多用途類大型演藝劇院音頻系統解決方案初探(1)

張桐 魏增來 孫東生 郭磊

[摘要]提出在一個演藝空間內的多用途應用的音頻系統整體解決方案，包括擴聲、全景聲電影、電聲可變混響三套子系統，既可以獨立使用，又可相互結合共享末端揚聲器，分析實施的技術難點。

[關鍵詞]擴聲系統;全景聲電影系統;電聲可變混響系統

文章編號：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.03.008

隨著世界文化演藝活動分類的日益細化，在同一個大型演藝劇院內舉辦多種類別演藝活動的需求也日益增長。大約從2008年起，中國迎來了功能性標準化劇場建設的高峰期。但是，通過近幾年相關的劇場運營調研報告分析得出，大多數投資者對于劇場項目的投資并沒有帶來可觀的回報。究其原因，不外乎是標準化劇場能夠承接的活動較為單一，且受眾基數較小。因此，越來越多的劇院設計規劃開始提倡一廳多用的新特性，多功能影劇院開始漸漸成為投資的新焦點。

為承辦國際電影節所建的大型多功能影劇院即屬這類劇院，筆者主導了該多功能影劇院的技術工作，根據其可承辦頒獎禮儀式和綜藝晚會、可播放全景聲電影、可舉辦現場流行音樂會等多種需求，通過擴聲系統、杜比全景聲系統與電聲可變混響系統的設計與實施，對在同一個演藝空間內滿足多用途應用的音頻系統整體解決方案進行了探索。同時，對三套子系統既可以獨立使用，又可相互結合共享末端揚聲器設備的設計亮點與技術難點做了重點論述，并分享相關經驗教訓，從而為后續類似項目的建設提供借鑒參考。

1項目概述及應用需求分析

1.1項目概述

該劇院在設計規模上達到甲類劇院標準，劇院內置固定座椅約2000席，其中池座約1300席，樓座約700席。劇院觀眾廳面積約2015m²，設計容積約25300m³。池座區最大寬度為42m，臺口線到池座及樓座后墻最大水平距離分別為34m與40m。

1.2應用需求分析

根據項目的定位，該多功能劇院在音頻方面的主次應用依次為全景聲電影放映、電影節頒獎典禮擴聲、交響樂擴聲、電聲樂隊擴聲以及滿足平時外租需求。根據上述功能定位，該劇院以語言和電影還音為主，對清晰度要求較高，故廳堂基礎混響時間不宜過長。但交響音樂會演出則需要讓聽眾感覺到良好的混響感與包圍感，需要較長的混響時間。因此，設計方案在包含常規擴聲系統的同時，還應配套電聲可變混響系統，以揚聲器系統模擬各類擴聲用途需要聲學環境的能量時間曲線（ETC），以達到根據不同應用需求來改變廳堂混響時間的功能。

2總體解決方案

2.1解決方案整體思路

分析需求后可得知，該劇院在電聲領域需要安裝高質量傳統擴聲、全景聲電影以及電聲可變混響三套系統。

在擴聲系統方面，應因地制宜地采用簡潔、冗余、可靠的系統設計方案與高質量的音頻設備。

劇院主要是為電影節而建設的，所以，全景聲電影系統在設計方案考量時應具有首要優先級。參考國際類似項目案例，并對各全景聲電影還音格式市場占比進行分析后，最終確定采用美國Dolby Atmos制式作為本項目設計方案基礎，揚聲器的布局與最終呈現指標，也都需要按照DolbyAtmos白皮書的基礎理論進行設計。

在電聲可變混響系統方面，需要平衡考慮預算與項目方案實際可落地性，所以，可變混響系統中大部分揚聲器都需要與全景聲電影系統共用。

三套音頻系統之間既能夠根據需求獨立工作，又能夠在需要時結合為一體。因此，三套系統的復合又絕非易事，是該項目的設計重點。

2.2建筑聲學環境基礎要求

由于劇院主要用于電影放映與電影節綜藝演出，在用作自然聲演出時會應用電聲可變混響系統進行聲學增強，所以，劇院建筑聲學環境需求主要參考電影放映需求進行設計。

經著名聲學設計公司MarshollDay設計，劇院空場混響時間被設定在中頻1.0s～1.2s，低頻在125Hz及250Hz需小于1.4s，在無擴聲情況下語言可懂度（STI）應達到0.5。這對于約2000人容量的劇院來將是一個比較難達成的目標。但經過設計方、業主方的嚴格技術管控以及實施方精益求精的實施，最終實測結果，中頻混響時間達到0.93s，低音頻段125Hz達到1.35s，最令人驚喜的是250Hz更是達到了0.91s。如此良好的聲學條件為劇院電聲系統的主客觀評測達到優秀奠定了基礎。

