电子声学优化系统在观澜文化中心小剧场的应用

【摘 要】 针对深圳市观澜文化艺术中心小剧场改造项目的特点，在不修改建筑内部装饰的前提下，采用电子声学优化系统 的解决方案，达到多功能厅的使用需求。

【关键词】 多功能厅；可变混响；混响时间；声学优化；早期反射声

文章编号： 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 项目技术特点

深圳市观澜文化艺术中心建于2003年，设有小剧场、美术馆、图书馆等文化艺术场所，总建筑面积1.38×104 m2，其中小剧场建筑面积约2 200 m2，共设604个座位，可用于中小型文艺演出、较大型会议等。经过11年的使用，小剧场的灯光、音响等舞美设备已经老化破损，需要进行改造升级。

电子设备例如音响系统、视频系统、灯光系统可以通过更换新设备达到使用者的目的。但是如果需要更新建筑声学，将是一项非常复杂的工作，其投入的资本和时间将远远大于建设一个同等规模的新剧场。为了满足音频系统使用的新要求和改善该建筑的声学环境，达到电声和建声的完全统一，获得理想的视听环境，选择采用电子声学优化系统（E-Coustic System，ECS）的解决方案。

电子声学优化系统是一套可以通过电子设备和数字技术方式来优化和改变不同演出类型的听音环境的系统，通过产生和改变早期反射声、混响声的能量和时间，改变固有声学空间的混响时间、声场均匀度等声学环境，满足不同的演出类型的混响时间的要求和避免建筑声学存在的缺陷。

该项目在不修改建筑内部装饰的前提下，通过ECS来实现功能需求，这是该项目的突出技术特点。图1为该小剧场内的原有装饰效果。

该剧场的扩声系统系统和ECS是两套完全独立的系统，该文章主要阐述ECS。

2 系统设计

该剧场的定位是一个典型的中型多功能厅，剧场的建筑结构和整体布局与很多同类型剧场类似。观众区域采用了扇形弧状结构，观众区没有挑台楼座，见图2和图3。

2.1 传声器位置

该剧场使用了6支心形的电容传声器，分别位于舞台主要演出区域，拾取舞台声源的声音，见图4。

传声器的位置主要取决于声源的可能位置，其拾音的制式采用的是大AB拾音制式，高度取决于整个舞台的高度和舞台顶部扬声器的位置，不能太接近扬声器，会减弱混响增益；也不能太低，太低拾取的范围不够大，同时也会影响到视觉。选用心形传声器而不是全指向的原因是：在产生啸叫范围内，使用心形传声器其环路增益会大于全指向传声器，见图5和图6。

平均环路增益=（声源距离/声学优化混响半径）

2.2 扬声器布局

根据剧场的建筑造型，扬声器的布局方案如下。

其顶部扬声器布局位置（见图7）和作用如下。

（1）舞台区域共有18只ECS-440，主要是覆盖舞台表演区域，创建与观众区域一样的声学环境，用于舞台演员的监听。

（2）观众区前区域顶部，4只ECS-LCF-599分布在音桥位置处，创建早期反射声能量（第一次），覆盖整个观众区域；9只ECS-LCF-499分布在观众区前区域的顶部，主要覆盖前区域观众，创建和改变前区域观众来自顶部的声学因素和声场环境。

（3）观众区后区域顶部28只ECS-440两分频小型扬声器，主要覆盖后区域观众，创建和改变后区域观众来自顶部的声学因素和声场环境。

侧面、后墙扬声器布局位置和作用如下。

（1）左右侧面扬声器安装32只ECS-440，分上下两层安装，如图8所示，其上层扬声器主要覆盖中部观众区域，下层扬声器主要覆盖左右侧边观众区域，创建和改变来自左右侧边的声学因素和声学环境。

（2）后墙安装10只ECS-440，如图9所示，覆盖整个观众区域，创建和改变来自后侧的声学因素和声学环境。

扬声器技术要求和布局原则如下。

（1）所选扬声器需要满足，覆盖角度为锥形覆盖，250 Hz～4 000 Hz覆盖角度变化范围满足10°以内，以满足全场观众的覆盖均匀度。常规有指向性的扬声器，随着频率的增加，角度会变得越来越小；全频范围内的整个指向性变化范围很大，如果选用该类型的扬声器，整个观众区域的声场覆盖在全频范围内有很大的变化，会导致全频声场覆盖的均匀度变差，如图10所示。ECS要求的扬声器的指向角度的变化范围，随着频率的变化，变化的范围很小，见图11。

