江蘇大劇院歌劇廳擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蔡建清

[摘要]介紹江蘇大劇院歌劇廳擴(kuò)聲系統(tǒng)的功能定位，介紹舞臺(tái)擴(kuò)聲系統(tǒng)的設(shè)備配置以及對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果。

[關(guān)鍵詞]江蘇大劇院；擴(kuò)聲系統(tǒng)；線陣列揚(yáng)聲器；網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

江蘇大劇院是一個(gè)集演藝、會(huì)議、展示、娛樂(lè)等功能為一體的大型文化綜合體，項(xiàng)目包括2280座的歌劇廳、1505座的音樂(lè)廳、1001座的戲劇廳、2700座的綜藝廳（江蘇人民大會(huì)堂）、760座的國(guó)際報(bào)告廳、375座的多功能廳和467座的電影院，以及藝術(shù)品展廳、錄音棚等配套設(shè)施，形成劇院建筑群。筆者以歌劇廳為例，介紹其擴(kuò)聲系統(tǒng)的功能定位及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1歌劇廳概況

歌劇廳采用“品”字形舞臺(tái)，臺(tái)口尺寸為18.4m×12m；觀眾廳吊頂為多曲面擴(kuò)散造型設(shè)計(jì)（GRCJ），主舞臺(tái)區(qū)進(jìn)深可根據(jù)劇情需要調(diào)整，通常為25m，打開(kāi)后區(qū)防火幕，主舞臺(tái)表演區(qū)可延伸至35.4m，從樂(lè)池到后舞臺(tái)區(qū)的最大進(jìn)深達(dá)57m，在天幕區(qū)還設(shè)有一塊可升降式、點(diǎn)間距為3mm的LED全彩屏（22m×12m）。

樂(lè)池由2塊升降塊組成，其中樂(lè)池1#為單層臺(tái)，樂(lè)池2#為雙層臺(tái)（見(jiàn)圖1），可靈活實(shí)現(xiàn)大中小樂(lè)池的轉(zhuǎn)換，整個(gè)樂(lè)池面積約130㎡，能滿足大型樂(lè)隊(duì)的演出需求。

歌劇廳是一個(gè)以歌劇、戲劇、會(huì)議、音樂(lè)、通俗音樂(lè)演出活動(dòng)為主的場(chǎng)所，擴(kuò)聲系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)滿足歌劇、舞劇、戲?。ê拕。?、大型綜藝晚會(huì)以及樂(lè)隊(duì)的演出，兼顧政府會(huì)議或國(guó)際會(huì)議等擴(kuò)聲的要求。為此，歌劇廳的擴(kuò)聲系統(tǒng)應(yīng)最大限度地、準(zhǔn)確地體現(xiàn)出語(yǔ)言的清晰度和音樂(lè)的明晰度。系統(tǒng)按GB50371-2006《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的文藝演出類擴(kuò)聲一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)而言，應(yīng)該將傳統(tǒng)的“工程”設(shè)計(jì)理念提升到“工程藝術(shù)”相結(jié)合的層次，全面地滿足表演藝術(shù)的需要。

歌劇廳擴(kuò)聲系統(tǒng)包括左、中、右三聲道主擴(kuò)聲揚(yáng)聲器、拉聲像揚(yáng)聲器、超低頻揚(yáng)聲器、補(bǔ)聲揚(yáng)聲器、舞臺(tái)擴(kuò)聲揚(yáng)聲器及流動(dòng)返聽(tīng)揚(yáng)聲器和多聲道效果聲揚(yáng)聲器，并采用全數(shù)字化的信號(hào)傳輸及控制系統(tǒng)（見(jiàn)圖2），其中，中央控制室即信號(hào)交換機(jī)房；主控臺(tái)、備份臺(tái)均設(shè)在音控室；環(huán)繞聲處理器設(shè)在功率放大器室。

2.1擴(kuò)聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)汁

觀眾廳主擴(kuò)聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三聲道模式。在臺(tái)口上方聲橋中間設(shè)置中央揚(yáng)聲器組，左、右聲道在聲橋和臺(tái)口兩側(cè)八字墻位置分上、下兩層安裝，其音源由調(diào)音臺(tái)左、中、右三組各自分立的輸出通道提供（見(jiàn)圖3）。傳聲器拾取的人聲信號(hào)與節(jié)目源播放的雙聲道立體聲信號(hào)，經(jīng)調(diào)音臺(tái)的聲像調(diào)節(jié)器（PAN）分配處理，利用各聲道信號(hào)的強(qiáng)度差來(lái)轉(zhuǎn)換成左、中、右三聲道輸出，能夠準(zhǔn)確地再現(xiàn)舞臺(tái)上左、右方向移動(dòng)的活動(dòng)聲源，獲得聲像定位感良好的三聲道系統(tǒng)（見(jiàn)圖4、圖5），使臨場(chǎng)感更準(zhǔn)確地再現(xiàn)給觀眾。三聲道擴(kuò)聲模式既保證了語(yǔ)言擴(kuò)聲的清晰度，又能滿足歌舞、戲劇、文藝演出等劇目演出時(shí)準(zhǔn)確的聲像定位和音樂(lè)的豐滿度、明亮度，能較好地解決音樂(lè)和人聲兼容擴(kuò)聲的問(wèn)題。