3擴聲系統設計方案

3.1數字音頻網絡系統

為保障大型活動中音頻網絡系統切實可靠，數字音頻網絡系統以成熟的光纖冗余環形拓撲OPTOCORE數字音頻技術為核心，且系統在控制端采用兩張鏡像冗余設置的Di9ico SDIO Core2調音臺作為系統調控核心，兩張調音臺可對所有系統中的輸入輸出信號進行共享，并且在運行過程中保持完全鏡像的工作狀態，當主控臺不能工作時，備控臺可直接無縫替代主控臺的功能，從而充分保證了整個系統的安全性。調音臺系統可容納132個輸入通道，完全滿足電影節期間各類活動的信號源容量需求。音頻系統流程見圖1。

在接口箱配置方面，系統共配置了3臺SD-RACK大型遠端接口箱子與2臺SD-MINIRACKtJx型接口箱。其中，2臺SD-RACK固定安裝于舞臺端的信號交換機房以及音控室，另外1臺SD-RACK則可根據使用需求臨時接入在舞臺上下場門以及現場調音位預留的3個綜合接線箱中使用;2臺SD-MINIRACK分別固定設置在舞臺兩側臺口附近四層的兩個功率放大器機房內，用于向功率放大器傳送音頻信號。

2張sD10調音臺與3臺SD-RACK大型接口箱和2臺SD-MINIRACIC，Jx型接口箱彼此通過OPTOCORE端口連接光纖理線系統構成環狀數字音頻網絡。

設置在信號交換機房的SD RACK舞臺接口箱配置有56個Mic/Line In渝入通道，可通過跳線盤選擇后接入無線傳聲器、內通語音、會議語言、綜合接線箱中的模擬音頻信號。該接口箱還配置了40路模擬線路輸出與8路（立體聲對）AES信號輸出，可用于與內通系統以及廣播系統進行音頻信號交互，或根據臨時需求而靈活配置。

設置在音控室的SD RACK本地接口箱被設置為56路Mic/Line輸入，24個線路輸出，8個AES輸出容量，作為控制室內部音源、錄音及監聽設備信號的IO接口箱。

流動接口箱與現場數字調音臺搭配使用，容量設計為56路Mic/Line輸入，24個線路輸出，8個AES輸出，可滿足大多數演出容量需求。

2個功率放大器室設置的2臺SD-MINIRAC接口箱，以AES格式為功率放大器傳輸數字音頻信號，這樣既使得整個系統信號鏈中AD/DA次數最少，又避免模擬設備互聯時帶來的增益結構問題。

由于其多功能性，系統的兼容性是非常重要的，需要滿足多種音頻信號的使用。首先，在系統內設置了一套完善的模擬鏈路，各模擬音頻信號通過信號分配器可被分配至上下場門調音位以及觀眾席后區現場調音位的信號接線箱中進入模擬調音臺，模擬調音臺的輸出信號則可以通過調音位流動機柜中設置的DirectOut Andiamo.2XT模擬/MADI信號雙向轉化器將信號轉為光纖MADI送入功率放大器機房內的另一臺轉換器，轉化器輸出的模擬信號可連接至音頻放大器的模擬端口，AES主信號源與模擬信號源可在功率放大器輸入端實現優先級切換，以滿足演出團體自帶模擬調音臺或使用模擬信號與系統進行連接的需求。

同時，各調音位接線箱至機房以及機房之間均預留有適量光纖以及CAT網線通路，可滿足大多數情況外帶調音臺系統的介入需求。

3.2揚聲器布局設計

按照業主對電影節活動的策劃，擴聲系統采用較為常規的設置方式，可滿足高端大型現場活動需求，具體布局可參考圖2與圖3。

主擴聲揚聲器系統的揚聲器組采用左、中、右三聲道布局形式。

中央聲道主擴聲揚聲器組暗裝于舞臺口上空反射結構內，直達聲覆蓋全場聽眾席，并采用遠近場分區覆蓋布局方式，遠場揚聲器組由4只L-Acousitcs ARCSII恒曲率陣列揚聲器組成，以80°水平×60°垂直的角度覆蓋中遠場觀眾席，該組揚聲器垂直方向軸線指向樓座最遠距離，以保證揚聲器組在覆蓋距離內具有良好的均勻度。近場揚聲器組由2只L-Acoustics ARCS Focus組成的垂直陣列組合而成，以90°水平×30°垂直的角度覆蓋觀眾席前部，遠近場揚聲器組的覆蓋交疊區域設置在觀眾席前區與中區的過道位置，避免信號在座椅區域產生可聞的干涉。

遠場水平陣列揚聲器組中，以中軸對稱的2只揚聲器采用并聯形式，DSP通道相同，而近場垂直揚聲器組中的2只揚聲器則每只為單獨的功率放大器與DSP通道。

左/右聲道的主擴聲揚聲器組設置在舞臺口兩側，于八字墻外部明裝，每組由9只K2三分頻線陣列揚聲器與3只K1-sB超低音揚聲器組合而成，3只K1-sB揚聲器吊掛在9只K2揚聲器上方。左/右聲道揚聲器水平覆蓋軸線約設置在觀眾廳寬度1/2處，以求在觀眾廳達到均勻的覆蓋與相對良好的響應。

