電子聲學環境可變系統及其在國內的應用現狀及發展趨勢研究（二）

魏增來，練嘉容

（中國傳媒大學，北京 100024）

（接上期）

3 系統分類及主要典型系統簡介

從目前筆者查閱到的公開資料來看，電子聲學環境可變技術還未形成廣為業界普遍認可的分類方式，目前較為常見的一種分類方法是以采集源信號的不同來劃分，并結合傳聲器/揚聲器關系以及信號處理方式而予以界定。據此，可將目前供應于商用市場的此種技術分為三大類：再生（Regenerative）方式、回路嵌入（In-Line）方式和混合再生（Hybrid Regenerative）方式。

3.1 再生式系統

再生式系統是指以傳聲器（多為全指向）拾取廳堂內以擴散混響聲能為主的聲場信息（通常為大于聲源臨界距離處的聲場信息），并經傳聲器-處理器-功率放大器-揚聲器環路重放以“再生”反射聲及其后續的一系列擴散聲能，提升廳堂內聲場的總體擴散能量和聲壓，從而加大混響時間的電子聲學環境可變系統。其基本原理見圖5，通常的系統結構框圖見圖6。這種再生基于廳堂內早已存在的混響聲場（或者說擴散聲場）能量，主動利用聲學反饋，通過盡可能高的回路增益（鑒于反饋環路的存在，其增益通常較低）來增加聲能擴散、進而延長聲衰變時間。因此，該類系統響應較為自然，但需要采用一定的措施避免因為反饋而引起的聲染色，如可通過足夠數量的獨立通道回路來保證系統的穩定性等。

3.1.1 Multi-Channel Reverberation（MCR，多通道混響）系統

1969年，飛利浦實驗室的N.V.Franssen注冊了MCR多通道混響概念的專利，之后S.H. de Koning又進行了進一步的拓展研究。該系統基于受援共振系統（AR，Assisted Resonance）的基本原理而開發，但針對如何在大量布局傳聲器-功率放大器-揚聲器回路的廳堂內應對聲染色和自激這一主要挑戰，提供了另外一種思路。

針對這一主要挑戰，主動聲場增強系統一定要控制住其峰值增益，使其不大于單位增益（Unity Gain，或稱一元化增益）1。對于只有幾赫茲的窄帶頻寬來說，這一點相對容易做到，能將其信號增益盡可能接近于單位增益，以提高回路的效率。正是基于這個原因，在AR方式中，采用了非常狹窄的通道頻帶和較大的通道增益，但對于較寬的頻帶，因為信號構成的復雜性，即便整個頻帶平均增益不大，個別頻點的增益卻可能超出可控范圍，因此只有保證了足夠大的峰值與平均值之差，才有可能確保個別頻點的增益不會引起自激。

此前的研究數據表明，平均來講，音樂廳回路傳輸函數的最高峰值與平均值之差大約為10 dB，這就意味著廳堂的平均回路傳輸增益曲線至少應該比單位增益低10 dB以上。同時，為了防止可聽聞的聲染色，傳輸函數的峰值應低于單位增益7 dB，因此，平均回路傳輸增益曲線應該比單位增益低17 dB，以杜絕回路振蕩和染色，而且這時，還需要對頻率進行仔細均衡。回路傳輸增益及其平均增益曲線示意見圖7。

圖5 再生式系統基本原理圖

圖6 再生式系統常見結構框圖

基于上述基本理論，在MCR系統中，只要將每個通道的增益保持于-21 dB之下（巧合的是，這幾乎就是古典音樂的峰值因數Crest Factor），就可以使用全帶寬通道。通過在廳堂內仔細布局傳聲器-功率放大器-揚聲器回路，使之具備相對較低的回路傳輸增益函數，這樣就可以在全頻帶時保證足夠大的峰值與平均值之差，從而在通道數增加時也就不會冒著聲染色和自激的風險了。在這種情況下，如果希望將一個廳堂內的聲能加倍（混響時間也會因此而加長），大概需要100多個通道。而現在技術的發展，可以運用功能強大的參量均衡器和延時等手段去除聲染色，所以針對一個中型廳堂，通道回路數量可以控制在50個左右，甚至更少。

