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

【關(guān)鍵詞】 多功能廳；可變混響；混響時(shí)間；聲學(xué)優(yōu)化；早期反射聲

文章編號(hào)： 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(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)

深圳市觀瀾文化藝術(shù)中心建于2003年，設(shè)有小劇場(chǎng)、美術(shù)館、圖書館等文化藝術(shù)場(chǎng)所，總建筑面積1.38×104 m2，其中小劇場(chǎng)建筑面積約2 200 m2，共設(shè)604個(gè)座位，可用于中小型文藝演出、較大型會(huì)議等。經(jīng)過(guò)11年的使用，小劇場(chǎng)的燈光、音響等舞美設(shè)備已經(jīng)老化破損，需要進(jìn)行改造升級(jí)。

電子設(shè)備例如音響系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)可以通過(guò)更換新設(shè)備達(dá)到使用者的目的。但是如果需要更新建筑聲學(xué)，將是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，其投入的資本和時(shí)間將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于建設(shè)一個(gè)同等規(guī)模的新劇場(chǎng)。為了滿足音頻系統(tǒng)使用的新要求和改善該建筑的聲學(xué)環(huán)境，達(dá)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(xué)優(yōu)化系統(tǒng)（E-Coustic System，ECS）的解決方案。

電子聲學(xué)優(yōu)化系統(tǒng)是一套可以通過(guò)電子設(shè)備和數(shù)字技術(shù)方式來(lái)優(yōu)化和改變不同演出類型的聽音環(huán)境的系統(tǒng)，通過(guò)產(chǎn)生和改變?cè)缙诜瓷渎?、混響聲的能量和時(shí)間，改變固有聲學(xué)空間的混響時(shí)間、聲場(chǎng)均勻度等聲學(xué)環(huán)境，滿足不同的演出類型的混響時(shí)間的要求和避免建筑聲學(xué)存在的缺陷。

該項(xiàng)目在不修改建筑內(nèi)部裝飾的前提下，通過(guò)ECS來(lái)實(shí)現(xiàn)功能需求，這是該項(xiàng)目的突出技術(shù)特點(diǎn)。圖1為該小劇場(chǎng)內(nèi)的原有裝飾效果。

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

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

2.1 傳聲器位置

該劇場(chǎng)使用了6支心形的電容傳聲器，分別位于舞臺(tái)主要演出區(qū)域，拾取舞臺(tái)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(gè)舞臺(tái)的高度和舞臺(tái)頂部揚(yáng)聲器的位置，不能太接近揚(yáng)聲器，會(huì)減弱混響增益；也不能太低，太低拾取的范圍不夠大，同時(shí)也會(huì)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(huì)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(xué)優(yōu)化混響半徑）

2.2 揚(yáng)聲器布局

根據(jù)劇場(chǎng)的建筑造型，揚(yáng)聲器的布局方案如下。

其頂部揚(yáng)聲器布局位置（見圖7）和作用如下。

（1）舞臺(tái)區(qū)域共有18只ECS-440，主要是覆蓋舞臺(tái)表演區(qū)域，創(chuàng)建與觀眾區(qū)域一樣的聲學(xué)環(huán)境，用于舞臺(tái)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(gè)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(lái)自頂部的聲學(xué)因素和聲場(chǎng)環(huán)境。

（3）觀眾區(qū)后區(qū)域頂部28只ECS-440兩分頻小型揚(yáng)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(lái)自頂部的聲學(xué)因素和聲場(chǎng)環(huán)境。

側(cè)面、后墻揚(yáng)聲器布局位置和作用如下。

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

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

揚(yáng)聲器技術(shù)要求和布局原則如下。

（1）所選揚(yáng)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(chǎng)觀眾的覆蓋均勻度。常規(guī)有指向性的揚(yáng)聲器，隨著頻率的增加，角度會(huì)變得越來(lái)越小；全頻范圍內(nèi)的整個(gè)指向性變化范圍很大，如果選用該類型的揚(yáng)聲器，整個(gè)觀眾區(qū)域的聲場(chǎng)覆蓋在全頻范圍內(nèi)有很大的變化，會(huì)導(dǎo)致全頻聲場(chǎng)覆蓋的均勻度變差，如圖10所示。ECS要求的揚(yáng)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(yáng)聲器的選型和位置，主要取決于聲場(chǎng)覆蓋均勻性，如果是錐形覆蓋角度的揚(yáng)聲器，其覆蓋的面積隨著高度的增加而增加，而其聲壓級(jí)隨著高度的增加而減小。所以高度越高，選擇的揚(yáng)聲器聲壓級(jí)越大，揚(yáng)聲器之間的距離越遠(yuǎn)；如果高度越低，其選擇揚(yáng)聲器的聲壓級(jí)越小，揚(yáng)聲器的間距越大。

