的關(guān)鍵在于可以營(yíng)造逼真的室內(nèi)聲音模擬，并保持聲源的自然定位。家庭影音系統(tǒng)很難模仿這種設(shè)計(jì)，它的感官效果大不相同。

2 室內(nèi)模擬

劇院及大型活動(dòng)廳堂進(jìn)行室內(nèi)聲效模擬的目標(biāo)，是營(yíng)造各類聲源的逼真聲環(huán)境效果。而傳統(tǒng)方式只是將正向揚(yáng)聲器加上輔助混音傳送出去，或者更好的方式是加上一些環(huán)繞聲信號(hào)。與此不同，聲效模擬的新目標(biāo)包含的意義更多：直達(dá)聲在無任何輔助聲的前提下被再造。均勻分布在觀眾席上方，與周圍的揚(yáng)聲器網(wǎng)絡(luò)形成反射聲與混響，與直達(dá)聲匹配，由此形成逼真的聲環(huán)境。在這樣的環(huán)境下，觀眾如同置身于一個(gè)自然真實(shí)的環(huán)境中，而非坐在混響音樂播放器面前。

這里包含了一些有趣的隱含意味：聲音越自然，觀眾的身臨其境感越強(qiáng)。這一步驟常常發(fā)生在不知不覺中。在不模糊干擾原聲的前提下，聲學(xué)設(shè)計(jì)師越增加混響，原聲信號(hào)與傳統(tǒng)設(shè)置相比就會(huì)越強(qiáng)。音樂聲就會(huì)像在真正的音樂廳內(nèi)一樣自由彌漫在空間中。聲音會(huì)以人類大腦習(xí)慣的接收自然信號(hào)的方式喚醒其中無意識(shí)的功能。這創(chuàng)造了新的藝術(shù)可能性，并使聲學(xué)設(shè)計(jì)更加靈活。標(biāo)準(zhǔn)的立體聲音響與環(huán)繞聲設(shè)置瞬間消失了：不再有最佳聽音位置。聲音設(shè)計(jì)的惟一障礙就是揚(yáng)聲器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋問題。

如何達(dá)到這個(gè)目標(biāo)呢？第一步是將基于信道的聲音轉(zhuǎn)換為基于物體的聲音。聲音不再被保存在各揚(yáng)聲器專用的信道上，而是以記錄廳堂幾何位置以及理想的聲學(xué)特性的原始輸入信號(hào)形式來保存。

聲系統(tǒng)需要知道所有揚(yáng)聲器的幾何位置，并將原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬墻面與天花構(gòu)件的反射聲以及衍射聲混響，利用所有這些形成自然聲場(chǎng)。

發(fā)生反射與混響的基礎(chǔ)是有可測(cè)的與原始信號(hào)混合在一起的脈沖反應(yīng)。測(cè)試包含演奏廳堂內(nèi)所有自然聲學(xué)特性。

脈沖反應(yīng)第一部分，由承載諸如廳堂幾何比例或與聲源距離等信息的信號(hào)早期反射聲組成。這些反射聲須按照揚(yáng)聲器位置在時(shí)間線上重新排布。這意味著當(dāng)各揚(yáng)聲器發(fā)出信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)須依照所有觀眾座椅都能得到理想早期反射聲時(shí)間架構(gòu)的原則，來配置反射聲延遲。同時(shí)聲音方向非常重要，反射聲依此才能到達(dá)聽者的位置。這意味著使用者可以拓寬聲源或是增強(qiáng)聲源能量。

隨后，可以更輕松地處理脈沖反應(yīng)。在大多數(shù)情況下，目標(biāo)是形成分散空間的同質(zhì)聲場(chǎng)。所有受歡迎的音樂廳聲學(xué)效果最后都達(dá)到統(tǒng)一均勻?qū)蚍植嫉乃p聲能。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要使用分布在觀眾席周圍的、能發(fā)出單個(gè)信號(hào)的揚(yáng)聲器，并讓其形成網(wǎng)路。在每個(gè)座位上應(yīng)該都能看到形成半圓形包圍的揚(yáng)聲器，它們能夠向座位提供聲能。為了減少所需揚(yáng)聲器的數(shù)量，使用的揚(yáng)聲器須具有統(tǒng)一的寬頻導(dǎo)向性。

