劇院中多區(qū)聲場覆蓋揚(yáng)聲器系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化

Bob Mccarthy

【摘 要】 介紹中等尺寸音樂廳的單層挑臺設(shè)計的音頻系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試優(yōu)化實例。這一類型音樂廳的音頻系統(tǒng)中涉及數(shù) 量較多的補(bǔ)聲系統(tǒng)，可借此探討對分區(qū)覆蓋的處理以及分區(qū)組合的策略。

【關(guān)鍵詞】 劇場；音頻系統(tǒng)；設(shè)計；優(yōu)化

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.08.012

Case Study： Design and Optimization of A Concert Hall Sound System

Author/Bob Mccarthy1， Translate/JIN Lei2

（1. Meyer Sound Laboratories Inc.， Berkeley， California， USA；

2. Shenzhen EzproTechnologies Inc.， Shenzhen Guangdong 518052， China）

【Abstract】A case study of the design and tuning process for a mid-sized single balcony concert hall. The hall was chosen for studybecause it required a fairly large quantity of fill systems. This provides insight into the process of coverage subdivision and the strategies for combination in the field.

【Key Words】theatre； sound system； design； optimization

筆者結(jié)合實例集中討論初始設(shè)計概念以及如何在現(xiàn)場對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。系統(tǒng)設(shè)計從對子系統(tǒng)覆蓋分區(qū)之間的交叉區(qū)域處理開始，并考慮了測量點(diǎn)應(yīng)置于何處，以使分區(qū)交叉區(qū)域的融合處理得以實現(xiàn)。同時，作者使用一些圖例來顯示音樂廳的平面分區(qū)情況和預(yù)期的測試傳聲器擺放位置，實測數(shù)據(jù)則使用與系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化處理過程中相同的術(shù)語來標(biāo)識。

1 系統(tǒng)設(shè)計

從一些已知的特定條件和可選項開始進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，每一個音頻系統(tǒng)設(shè)計都有諸如空間尺寸、設(shè)備安裝條件、預(yù)算和視覺要求等基礎(chǔ)需求。最初的特定需求包括揚(yáng)聲器采用隱蔽安裝方式，安裝位置在臺口最外側(cè)并使用透聲布遮蓋。指定的揚(yáng)聲器安裝位置太過靠外，以至于對于大部分坐席來說，從各自區(qū)域并“看不到”這些揚(yáng)聲器。換句話說，在左側(cè)坐席的聽眾會從右側(cè)的揚(yáng)聲器中獲得比左側(cè)揚(yáng)聲器更多的高頻覆蓋。這個從視覺效果出發(fā)的要求經(jīng)過設(shè)計團(tuán)隊的不懈努力得以解決，主擴(kuò)聲系統(tǒng)的揚(yáng)聲器被允許改變安裝位置，這些揚(yáng)聲器在新的安裝位置可以“被看到”且被聽到（最重要的一點(diǎn)）。這一點(diǎn)在設(shè)計進(jìn)程中被首先確定，并且成為這個案例獲得成功的重要關(guān)鍵。

音樂廳采用了較為少見的環(huán)形內(nèi)場坐席設(shè)計，因此，坐席最寬的區(qū)域接近縱深軸向的中點(diǎn)。由于揚(yáng)聲器的覆蓋區(qū)域隨著投射距離的增加而變寬，這種坐席布局方式對于擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計來說是一個非常大的挑戰(zhàn)。因此，需要使用側(cè)補(bǔ)擴(kuò)聲系統(tǒng)來對坐席最寬的部分來進(jìn)行覆蓋，同時，避免在坐席中后區(qū)域出現(xiàn)覆蓋區(qū)域過大的問題。此外，由于左/右主擴(kuò)揚(yáng)聲器之間的距離仍然過寬，因此，需要使用中置揚(yáng)聲器。前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)負(fù)責(zé)前區(qū)覆蓋和聲像定位，同時還在挑臺下使用了補(bǔ)聲揚(yáng)聲器，來擴(kuò)展主擴(kuò)聲系統(tǒng)的覆蓋范圍，并提高在該區(qū)域的直達(dá)聲與混響聲的比例。最后一個子系統(tǒng)是一串吊掛安裝的心型指向中置次低頻揚(yáng)聲器陣列。