左、中、右聲道揚(yáng)聲器組及側(cè)面補(bǔ)聲揚(yáng)聲器、臺(tái)唇補(bǔ)聲揚(yáng)聲器、樓座卜.方補(bǔ)聲揚(yáng)聲器共同組成主擴(kuò)聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)。

2.1.1中央聲道揚(yáng)聲器組

中央聲道采用了線源陣列技術(shù)。線聲源陣列具有更強(qiáng)的垂直指向性控制能力，使中后場(chǎng)觀眾可以獲得更多的直達(dá)聲，有助于提高清晰度。經(jīng)過(guò)MAPP高精度聲學(xué)綜合分析軟件的模擬，最終選定了4只d&bJ8;系列線陣列揚(yáng)聲器作為中央聲道揚(yáng)聲器組，主要用于主擴(kuò)聲和聲像定位、SISTM中間聲道的人聲和樂(lè)器獨(dú)奏的擴(kuò)聲、播放視頻電影時(shí)的中置聲道（見(jiàn)圖6）。

2.1.2左、右聲道揚(yáng)聲器組

由于歌劇廳的建筑聲學(xué)按照歌劇廳自然聲演出設(shè)計(jì)，混響時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，為了獲得良好的主觀聽(tīng)感，必須提高主擴(kuò)聲的直達(dá)聲能比。左、右聲道采用d&b; J8恒指向性線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)及低頻陣列，在提高直達(dá)聲能比的同時(shí)，兼顧聽(tīng)感自然度。

安裝在聲橋的左、右聲道上層揚(yáng)聲器組覆蓋二、三層樓座觀眾區(qū)，利用恒指向性線陣列揚(yáng)聲器的覆蓋特性，將聲能集中投向二、三層樓座觀眾區(qū)（見(jiàn)圖7），避免聲波溢出對(duì)臺(tái)口兩側(cè)耳光室側(cè)墻和對(duì)舞臺(tái)、樂(lè)池的輻射產(chǎn)生影響。

安裝在臺(tái)口兩側(cè)的左右聲道下層揚(yáng)聲器組，將聲能集中投向一層池座觀眾區(qū)，利用哈斯效應(yīng)，可使一層池座觀眾的聲像整體明顯下移，達(dá)到聲像一致的視聽(tīng)效果，消除聲音的壓頂感覺(jué)，同時(shí)又可彌補(bǔ)前排觀眾席的聲壓級(jí)不足。左、右各配置1只d&b12S;同軸揚(yáng)聲器系統(tǒng)，作為側(cè)面補(bǔ)聲全頻揚(yáng)聲器，暗裝于臺(tái)口兩側(cè)八字墻內(nèi)，作為左右聲道F層揚(yáng)聲器組的一部分。為擴(kuò)展系統(tǒng)的低頻下限、增加震撼力度，在臺(tái)口兩側(cè)全頻揚(yáng)聲器陣列的側(cè)邊各配置r3只d&b; B2-SUB雙18英寸超低頻揚(yáng)聲器，采用反向安裝設(shè)計(jì)，形成心形指向。

經(jīng)過(guò)聲場(chǎng)分析，左右聲遂揚(yáng)聲器的設(shè)置基本上可以覆蓋全場(chǎng)（見(jiàn)圖8、圖9）。

2.1.3池座補(bǔ)聲揚(yáng)聲器組

由于池座前區(qū)觀眾距離聲橋主擴(kuò)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的高度超過(guò)13m，仰角大于60。，在聽(tīng)音上不僅使得中央主揚(yáng)聲組和舞臺(tái)上的演員所發(fā)出的聲音聲像分離，且來(lái)自舞臺(tái)上的演員自然聲級(jí)遠(yuǎn)小于來(lái)自聲橋中央揚(yáng)聲器的聲級(jí)，前區(qū)觀眾會(huì)覺(jué)得聲音來(lái)自頭頂，而非舞臺(tái)上的表演者，這時(shí)觀眾的視與聽(tīng)覺(jué)得不到統(tǒng)一。為解決這種聲像不一致的矛盾，且彌補(bǔ)觀眾席前區(qū)音量的不足，在舞臺(tái)臺(tái)唇及樂(lè)池前沿分別設(shè)置補(bǔ)聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)（見(jiàn)圖10），達(dá)到聲像一致的視聽(tīng)效果，消除聲音的壓頂感覺(jué)，同時(shí)提高聲壓級(jí)及語(yǔ)言清晰度。

