lemuse数字声学环境系统在新加坡茨园民众俱乐部多功能剧场的应用

莫桂锋+李志雄+严汉增

【摘 要】 介绍新加坡茨园民众俱乐部多功能剧场采用lemuse数字声学环境系统，为厅堂创造出满足各种专业表演与之相 适应的声学环境，解决了厅堂建筑声学环境与演出类型的匹配问题，实现一厅多用的效果。

【关键词】 多功能剧场；lemuse数字声学环境系统；声学设计；电子可调混响

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2016.11.004

【Abstract】This paper is conferred around the introduction of the digital acoustic versatility system that supplied in Singapore public multifunction theater. The system can create acoustic environment， which can satisfy all kinds of professional performance， so as to solve the matching problem between the hall architectural acoustics environment and performance type， achieving the effect of multifunction.

【Key Words】multifunctional theater；lemuse digital acoustic versatility system；acoustic design；electronic adjustable reverberation

多功能剧场是指能提供多种用途的剧场，以观演为主要使用功能，集会议报告、音乐表演、学术讨论、文艺展演、新闻发布等形式于一体的具有多种功能的厅堂。目前全国各地兴起“剧场建设”风潮，而如何在多功能剧场中实现满足不同表演艺术形式的同时又不降低表演效果，成为演艺行业新的课题。近年来，在一些剧院、会堂和旅游剧场等开始采用“电子可变混响系统”以达到更加仿真的听觉享受，从而满足人们对听感的需求。

笔者以新加坡茨园民众俱乐部（以下简称“茨园俱乐部”）多功能剧场为案例，介绍“lemuse数字声学环境系统”技术在多功能剧场中的应用，实现一厅多用的功能，满足不同艺术表演的高保真效果，同时能减少能耗，降低运营成本，提高经济效益，符合绿色节能环保的可持续发展需求。

1 项目背景

茨园俱乐部于2015年8月建成投入使用，是当地首家设有小贩中心的民众联汇中心，内设500座多功能剧场（如图1所示），除了满足民众联络需求，还可以提供电影放映、戏剧表演、歌剧演出、音乐会演出的使用需求。

为了提高多功能剧场运营效率，给听众带来更优质、更专业的音质享受，茨园俱乐部多功能剧场进行专业的声学设计，设有全数字化的扩声系统，同时也采用了lemuse数字声学环境系统——电子可调混响系统，可以实现一键或自动切换剧场声学环境的功能，以满足不同演出类型的专业化要求。

茨园俱乐部多功能剧场是一个社区剧场，对其国内剧场建设和发展具有比较好的参考意义。怎样使一个多功能剧场实现真正意义的多功能——效果专业化，是目前业内普遍关注的问题。笔者就该项目阐述如何应用lemuse数字声学环境系统做到剧场的专业化效果的多功能。

2 lemuse数字声学环境系统

2.1 电声控制系统应用的兴起

一个演出厅堂，对于不同的节目类型，为获得良好的音质效果，需要一个“合适”的混响时间与节目类型相适应。这个“合适”的混响时间就称作最佳混响时间。不同节目类型所要求的最佳混响时间的典型值如表1所示。

那么，如何营造最佳的混响时间呢？

（1）建设专业型剧场。比如专业的戏剧场、音乐厅和歌剧院等。但其建设成本高，且运营效率低。因此，现今世界剧场发展的主流仍是以能适应音乐、歌舞、戏剧演出乃至会议使用的多功能剧场为主。

（2）建设“机械方式”可调混响时间的多功能剧场。这种方式是通过改变厅堂吸声量或改变厅堂容积来改变混响时间。但是采用这种方式不仅费用大，混响时间可调的范围小，且存在使用中安全可靠性和方便性的问题。

（3）建设电声控制系统（一般称电子可调混响系统的）多功能剧场。伴随数字电子技术的迅猛发展，采用该方式改善房间音质具有越来越广阔的应用前景。目前，在发达国家的剧院尤其是多功能剧场中有越来越多的应用；在国内的剧场剧院也得到了一定的应用，比如：贵州省人民会堂大剧场、北京天桥剧院、深圳观澜文化艺术中心剧场等。采用电声控制系统不仅实现了混响时间可变，而且还可以对声场进行“修正”，如近次反射声、声扩散以及混响时间频率特性的调整等，而这些对“机械方式”来讲是困难的。