2.3 系統(tǒng)方案

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

聲源被舞臺(tái)上面的傳聲器拾音后進(jìn)入話放，同時(shí)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入ECS Matrix（矩陣）處理器進(jìn)行路由信號(hào)分配，分配好的信號(hào)進(jìn)入不同的ECS Mainframe Ⅲ音頻處理器。針對(duì)觀瀾文化中心項(xiàng)目的規(guī)模，共有4個(gè)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(fù)責(zé)頂部全部揚(yáng)聲器的聲學(xué)處理，其二主要負(fù)責(zé)側(cè)面聲學(xué)處理，其三主要負(fù)責(zé)背面聲學(xué)模擬計(jì)算，其四主要負(fù)責(zé)舞臺(tái)口4只揚(yáng)聲器和低音聲學(xué)處理。經(jīng)過(guò)聲學(xué)計(jì)算和處理后的信號(hào)再次回到原來(lái)的ECS Matrix處理器，把經(jīng)過(guò)計(jì)算的信號(hào)分配給相應(yīng)的DA轉(zhuǎn)換器，最后分配給相應(yīng)的功率放大器和揚(yáng)聲器。其ECS Matrix 處理器支持64～1 024通道的輸入輸出，每一個(gè)通道都可以獨(dú)立設(shè)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(guò)解碼器解碼后的信號(hào)通過(guò)AES/EBU連接到ECS Matrix，分配到相應(yīng)的揚(yáng)聲器。中控系統(tǒng)選用的是Crestron系統(tǒng)，來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的開關(guān)、不同模式的調(diào)用等等，只需要一個(gè)觸摸控制平板，就可以進(jìn)行全部的操作。圖14為機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備情況

3 系統(tǒng)調(diào)試及效果呈現(xiàn)

應(yīng)用的效果模式分為兩類。

（1）會(huì)議模式

系統(tǒng)開啟該模式，舞臺(tái)上演講者直接通過(guò)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(hào)經(jīng)過(guò)話放至ECS全部揚(yáng)聲器進(jìn)行信號(hào)增益，揚(yáng)聲器全部模擬直達(dá)聲，不需要混響處理，故整個(gè)聲場(chǎng)的語(yǔ)音清晰度和聲場(chǎng)均勻度滿足使用要求，非常適合會(huì)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(shè)置不同的混響時(shí)間，包括1.3 s、1.7 s、3.5 s等，來(lái)滿足使用要求。例如交響樂演出時(shí)，混響時(shí)間設(shè)置為1.7 s。

經(jīng)過(guò)3個(gè)月的安裝和7天的調(diào)試（見圖15），該劇場(chǎng)正式投入使用。第一次使用是易科國(guó)際的視聽會(huì)，邀請(qǐng)了業(yè)界專家通過(guò)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(huì)的音響效果得到了專家和老師的認(rèn)可。

4 結(jié)束語(yǔ)

ECS系統(tǒng)相對(duì)于其他的聲學(xué)優(yōu)化系統(tǒng)，穩(wěn)定性、性價(jià)比、效果性都比較高，國(guó)外已有很多的案例。隨著國(guó)家對(duì)文化產(chǎn)業(yè)的重視和很多老劇場(chǎng)劇院的系統(tǒng)更新，該系統(tǒng)技術(shù)將是未來(lái)改善和優(yōu)化原有建筑聲學(xué)的缺陷和創(chuàng)造新的聲學(xué)環(huán)境的利器。

隨著國(guó)內(nèi)文娛活動(dòng)的豐富和欣賞水平的提高，人們?cè)絹?lái)越多地關(guān)注建筑聲學(xué)的聲場(chǎng)環(huán)境，而電子聲學(xué)優(yōu)化系統(tǒng)是一種解決聲場(chǎng)環(huán)境的途徑之一。

致謝：在此感謝Steve先生的指導(dǎo)，感謝易科國(guó)際和張濤副總裁。

參考文獻(xiàn)：

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

作者介紹：

魏國(guó)權(quán)（Andy），畢業(yè)于上海大學(xué)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(shè)計(jì)有：上海文廣集團(tuán)幻維數(shù)碼5.1錄音棚、同濟(jì)大學(xué)創(chuàng)意設(shè)計(jì)學(xué)院交互實(shí)驗(yàn)室、上海大學(xué)音樂學(xué)院音樂廳和排練廳、上海交響樂團(tuán)音樂廳、萬(wàn)達(dá)哈爾濱魔幻劇場(chǎng)、香港浸會(huì)大學(xué)劇場(chǎng)、華潤(rùn)集團(tuán)總部大廈藝術(shù)中心、蘇州東吳文化中心、深圳觀瀾文化中心。

（編輯 杜 青）