在臺(tái)唇邊沿均布設(shè)置6只d&b5S;小功率同軸揚(yáng)聲器系統(tǒng)，在樂(lè)池欄桿前方均布設(shè)置9只5S小功率同軸揚(yáng)聲器系統(tǒng)，隱蔽安裝（見(jiàn)圖11、圖12）。

2.1.4樓座下方補(bǔ)聲揚(yáng)聲器組

一層挑臺(tái)下方、二層挑臺(tái)下方及觀眾廳天花各安裝有6只d&b8S;（共18只）同軸揚(yáng)聲器系統(tǒng)，補(bǔ)充樓座下方區(qū)域的直達(dá)聲能量（見(jiàn)圖13、圖14）。

2.1.5效果聲揚(yáng)聲器組

為了配合不同的演出需要，實(shí)現(xiàn)特殊聲音的聲場(chǎng)與效果，在左、中、右三聲道方式的基礎(chǔ)上，觀眾廳及舞臺(tái)區(qū)通過(guò)英國(guó)Timax2多通道聲場(chǎng)矩陣控制器組成多通道效果聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模擬及重放效果聲的需要。

觀眾廳效果聲揚(yáng)聲器共計(jì)48只，以固定隱藏的方式進(jìn)行安裝。在池座觀眾廳左右兩邊側(cè)墻和后墻安裝14只d&b; 8S同軸揚(yáng)聲器；在一層樓座觀眾廳左右兩邊側(cè)墻和后墻安裝10只8S同軸揚(yáng)聲器（見(jiàn)圖15）；在二層樓座觀眾廳左右兩邊側(cè)墻和后墻安裝10只8S同軸揚(yáng)聲器；在觀眾廳上空天花布置了14只大功率全頻揚(yáng)聲器MAX12揚(yáng)聲器（見(jiàn)圖16）。同時(shí)，使用Timax2多通道聲場(chǎng)矩陣控制器實(shí)現(xiàn)通道的獨(dú)立控制及獨(dú)立功率放大器推動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全方位大動(dòng)態(tài)效果聲還原。

2.2舞臺(tái)擴(kuò)聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)

舞臺(tái)擴(kuò)聲系統(tǒng)主要為在舞臺(tái)上的演員服務(wù)，采用固定與流動(dòng)相結(jié)合的形式，可滿足各類多變的演出形式。

（1）舞臺(tái)上固定安裝12只兩分頻全頻揚(yáng)聲器和2只低頻揚(yáng)聲器供主舞臺(tái)、側(cè)舞臺(tái)和后舞臺(tái)擴(kuò)聲之用。其中，10只全頻揚(yáng)聲器固定安裝在臺(tái)口附近的燈光吊桿上和臺(tái)口兩側(cè)柱光架上，覆蓋主舞臺(tái)；另2只固定安裝在后舞臺(tái)與主舞臺(tái)之間的天橋上，覆蓋后舞臺(tái)。

（2）配備8只流動(dòng)揚(yáng)聲器，既可以置于地面或支架上為主舞臺(tái)擴(kuò)聲，還可以安裝于主舞臺(tái)和后舞臺(tái)之間的兩側(cè)位置作為舞臺(tái)效果聲揚(yáng)聲器使用。

舞臺(tái)的上場(chǎng)口、下場(chǎng)口共設(shè)置了32路的揚(yáng)聲器功率線輸出接口，通過(guò)功率放大器輸出跳線，滿足每只流動(dòng)揚(yáng)聲器任意接入使用。

2.3備份方式

系統(tǒng)采用多重備份方式，主系統(tǒng)共配置Stagetec Crescendo調(diào)音臺(tái)兩張，分別置于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)音位與音控室，互為備份；且監(jiān)聽(tīng)調(diào)音臺(tái)Yamaha CL5也能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行備份。

主備系統(tǒng)的信號(hào)切換由功率放大器內(nèi)置的DSP處理模塊完成，無(wú)需手動(dòng)切換。

功率放大器配置d&b;系統(tǒng)監(jiān)控器，可對(duì)每只揚(yáng)聲器的功率放大器模塊狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