只要實(shí)際廳堂內(nèi)揚(yáng)聲器與觀眾的距離與聲線的自由路徑具有可比性，聲音設(shè)計(jì)就具有高度自由性。如果實(shí)際廳堂比模擬的廳堂大得多，設(shè)計(jì)難度就更大了。如果可以安裝一套揚(yáng)聲器系統(tǒng)，能將觀眾區(qū)分為更小的區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一導(dǎo)向覆蓋，便可以實(shí)現(xiàn)小廳的聲學(xué)效果。而且，視覺印象限制了設(shè)計(jì)范圍。如果視覺印象與聲學(xué)不吻合，就很難創(chuàng)造聲音的幻境。如果聽者的意識(shí)可以通過合理的燈光設(shè)計(jì)或視頻投射而專注于演出，聲學(xué)設(shè)計(jì)的靈活性就可以再一次增強(qiáng)了。

另一個(gè)需要考慮的重要限制是活動(dòng)位置的自然聲條件。由于只能增加聲能，所以，很難在一個(gè)混響很強(qiáng)的廳堂形成干澀音質(zhì)房間的效果。一套反射聲天花很可能破壞敞篷戶外場(chǎng)所的聲學(xué)設(shè)計(jì)。

3 定位

擴(kuò)聲系統(tǒng)感官體驗(yàn)質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)在于聲源的正確定位。當(dāng)閉上眼睛，舞臺(tái)上所有演員坐在主擴(kuò)聲系統(tǒng)前時(shí)，在光學(xué)與聲學(xué)感官上會(huì)形成錯(cuò)位。多年來，人們已習(xí)慣于很多演出缺陷，但如果將此結(jié)果與更加先進(jìn)的裝置效果進(jìn)行比對(duì)時(shí)，利用先進(jìn)裝置能使演員的聲音與其視覺位置相匹配，這種效果的優(yōu)勢(shì)就顯而易見了。這樣的系統(tǒng)可以將觀眾腦海中的擴(kuò)聲系統(tǒng)完全剔除。不借助視覺線索而將不同位置的聲源區(qū)分開，對(duì)于傳輸演出內(nèi)容大有幫助。人腦在區(qū)分不同方向的聲源方面功能強(qiáng)大，這就是所謂的雞尾酒效應(yīng)。

使擴(kuò)聲系統(tǒng)保持正確定位的最簡(jiǎn)單的方法，就是利用聲源位置的揚(yáng)聲器。如果觀眾區(qū)太大，而使單一揚(yáng)聲器的導(dǎo)向無法完全覆蓋，就需要應(yīng)用針對(duì)不同觀眾分區(qū)的更多揚(yáng)聲器。在很多情況下，能利用舞臺(tái)揚(yáng)聲器提供的聲能是相當(dāng)有限的。觀眾席頭兩排令人不適的聲能級(jí)、反射聲以及舞臺(tái)布景的顯示是此問題的主要原因。

為了使觀眾席后部區(qū)域能接收足夠的聲能，需要安裝額外的揚(yáng)聲器，它們不能裝于聲源位置。在某種程度上，能使自然聲本身及舞臺(tái)附近揚(yáng)聲器到達(dá)某位置，并利用其他揚(yáng)聲器為其提供更強(qiáng)的聲能。這種理念廣泛應(yīng)用，旨在讓聲能來自舞臺(tái)而非天花。不過，它對(duì)形成水平定位也是很有幫助的。endprint

關(guān)鍵的一點(diǎn)就是確保輔助揚(yáng)聲器的聲音在直達(dá)聲到達(dá)聲源聽覺位置后某一時(shí)間段后才到達(dá)。時(shí)間延遲的允許范圍取決于音頻信號(hào)的種類。但在大多數(shù)情況下，5 ms～25 ms的范圍是最佳值域，值域的起始值是其精密限值。當(dāng)輔助揚(yáng)聲器信號(hào)幾乎與直達(dá)聲同時(shí)到達(dá)聽者耳朵時(shí)，其定位由揚(yáng)聲器迅速完成。