在揚聲器與傳聲器的布局上，傳聲器安裝在聲源的混響聲場中，并使之與揚聲器（特別是同回路的揚聲器）的間距大于該揚聲器的臨界距離，這樣能夠減小各放大通道之間的相關性，從而獲得更加穩定的系統反饋響應。MCR技術原理示意如圖8所示。但由于每支傳聲器拾取的信號只饋送給一只揚聲器，每個聲道都需要單獨調整其反饋前增益，因此其安裝和調試工作很繁瑣復雜；此外，數量眾多的傳聲器和揚聲器使彼此處于混響半徑之外的難度非常大，所以回授前增益很難提高，并有可能產生與此相關的聲染色。

3.1.2 CARMEN系統

1998年，法國CSTB（建筑科學與技術中心）研發了另外一種采用MCR理念的系統CARMEN系統，其原理最早由Guicking提出。它通過采用多個集成后的傳聲器-揚聲器模塊（在CARMEN系統里稱之為細胞CELL）按一定布局進行排列，構建了所謂的“虛擬墻”，并模擬“墻體”對聲音傳播的影響進而改變聲學環境條件。CARMEN系統中，每套細胞（或稱單位）都是一個獨立的有源單元回路，包括一支對揚聲器輻射不敏感的指向性傳聲器、一個電子處理器、一臺功率放大器和一只距傳聲器可以比較近的揚聲器（傳聲器通常被放置在距相應揚聲器1 m的位置）。每個單元實時拾取廳堂內自然傳播的聲能，并根據需要在一定的范圍內進行渲染和重放，調整每只揚聲器的重放能量，即相當于調整墻面的吸聲系數，這樣就模擬了“虛擬墻”面對聲波的作用，以達到調整室內聲學條件的目的。從這個原理來看，它相對較好地保留了聲音在大廳中傳播的自然屬性。其單元細胞構成及工作原理如圖9所示。

圖7 回路傳輸增益（平均及非平均狀態）

圖8 MCR技術原理示意圖

通常，CARMEN系統由20～30個獨立的單元組成，這些單元由一個公共控制器管理，可調的參數包括：混響時間（T30）、明晰度（C80）、覆蓋聲壓（SPL），早期衰變時間（EDT）、音色平衡等。如果不需要進行混響時間的增強，則需要的單元數可以更少。CARMEN系統的構成框圖如圖10所示。當有24個單元時，混響時間可能增加約100%，同時可以通過如增強橫向反射等方法來創建一些空間效應。基于這種原理，CARMEN系統能夠在較小的變化范圍內，產生一個相對自然的聲場，基本不會引入人工混響痕跡。此外，對于糟糕的建筑條件，例如扇形大廳缺乏早期橫向反射，或天花吊頂過低而缺乏空間感等問題，也可以通過這種虛擬墻壁進行聲學上的重塑。但為了獲得最適合的聲場效果，需非常謹慎地根據建筑條件仔細選擇大廳中的單元位置。

綜上所述，再生系統的優勢在于重復利用（或者叫再生）了廳堂內已有的聲學響應，從技術上講更像通過反射板的增減來改變吸聲系數的機械方式，不會在廳堂內增加的聲學響應中添加人造成分，在系統穩定時也不會帶來聲染色，因此，聽感相對較為自然。但它與生俱來的劣勢也源于此，即其能量的增強受限于早已存在之能量的可用放大量，能量增加越多，系統發生聲染色和自激等不穩定現象的可能性也越大。該類系統調試的復雜性往往體現于如何在大量放大通道回路下克服聲染色問題，尤其是希望混響時間的調整范圍較大的情況，這時通道回路數量可能會變得很難具有實用性。同時，它在控制、調整包括早期反射聲在內的其他聲學參數方面也受到了較大的限制。因此，針對本身已具有較多自然擴散聲能，且希望對這種固有聲學環境在較小的調整范圍內進行優化改善的廳堂，該類系統較為適用。此外，利用這種方式延長混響時間，其實本質上就意味著聲能必須被加大，即所謂“longer means louder & louder means longer”，或者說“響度越大、能量越多、混響越長”，這種強對應關系也使得混響衰變斜率隨著回路增益而改變。