9只K2三分頻線陣列揚聲器以3-3-3的形式分為3個聲場分組，分別對遠、中遠、中近場的觀眾席進行有針對性的分區域調整。3只K1-sB揚聲器中每一只都具有獨立聲學DSP與功率放大器通道，可針對現場測試需求進行精細化調整。

獨立超低音揚聲器組設置在中央聲道揚聲器組兩側，共配置了6只雙18英寸低音揚聲器LA SB28，每側設置3只，每只獨立DSP通道，可將整個擴聲系統的還音低頻下限擴展至25Hz。兩側的超低音揚聲器組相距很近，在分頻點設置在100Hz的情況下，不會在其工作頻率范圍內產生旁瓣。

在劇院的樂池內臺唇區域及升降欄桿包裝內，設置有補聲揚聲器。臺唇前區補聲揚聲器組由7只5XT同軸對稱指向寬角度揚聲器組成，其110。對稱的寬闊覆蓋角度可對樂池作為流動觀眾席時需要補聲的區域進行均勻覆蓋。除此之外，樂池升降欄桿前設置有9只5XT揚聲器，可隨升降欄桿移動，這些揚聲器對前區固定座椅區域進行補聲。樂池補聲與前區補聲揚聲器組均采用單聲道覆蓋方式進行設計，且各分配有4路DSP通道，7只樂池補聲揚聲器中關于中軸對稱的2只揚聲器采用相同功率放大器與DSP通道，中間1只揚聲器為獨立DSP通道。9只前區補聲揚聲器中，如將揚聲器由觀眾廳左側至右側定義為1至9號，則1與9號、2與8號、3與7號揚聲器采用相同功率放大器與DSP通道，中間區域的4/5/6號揚聲器則采用并聯的形式共享功率放大器與DSP通道。

舞臺區域設置了9只X12揚聲器，可分區域對整個舞臺區域實現無盲區覆蓋。其中，2只揚聲器安裝在假臺口兩側柱光架上，可從兩側對主舞臺進行覆蓋，3只揚聲器在燈光渡橋內均分安裝，用以覆蓋舞臺前部區域，在舞臺兩側一層天橋下方，每側設置2只揚聲器對于主舞臺與側舞臺交疊區域進行覆蓋。兩個側舞臺則每側設置1只揚聲器進行覆蓋。

擴聲系統可共享樓座與池座所有的側墻與后墻面安裝的全景聲電影系統揚聲器，在必要時作為擴聲系統的環繞揚聲器使用。

3.3方案實施難點與解決方法

由于該劇場臺口寬度過大，所以位于臺口兩側八字墻處外露吊裝的立體聲主線陣列組之間相距過遠，筆者曾建議將兩組揚聲器向臺口內移動，放置于假臺口前，但最終還是因為極少數觀眾視線受到遮擋而作罷，因此，這個客觀條件帶來了一些無法干預的不良影響。首先，過大的立體聲主擴揚聲器的間距勢必會帶來最佳立體聲欣賞位置的后移，根據客觀幾何計算與主觀聽感綜合分析，最佳的立體聲欣賞位置已后移到了劇院池座后區。其次，這樣的安裝距離還會造成觀眾席內大部分區域的雙聲道立體聲的關聯度較差，如圖4所示。該圖模擬的是在15ms聲道延時與6dB聲道聲壓級差的前置條件下模擬的立體聲關聯度，從圖中可知，只有劇場中央較窄的黃色區域為立體聲聆聽區，兩側的紅色區域立體聲聽感已經被破壞，兩側區域的觀眾可以察覺到由于兩組揚聲器的距離所產生的雙聲。

針對上述問題，音響團隊采取了相應的解決措施，在主揚聲器吊掛點位方面，設計了可實現3個吊掛位置的吊掛結構，最內側的主揚聲器音效較好，但會遮擋大致10%樓座觀眾的視線，中間的主揚聲器位置可在音效與觀演視線上達到平衡，但仍會有很少數的座位會被遮擋住部分視線，最外側主揚聲器位置是最后實施安裝的設計位置，完全不會干擾所有位置觀眾的視線。主揚聲器組可根據業主對聲音的不同需求而靈活調整。

明裝主擴揚聲器應該考慮在揚聲器背后區域采用中低頻段具有良好聲學吸聲處理的材料，揚聲器與后墻之間的空間距離更應該加以精確計算。因為在低音頻段無法受揚聲器控制的聲波從揚聲器發出后會被后墻反射至觀眾廳內，這樣該聲音就會與揚聲器直接輻射的聲音在觀眾廳內產生干涉，影響聽覺感受。建筑的聲學吸聲裝修與距離的增加主要是可以增加直達聲與反射聲的聲壓級差，以此來降低相干性，從而改善上述問題。

（未完待續）

（編輯：薛云霞）