對(duì)于衰減計(jì)算，不僅要考慮揚(yáng)聲器的主要覆蓋區(qū)域，同時(shí)也要考慮揚(yáng)聲器的高頻無法傳輸?shù)膮^(qū)域，見圖1～圖2。殘留聲的早期直達(dá)聲可以像描述案例中顯示的那樣更改或破壞定位。

獲得擴(kuò)聲系統(tǒng)輸入信號(hào)的方法有兩種。第一種方法是利用覆蓋某一舞臺(tái)區(qū)域的固定傳聲器。此傳聲器與每只揚(yáng)聲器之間的合理延遲是一個(gè)固定值，該值由舞臺(tái)覆蓋區(qū)域中演員的較差聲音位置與揚(yáng)聲器延伸覆蓋區(qū)域的聽者位置所決定。

第二種方式是利用無線傳聲器。這種情況下，揚(yáng)聲器延遲需要靈活，且當(dāng)演員位置改變時(shí)，需要作相應(yīng)調(diào)整，音頻系統(tǒng)需要知道舞臺(tái)聲源位置。依據(jù)不同的聲源種類，其定位可能通過布景構(gòu)建得到的反射信息或是保持演員的預(yù)設(shè)路徑得到。在大多數(shù)情況下，演員位置必須改變或至少可以手動(dòng)監(jiān)控，例如，利用觸摸屏。這種情況下，一個(gè)有利的途徑就是利用追蹤系統(tǒng)，將演員位置發(fā)送至音頻系統(tǒng)。

4 室內(nèi)擴(kuò)聲

新劇場(chǎng)聲效的第三個(gè)要素是電聲室內(nèi)強(qiáng)化系統(tǒng)的應(yīng)用。根據(jù)不同類型的系統(tǒng)，工作原理類似于所描述的具有高度靈活性與逼真性的室內(nèi)模擬。與室內(nèi)模擬的顯著區(qū)別在于音頻系統(tǒng)需要應(yīng)對(duì)傳聲器與揚(yáng)聲器之間的反饋斜率。由于傳聲器至少需要距離樂師3 m～4 m，以避免非自然近聲場(chǎng)的拾波效應(yīng)，并為了實(shí)現(xiàn)更加平衡的樂團(tuán)音效，將會(huì)有巨大的反饋聲能。

基于不同的系統(tǒng)類型，這種不利的反饋斜率可以通過傳聲器的窄帶定向或緩慢而微小地改變傳遞函數(shù)的時(shí)間差異來弱化。

一些系統(tǒng)利用反饋揚(yáng)聲器與附加的若干傳聲器之間的反饋斜率來實(shí)現(xiàn)混響。在聲能衰減過程中，信號(hào)通過傳聲器與揚(yáng)聲器的組合大約50次～100次。即使在某些系統(tǒng)中可以通過電聲形成附加早期反射聲，利用此方法所達(dá)到的理想聲學(xué)條件下的靈活性也將大大受限。

5 案例

以下兩個(gè)案例展示了上述情況的實(shí)際應(yīng)用。

（1）薩爾斯堡音樂節(jié)的巖石廳

奧地利薩爾斯堡巖石廳，見圖3～圖5，在世界著名歌劇院中有著很高的聲譽(yù)，其舞臺(tái)后墻由巖石雕刻而成，擁有可伸縮的舞臺(tái)天花板。除了上演古典歌劇與音樂會(huì)，此廳堂在薩爾斯堡音樂節(jié)時(shí)也承接大型現(xiàn)代歌劇演出。