2.2 lemuse数字声学环境系统的开发

伴随电声控制系统应用的兴起，笔者所在企业将该类国外产品引入国内多个项目中，实施的项目包括有贵州省人民大会堂、泰州大剧院、北京舞蹈学院大剧场，北京天桥剧院。在此基础上，2008年自主研发了具有后发优势的电子可调混响系统——lemuse数字声学环境系统（REAS），针对建声领域难以解决的声学环境可变问题，提出改善音质的方法。通过控制早期反射声能量及混响声能量的比例，利用合理的传声器及扬声器布置，采用电子反射面和电子耦合空间方式，实现建筑声学参数的调整，为多功能剧场建设节省建筑、空调、供暖和照明等各方面投资。lemuse数字声学环境系统的效果示意如图2所示。

2.3 lemuse数字声学环境系统的功能

2.3.1 延长全频带的混响时间

lemuse数字声学环境系统的核心处理矩阵，采用非直联式的信号处理方式，通过前级高品质的无指向传声器拾取混响声，模拟耦合空间，增加混响时间，以达到厅堂最佳混响时间特性曲线（见图3）的目的，以满足各种类型演出的专业要求。这里所述的非直联式，是指将传声器放在远离演员的位置拾取原始混响声，通过可再生的过程加入扩声设备，然后再通过扬声器把声音传送到观众席。

2.3.2 增强房间的早期反射声

lemuse数字声学环境系统的核心处理矩阵，采用直联式的信号处理方式，通过前级高品质的强指向传声器拾取舞台直达声，模拟声反射面，增加早期反射声，如图4所示，提高语言清晰度和音乐明晰度，可以满足自然声演出的需求，同时，侧向早期反射声也能增强观众的视在声源宽度感觉。这里所述的直联式，是指将传声器放在靠近演员的位置拾取原始的直达声，然后通过扬声器提升音量，把声音传送到观众席。

2.3.3 增加房间的声扩散

lemuse数字声学环境系统的核心处理矩阵，采用综合式的信号处理方式，可以改善厅堂声音的扩散效果（如图5所示），避免有某些位置或者某个频率的声音特别强，观众可以感受到比较稳定和均匀的扩散声场的音质。这里所述的综合式，是指采用了非直联式和直联式。

2.4 lemuse数字声学环境系统的特点

（1）强大的数字信号处理中心

REAS的处理及传输采用全数字网络化的方式，主要包括处理核心core以及各I/O接口箱，如图6所示。处理核心具备强大的数字信号处理能力，最多支持128×128，I/O最大扩展至512路输入、512路输出；处理核心包含两个后期混响声能处理器及两个早期反射声能处理器。各I/O接口箱与处理核心之间通过网络共享数字音频信号，可以组建起分布式的、集中式的音频信号处理平台，灵活满足实际应用需求。

（2）优化的声学处理算法

采用电子耦合空间调节房间的混响时间，采用模拟反射面调节房间的早期反射声能量，算法实现全频带归一化处理（见图7），带来自然的音质效果。经过优化的全频带归一化处理，不仅可以减少传声器布置的数量，提高混响增益，而且解决混响模型中容易出现声染色的问题，确保声音细腻、干净。

（3）采用多通道混响网络设计

REAS采用MCR混响网络设计，如图8所示。通过在厅堂布置多支拾音传声器和扩声扬声器，以模拟空间反射耦合特性，实现电子耦合空间和实际物理空间的耦合。由于传声器避开了扬声器的混响半径，采用混响网络能减少输入输出信号之间的相关性，使混响增益得以提升。同时，混响器通过将输入信号矩阵化处理，能够减少混响器梳状滤波效应，同时可避免由声染色引起的信号叠加，提高了混响增益输出，为观众厅营造良好的混响感。

（4）全方位的互闻效果

演出过程中，演员是创作者，观众是欣赏者，演员需要在创作的过程中与观众进行一系列的互闻通信，从而实现演出效果的完整性。此外，观众与观众之间的互闻效果（此效果为周围气氛），演员与演员之间互闻通信也是演出过程中的重要因素。lemuse数字声学环境系统综合考虑声音在演出厅堂内的通信过程，如图9所示，同时对观众区和舞台区，分别进行混响声和早期反射声的综合处理，可以更有效地实现演员、观众之间的互闻效果，提高表演感染力，达到沉浸在真实声学环境的目的。

