電子聲學優(yōu)化系統(tǒng)在觀瀾文化中心小劇場的應用

【摘 要】 針對深圳市觀瀾文化藝術中心小劇場改造項目的特點，在不修改建筑內(nèi)部裝飾的前提下，采用電子聲學優(yōu)化系統(tǒng) 的解決方案，達到多功能廳的使用需求。

【關鍵詞】 多功能廳；可變混響；混響時間；聲學優(yōu)化；早期反射聲

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2016.05.011

【Abstract】According to the characteristics of the renovation project in the small theater of Shenzhen Guanlan cultural center， and under the premise of not modifying the internal decoration of the building， the solution of the electronic acoustic optimization system is adopted to meet the requirement of the multi-function room.

【Key Words】multifunction room； variable reverberation； reverberation time； acoustic optimization； early reflection

1 項目技術特點

深圳市觀瀾文化藝術中心建于2003年，設有小劇場、美術館、圖書館等文化藝術場所，總建筑面積1.38×104 m2，其中小劇場建筑面積約2 200 m2，共設604個座位，可用于中小型文藝演出、較大型會議等。經(jīng)過11年的使用，小劇場的燈光、音響等舞美設備已經(jīng)老化破損，需要進行改造升級。

電子設備例如音響系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)可以通過更換新設備達到使用者的目的。但是如果需要更新建筑聲學，將是一項非常復雜的工作，其投入的資本和時間將遠遠大于建設一個同等規(guī)模的新劇場。為了滿足音頻系統(tǒng)使用的新要求和改善該建筑的聲學環(huán)境，達到電聲和建聲的完全統(tǒng)一，獲得理想的視聽環(huán)境，選擇采用電子聲學優(yōu)化系統(tǒng)（E-Coustic System，ECS）的解決方案。

電子聲學優(yōu)化系統(tǒng)是一套可以通過電子設備和數(shù)字技術方式來優(yōu)化和改變不同演出類型的聽音環(huán)境的系統(tǒng)，通過產(chǎn)生和改變早期反射聲、混響聲的能量和時間，改變固有聲學空間的混響時間、聲場均勻度等聲學環(huán)境，滿足不同的演出類型的混響時間的要求和避免建筑聲學存在的缺陷。

該項目在不修改建筑內(nèi)部裝飾的前提下，通過ECS來實現(xiàn)功能需求，這是該項目的突出技術特點。圖1為該小劇場內(nèi)的原有裝飾效果。

該劇場的擴聲系統(tǒng)系統(tǒng)和ECS是兩套完全獨立的系統(tǒng)，該文章主要闡述ECS。

2 系統(tǒng)設計

該劇場的定位是一個典型的中型多功能廳，劇場的建筑結(jié)構和整體布局與很多同類型劇場類似。觀眾區(qū)域采用了扇形弧狀結(jié)構，觀眾區(qū)沒有挑臺樓座，見圖2和圖3。

2.1 傳聲器位置

該劇場使用了6支心形的電容傳聲器，分別位于舞臺主要演出區(qū)域，拾取舞臺聲源的聲音，見圖4。

傳聲器的位置主要取決于聲源的可能位置，其拾音的制式采用的是大AB拾音制式，高度取決于整個舞臺的高度和舞臺頂部揚聲器的位置，不能太接近揚聲器，會減弱混響增益；也不能太低，太低拾取的范圍不夠大，同時也會影響到視覺。選用心形傳聲器而不是全指向的原因是：在產(chǎn)生嘯叫范圍內(nèi)，使用心形傳聲器其環(huán)路增益會大于全指向傳聲器，見圖5和圖6。

平均環(huán)路增益=（聲源距離/聲學優(yōu)化混響半徑）

2.2 揚聲器布局

根據(jù)劇場的建筑造型，揚聲器的布局方案如下。

其頂部揚聲器布局位置（見圖7）和作用如下。

（1）舞臺區(qū)域共有18只ECS-440，主要是覆蓋舞臺表演區(qū)域，創(chuàng)建與觀眾區(qū)域一樣的聲學環(huán)境，用于舞臺演員的監(jiān)聽。

（2）觀眾區(qū)前區(qū)域頂部，4只ECS-LCF-599分布在音橋位置處，創(chuàng)建早期反射聲能量（第一次），覆蓋整個觀眾區(qū)域；9只ECS-LCF-499分布在觀眾區(qū)前區(qū)域的頂部，主要覆蓋前區(qū)域觀眾，創(chuàng)建和改變前區(qū)域觀眾來自頂部的聲學因素和聲場環(huán)境。

（3）觀眾區(qū)后區(qū)域頂部28只ECS-440兩分頻小型揚聲器，主要覆蓋后區(qū)域觀眾，創(chuàng)建和改變后區(qū)域觀眾來自頂部的聲學因素和聲場環(huán)境。

側(cè)面、后墻揚聲器布局位置和作用如下。

（1）左右側(cè)面揚聲器安裝32只ECS-440，分上下兩層安裝，如圖8所示，其上層揚聲器主要覆蓋中部觀眾區(qū)域，下層揚聲器主要覆蓋左右側(cè)邊觀眾區(qū)域，創(chuàng)建和改變來自左右側(cè)邊的聲學因素和聲學環(huán)境。