該音樂廳音頻系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是通過多個揚(yáng)聲器子系統(tǒng)的結(jié)合實現(xiàn)均勻的聲場覆蓋。前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)覆蓋前兩排坐席，并與主擴(kuò)揚(yáng)聲器和/或中置揚(yáng)聲器結(jié)合覆蓋第三排坐席。中置揚(yáng)聲器對從第三排至第八排坐席的中央?yún)^(qū)域的三角陰影區(qū)進(jìn)行覆蓋。在覆蓋示意圖中，每個子系統(tǒng)的覆蓋范圍都按照特定的字母標(biāo)注。例如，主擴(kuò)聲系統(tǒng)和補(bǔ)聲系統(tǒng)的交叉區(qū)域標(biāo)注為AB（主擴(kuò)聲系統(tǒng)=A，補(bǔ)聲系統(tǒng)=B）。包含多個子系統(tǒng)的揚(yáng)聲器陣列也采用同樣的標(biāo)注方式（例如，包含10個揚(yáng)聲器模塊的主擴(kuò)揚(yáng)聲器陣列按照分組被標(biāo)注為ABCDE）。

系統(tǒng)清單：

· L/R主擴(kuò)聲系統(tǒng)（ABCDE）：10個在垂直軸向上采用非對稱耦合設(shè)計的點(diǎn)聲源揚(yáng)聲器模塊。揚(yáng)聲器模塊的水平覆蓋角度為90°，在垂直軸向上采用均勻指向安裝方式。

· L/R側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)（SF）：位于主擴(kuò)揚(yáng)聲器陣列側(cè)方的單只非對稱耦合點(diǎn)聲源揚(yáng)聲器，覆蓋角度為水平80°和垂直50°。

· 中置補(bǔ)聲系統(tǒng)（CF）：采用非耦合安裝方式的單只揚(yáng)聲器模塊，與其側(cè)方的L/R主擴(kuò)揚(yáng)聲器和下方的前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域形成部分交叉。揚(yáng)聲器覆蓋角度為水平90°，在垂直軸向上指向特定區(qū)域。

· 前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)（FF）：8個安裝在臺口的揚(yáng)聲器模塊組成對稱非耦合線聲源。揚(yáng)聲器模塊的覆蓋角度為90°（H）×90°（V）。前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)在與主擴(kuò)聲系統(tǒng)和中置補(bǔ)聲系統(tǒng)在覆蓋交叉區(qū)域形成非對稱、非耦合關(guān)系。

· 挑臺下補(bǔ)聲系統(tǒng)（UB）：4個安裝在挑臺下方天花的對稱非耦合點(diǎn)聲源揚(yáng)聲器。揚(yáng)聲器覆蓋角度為80°（H）×50°（V）。挑臺下補(bǔ)聲系統(tǒng)與主擴(kuò)聲系統(tǒng)在覆蓋交叉區(qū)域形成非對稱、非耦合關(guān)系。

· 低頻系統(tǒng)（LF）：由5個揚(yáng)聲器模塊組成的心型指向揚(yáng)聲器陣列，吊裝在舞臺上方。在100 Hz頻段，次低頻揚(yáng)聲器陣列與主擴(kuò)聲系統(tǒng)形成非對稱、非耦合關(guān)系。

2 設(shè)計優(yōu)化

系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化分為兩個階段：驗證和校正。前一個階段的主要工作是確保系統(tǒng)設(shè)計能夠滿足使用功能需求，第二個階段的主要工作是對揚(yáng)聲器的布局、角度和間隔，以及用于系統(tǒng)調(diào)試的信號處理器設(shè)置等細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整。

驗證過程包括一系列對一致性、極性、失真、延遲、動態(tài)范圍和其他方面的獨(dú)立測試。這些測試并非本文的討論重點(diǎn)，因此，本文不會詳細(xì)描述測試過程，但基于測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)的問題都已被解決。

