任鵬昊，方少韓

(1.中國傳媒大學音樂與錄音藝術(shù)學院，北京100024；2.視聽技術(shù)與智能控制系統(tǒng)文化和旅游部重點實驗室，北京100024)

1 緒論

文化建設(shè)是我國堅持文化自信的基石，基層群眾文化活動是文化發(fā)展的重要陣地，但基層因地域特征性、人群非專業(yè)性、設(shè)施構(gòu)建低成本性等因素，面臨文化服務內(nèi)容貧瘠、服務模式低下、優(yōu)秀文化傳承困難乃至文化陣地丟失等現(xiàn)狀。尤其當前小城鎮(zhèn)和新農(nóng)村的文化設(shè)施是按展覽、演出、會議、閱覽等分類配置原則構(gòu)建的，缺乏快速構(gòu)建功能可變的集約型綜合服務空間載體，不能滿足居民對綜合文化需求的期望。

目前，國外在小型文化服務綜合體的研究上較為領(lǐng)先，在固定的空間中通過變換舞臺及觀眾席座椅已實現(xiàn)集演出、會議、展覽等多種功能的劇場中心，根據(jù)實際演出的需要，廳堂裝備能夠靈活移動至不同位置并進行組配。在建筑設(shè)計方面，為適應不同需求，設(shè)計了可折疊式的觀眾席，可拆卸移動，也可拼湊的舞臺。而在國內(nèi)小型文化綜合體可變空間載體的建設(shè)以及相關(guān)的研究較少，因此可借鑒和學習國外先進的技術(shù)來打造適合我國農(nóng)村城鎮(zhèn)使用的多功能小型文化綜合體。

本文主要研究在小型文化綜合體可變空間載體中的音效裝備配置，根據(jù)不同使用要求的場館的聲學特點，對比其擴聲系統(tǒng)聲學指標，提出小型文化綜合體的擴聲系統(tǒng)設(shè)計思路以及室內(nèi)音質(zhì)的設(shè)計方案。

2 小型文化綜合體3D模型建立

在計算機中進行模型的確定，采用實際廳堂中聲音傳播的物理現(xiàn)象，結(jié)合一定的數(shù)學仿真運算規(guī)則，來進行廳堂聲學的模擬。利用聲學模擬EASE仿真軟件正確的預測廳堂的聲學特性[1]，評估和調(diào)整廳堂建筑設(shè)計過程的缺陷，合理的選擇裝飾材料和室內(nèi)揚聲器布局方案。

小型文化綜合體3D建模流程如圖1所示。

圖1 綜合體3D建模流程圖

2.1 輸入綜合體空間的幾何數(shù)據(jù)

本文以國家大劇院小劇場的實際建筑模型為參照，經(jīng)過實地測量在軟件內(nèi)進行模型確定，小劇場長度為23.70m，寬度為26.25m，觀眾區(qū)設(shè)有14級臺階，四周為MLS擴散體。在軟件中輸入小劇場的幾何形狀數(shù)據(jù)如各個界面的空間三維坐標進行三維數(shù)學模型的確定。由于MLS擴散體是由凹凸有致的擴散體組成的，因此在繪制空間時，根據(jù)實際廳堂的擴散體排列規(guī)則一一進行繪制。3D模型如圖2(a)、(b)所示。

2.2 房間面吸聲材料設(shè)置

小劇場所要達到的混響時間直接決定了房間吸聲材料的選擇和確定[2，3]，小劇場當中主要使用的材料有根據(jù)清華大學聲學實驗室吸聲系數(shù)測量結(jié)果建立的座椅材料庫，由雙層實木組成的MLS擴散板、玻璃纖維而制的GRC預制板、普通玻璃窗、回字形吊頂、厚織物組成的舞臺后墻、幕布、木地板以及實木門等。

2.3 建立模擬觀眾區(qū)的聽聲面

根據(jù)小劇場的觀眾席位置特點，進行聽聲面的繪制，位于觀眾廳座椅的上方區(qū)域，是距離地面高度為1.2m的虛擬平面，主要是用于計算聲學特性例如總聲壓級的分布等等。

2.4 建立聲學測試點

當設(shè)置好聽聲面之后需要進行聲學測試點的設(shè)置，用紅色“椅子“表示，主要是用來觀察廳堂內(nèi)某一個位置的聲學特性。因此在設(shè)置測試點的時候把測試點放置在聽聲面上方0.5m的位置，距離地面1.7m的位置，使測試點高于聽聲面能夠計算出相關(guān)的特性參數(shù)，如圖3所示。

