長混響演藝空間的擴聲方法

張 震

（天津市群眾藝術(shù)館，天津 300050）

擴聲質(zhì)量主要受兩種因素影響，一是聲場環(huán)境；二是擴聲設備。隨著科技水平的發(fā)展，擴聲設備的種類繁多、功能多樣，可以根據(jù)演藝的需要進行選擇并進行系統(tǒng)設計。然而，擴聲環(huán)境往往是不可改變的，特別是有些建筑的室內(nèi)聲學條件較差，但又必須在其中完成特定的演出，這就向擴聲設計提出了考驗。如何才能在長混響、反射波復雜的建聲條件下完成好擴聲工作？本文根據(jù)在玻璃墻體展廳中擴聲的實踐經(jīng)驗，介紹在長混響空間環(huán)境下的擴聲方法。

1 玻璃展廳演藝空間介紹

天津濱海國際會展中心是以展覽為主的大型建筑，見圖1。在建設中主要考慮到環(huán)保節(jié)能要求，其頂部為波浪型玻璃結(jié)構(gòu)，展區(qū)三面為玻璃墻，地面為水磨石，每個展區(qū)之間又用玻璃墻分隔，日常展覽中采用自然光照明，以節(jié)省大量照明能源。

綜藝演出在會展中心的8、9號館內(nèi)舉行，展廳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要是鋼結(jié)構(gòu)與玻璃墻體，地面是堅硬的水磨石?？請龌祉憰r間為3.1 s，聲音的清晰度較差。

2 擴聲設計思路

建筑聲學環(huán)境是不能改變的，也不可能進行大規(guī)模投入改造，所以，只能在擴聲設備的選擇與系統(tǒng)設計方面做文章。設計方案中，首先考慮采用直達聲擴聲方案，選用指向性較好的線陣列揚聲器。合理設計揚聲器的吊掛高度與角度，盡可能將直達聲投送到觀眾區(qū)域。圖3是線陣列揚聲器與常規(guī)揚聲器聲波的傳播對比示意圖。為了進一步降低展廳內(nèi)的有害反射聲，并提高舞臺返聽與觀眾席的清晰度，利用聲波同相位疊加使聲功率加大、反相位相互抵消使聲功率減小的特點，將擴聲系統(tǒng)分為擴聲相位相反的觀眾區(qū)域與舞臺返聽區(qū)域兩大部分。利用聲波相位的特點，盡可能抑制有害反射聲。

圖1 天津濱海國際會展中心玻璃墻體

圖2 濱海國際會展中心內(nèi)部玻璃結(jié)構(gòu)

實際演出中，近次反射聲之外的反射聲不僅影響觀眾的聽音感受，對演員表演也有極大的干擾，會導致演員節(jié)奏混亂，容易拖后節(jié)奏，特別是一些對節(jié)奏要求準確的表演，如演唱、舞蹈、快板書等。

建立反相位的舞臺返聽系統(tǒng)后，返聽揚聲器形成一個“音墻”，將舞臺區(qū)域包圍其中，使舞臺區(qū)域形成一個與觀眾區(qū)域擴聲聲音相位相反的聲場，這樣做既可以讓舞臺區(qū)域的演員聽到干凈的直達聲，同時其反相位的聲壓也可抵消掉觀眾區(qū)域擴聲聲壓從屋頂和玻璃墻面反射回來的反射波。由于舞臺返聽擴聲聲壓與觀眾區(qū)域的擴聲聲壓是反相的，所以，當舞臺上的返送聲音有小部分擴散到觀眾區(qū)域時，也會被觀眾區(qū)域的聲波抵消掉。

3 擴聲設備選型與連接

3.1 揚聲器擺位

圖4是擴聲現(xiàn)場的平面揚聲器擺位示意圖。從圖中可以看到，以指向性較好的線陣列揚聲器為主覆蓋觀眾區(qū)域，揚聲器的水平聲壓覆蓋角度為90°。兩側(cè)的線陣列主擴聲揚聲器向兩側(cè)的外側(cè)偏轉(zhuǎn)一定的角度，其目的有兩個：一是照顧到觀眾區(qū)域橫向的坐席；二是由于展廳的屋頂較低，且是斜面向內(nèi)波浪式玻璃頂，為了避免同相位的擴聲聲壓在觀眾中間區(qū)域疊加后聲壓過強而產(chǎn)生不必要的反射聲，從而降低聲音清晰度。