物理層面的校正包括單個揚(yáng)聲器模塊的指向（垂直和水平軸向）、揚(yáng)聲器之間的間隔距離和夾角。電子信號處理方面的校正包括電平、延時、高通和低通濾波器的設(shè)置，并且還包括兩個階段的均衡調(diào)整（單個系統(tǒng)的均衡調(diào)整和多個系統(tǒng)結(jié)合后的均衡調(diào)整）。

矯正過程中，在一些關(guān)鍵區(qū)域設(shè)置了測試傳聲器來確定物理層面和信號處理設(shè)備的參數(shù)設(shè)置。這些傳聲器按照點(diǎn)位和功能分類如下：

· ONAX：位于水平和/或垂直覆蓋區(qū)域的中央，用于確定揚(yáng)聲器指向、電平和EQ參數(shù)設(shè)置。例如：ONAXA（主擴(kuò)聲系統(tǒng)）、ONAXSF（側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)）。

· OFFAX：位于水平覆蓋區(qū)域的邊緣，用于揚(yáng)聲器水平軸向的指向校正。例如：OFFAXA。

· VTOP：位于垂直覆蓋區(qū)域的頂端，用于揚(yáng)聲器垂直軸向的指向校正。

· VBOT：位于垂直覆蓋區(qū)域的底端，用于揚(yáng)聲器垂直軸箱的指向校正。

· XOVR：位于子系統(tǒng)的覆蓋交叉過渡區(qū)域，用于對揚(yáng)聲器指向、間距和延時校正。例如：XAB（主擴(kuò)聲系統(tǒng)A和B的覆蓋交叉區(qū)域）。

3 單個子系統(tǒng)的設(shè)計

音樂廳的建筑布局看起來很簡單，但實際上包含很多個覆蓋分區(qū)（見圖1中A1和A2）。L/R主擴(kuò)聲系統(tǒng)覆蓋了大部分坐席，但前排坐席的一個小部分區(qū)域由前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)、中置補(bǔ)聲系統(tǒng)和側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)交叉覆蓋。從主擴(kuò)聲系統(tǒng)垂直覆蓋示意圖（見圖1中B2）中可以看到，主擴(kuò)聲系統(tǒng)陣列在中段采用了分離式設(shè)計（ABXCDE）來使挑臺前沿反射聲的影響最小化。

3.1 L/R主擴(kuò)聲系統(tǒng)（ABCDE）

除了需要由側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域，L/R主擴(kuò)聲系統(tǒng)所需的水平覆蓋角度應(yīng)不小于60°（前端縱橫比為2.0）。由于垂直覆蓋角度、功率和預(yù)算等原因，我們選擇了水平覆蓋角度為90°的揚(yáng)聲器，因此，實際獲得的水平覆蓋角度大于最低限度要求（也就是說在水平覆蓋區(qū)域的外緣的衰減幅度小于6 dB）。在對水平軸向上的揚(yáng)聲器指向進(jìn)行調(diào)整后，實現(xiàn)了聲能在外墻和坐席中軸線之間均勻分布。由于墻面具備良好的高頻吸聲性能，因此，額外的覆蓋角度帶來了良好的效果（降低了水平軸向上的聲壓變化和波動方差幅度）。

由于揚(yáng)聲器安裝高度并未受到限制，因此，可以從三個方面來尋找合適的平衡點(diǎn)：聲壓變化（增加安裝高度）、聲像變化（降低安裝高度）和挑臺前沿的波動方差（安裝高度居中）。挑臺前沿形成的空間縫隙需要使用相對平直的輻射角度來將“微笑和皺眉”效應(yīng)（當(dāng)從高處或低處向一個平面輻射時出現(xiàn)的波形畸變現(xiàn)象）降至最低。在對三個方面的因素進(jìn)行權(quán)衡之后，確定了安裝高度居中是一個合理的解決方案。