圖9 CARMEN單元細胞構成及虛擬墻工作原理

圖10 CARNMEN系統構成框圖

圖11 回路嵌入（In-Line）式系統的基本原理示意圖

3.2 回路嵌入（In-Line）式系統

回路嵌入式系統是指主要基于廳堂內的直達聲，通過在系統通道回路內嵌入具有特定算法的處理器（以混響效果器為主），直接合成廳堂所需的反射聲及其擴散聲能，進而調整以混響時間為主的眾多聲場參數的電子聲學環境可變系統。回路嵌入（In-Line）式系統的基本原理示意見圖11，通常的系統結構框圖見圖12。

該類系統通常采用指向性（心形或超心形）傳聲器，直接拾取以聲源直達聲為主的信息，饋入處理器進行特定處理，再經揚聲器在廳堂內按需重放，以模擬早期、后期反射聲和混響聲，并以此達到改變空間聲學效果的目的。因為傳聲器盡可能靠近聲源，所以在獲得同樣輔助增加聲能的情況下，傳聲器-揚聲器回路增益可以一直保持在盡可能低的狀態，這樣就能較好地避免聲染色和自激嘯叫現象。在強吸聲廳堂內，這種基于直達聲直接“合成”的聲能幾乎可以完全控制最終的聲場效果，而在已經具有一定反射聲能的廳堂，其最終聲場效果則由這些原有反射聲能和系統“合成”的反射聲能共同決定，這時，如果兩者差異較大，則會產生很奇怪的聽覺效果。同時，對于超出傳聲器覆蓋區域（通常即為表演區域）的聲源，該類系統的應用效果也會受到一定的限制。在這類系統的早期發展階段，它通常提供了一種相對單向的響應，即從表演者向聽眾席區域生產聲能，以進一步將聲學反饋最小化。后期隨著數字音頻信息處理技術的飛速發展，更多的措施可以被應用于去除回路內傳聲器與揚聲器之間的相關性，因此，該類系統也可以在傳聲器布局區域實現一定的主動響應，如針對舞臺區域的所謂“電子反聲罩”系統。

回路嵌入式系統特地研發了混響算法，并在具備足夠能力的DSP硬件上予以運行。近年來，隨著數字信號處理技術的飛速發展，相關聲學算法也隨之不斷得到驗證和改進，使得該類系統的性能也隨之快速提升，并越來越常見于當前的商用市場。此外，在某些此類系統中，還采用了時變處理技術（Time Variant Processing）對混響算法的延時以及信號音調等進行了可容忍度下的最小化實時性微調，以進一步去除通道輸出和輸入間的相關性。雖然有研究顯示，這種做法在一些時候可能會被聽感輕微覺察，但它更好地抑制了反饋，避免了獨立通道數量受限時的聲染色和系統不穩定現象。但如果系統具備足夠多的獨立通道，則其自身便具有了一定的去染色能力。

3.2.1 Acoustic Control System（ACS聲學控制系統）

ACS由荷蘭Delft大學的Van Berkhout教授研發并于1987年正式發布。它放棄了再生系統所謂的“響度越大、能量越多、混響越長”的基本理念，而以直達聲為基礎，通過在傳聲器-功率放大器-揚聲器回路中嵌入的處理器，直接模擬合成早期反射聲和混響聲，并通過揚聲器加載在廳堂空間內，以實現調整室內聲學條件的目的。

圖12 回路嵌入式系統常見結構框圖

ACS特別強調了早期反射聲，用以提高聲音明晰度、增強聲源位置呈現以及空間感；同時，其合成的混響聲能除了延長混響時間外，還可以提升聽感的光芒、色彩和溫暖度。該系統通常采用18支～24支指向性傳聲器對舞臺及樂池的演出信號進行高分辨率的拾取，每支傳聲器大約負責5 ㎡～10 ㎡的拾音區域，并以距離聲源位置相對最近的傳聲器信號為主。所拾取的直達聲首先經過早期反射聲處理矩陣，一方面根據該直達聲傳聲器在廳堂環境中的位置產生相關的早期反射聲，并通過相關位置的揚聲器重放加載到廳堂觀眾席的聲學空間內；另一方面，經過正確的時間分布處理后，形成以早期反射聲能為主的聲場，并通過位于表演區域的揚聲器陣列重放，提高演員之間的互相感知度，從而起到舞臺反聲罩的作用。此后，信號還要經過多個混響聲處理矩陣，以合成后期反射聲（混響聲），再同樣通過特定位置的揚聲器加載到整個廳堂空間內，包括單獨為舞臺提供的混響聲返送信號。所有處理過程中，各主要參數（延時、電平、頻譜響應及其衰變、信號混合、濾波等）均可以進行調整，同時，在處理算法上，還引入了建筑聲學、空間聲學的基本理論，如不同材質對聲波傳輸的影響以及不同聲源之間的干涉等，通過這些手段，可以在時間和空間上生成較為自然的合成聲場。ACS系統原理信號流程框圖如圖13所示，典型應用的傳聲器及揚聲器布局如圖14所示。