圖3 測試點“椅子”的設(shè)置

3 小型文化綜合體音效裝備配置方案

3.1 小型文化綜合體揚聲器布局方案

揚聲器的選型和擺放主要考慮揚聲器的功能、功率和揚聲器的指向性能[2，3]，因此對于遠近場的主揚聲器和輔助補音揚聲器的選擇有所不同，主要遵循的原則有：①盡量滿足整個聲場均勻覆蓋的原則；②滿足聲場最大聲壓級的要求；③滿足語言清晰度的要求。

(1)合理布局揚聲器

揚聲器的布置方式有三種：集中布置、分散布置、混合布置[4]?？紤]到小型文化綜合體需滿足演出、會議、展覽、民俗活動等多種使用模式，因此在揚聲器的布置方案上選擇的是混合布置模式，即集中供聲和分散補聲相結(jié)合的布置模式。在設(shè)計時將集中供聲的揚聲器設(shè)置于舞臺正上方，采用吊掛的方式將左、中、右三路揚聲器安置在距離地面約7m高的位置。揚聲器的位置分布圖如圖4所示。

圖4 揚聲器擺放位置分布圖

(2)合理選擇揚聲器

考慮到聲壓級和揚聲器的布局方案，為了保證聲場均勻度，在左、中、右聲道的揚聲器選用了d&b公司的E系列音響，主要型號是E12全頻音箱，中后場的補聲音箱采用的是E8全頻音箱，臺唇補聲采用的是E0音箱，舞臺的返送監(jiān)聽音箱選擇的是M2系列。E系列主要就用于語言和音樂擴聲系統(tǒng)，并且其外觀精致小巧，適合中小型廳堂的擴聲。揚聲器型號、參數(shù)指標如表1所示。

表1 揚聲器參數(shù)指標

3.2 小型文化綜合擴聲系統(tǒng)裝備配置方案

小型文化綜合體為演出、展覽、會議、民俗活動等服務功能需求，考慮到多種使用功能，需要設(shè)置演出、會議、展覽等擴聲系統(tǒng)。在擴聲系統(tǒng)設(shè)計方面，需要盡可能的簡潔，涵蓋所有的服務功能，可使用調(diào)音臺選擇不同功能模式下的擴聲系統(tǒng)，擴聲系統(tǒng)之間需要能夠獨立工作，又能結(jié)合為一體[5，6]。根據(jù)上述擴聲系統(tǒng)設(shè)計分析，總結(jié)出一套完備的擴聲系統(tǒng)方案。

針對演出功能來說，需要將舞臺上方的左中右三路揚聲器(型號E12)作為主擴聲揚聲器，臺唇配有兩個補聲揚聲器E0，用以補充前排觀眾區(qū)域。同時舞臺上需要兩個M2舞臺返送音箱，可供舞臺表演人員使用。另外，由于觀眾廳中后場部分的直達聲較差，因此在觀眾廳17m處左右各安置了一個補聲揚聲器E8，以改善中后場的觀眾區(qū)域的聽音效果。演出功能揚聲器擺放位置如圖5所示。

圖5 演出功能揚聲器擺放位置圖

針對會議功能來說，由于只需要滿足其語言清晰度的要求，因此在揚聲器的配備方案上可以適當減少不必要的揚聲器使用。因此在設(shè)計會議功能時，使用舞臺上方左、中、右三路作為主擴聲揚聲器E12，配備觀眾廳中后場補聲使用的揚聲器E8，滿足了會議擴聲的要求，保證良好的語言清晰度、均勻的聲場和良好的聲壓級。會議功能揚聲器擺放位置如圖6所示。

圖6 會議功能揚聲器擺放位置圖

對于展覽、閱覽等功能來說，對擴聲系統(tǒng)并無太大的需求，僅需要控制綜合體空間的噪聲和做好吸聲處理，因此在擴聲系統(tǒng)上使用左右兩路的主擴聲揚聲器E12配備補聲揚聲器E8。為滿足日常的通知擴聲，因此無需使用過多的揚聲器，主要是控制房間的混響時間和噪聲源，保證室內(nèi)廳堂處于低噪環(huán)境即可。展覽、閱覽功能揚聲器擺放位置如圖7所示。

圖7 展覽、閱覽功能揚聲器擺放位置圖

4 國家大劇院小劇場音效仿真結(jié)果分析

小型文化綜合體使用功能靈活多變，根據(jù)演出、會議、展覽、閱覽等服務功能需求，通過擴聲系統(tǒng)設(shè)計、揚聲器選型、合理配置音效裝備。根據(jù)音效裝備配置方案進行仿真，分析音效指標是否符合《廳堂擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中多用途類擴聲系統(tǒng)聲學特性的指標要求。