3測(cè)試結(jié)果與評(píng)價(jià)

2017年3月7日，中國(guó)藝術(shù)科技研究所舞臺(tái)設(shè)備檢測(cè)中心對(duì)江蘇大劇院歌劇廳進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)聲測(cè)試。測(cè)點(diǎn)選?。撼刈x測(cè)16個(gè)測(cè)點(diǎn)，樓座選測(cè)8個(gè)測(cè)點(diǎn)，共24個(gè)測(cè)點(diǎn)；測(cè)點(diǎn)距離地面高度均為1.2m，測(cè)量在晚上22：00～24：00時(shí)段進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)溫度10.2°C，相對(duì)濕度52%。由于觀眾廳對(duì)稱，所以只取一半測(cè)點(diǎn)。

3.1聲場(chǎng)不均勻度

穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)不均勻度是指廳堂內(nèi)（有擴(kuò)聲時(shí)）觀眾席處各測(cè)點(diǎn)穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)的最大差值。測(cè)量信號(hào)用1/3倍頻程粉紅噪聲。測(cè)量在100 Hz、1kHz、4kHz、8kHz分別進(jìn)行（測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1）。符合GB50371-2006《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中文藝演出類擴(kuò)聲系統(tǒng)一級(jí)指標(biāo)對(duì)穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)不均勻的要求：100Hz時(shí)不大于10dB，1000Hz時(shí)不大于6dB，8000Hz時(shí)不大于8dB。

3.2傳輸頻率特性

采用1/3倍頻程粉紅噪聲信號(hào)直接饋入擴(kuò)聲系統(tǒng)調(diào)音臺(tái)輸入端，調(diào)節(jié)噪聲源的輸出，使測(cè)點(diǎn)的信噪比滿足測(cè)量條件要求。改變1/3倍頻程帶通濾波器的中心頻率，保持各頻段電平值恒定（不失真），在觀眾廳內(nèi)規(guī)定的測(cè)點(diǎn)上測(cè)量聲壓級(jí)（測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖17）。測(cè)試結(jié)果反映：頻率響應(yīng)較為平滑，各個(gè)頻段均衡。

3.3傳聲增益

輸入粉紅噪聲，用聲輸入法（原理框圖見(jiàn)圖18）測(cè)得各測(cè)量點(diǎn)穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)，并計(jì)算傳聲增益。測(cè)試原理為：計(jì)算擴(kuò)聲系統(tǒng)在最高可用增益時(shí)，廳堂內(nèi)各測(cè)量點(diǎn)穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)平均值與擴(kuò)聲系統(tǒng)傳聲器處穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)的差值。測(cè)量并計(jì)算其結(jié)果為-3.89 dB。符合GJB50371-2006《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中文藝演出類擴(kuò)聲系統(tǒng)一級(jí)指標(biāo)對(duì)傳聲增益的要求：80Hz～8kHz的平均值大于或等于-8dB。

3.4最大聲壓級(jí)

輸入粉紅噪聲，用電輸入法（原理框圖見(jiàn)圖19）測(cè)得各測(cè)量點(diǎn)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)最大聲壓級(jí)，并計(jì)算平均使，結(jié)果為114dB。符合GB50371-2006《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中文藝演出類擴(kuò)聲系統(tǒng)一級(jí)指標(biāo)對(duì)最大聲壓級(jí)的要求：額定通帶內(nèi)的最大聲壓級(jí)大于或等于106dB。

3.5系統(tǒng)總噪聲級(jí)

開(kāi)啟所有擴(kuò)聲設(shè)備，當(dāng)擴(kuò)聲系統(tǒng)達(dá)最高可用增益，且無(wú)有用信號(hào)輸入時(shí)，測(cè)得廳堂內(nèi)各測(cè)點(diǎn)噪聲聲壓級(jí)并計(jì)算平均值（原理框圖見(jiàn)圖20，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2），并以NR曲線來(lái)評(píng)價(jià)?；痉螱JB50371-2006《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》文藝演出類擴(kuò)聲系統(tǒng)一級(jí)指標(biāo)中總噪聲級(jí)低于NR-30的要求。

4結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)測(cè)試，歌劇廳擴(kuò)聲系統(tǒng)具有較大的動(dòng)態(tài)裕量和儲(chǔ)備功率。江蘇大劇院于2017年8月5日正式投入運(yùn)營(yíng)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，除了大型演出、冰上芭蕾這樣對(duì)場(chǎng)地有特殊要求的演出，歌劇廳可以滿足其他各種演出的功能需要，具備接待世界一流表演團(tuán)體的能力。