在觀眾區(qū)中間接近舞臺中央位置的空白處，則由近場補聲揚聲器覆蓋。綜藝表演的舞臺為T型結(jié)構(gòu)，舞臺上的四周由8只返聽揚聲器覆蓋，其擴聲系統(tǒng)的超低頻揚聲器放置在線陣列揚聲器的垂直地面上。

圖3 線陣列揚聲器與常規(guī)揚聲器擴聲聲波對比

3.2 揚聲器的安裝

圖5是揚聲器安裝的剖面示意圖。從圖中可以看到，線陣列揚聲器的垂直覆蓋角度調(diào)整為24°，吊掛高度垂直于地面8.5 m，投射角度盡量向下，保證將聲音全部投射到觀眾區(qū)域，并避免造成反射而影響聲音的清晰度。

圖6是揚聲器擺位的局部放大示意圖。從圖中可以看到，線陣列揚聲器與近場揚聲器A、B全部是統(tǒng)一的正相位連接（ ）。而舞臺上的8只返聽揚聲器全部是反相位連接?？紤]到演出中獨唱、獨奏、相聲、快板等節(jié)目對返聽要求較高，將舞臺返聽揚聲器中的1、4號向中間傾斜，加強該表演區(qū)域返聽擴聲的聲級。

3.3 擴聲系統(tǒng)的功率輸出

為了達到以上要求，系統(tǒng)的功率輸出由以下5個部分組成。

（1）主擴聲系統(tǒng)：由調(diào)音臺的L+R主輸出通道輸出。

（2）低音系統(tǒng)：由調(diào)音臺的LFE專用通道輸出。

（3）近場補聲系統(tǒng)：由調(diào)音臺的輔助輸出通道1+2輸出，與線陣列揚聲器的左右聲道的位置是統(tǒng)一的。

（4）舞臺返聽系統(tǒng)A（1，2，3，4）：由調(diào)音臺的輔助輸出通道3輸出。

（5）舞臺返聽系統(tǒng)B（5，6，7，8）：由調(diào)音臺的輔助輸出通道4輸出。

3.4 擴聲系統(tǒng)的連接

圖7是擴聲的系統(tǒng)連接圖。從圖中可以看到，在每一個功率輸出系統(tǒng)的前端都接入一臺2×31段均衡器，用于調(diào)整系統(tǒng)的頻響特性。同時，在線陣列系統(tǒng)和低音系統(tǒng)各接入一臺聲頻處理器，主要用于精準地調(diào)整揚聲器的輸出特性和低音的延遲信號時間參數(shù)。

圖4 擴聲系統(tǒng)揚聲器擺位平面圖

圖5 擴聲系統(tǒng)揚聲器剖面示意圖

圖6 擴聲系統(tǒng)揚聲器位置局部放大圖

4 相位測試

系統(tǒng)安裝、連接完成后，首先用相位測試儀檢查每一只揚聲器的相位連接是否符合設計要求，即所有面向觀眾區(qū)域的揚聲器全部是正相位輸出，舞臺上的8只返聽揚聲器全部是反相位輸出。揚聲器相位反相連接的方法有幾種：如果所使用的調(diào)音臺、聲頻處理器或功率放大器有相位選擇開關，使用此開關進行操作；如果沒有相位選擇開關，可以將功率放大器輸出或揚聲器輸入的任一接線端的兩個端子反過來連接即可。系統(tǒng)中的全部揚聲器連接完成后，用相位儀檢查所有揚聲器的相位與設計的相位是否相同，然后再用聲級計測試所有揚聲器的輸出是否一致。