（5）一键及自动切换

REAS不仅具备灵活的处理核心，其操作也方便快捷。用户通过终端控制软件，可以对声学环境进行“一键切换”，瞬间将空间转换成预先存储的模式。此外，也可以通过预编程，随着乐曲（节目）的变化而自动切换声学环境，在悄无声息的情况下，进入最佳声学环境匹配状态。

lemuse数字声学环境系实现了美国著名声学家白瑞纳克在《音乐厅和歌剧院》一书中预言的“……总有一天，混响可由听众用电子的方法，从一段乐曲到另一段乐曲之间改变”。

3 茨园俱乐部多功能剧场音频系统设计及应用

3.1 系统设计

该多功能剧场的音频系统的解决方案以全面提升厅堂音质效果为目的，设计包括两大部分，第一是传统的扩声系统部分（电声系统），第二是lemuse数字声学环境系统部分（建声系统）；两大系统既独立运行又相辅相成，系统原理如图10所示。

扩声系统的主扩声采用左、中、右三声道加左右超低声道的方式，如图11所示。观众厅的扬声器布置如图12所示，效果声道分左环绕声道和右环绕声道，左后环绕声道和右后环绕声道。舞台返送采用流动返送形式。与此同时，为了实现数字声学环境系统的侧墙扬声器可以同时作为电影环绕声还音使用，通过数字声学环境系统主机的混音功能，可以将传统扩声系统的侧墙效果声信号（LS/RS/LBS/RBS）馈送到左环绕音箱组、右环绕音箱组、左后环绕音箱组和右后环绕音箱组，从而全面提升厅堂音质效果。

所有扬声器均使用有源一体化扬声器，保证功率放大器与扬声器间的一致性。此外，利用遥控监测系统，可灵活地对扬声器进行环境参数的读取以及工作状态的调整。同时，这一扩声系统可适应多种演出形式，扩大调音师的主创空间。

3.2 应用及反馈

该系统投入运营后，为了营造最佳的表演效果，设置了几种常用的模式，包括：音乐厅模式、电影院模式、会议厅模式、戏剧场模式、歌剧院模式等，每一种表演模式都有与之匹配的声学环境，最终呈现出理想的演出效果。

2015年8月2日，新加坡建国50周年大型演艺晚会在茨园俱乐部多功能剧场隆重举行。演出结束后，从建筑声学专家到演出相关人员，都对lemuse数字声学环境系统的功能和品质表示赞许。

开幕式后，该剧场进入日常使用状态，附近小区居民自行组织很多的活动在此举行，同时也以廉价的租赁费供新加坡演出团体使用，利用率很高，实现了真正意义上的多功能剧场的专业效果。

4 结语

艺术是一种追求极致的过程。目前，发达国家的人们对艺术效果的要求比较高，对新技术应用的抗拒心理也比较小，所以，新加坡的一个社区剧场很愿意接受使用电子可调混响系统解决一厅多用达到专业效果的问题。

中国正在全面建成小康社会的冲刺阶段，地市级县级的多功能剧场遍地开花，甚至街道或者社区剧场也会兴起。随着国民的艺术素养越来越高，国人能否接受这种“新”的解决方案，为观众营造一个合适的声学环境，笔者持乐观态度。

参考文献：

[1] 周翔. 结构声学混响时间估值方法研究[D]. 昆明理工大学， 2015.

[2] 王福津. 电声可变混响系统的发展与应用[J]. 演艺科技，2014（9）：23-28.

[3] 张亦弛. 耦合空间与可调混响式厅堂的设计与研究[D]. 合肥工业大学， 2012.

[4] 朱相栋. 观演建筑声学设计进展研究[D]. 北京：清华大学，2012.

[5] 顾丁. 实现多功能剧场观众厅可变混响时间的建声方法与电声方法[J]. 音响技术，2013（3）：22-25.

[6] 白朝勤. 小型多功能观演建筑设计浅析[D]. 西安交通大学，2007.

[7] 王福津. 改变室内声学特性的电声方法（一）[J]. 音响技术，2006（9）：14-16.

[8] 王福津. 改变室内声学特性的电声方法（二）[J]. 音响技术，2006（10）：11-12.

[9] 王福津. 改变室内声学特性的电声方法（三）[J]. 音响技术，2006（11）：13-17.

作者简介：

严汉增，2008年毕业于广东省汕头大学应用物理系，音响师，建造师。曾参与过多个省市级重点文化工程项目的音视频工程建设，包括杭州宋城千古情剧院音响系统改造、宁波文化广场大小剧院音响系统、九江文化艺术中心大小剧院音响系统》、三亚财经论坛永久会址音视频系统等。

（编辑 杜 青）