系統(tǒng)設(shè)計時，首先需要解決的是對主擴(kuò)聲系統(tǒng)采用耦合還是非耦合（例如主擴(kuò)聲系統(tǒng)由安裝位置較高的一組子系統(tǒng)和另外一組安裝位置較低的一組子系統(tǒng)構(gòu)成）設(shè)計。在不使用挑臺下補(bǔ)聲揚(yáng)聲器時返回系數(shù)較高，幾乎達(dá)到了2：1（23 m/13 m）。在使用了補(bǔ)聲揚(yáng)聲器之后這個系數(shù)下降至3 dB（18 m/13 m），這一結(jié)果降低了在本次系統(tǒng)設(shè)計中使用分離式主擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計的需要。由于我們可以將揚(yáng)聲器陣列的安裝位置設(shè)置在一個合適的高度（例如揚(yáng)聲器陣列的中線與挑臺平齊），所以最終的決定是采用耦合的主擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計。

揚(yáng)聲器陣列的垂直軸向布局由三個方面的因素決定：覆蓋區(qū)域上限（開口角度8°，縱橫比1.8）、縫隙開口角度（10°）和覆蓋區(qū)域下限（32°，縱橫比4：1）。上層坐席使用一個由兩個子系統(tǒng)組成的點(diǎn)聲源陣列（AB）覆蓋，下層坐席則使用一個由三個子系統(tǒng)組成的點(diǎn)聲源陣列（CDE）覆蓋。得到的預(yù)算足夠配置包括10個揚(yáng)聲器模塊的側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)，其中4個模塊負(fù)責(zé)覆蓋上層坐席，6個模塊負(fù)責(zé)下層坐席的覆蓋。由于覆蓋縱橫比更大的下層坐席需要更寬的擴(kuò)散角度，因此，盡管投射距離小于上層坐席，我們使用的揚(yáng)聲器模塊數(shù)量卻更多。

3.2 前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)（FF）

位于舞臺臺口的前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器采用嵌入式安裝方式。揚(yáng)聲器的安裝高度根據(jù)以下條件決定：在允許的范圍內(nèi)盡量高。水平軸向的揚(yáng)聲器間距根據(jù)與初始覆蓋區(qū)域之間的距離（距離第一排坐席1.15 m）和揚(yáng)聲器的水平覆蓋角度（90°）決定。覆蓋角度為90°的揚(yáng)聲器覆蓋寬度乘子為1.4，因此，前區(qū)補(bǔ)聲揚(yáng)聲器的間距應(yīng)為1.6 m（1.15×1.4=1.6）。前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)覆蓋深度大約為揚(yáng)聲器與初始覆蓋區(qū)間距的2倍（2.3 m），這個距離大約是坐席的第二排至第三排區(qū)域。因此，將第三排坐席視為前區(qū)補(bǔ)聲揚(yáng)聲器與其他揚(yáng)聲器的覆蓋分區(qū)交叉過渡區(qū)。

3.3 中置補(bǔ)聲系統(tǒng)（CF）

由于主擴(kuò)聲系統(tǒng)的揚(yáng)聲器安裝位置距離舞臺臺口中軸較遠(yuǎn)，因此，必須使用中置補(bǔ)聲系統(tǒng)，問題僅在于揚(yáng)聲器數(shù)量（1只或2只）。坐席中的陰影區(qū)形狀為三角形，并與前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)覆蓋垂直軸向邊緣和L/R主擴(kuò)聲系統(tǒng)的偏軸覆蓋區(qū)邊緣相交。確定關(guān)于中置補(bǔ)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器的需求（見圖2），唯一可行的揚(yáng)聲器安裝位置是舞臺前沿上空，選擇了覆蓋角度為80°×50°并傾斜向下指向的揚(yáng)聲器。實際上并不真的需要80°度的水平覆蓋角度，但的設(shè)計概念傾向于在這些交叉過渡區(qū)實現(xiàn)邊緣模糊化。這種做法的原因在于：（1）在覆蓋區(qū)的交叉點(diǎn)聽感會出現(xiàn)扭曲的現(xiàn)象，相較于在過渡區(qū)留有覆蓋縫隙的可能性來說形成小范圍覆蓋區(qū)域重疊是一個更安全的做法；（2）中置補(bǔ)聲揚(yáng)聲器的聲壓可以控制在僅足夠為所需區(qū)域提供覆蓋的幅度，同時，還可以在漸弱的區(qū)域起到聲像輔助定位作用。由于安裝位置非常高，因此，中置補(bǔ)聲系統(tǒng)的輸出能量幾乎與主擴(kuò)聲系統(tǒng)相等。