圖7 擴聲系統(tǒng)設備連接原理圖

具體方法是：關閉所有揚聲器，單獨開啟左側(cè)的線陣列揚聲器，播放聲頻正弦波信號（如800 Hz），將該系統(tǒng)中均衡器所有參數(shù)的調(diào)整電位器全部置于“0”位，把功率放大器的所有增益電位器開滿，再將測試傳聲器放置在線陣列揚聲器正前方并垂直于揚聲器的位置上，如圖4中測試傳聲器B1、B2位置所示。逐漸推起調(diào)音臺的主輸出L通道的電位器，當觀察到聲級計達到一個數(shù)量值時（如0 dB），記住該值與調(diào)音臺主輸出L通道的電位器的位置，將調(diào)音臺L輸出電位器拉回，關閉這一路的輸出。再將測試傳聲器放置到右側(cè)線陣列揚聲器前，位置與角度保持與左側(cè)相同。將調(diào)音臺的主輸出R通道的電位器推到與L通道相同的位置，觀察右側(cè)揚聲器的聲壓級是否在0 dB的位置。如相同，這一步的測試結(jié)束；如果大于0 dB，則減小該通道功率放大器的增益，使輸出達到0 dB；如果小于0 dB，則記住該數(shù)值，將測試傳聲器放回左側(cè)線陣列揚聲器前原來的位置上，將調(diào)音臺R通道的電位器拉回，再將L通道推到原來的位置上，這時聲級計指示的應該是0 dB，減小左通道功率放大器的增益，使左、右聲道的聲級相同。當同步推起調(diào)音臺L+R主輸出電位器時，能夠保證兩側(cè)的主擴聲揚聲器輸出聲級是一致的。用相同的方法將其他揚聲器分別調(diào)整好。

低音系統(tǒng)的調(diào)整主要是聲音延時的校正。通過圖5的設計示意圖可以知道，線陣列揚聲器距聽音點的直線距離是25.5 m，而低音揚聲器距聽音點的直線距離是19 m，低音揚聲器超前了6.5 m。聲音的平均傳播距離是340 m/s。6.5 m÷340 m/s≈0.019 s，約20 ms。根據(jù)計算，將低音系統(tǒng)聲頻處理器的聲音延遲時間預調(diào)整為延遲20 ms。試音時再根據(jù)聲音的主觀評價進行微調(diào)。

5 粉紅噪聲測試與調(diào)整

擴聲現(xiàn)場的粉紅噪聲測試與調(diào)整，是整個擴聲系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。因為現(xiàn)場的粉紅噪聲測試不僅僅是測試擴聲系統(tǒng)，同時也是測試并調(diào)整擴聲系統(tǒng)與建聲條件的契合度，是構(gòu)建良好的擴聲環(huán)境的基礎。方法如下：

頻譜測試儀的測試信號輸入到調(diào)音臺時，一定要讓調(diào)音臺輸入端口的頻率調(diào)整參數(shù)全部設置在±0 dB狀態(tài)，或是使用直通開關放置在直通狀態(tài)。

第一步，測試系統(tǒng)的主擴聲區(qū)（觀眾區(qū)域）的參數(shù)。測試時可以選用專業(yè)的聲頻測試儀，也可以用測試傳聲器和聲卡來連接筆記本電腦組建一個測試系統(tǒng)，使用的測試傳聲器和聲卡須是專業(yè)級產(chǎn)品，否則會影響測試結(jié)果。聲頻測試軟件有很多，如：SmaartLive、Multi-Instrument等。筆者在測試中，采用的是將測試傳聲器、專業(yè)聲卡與筆記本電腦搭建的測試系統(tǒng)，用的是SmaartLive 聲頻測試軟件。首先，將測試傳聲器放置在觀眾最佳位置，如圖4中測試傳聲器A所示位置。關閉所有揚聲器，將調(diào)音臺主輸出的L端電位器推起，使左側(cè)的線陣列揚聲器的輸出聲級達到總聲級的70%左右，觀察測試頻譜的狀態(tài)，并通過該通道的均衡器將粉紅噪聲的頻譜盡可能調(diào)試平衡。然后，關閉L通道，開啟R通道至相同的位置，調(diào)整R通道的粉紅噪聲頻譜。兩路分別調(diào)整完成后，再同步開啟L、R輸出，再次同步校正、調(diào)整兩個通道的均衡器，使粉紅噪聲頻譜盡可能平直均衡。

第二步，將調(diào)音臺主輸出L、R關閉，按照以上的方法分別測試與調(diào)整近場補聲的兩只揚聲器。

第三步，將線陣列揚聲器、補聲揚聲器與低音揚聲器全部開啟，做最后的測試與微調(diào)。

這里需要注意的是：粉紅噪聲頻譜的調(diào)整只是參考性的調(diào)整，不必過分追求頻譜平衡，如果均衡器兩頻點之間落差很大，會使聲音變形，聽起來很不舒服。同時，低音系統(tǒng)的調(diào)整主要是功率輸出大小的比例調(diào)整，可以根據(jù)演出內(nèi)容的需要進行動態(tài)的加減調(diào)整。