圖13 ACS系統信號流程框圖

圖14中黑色示意的傳聲器主要位于舞臺大幕前區上方開孔位置及樂池頂部兩側，用于拾取表演直達聲；紅色示意的揚聲器用做舞臺側向及后向虛擬反聲罩，提高演員之間的聽感融合；黃色示意的揚聲器主要用于早期反射聲，包括同樣位于大幕前區上方開孔位置的虛擬頂部反射和來自于側墻的橫向反射；藍色示意的揚聲器主要用于為觀眾廳提供混響聲；位于面光橋的綠色標注揚聲器則以向舞臺提供混響聲能、進一步增強演員的廳堂感為主要目的。

圖14 ACS系統典型應用中傳聲器、揚聲器布局及功能示意圖

3.2.2 Lexicon Acoustic Reinforcement and Enhancement System（LARES，萊斯康聲學增強系統）

LARES由Lexicon公司的David Griesinger和Steve Barbar于1988年推出，最早成功安裝在多倫多的Elgin劇院。該系統中，以性能優異的Lexicon 480L多通道混響效果器為處理核心，通常使用靠近舞臺的2支～8支傳聲器拾取聲源直達聲并分配給多個嵌入了Lexicon效果器的處理通道，分別進行處理并混合，最終發送到位于觀眾廳和舞臺上的揚聲器中。

LARES的理念認為，聽覺上的寬廣度和空間印象首要決定于側向反射總能量，而不僅僅是早期側向反射組分，所以它著重考慮了如何提升側向反射能量的有效性，當然，如果需要早期側向反射組分，也可以對其進行相應調節。為此，LARES研究并參照了傳統物理聲學和建筑聲學的一些處理方法，如利用頂部天花反射聲的一部分指向側墻而非觀眾席以加強側向聲能等，它通過采用性能一致的全指向性揚聲器（鑒于箱體結構的物理影響，實際上通常為寬錐形覆蓋揚聲器），與LARES的電子處理部分結合后，可以合成出包含有足夠側向能量的、良好的擴散聲場。這個過程中，LARES采用揚聲器的“穿插”布局形式以及時變處理等技術，進一步去除回路輸入/輸出之間以及不同揚聲器通道之間的相關性，使電子增強的聲場更加渾然一體，從而消除揚聲器的“定位感”，讓聽眾感覺擴散能量來自于四面八方，尤其是在揚聲器近距離聆聽時，降低了打擊樂器等容易引起的該系統與自然聲之間的“雙聲”現象，同時使之保持了良好的清晰度。LARES系統的原理及系統結構示意如圖15所示。

由于LARES系統采用了時變處理技術以及揚聲器穿插布局形式，降低了系統通道回路的相關性，較好地解決了聲染色問題，使反饋前增益增加了6 dB～18 dB，其增加的程度取決于傳聲器數量、揚聲器通道以及Lexicon處理器的數量。如使用2支傳聲器、4組揚聲器通道和1臺Lexicon 480L Advanced DSP處理器，可以增加15 dB的反饋前增益；而使用2臺處理器和8組揚聲器通道，則改進幅度可以提高為18 dB。