3.4 側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)（SF）

側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)的設(shè)計需求確定過程與中置補(bǔ)聲系統(tǒng)相近（見圖3）。由于主擴(kuò)聲系統(tǒng)的覆蓋寬度不足以覆蓋整個坐席，因此，剩余的坐席必需使用側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)來進(jìn)行覆蓋。在這個案例中，使用側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)的好處在于，側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)的垂直軸向覆蓋深度可以被限制在兩側(cè)墻壁向內(nèi)收窄之前的區(qū)域；如果使用主擴(kuò)聲系統(tǒng)來對這些側(cè)面的區(qū)域進(jìn)行覆蓋，則無法避免在墻壁向內(nèi)收窄的區(qū)域因橫向覆蓋角度擴(kuò)散的原因?qū)е逻^多的能量被投射至墻面。由于向外指向的主擴(kuò)聲系統(tǒng)會將整個水平覆蓋范圍前移至僅覆蓋側(cè)面坐席的一小部分，使用側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)在垂直軸向上同樣可以帶來一些好處。這些好處可以視為從獲取較佳均勻度方面出發(fā)的折中方案：在將主擴(kuò)聲系統(tǒng)指向大幅度前移而導(dǎo)致在整個房間出現(xiàn)較大范圍的波動方差和只在與非耦合側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)在覆蓋區(qū)交叉過渡區(qū)域產(chǎn)生波動方差之間選擇。盡管側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)的水平覆蓋角度超出所需，但由于側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)的輸出聲壓較低（譬如，將輸出聲壓限制在足夠覆蓋側(cè)面坐席所需），因此并不會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。從理論上來看，過寬的水平覆蓋角度會導(dǎo)致過多的反射聲和聲干涉等問題，但實際上，只要正確設(shè)置側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)的輸出聲壓，即可避免這些問題。

3.5 挑臺下補(bǔ)聲系統(tǒng)

挑臺下?lián)P聲器的使用需求評估從該區(qū)域的間隙比著手（坐席上空高度和坐席深度比例）。在這個案例當(dāng)中，該區(qū)域的間隙比為25%（2.25 m/9 m），對挑臺下補(bǔ)聲系統(tǒng)的使用需求非常高。第二個決定因素是返回系數(shù)（主擴(kuò)揚(yáng)聲器到觀眾席后墻的距離與到挑臺前沿的距離之比）為1.65（23 m/14 m）。返回系數(shù)被納入考量的原因是，主擴(kuò)揚(yáng)聲器與挑臺前沿的距離是決定是否使用挑臺下?lián)P聲器的影響因素之一。主擴(kuò)揚(yáng)聲器與挑臺前沿的距離越近，使用挑臺下?lián)P聲器的需求越低。這兩個系數(shù)的綜合數(shù)值為40%（25%×1.65），也就是說在這個案例中，需要使用挑臺下補(bǔ)聲揚(yáng)聲器（通常來說，是否使用挑臺下?lián)P聲器的臨界值為綜合指數(shù)70%）。我們選擇了覆蓋角度為80° H×50° V，揚(yáng)聲器在垂直軸向上指向坐席的最后一排（由于縱橫比≥2：1），也就是垂直夾角為-15°。在這個指向設(shè)置下，挑臺下?lián)P聲器的垂直覆蓋區(qū)域邊緣為-40°（垂直指向軸向的-25°）。揚(yáng)聲器在水平軸向上間距通過覆蓋區(qū)域的垂直軸向起始點(diǎn)（均線）決定。除了垂直平面的矢量長度必需納入考量之外（見圖4），計算方法與前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)相同。水平覆蓋角度80°（橫向乘數(shù)為1.25）的揚(yáng)聲器與覆蓋均線的矢量距離為3.5 m。計算結(jié)果是揚(yáng)聲器的直線間距應(yīng)為4.5 m，但由于挑臺前沿為開口角度6°的弧線，因此，實際間距略微減?。ㄩg距凈尺寸為4.2 m）。