第四步，關閉觀眾區(qū)域的所有揚聲器。參照觀眾區(qū)域擴聲系統(tǒng)的調(diào)整方法調(diào)整舞臺返聽系統(tǒng)。調(diào)整時，著重測試與調(diào)整聲反饋自激的頻點。具體方法是：盡可能將輸出聲級開大直至達到自激的臨界點，觀察引起自激的頻點，通過均衡器將各頻點的電位器輸出減小至自激聲消失。然后繼續(xù)加大輸出聲級，直至新的自激臨界點出現(xiàn)，采用相同的方法讓新的自激聲消失，這個過程需要反復調(diào)整，直到舞臺返聽的聲級滿足演出需要為止。

第五步，校正低音系統(tǒng)的延時時間。首先將測試傳聲器放置到如圖4“測試傳聲器A”的位置，將觀眾區(qū)域的所有揚聲器全部打開。然后用聲頻測試儀輸出正弦波100 Hz低頻信號并通過系統(tǒng)播放，通過測試傳聲器測試100 Hz低頻信號，使這個聲級保持在一個穩(wěn)定的數(shù)值上（如0 dB）。然后對低音揚聲器的延時時間進行微調(diào)，仔細觀察頻譜儀所顯示的聲級變化，當聲級瞬間達到最高點時為最佳低音揚聲器延時時間。其原理是：當同相位、同頻率的聲波在空間完全重合疊加時，聲級至少會提升3 dB。主觀試聽時也會明顯感到聲級增大了許多。

第六步，全部系統(tǒng)測試調(diào)整完成后，播放一段測試音樂進行主觀音質(zhì)評測和最后的調(diào)整。由于擴聲主要由兩個擴聲區(qū)域構(gòu)成，主擴聲區(qū)為觀眾區(qū)域，次擴聲區(qū)為舞臺返聽區(qū)域，兩個區(qū)域的聲級比例為7∶3左右。將所有擴聲系統(tǒng)開啟至70%的強度，播放不同風格的音樂，主觀評價聲音的品質(zhì)，如果感覺某個頻點有凸起或凹陷的感覺，可以微調(diào)相對應的均衡器。

通過擴聲系統(tǒng)的相位連接與粉紅噪聲的調(diào)整，在長混響的環(huán)境中基本上建立了一個相對良好的擴聲環(huán)境。

6 其他調(diào)整

在現(xiàn)場演出過程中，根據(jù)演出節(jié)目內(nèi)容與形式的不同，在不影響音樂風格和效果的情況下，應動態(tài)地控制觀眾聽音區(qū)域擴聲聲級的輸出，擴聲聲級隨節(jié)目演出內(nèi)容與風格的不同而強調(diào)的聲壓強弱對比與變化，做到擴聲聲級能滿足節(jié)目需要即可。同時，由于觀眾區(qū)域與舞臺返聽區(qū)域擴聲的輸出波形是反相的，在盡可能滿足演員、演奏員所需要的大聲級返聽需求的情況下，反相的大聲壓級舞臺返聽擴聲不會與觀眾區(qū)域的擴聲聲波相疊加造成聲音的整體混亂現(xiàn)象。低音系統(tǒng)的輸出，也要根據(jù)節(jié)目內(nèi)容作相應的增減。

在需要表現(xiàn)聲音意境中遼闊、寬廣的音樂形式時，盡量使用延時效果。如女聲獨唱《珠穆朗瑪》的演唱歌聲嘹亮寬闊，一般使用聲音處理器作較長的混響效果處理，既能保證歌聲的明晰度，同時也能很好地表現(xiàn)聲音的遼闊感。在快板書表演中，盡量減少低音的輸出，使觀眾和表演者都能清楚準確地聽到打板的節(jié)奏和表演者快節(jié)奏的語言表現(xiàn)，以增加快板藝術(shù)的感染力。

在墻體和頂面全部是玻璃結(jié)構(gòu)、建筑空間內(nèi)各種聲反射波極為復雜且具有長混響條件下，可充分利用聲波的相位特點，使用線陣列揚聲器以直達聲擴聲為主，有效地減少與抵消有害反射聲，構(gòu)建出一個相對良好的擴聲環(huán)境，較好地完成綜藝演出的擴聲工作。