此外，Lexicon公司多年致力于音樂錄音方面的經驗顯示，直達聲與混響聲之間的比例對于最終聽感具有決定性的影響（筆者認為，這種比例關系應該是聲衰變過程中直達聲與混響聲的動態比例）。在相同的混響時間下（即聲音衰變-60 dB的時間相同），若混響能量過小，聲音會變得扁平單調，缺乏生命力；而混響能量過大，則聲音又會顯得混亂污濁、模糊失真。LARES理念認為，上述結論同樣適用于廳堂聲學，雖然傳統建筑聲學中，這種比例關系主要受制于廳堂尺寸以及具體聽音位置。一般而言，中小型廳堂具有相對較大的混響能量，但混響時間卻比較短，而大型廳堂可能具有很長的混響時間，但由于廳尺寸較大，混響能量（尤其是早期側向聲能）則可能會比較小。基于以上研究，為獲得合適的直混比以及與演出內容相適應的混響時間，LARES系統通過Lexicon公司在混響器領域多年積累的優異算法和性能，可以根據廳堂本身的需求，分別對聲衰變時間及混響量進行手動調整，或者利用LARES A.R.C（Auto Reverberation Control，自動混響控制）技術進行自動調整，以配合音樂或語音的需要，而不必在兩者之間進行妥協。同時，LARES還利用Lexicon在行進混響（Running Reverberation）方面的研究成果，進一步拓展了A.R.C技術的應用功能，使其甚至可以根據正在演奏音樂的不同段落自動調整其混響能量配置。

此外，得益于反饋前增益的大幅提升，LARES也可以應用于距離傳聲器較近的舞臺區域，以解決個別廳堂存在的舞臺上反射聲過少致使演奏家互相難以聽聞等問題，即起到了所謂“電子反聲罩”的作用。在這種應用下，LARES必須在傳聲器附近產生足夠的補充能量，同時這種補充能量與直達聲之間的延時也必須足夠小（這樣才能與舞臺上實際的反射聲場相近似），所以此時必須在樂隊的上方近距離額外吊裝幾支傳聲器。

圖15 LARES系統原理及系統結構示意圖

因為較少的傳聲器數量及時變處理等技術的引入，LARES可以使用較少的通道回路、較大的回路增益來獲得較高的合成能量，因此相比于以前的系統，具有很高的性價比，同時得益于Lexicon處理器的優異性能及良好音質，其在以美國為主的全世界范圍內有大量的實踐應用案例，大大增強了電子聲學環境可變系統的可接受度，為該類系統的市場化做出了很大貢獻。

3.2.3 System for Improved Acoustic Performance（SIAP，聲學性能改進系統）

1991年，以荷蘭學者Wim Prinssen為主進行研發的SIAP（聲學性能改進系統）正式推出，這同樣是一款回路嵌入式系統，它與ACS具有較為類似的工作原理以及傳聲器/揚聲器布局模式，但特別強調了三個核心設計理念，并為此設計優化了處理算法。

首先，SIAP將充分利用廳堂自身的自然反射，并在此基礎上，根據具體應用需求，將現有聲學條件缺失的包括各級次反射聲在內的相關聲能補齊，實現廳堂自然聲學與電子增強聲學的無縫疊加，從而充分保留廳堂的原有特征。而且各級次反射聲的“再造”并不是基于前一次反射聲進行簡單調整后的重復，而是在其處理器中依據嵌入自然聲波傳輸理論的算法對每一次反射聲波進行所謂真正的重構。

其次，SIAP研發者認為，將重放揚聲器劃分為早期反射聲、后期反射聲等不同功能的理念與自然聲波擴散理論相違背，所以，該系統中的揚聲器不再進行此類功能劃分，而是將早期反射聲與后期反射聲按廳堂聲學要求進行統一整合，每只揚聲器都需要完整地重放所有補充反射成分。

第三，SIAP研發者認為，自然聲場中，反射聲延時由廳堂尺寸、擴散面形狀以及吸聲材料等因素決定后會保持一定，而時變方式雖然會提升系統針對回路反饋的穩定性，但它同樣違背上述自然聲波擴散理論，這一方面會使合成反射聲產生人耳可以覺察的音調漂移（尤其是針對指揮家、演奏家等具備固定音高且聽覺非常敏感的專業人員），從而使混響聲聽感變“臟”，同時也需要使用更多的通道回路來平均這種漂移現象；另一方面，連續不斷的延時及音調變化也會給聽眾帶來廳堂尺寸、形狀感知等方面的困惑，進而影響聲源定位。所以，SIAP采用了時不變方式，這樣就避免了時變系統中廳堂聲場衰變與鋼琴等樂器琴弦自然衰變之間的不和諧問題，同時進一步明確了聲源定位，從而充分保證了聲場的明晰度和清晰度，而這兩個指標對于音樂廳來說又恰恰非常重要。