3.6 低頻系統(tǒng)（LF）

如果把次低頻揚(yáng)聲器分別和L/R擺放在一起會產(chǎn)生什么效果？這種布局方式的好處是低頻系統(tǒng)與主擴(kuò)聲系統(tǒng)形成耦合關(guān)系，如果把這兩個系統(tǒng)擺放在同一個安裝平臺，會獲得較小的聲像波動（+）和非常糟糕的聲壓波動（-）。如果將次低頻揚(yáng)聲器吊裝在主擴(kuò)聲系統(tǒng)上方，那么會以犧牲聲像穩(wěn)定性為代價在聲壓波動方面得到改善；這種布局方式的問題在于安裝于左右兩側(cè)的子低頻系統(tǒng)之間為非耦合關(guān)系，因此會形成脈沖式波動變化，這種變化通常被稱為“功率徑”。而采用中置安裝的方式能夠有效地將從前至后和從左至右的覆蓋區(qū)域聲壓波動降至最低。使用了由5個揚(yáng)聲器模塊組成的心型指向揚(yáng)聲器陣列，并采用吊裝方式安裝在舞臺臺口上方。揚(yáng)聲器陣列向下傾斜指向，其軸向位于兩個覆蓋平面（池座和樓座）的中點(diǎn)。最終的結(jié)果是，以較高的聲像定位為代價實現(xiàn)了聲壓波動的最小化（這是一個通常都會接受的折中方案）。這種揚(yáng)聲器布局方式最壞的結(jié)果是在側(cè)面的近場區(qū)域產(chǎn)生聲像和聲壓波動變化（與采用L/C/R系統(tǒng)設(shè)計時，對中置聲道進(jìn)行測算時發(fā)現(xiàn)的情況相同）。在預(yù)算和視覺要求都允許的情況下，這個問題可以通過增加側(cè)補(bǔ)次低頻揚(yáng)聲器來解決；在使用次低頻子系統(tǒng)時，必需對其輸出聲壓進(jìn)行仔細(xì)的設(shè)置，以避免為了保持與中置系統(tǒng)響度相同而輸出過高的聲壓。

4 綜合系統(tǒng)設(shè)計

該音頻系統(tǒng)由很多個子系統(tǒng)組合而成，每一個子系統(tǒng)都需要合理地設(shè)置指向和輸出聲壓，從而獲得準(zhǔn)確的覆蓋分區(qū)劃分；此外，還需要對子系統(tǒng)的延時進(jìn)行仔細(xì)設(shè)置，實現(xiàn)將覆蓋分區(qū)交叉過渡區(qū)域的脈沖式波動變化最小化。單個子系統(tǒng)的均衡優(yōu)化只針對該子系統(tǒng)獨(dú)立進(jìn)行，隨后各子系統(tǒng)結(jié)合在一起，形成目標(biāo)頻率響應(yīng)曲線。在本案例中，主擴(kuò)聲系統(tǒng)的均衡優(yōu)化按照平坦頻響曲線的目標(biāo)進(jìn)行，和其他子系統(tǒng)結(jié)合后可按照聽感對低頻部分再進(jìn)行適當(dāng)修飾。挑臺下補(bǔ)聲系統(tǒng)的延時和輸出聲壓設(shè)置以獲得與主擴(kuò)聲系統(tǒng)覆蓋區(qū)域參考點(diǎn)（GOLD）接近的聲壓覆蓋；這個子系統(tǒng)的均衡優(yōu)化幅度很小，通常只是對低頻部分進(jìn)行一些衰減。

對于其覆蓋區(qū)域來說，側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)在該區(qū)域可視為主覆蓋系統(tǒng)（與挑臺下補(bǔ)聲系統(tǒng)不同），因此，該子系統(tǒng)的輸出聲壓和延時調(diào)整均獨(dú)立進(jìn)行。輸出聲壓設(shè)定基于ONAXSF的頻率響應(yīng)測量結(jié)果進(jìn)行，揚(yáng)聲器夾角和延遲時間設(shè)定依據(jù)其與低頻系統(tǒng)的覆蓋交叉區(qū)域（XL-SF）確定。這一系統(tǒng)優(yōu)化過程以在ONAXSF和XL-SF兩個區(qū)域都能夠獲得與參考點(diǎn)接近的聲壓覆蓋為目標(biāo)。