(1)聲壓級

通過EASE軟件進行計算分析可以得出小型文化綜合體的總聲壓級分布圖，根據(jù)各個頻段的統(tǒng)計分布直方圖，可以查看聲場的分布情況，小型文化綜合體內(nèi)聽聲面的聲壓級統(tǒng)計分布圖如圖8所示，可以看到取樣點為80個，平均107.76dB，最小值為107.05dB，最大值為108.52dB。

圖8 總聲壓級

根據(jù)仿真結(jié)果總聲壓級的分布圖計算得知，小型文化綜合體的穩(wěn)態(tài)聲壓級基本保持在小于等于+6dB，以文藝演出類一級擴聲系統(tǒng)聲學特性指標要求，會議類一級擴聲系統(tǒng)聲學特性指標要求，多用途類擴聲系統(tǒng)聲學特性指標，小型文化綜合體的穩(wěn)態(tài)均勻度均符合相關(guān)標準。

(2)C參量

C參量作為小型文化綜合體的評判標準是必不可少的，主要有C50和C80。以語言擴聲為主的廳堂中如小劇場、會議廳，則需要重點關(guān)注C50語言可懂度能否滿足相關(guān)標準。對于以音樂聲為主的廳堂如音樂廳，則需要重點探討C80音樂明晰度是否達到要求。

對于小型文化綜合體來說，EASE仿真軟件計算出來的C50參量結(jié)果如表2所示。在500Hz～4kHz的C50參量可以直觀地反映出小型文化綜合體在中高頻具有較好的語言可懂度，在低頻部分的語言可懂度稍差一些，在中高頻段具有良好的語言可懂度，可以滿足日常的會議、演出需要。

表2 C50參量統(tǒng)計值

除了語言可懂度，同時也需要關(guān)注C80音樂明晰度，不同的樂器類型對音樂明晰度有不同的要求，如吹奏樂器的標準是0±2dB，弦樂器的標準為2±2dB，彈撥樂器的標準是4±2dB，打擊樂器的標準是6±2dB[7]。為了保證良好的性能，任何場合中音樂的明晰度C80都不能夠超過+8dB。EASE仿真軟件計算出來的C80參量結(jié)果如表3所示。小型文化綜合體的C80音樂明晰度總體是符合廳堂標準的，能夠很好的發(fā)揮綜合體音樂演出的功能。

表3 C80參量統(tǒng)計值

(2)(3)語言清晰度

對于小型文化綜合體演出、會議等功能來說，需要分析語言清晰度是否能夠達到要求。對于語言清晰度的聲學參量可以考慮輔音清晰度損失率和快速語言傳輸指數(shù)。對輔音清晰度損失率和快速語言傳輸指數(shù)評的評價均有對應的普茨長公式和普茨短公式的參考值表。

EASE仿真軟件計算出的小型文化綜合體的輔音清晰度損失率如圖9所示。由計算結(jié)果得知，輔音清晰度損失率的平均值為5.41%，最小值為4.54%，最大值為6.27%，比對普茨長公式參考值表得知，在0～7%范圍內(nèi)的損失率表示綜合體語言清晰度良好，滿足廳堂標準要求。

圖9 輔音清晰度損失率在各頻段的分布直方圖

除了輔音清晰度損失率，也可以通過快速語言傳輸指數(shù)來判斷語言清晰度的優(yōu)良情況。EASE仿真軟件計算出的快速語言傳輸指數(shù)如圖10所示。小型文化綜合體的快速語言傳輸指數(shù)平均值為0.638，最小值是0.61，最大值是0.669，其范圍均在0.60～1.00之間，根據(jù)普茨長公式參考值可知，綜合體的語言清晰度良好，滿足廳堂標準要求。

圖10 快速語言傳輸指數(shù)在各頻段的分布直方圖

5 結(jié)論

以國家大劇院小劇場為模型建立了小型文化綜合體3D模型，并在建筑空間內(nèi)進行了合理的揚聲器布置和揚聲器選型設(shè)計，實現(xiàn)小型文化綜合體滿足演出、會議、閱覽、展覽等擴聲功能。在擴聲系統(tǒng)設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，利用EASE仿真軟件進行計算仿真分析，驗證了小型文化綜合體音效裝備配置方案的合理性。仿真結(jié)果表明，小型文化綜合體內(nèi)的音效指標均符合《廳堂擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中多用途類擴聲系統(tǒng)聲學特性的指標要求。