（2）扬声器的选型和位置，主要取决于声场覆盖均匀性，如果是锥形覆盖角度的扬声器，其覆盖的面积随着高度的增加而增加，而其声压级随着高度的增加而减小。所以高度越高，选择的扬声器声压级越大，扬声器之间的距离越远；如果高度越低，其选择扬声器的声压级越小，扬声器的间距越大。

2.3 系统方案

该项目的ECS系统主要包括：声学优化系统、控制系统、多声道回放系统。其信号流程如图12。

声源被舞台上面的传声器拾音后进入话放，同时转换成数字信号，进入ECS Matrix（矩阵）处理器进行路由信号分配，分配好的信号进入不同的ECS Mainframe Ⅲ音频处理器。针对观澜文化中心项目的规模，共有4个ECS Mainframe Ⅲ音频处理器，不同的ECS Mainframe Ⅲ音频处理器处理不同的区域，其一主要负责顶部全部扬声器的声学处理，其二主要负责侧面声学处理，其三主要负责背面声学模拟计算，其四主要负责舞台口4只扬声器和低音声学处理。经过声学计算和处理后的信号再次回到原来的ECS Matrix处理器，把经过计算的信号分配给相应的DA转换器，最后分配给相应的功率放大器和扬声器。其ECS Matrix 处理器支持64～1 024通道的输入输出，每一个通道都可以独立设置SPL、EQ、Delay等。

其多声道回放系统和中央控制系统如图13，多声道回放系统经过解码器解码后的信号通过AES/EBU连接到ECS Matrix，分配到相应的扬声器。中控系统选用的是Crestron系统，来控制整个系统的开关、不同模式的调用等等，只需要一个触摸控制平板，就可以进行全部的操作。图14为机房内的设备情况

3 系统调试及效果呈现

应用的效果模式分为两类。

（1）会议模式

系统开启该模式，舞台上演讲者直接通过ECS传声器拾音，不需要再使用其他人声传声器（如手持传声器），信号经过话放至ECS全部扬声器进行信号增益，扬声器全部模拟直达声，不需要混响处理，故整个声场的语音清晰度和声场均匀度满足使用要求，非常适合会议或者演讲。

（2）混响模式

在该模式下，可根据不同的演出模式设置不同的混响时间，包括1.3 s、1.7 s、3.5 s等，来满足使用要求。例如交响乐演出时，混响时间设置为1.7 s。

经过3个月的安装和7天的调试（见图15），该剧场正式投入使用。第一次使用是易科国际的视听会，邀请了业界专家通过欣赏弦乐四重奏（见图16）、吉他三重奏等不同声源类型，感受ECS的效果。表演结束后，音乐会的音响效果得到了专家和老师的认可。

4 结束语

ECS系统相对于其他的声学优化系统，稳定性、性价比、效果性都比较高，国外已有很多的案例。随着国家对文化产业的重视和很多老剧场剧院的系统更新，该系统技术将是未来改善和优化原有建筑声学的缺陷和创造新的声学环境的利器。

随着国内文娱活动的丰富和欣赏水平的提高，人们越来越多地关注建筑声学的声场环境，而电子声学优化系统是一种解决声场环境的途径之一。

致谢：在此感谢Steve先生的指导，感谢易科国际和张涛副总裁。

参考文献：

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

作者介绍：

魏国权（Andy），毕业于上海大学影视工程系（广播电视工程方向），师从徐恩惠老师。参与的工程设计有：上海文广集团幻维数码5.1录音棚、同济大学创意设计学院交互实验室、上海大学音乐学院音乐厅和排练厅、上海交响乐团音乐厅、万达哈尔滨魔幻剧场、香港浸会大学剧场、华润集团总部大厦艺术中心、苏州东吴文化中心、深圳观澜文化中心。

（编辑 杜 青）