中置補(bǔ)聲系統(tǒng)用于填補(bǔ)前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)以及L/R主擴(kuò)聲系統(tǒng)的覆蓋陰影區(qū)。這個陰影區(qū)為三角形，并且在三個邊緣和軸向中央?yún)^(qū)域都存在覆蓋交叉區(qū)域（分別用XFF-CF、XL-CF和XR-CF表示）。該系統(tǒng)的輸出聲壓設(shè)定在ONAXCF區(qū)域進(jìn)行，揚(yáng)聲器指向則調(diào)整至在其覆蓋區(qū)域內(nèi)都能夠獲得均勻的覆蓋為準(zhǔn)。該子系統(tǒng)的延時設(shè)定是系統(tǒng)優(yōu)化的最后一個步驟，延時參數(shù)以其與主擴(kuò)聲系統(tǒng)在XL-CF區(qū)域的關(guān)系決定；然后根據(jù)其與前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)在XFF-CF區(qū)域的關(guān)系來確定前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)的延時參數(shù)。

5 現(xiàn)場優(yōu)化數(shù)據(jù)

這是一個擁有很多個補(bǔ)聲子系統(tǒng)的空間，接下來逐個分析這些子系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，首先是主擴(kuò)聲系統(tǒng)（見圖5中A1～A4）。如前所述，主擴(kuò)聲系統(tǒng)包含ABCDE五個子系統(tǒng)，圖中的曲線顯示了在不同位置上各子系統(tǒng)以及整個系統(tǒng)的響應(yīng)曲線與參考點(diǎn)響應(yīng)曲線的對比。在完成對所有子系統(tǒng)進(jìn)行相似的對比工作之后，才會進(jìn)行多曲線堆疊平均化的步驟。值得注意的是，盡管每一個取樣點(diǎn)的房間響應(yīng)曲線（未經(jīng)均衡處理）差異非常大，但處理后（均衡后）的結(jié)果與參考點(diǎn)的響應(yīng)曲線非常接近。位于揚(yáng)聲器陣列下端的子系統(tǒng)（E）VHF能量較強(qiáng)，這是由于僅使用了6個揚(yáng)聲器模塊覆蓋縱橫比4：1的坐席導(dǎo)致的問題（另外4個用于覆蓋二層坐席）。從頻譜上看，ONAXC的曲線斜率最大，這是否正常呢？答案是正常的，原因在于：（1）這個采樣點(diǎn)位于挑臺下方；（2）子系統(tǒng)C位于揚(yáng)聲器陣列的中間位置。如果這條曲線的斜率不是最大的反而才會讓人擔(dān)心。

在對其他補(bǔ)聲系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化之前，對主擴(kuò)聲系統(tǒng)的水平指向設(shè)計也進(jìn)行了驗證（見圖6）。圖6中B將最外側(cè)的坐席（OFFAXL）與音樂廳中央?yún)^(qū)域的坐席（XLR）進(jìn)行了比較。在所有優(yōu)化過程中都會進(jìn)行與中央?yún)^(qū)域坐席的對比，看到的是其中一個對比圖表。從圖表中可以看到響應(yīng)曲線的中高頻部分基本吻合，也就是說水平指向設(shè)計是合理的。在OFFAX邊緣區(qū)域（靠近物理墻面），中低頻部分的能量相對較強(qiáng)（也出現(xiàn)更多的脈沖式波動變化）。但在其他子系統(tǒng)打開后，XLR區(qū)域的中低頻響應(yīng)會得到改善。