此劇院配備固定的斯泰克Vivace系統(tǒng)，可用于針對(duì)特定觀眾、樂隊(duì)規(guī)模及演出形式的音效校正與微調(diào)。包含了72只固定揚(yáng)聲器、約16只可加入布景的可變揚(yáng)聲器。傳聲器可以借助燈光橋上的伸縮吊桿自由安裝在舞臺(tái)上方。

演示廳的音效非常出色，特別是在音樂節(jié)的現(xiàn)代歌劇演出中，效果更為突出。這些音效可以裝于聲音載體上，在觀眾區(qū)靈活移動(dòng)。根據(jù)藝術(shù)要求，音效可以在音效間內(nèi)擴(kuò)聲。這個(gè)附加的模擬房與音效載體相呼應(yīng)，增強(qiáng)了音效的主觀沖擊感。

（2）奧伯阿梅爾高

在位于德國(guó)的小村莊奧伯阿梅爾高，有一種特別的劇場(chǎng)表演——《基督受難劇》。這里的居民每10年表演一次這種劇目，已經(jīng)延續(xù)350多年了。100年前，這里建造了一座精巧的劇場(chǎng)，見圖6～圖7，擁有5 000座位，迎接了前來觀看演出的50萬名觀眾。

這種演出的特殊挑戰(zhàn)是舞臺(tái)超大，能容納800名演員。在以往300多年的演出歷史中，這些非專業(yè)演員從未通過擴(kuò)聲設(shè)備與觀眾交流。在一個(gè)廣大的舞臺(tái)上，有眾多演員，一個(gè)重要問題是讓觀眾聽到是其中哪位在講臺(tái)詞。這就需要安裝一套系統(tǒng)，能夠精確定位演員的位置，見圖8。

憑借vivace系統(tǒng)，可以通過固定傳聲器與觀眾席的多只揚(yáng)聲器分別在近、中、遠(yuǎn)的距離保留所有演員的準(zhǔn)確位置。如前段所述，每只揚(yáng)聲器設(shè)置是通過Vivace模擬工具并在每只傳聲器的覆蓋區(qū)域基礎(chǔ)上設(shè)定。

另外，系統(tǒng)的擴(kuò)聲功能還可用來加強(qiáng)合唱、樂隊(duì)以及獨(dú)唱者間奏的混響效果。由于場(chǎng)館巨大的容積，即使在滿座條件下混響時(shí)間依然過長(zhǎng)。為了使混響與室內(nèi)反應(yīng)在只有音樂時(shí)也能感受到，這里應(yīng)用了略低的早期混響時(shí)間與略高的混響級(jí)。

在不演《基督受難劇》的年份，劇場(chǎng)成為專業(yè)的巴伐利亞劇場(chǎng)。在這類演出中，演員配備無線傳聲器與追蹤系統(tǒng)發(fā)射器。追蹤系統(tǒng)天線通過高頻脈沖檢測(cè)到演員位置并將其傳輸給Vivace系統(tǒng)。舞臺(tái)被分隔成若干聲源區(qū)域，當(dāng)演員處于某一聲源位置時(shí)，其信號(hào)就以合理的延遲時(shí)間、聲能級(jí)與過濾傳輸給揚(yáng)聲器。當(dāng)演員移動(dòng)至下一聲源區(qū)域，兩區(qū)域之間可以實(shí)現(xiàn)流暢的轉(zhuǎn)接。

作者簡(jiǎn)介：

甘特·恩格爾，現(xiàn)任德國(guó)Mueller-BBM國(guó)際有限公司研發(fā)部部長(zhǎng)，多年來參與眾多劇場(chǎng)、歌劇院、音樂廳及戶外大型演出的策劃和聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括古典交響樂音樂會(huì)、狂歡節(jié)和大型電視演出等。參與項(xiàng)目包括：美國(guó)紐約州劇院、澳大利亞Felsenreitschule Salzburg Festival劇場(chǎng)、德國(guó)Concert Hall University of Augsburg音樂廳、德國(guó)Dornier Museum Friedrichshafen博物館、卡塔爾多哈Katara Amphitheater露天劇場(chǎng)等工程的建聲、電聲及相關(guān)項(xiàng)目。endprint