（2）后墻安裝10只ECS-440，如圖9所示，覆蓋整個觀眾區(qū)域，創(chuàng)建和改變來自后側(cè)的聲學因素和聲學環(huán)境。

揚聲器技術要求和布局原則如下。

（1）所選揚聲器需要滿足，覆蓋角度為錐形覆蓋，250 Hz～4 000 Hz覆蓋角度變化范圍滿足10°以內(nèi)，以滿足全場觀眾的覆蓋均勻度。常規(guī)有指向性的揚聲器，隨著頻率的增加，角度會變得越來越??；全頻范圍內(nèi)的整個指向性變化范圍很大，如果選用該類型的揚聲器，整個觀眾區(qū)域的聲場覆蓋在全頻范圍內(nèi)有很大的變化，會導致全頻聲場覆蓋的均勻度變差，如圖10所示。ECS要求的揚聲器的指向角度的變化范圍，隨著頻率的變化，變化的范圍很小，見圖11。

（2）揚聲器的選型和位置，主要取決于聲場覆蓋均勻性，如果是錐形覆蓋角度的揚聲器，其覆蓋的面積隨著高度的增加而增加，而其聲壓級隨著高度的增加而減小。所以高度越高，選擇的揚聲器聲壓級越大，揚聲器之間的距離越遠；如果高度越低，其選擇揚聲器的聲壓級越小，揚聲器的間距越大。

2.3 系統(tǒng)方案

該項目的ECS系統(tǒng)主要包括：聲學優(yōu)化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、多聲道回放系統(tǒng)。其信號流程如圖12。

聲源被舞臺上面的傳聲器拾音后進入話放，同時轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進入ECS Matrix（矩陣）處理器進行路由信號分配，分配好的信號進入不同的ECS Mainframe Ⅲ音頻處理器。針對觀瀾文化中心項目的規(guī)模，共有4個ECS Mainframe Ⅲ音頻處理器，不同的ECS Mainframe Ⅲ音頻處理器處理不同的區(qū)域，其一主要負責頂部全部揚聲器的聲學處理，其二主要負責側(cè)面聲學處理，其三主要負責背面聲學模擬計算，其四主要負責舞臺口4只揚聲器和低音聲學處理。經(jīng)過聲學計算和處理后的信號再次回到原來的ECS Matrix處理器，把經(jīng)過計算的信號分配給相應的DA轉(zhuǎn)換器，最后分配給相應的功率放大器和揚聲器。其ECS Matrix 處理器支持64～1 024通道的輸入輸出，每一個通道都可以獨立設置SPL、EQ、Delay等。

其多聲道回放系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)如圖13，多聲道回放系統(tǒng)經(jīng)過解碼器解碼后的信號通過AES/EBU連接到ECS Matrix，分配到相應的揚聲器。中控系統(tǒng)選用的是Crestron系統(tǒng)，來控制整個系統(tǒng)的開關、不同模式的調(diào)用等等，只需要一個觸摸控制平板，就可以進行全部的操作。圖14為機房內(nèi)的設備情況

3 系統(tǒng)調(diào)試及效果呈現(xiàn)

應用的效果模式分為兩類。

（1）會議模式

系統(tǒng)開啟該模式，舞臺上演講者直接通過ECS傳聲器拾音，不需要再使用其他人聲傳聲器（如手持傳聲器），信號經(jīng)過話放至ECS全部揚聲器進行信號增益，揚聲器全部模擬直達聲，不需要混響處理，故整個聲場的語音清晰度和聲場均勻度滿足使用要求，非常適合會議或者演講。

（2）混響模式

在該模式下，可根據(jù)不同的演出模式設置不同的混響時間，包括1.3 s、1.7 s、3.5 s等，來滿足使用要求。例如交響樂演出時，混響時間設置為1.7 s。

經(jīng)過3個月的安裝和7天的調(diào)試（見圖15），該劇場正式投入使用。第一次使用是易科國際的視聽會，邀請了業(yè)界專家通過欣賞弦樂四重奏（見圖16）、吉他三重奏等不同聲源類型，感受ECS的效果。表演結(jié)束后，音樂會的音響效果得到了專家和老師的認可。

4 結(jié)束語

ECS系統(tǒng)相對于其他的聲學優(yōu)化系統(tǒng)，穩(wěn)定性、性價比、效果性都比較高，國外已有很多的案例。隨著國家對文化產(chǎn)業(yè)的重視和很多老劇場劇院的系統(tǒng)更新，該系統(tǒng)技術將是未來改善和優(yōu)化原有建筑聲學的缺陷和創(chuàng)造新的聲學環(huán)境的利器。

隨著國內(nèi)文娛活動的豐富和欣賞水平的提高，人們越來越多地關注建筑聲學的聲場環(huán)境，而電子聲學優(yōu)化系統(tǒng)是一種解決聲場環(huán)境的途徑之一。

致謝：在此感謝Steve先生的指導，感謝易科國際和張濤副總裁。

參考文獻：

[1] David Griesinger. Improving Room Acoustic Through Time-Variant Synthetic Reverberation. AES Paris 190.

作者介紹：

魏國權（Andy），畢業(yè)于上海大學影視工程系（廣播電視工程方向），師從徐恩惠老師。參與的工程設計有：上海文廣集團幻維數(shù)碼5.1錄音棚、同濟大學創(chuàng)意設計學院交互實驗室、上海大學音樂學院音樂廳和排練廳、上海交響樂團音樂廳、萬達哈爾濱魔幻劇場、香港浸會大學劇場、華潤集團總部大廈藝術中心、蘇州東吳文化中心、深圳觀瀾文化中心。

（編輯 杜 青）