針對以上系統設計理念，SIAP研發了非常復雜的混響算法，它的處理器可以為每個輸入/輸出組合生成不同的反射模式，反射波的包絡線也可以在很寬的范圍內進行編輯，同時，每個處理階段都可以實現頻率校正，且每個輸出都有自己的延遲設置，以確保聲源的正確定位。但這種靈活且強大的可調控性也進一步增加了系統調試的難度和復雜性，對調試人員的主觀聽辨能力及其與音樂音響審美之間的映射實現能力提出了很高的要求。SIAP的系統結構及信號流程如圖16所示。

圖16 SIAP系統結構及信號流程框圖

3.2.4 E-coustic System（電子聲學優化系統）

E-coustic System（電子聲學優化系統）是LARES的Audio Technology 換代產品，于1998年正式推出。該系統在LARES基礎上，對硬件部分進行了整合和標準化，使系統結構更加簡潔、更富邏輯，設備構成也更為簡捷、統一、規范；同時，對于軟件部分，E-coustic System在保持Lexicon混響技術優良聽感的基礎上，對混響和時變處理算法進行了優化改進，系統中每個聲學處理器均可對直達聲、反射聲及混響的聲音能量進行獨立控制，同時能夠調整所有的關鍵音頻參數（如平均自由程、早期衰變時間等）。信號處理使用獨立的時變處理通道，并根據Lexicon公司David Griesinger針對寬廣度和包圍感心理聽覺感知方面的研究，強調后期擴散聲能的重要性，其早期聲能增加相對比較平緩，后期（約200 ms以后）聲能逐漸增加，這樣除帶來更為寬廣和更具包圍感的聽覺效果外，還進一步降低了輸入輸出信號間的相關性，為系統直接增加了至少6 dB的穩定度，同時相對降低了應用場景內傳聲器和揚聲器的擺放位置要求，使設備布局更加靈活。根據需要，該系統的傳聲器可以靠近聲源或者布置在廳堂的任何地方，在傳聲器的選型上也沒有過多限制。同時，電子聲學優化系統還根據大量的系統應用實踐，針對不同使用場景進行了細分，逐漸提供了一系列更具針對性的產品，包括E-Architecture（建筑）——針對大型廳堂或復雜系統；E-Performance（演出）——針對中小型廳堂；E-Venue （場所）——針對排練廳這類小型場地等。

除此之外，電子聲學優化系統還考慮了關于混響聽覺感知的細節，就是人耳對高頻混響的心理聲學特征。較長的混響時間就像聲能的倍增器，當2000 Hz以上的混響時間超過2 s時，相對于自然聲，人耳對這種通過擴聲系統重放出來的聲能就變得非常敏感，聽覺上感覺非常嘹亮，具有明顯的金屬自鳴音，因此需要減小混響時間來降低這種感受。圖17所示的就是電子聲學優化系統在不同中頻混響時間（T30）下的頻率特性曲線圖，可以看出混響時間越長，高頻段混響時間的滾降越快，這就意味著該系統按照上述心理聲學特征有意地對高頻混響時間做了一定的削減調整。

3.2.5 Vivace系統

Vivace系統是由德國Muller BBM聲學公司在匯集了多年建筑聲學經驗后，與StageTec公司共同合作研發生產的電子聲學環境可變系統，于2008年正式投放市場。該系統總體思路與傳統的回路嵌入式系統依然類似，只是它基于快速發展的高速DSP處理技術，引入了“房間脈沖卷積合成”的概念，并在回路嵌入的處理器中采用了專門研發的具有自有專利的卷積算法來進行信號處理。該系統首先通過所謂“聲學指紋”技術，使用時間延展脈沖（Time Stretched Pulse，TSP）信號配合“蜘蛛”傳聲器組合（一般用于中大型廳堂）或IRT十字傳聲器組合（一般用于小型廳堂），提取具有理想聲學條件廳堂的“高分辨率脈沖響應”（High Definition Impulse Response，HDIR），并將其作為目標脈沖響應，而后利用處理器將想要改造的廳堂中傳聲器拾取的實時音頻信號與上述目標脈沖響應進行卷積，最后通過多通道揚聲器系統予以重放，從而得到類似于目標廳堂的聲學環境效果。