挑臺下補(bǔ)聲系統(tǒng)的響應(yīng)曲線顯示于另外3個圖表（見圖6中C1～C3）。在C1中可以看到兩個子系統(tǒng)同時打開之后的響應(yīng)曲線。單獨(dú)的主擴(kuò)聲系統(tǒng)曲線特征非常明顯：在挑臺下區(qū)域下降斜率非常大，并且一致性比較差（出現(xiàn)脈沖式波動變化）；挑臺下補(bǔ)聲系統(tǒng)則能夠提供平坦的響應(yīng)曲線和較佳的一致性。圖6中C2顯示了如何在高于400 Hz以上的頻段通過輕微的提升來對頻譜曲線進(jìn)行平衡。需要注意的是，這是在沒有加入延時的情況下進(jìn)行的均衡優(yōu)化，譬如大幅衰減補(bǔ)聲系統(tǒng)的中低頻能量。所以，對挑臺下坐席的覆蓋優(yōu)化完全在于適當(dāng)?shù)妮敵雎晧?、指向、使用補(bǔ)聲系統(tǒng)和將補(bǔ)聲系統(tǒng)放置在合理的位置。最后一個步驟當(dāng)然是將該區(qū)域的響應(yīng)曲線與參考點(diǎn)的響應(yīng)曲線進(jìn)行對比來進(jìn)行驗證。

接下來分析側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)（見圖6中D1～D2）。側(cè)補(bǔ)聲系統(tǒng)的優(yōu)化過程如前述，因此無需贅述。圖6中D1顯示了交叉覆蓋區(qū)域的響應(yīng)曲線，D2則顯示了優(yōu)化后多個子系統(tǒng)同時打開的響應(yīng)曲線與參考點(diǎn)的響應(yīng)曲線非常接近。圖6中E1～E2顯示了中置補(bǔ)聲系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，其中E1顯示了單獨(dú)打開中置補(bǔ)聲系統(tǒng)與多個子系統(tǒng)同時打開時在交叉覆蓋區(qū)域的響應(yīng)曲線差異，而E2則顯示了經(jīng)過優(yōu)化后多個子系統(tǒng)同時打開的響應(yīng)曲線與參考點(diǎn)的響應(yīng)曲線對比的驗證結(jié)果。

圖7中F1～F3顯示了前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)的情況。單獨(dú)打開前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)的響應(yīng)曲線顯示于F1，此時對前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)的處理包括1個二階高通濾波器和一個中心頻率為18 kHz的低通濾波器。圖7中的F2顯示的是主擴(kuò)聲系統(tǒng)、中置補(bǔ)聲系統(tǒng)和前區(qū)補(bǔ)聲系統(tǒng)等3個子系統(tǒng)同時打開的響應(yīng)曲線。優(yōu)化后的響應(yīng)曲線驗證結(jié)果（與參考點(diǎn)響應(yīng)曲線的對比）顯示于F3。

這一系列工作的最后一項是對心型指向次低頻系統(tǒng)的優(yōu)化。這一過程是在舞臺臺口上方進(jìn)行的，整個過程非常有趣。根據(jù)揚(yáng)聲器陣列前端和后端的響應(yīng)確定延時后，將面向后方的揚(yáng)聲器極性反轉(zhuǎn)，這樣就完成了此項工作。

6 結(jié)論

對于安裝位置合理的重要性無須贅言，任何EQ調(diào)整工具也無法彌補(bǔ)錯誤的安裝位置帶來的問題。本次案例中的揚(yáng)聲器安裝位置合理，因此，獲得的最終結(jié)果是均衡的覆蓋、良好的聲像定位和非常寬的動態(tài)范圍。

在本次案例分析中可以看到，對覆蓋區(qū)域進(jìn)行仔細(xì)的分區(qū)和對各子系統(tǒng)之間的交叉覆蓋區(qū)域進(jìn)行細(xì)致的規(guī)劃，每一個子系統(tǒng)的輸出聲壓設(shè)定和均衡優(yōu)化結(jié)果都與參考點(diǎn)的響應(yīng)曲線非常接近。此外，在每一個交叉覆蓋區(qū)域都進(jìn)行了相位一致化的工作，將這些區(qū)域的脈沖式波動變化程度降至最低。

注：文章轉(zhuǎn)自微信公眾號：米飯星。

（編輯 薛云霞）