Vivace系統的卷積過程可以用a×(b1×b2)=C進行簡化表述，其中，a為靠近舞臺口的傳聲器拾取的舞臺直達聲信號（或位于觀眾廳內的傳聲器拾取的觀眾廳直達聲信號），b1為預先提取的目標脈沖響應；b2為卷積后的信號通過功率放大器饋送至大廳揚聲器并投射到觀眾區的傳輸特性，C為所獲得的本廳堂的聲學特性參數，亦即近似于目標廳堂的聲學特性。Vivace的處理示意如圖18所示。

從圖18可以看出，a和b2中都包含有一定的本廳堂的聲學特性，尤其是b2，基本代表了本廳堂固有的聲學傳輸特性。當b2越接近于透明傳輸（即越不活躍）時，所得到的卷積結果就越接近于目標廳堂，而b2越活躍（即廳堂固有聲學傳輸特性越復雜）時，則卷積結果也越來越背離目標廳堂。所以，這個聲學環境調整的過程，并不能夠完全復制預先提取的目標廳堂的建筑聲學特性，而是一個向聽感得到普遍認可的”好”的目標廳堂靠近的過程，利用目標廳堂中優秀的聲學特性來優化當前廳堂，優化的過程中除了數學卷積以外，依然需要實地測量以及人耳的試聽，并循環往復，不斷調整改進。據此原理也可以得出，Vivace系統在“合成”聲場的過程中，主要基于自然存在的目標，而不是憑空想象去重新創造一個“聲場”，因此，其人工痕跡相對較少，聽感也比較自然。此外，Vivace系統還借鑒了前人的一些有益經驗，如采用時變處理技術提升反饋前增益，能夠將早期反射聲和混響聲分離并通過不同的算法予以控制等，同時其混響衰減包絡還可以獨立調整，調整手段更為豐富，因此能夠非常靈活方便地改善最終聽覺效果。

圖18 Vivace系統卷積處理過程示意圖

圖19 Vivace系統3D環繞聲控編輯制作界面

除了針對聲學環境的調整優化外，Vivace系統還可以將用戶自定義的音頻效果素材（如飛機飛行、滾雷等）按照預先規劃并存儲的空間軌跡在包含聲學環境信息的3D半球空間內進行重放，從而提供真實的3D環繞效果。聲源重塑與廳堂聲學條件緊密結合，即可再生逼真的距離感。利用這項功能，可以制作沉浸式的環繞聲效果或超現實的聲音特效，并支持第三方設備實現對演員在舞臺上移動的自動跟蹤。Vivace系統3D環繞聲的操作控制界面見圖19，其中2號紅色球即為當前正在編輯規劃的聲源對象。

Vivace系統研究者認為，揚聲器重放的內容多為細微的聲場補充能量信號，因此對重放揚聲器并無過多的品牌和型號限制。實際應用中，高靈敏度和準確的動態響應比輸出功率更加重要，所以廳堂原有設計的環繞聲效果揚聲器基本均可勝任，聲學環境調整和環繞聲效果兩項功能可以在揚聲器端形成一定的復用，這進一步提高了系統的性價比，簡化了系統安裝實施工作，并降低了裝修配合難度。

綜上所述，回路嵌入式系統由于通道中混響處理器的嵌入，使得其工作原理類似于為廳堂另外開辟了一個耦合空間的物理方式，而且這個耦合空間可以依據具體算法的不同進行較大程度的自由調整，因此，其變化更為豐富。相比較而言，它也不再受到此前再生式系統所謂的“響度越大、能量越多、混響越長”概念的限制，而不再依賴廳堂內固有的聲學擴散能量，所以可在戶外使用。同時，近距離拾音和時變處理等去相關技術的應用，可以使系統采用較大的回路增益，有效地降低了系統內獨立通道數量的要求，提高了性價比，降低了安裝施工難度。值得注意的是，多個揚聲器并不能構成多個獨立通道，獨立通道的數量實際上等同于獨立傳聲器的數量。此外，回路嵌入式系統可調整的參數數量及調整范圍也進一步加大，使該類系統具有更多的功能，即可以通過人工合成，創造出更富有想象力的聲學空間，并且不易受到廳堂內本身聲學條件變化（如空場或滿場等）的影響。但也正是因為回路嵌入系統為人工合成的聲場，所以一方面引入了人工痕跡，另一方面可能會跟廳堂固有聲場之間產生較大的矛盾，使得調試變得非常復雜，因此，回路嵌入式系統最好應用于相對較“干”的聲學空間內，這樣更有利于發揮其優勢。

（未完待續）