广州大剧院大剧场扩声系统

甘宜颖，刘永耀

（广州励丰声光科技有限公司，广东 广州 510665）

广州大剧院大剧场扩声系统

甘宜颖，刘永耀

（广州励丰声光科技有限公司，广东 广州 510665）

从声场设计、网络传输控制、安装工艺、系统调试等几个方面介绍广州大剧院大剧场扩声系统特点。

广州大剧院；扩声系统；扬声器系统；声场设计；网络传输；调试

广州大剧院是广州市“十一五”期间新建的七大标志性建筑之一，也是第九届中国艺术节的主会场，建筑设计由著名建筑大师扎哈·哈迪德女士主持，建筑声学设计由迄今仍活跃在声学界的声学大师——声学界最高奖“塞宾奖”得主马歇尔先生主持。广州大剧院总建筑面积约70 000 m2, 其核心设计理念称为“圆润双砾”：“大砾石”包括1 800座的大剧场和录音棚、艺术展览厅；“小砾石”则是400座的多功能剧场。

大剧场观众厅采用独特“双手环抱”设计，观众席看台两侧的延伸部分和楼座挑台交错重叠，从舞台角度看来，犹如迎面伸来的两只手臂。如图1所示。此种设计的优势在于内墙的形状和角度有利于提供侧向反射声,同时，避免回声的干扰。大剧院除了提供极佳的声学环境满足自然声演出的要求，实际运营的大部分演出都需要电声的支持，因此，构建一个高品质的扩声系统来满足各种类型表演对声音的要求，就显得尤为重要。

1 概述

广州大剧院是继国家大剧院、上海东方艺术中心之后国内建设的高标准剧院，如何体现后发优势？其大剧场扩声系统怎样才能汲取众家之长，在符合中国国情的基础上充分与国际接轨？这是广州大剧院的建设管理者在剧场建设之初考虑的主要问题。为此，他们邀请了7家具有国内大型剧院音响工程实施经验的承建单位，经过两轮的命题技术交流，评选出优胜方案。广州励丰声光科技有限公司（以下简称“励丰”）的技术建议书受到建设管理者的高度评价。最终方案由中国恩菲工程技术有限公司进行整合，“励丰”在技术建议书中提出的多项建议被采纳。在工程中标后，“励丰”根据现场的预埋条件对方案进行了深化设计。

图1 大剧场观众厅效果图

在代建方、设计方、监理方的大力支持下，经过10个月的严谨施工，扩声系统工程于2010年3月27日通过了竣工检验，并于4月1日正式移交甲方使用。广州大剧院大剧场扩声系统具有鲜明的设计特点，具体表现在以下几方面。

2 声场设计

在声场设计方面，广州大剧院具有两个鲜明的特点：可变声场设计和超低频指向性设计。

2.1 可变声场

广州大剧院大剧场引入可变声场的设计，以可变的声场满足不同的艺术表演形式，以达到更高品质的扩声需求。

2.1.1 设计理念

在对国际和国内重要表演剧场声场设计和使用需求进行充分调研后发现：剧场的节目形式多种多样，单一扩声模式很难同时满足各种表演形式的使用需求。归纳出以下主要的表演形式对扩声系统的需求，如表1所示。

由表1可见，不同的节目表演形式，对听觉审美、最大声压级、扩声形式和声学覆盖的要求是不一样的。近年来，通过可变声场的设计，力求满足各种表演的专业需求正逐步成为国际上高端剧场未来发展的趋势。广州大剧院就经典艺术和商业流行两个使用模式分别设计了两套扬声器系统。以最小化干涉原则设计一套点声源阵列，满足经典艺术类的自然、保真扩声需求，满足以自然声为主、电声为辅的扩声形式；为满足大动态扩声的需求，设计一套线声源扩声阵列，满足商业流行演出的气氛和力度需求。两套系统可以快速切换，实际使用效果得到听众和调音师的赞许。

表1 不同类别表演对扩声系统的需求

图2 高保真模式下层平面覆盖

图3 高保真模式上层平面覆盖

图4 高保真模式剖面覆盖

2.1.2 高保真模式

服务于经典艺术类的高保真扩声模式采用2层固定安装的扬声器系统和1组超低频扬声器系统，以最消化干涉的原则覆盖全场观众区，实现高品质的扩声，如图2 ～ 图4所示。

高保真扩声模式声场设计：大剧场共设左右两通道扬声器组，左通道扬声器组由上下2层组成，上层由2只高Q值的水平线声源扬声器系统组成，以最小化交叠的原则布置，主要覆盖楼座观众；下层由3只高Q值的水平线声源扬声器系统组成，同样以最小化交叠的原则布置，主要覆盖池座观众；右通道与左通道相同。从图中的声线覆盖可以看出，为有效地避免侧墙和顶棚的反射对观众听感造成的影响，巧妙地利用了水平线声源扬声器的拼接技术，精确地设定覆盖角度，达到真正的最小化干涉。另外，每声道配置3只双18英寸的超低频扬声器系统，置于上层全频扬声器系统与下层全频扬声器系统中间。左右通道共同均匀覆盖全场观众。

2.1.3 大动态模式

服务于商业流行类的大动态电动吊挂扩声模式，设左、中、右声道扬声器系统组和左、右声道扬声器系统组，分别由9只垂直线声源扬声器系统和3只双18英寸超低频扬声器系统组成（与高保真扩声模式超低频共用）；中央声道扬声器系统组由10只垂直线声源扬声器系统和2只低频扬声器系统组成。

根据厅堂的特性，大动态扩声扬声器系统均为线阵列扬声器系统，指向性控制能力强，在长混响时间的厅堂优势非常明显。左右声道的扬声器系统采用非对称覆盖，如图5、图6所示。线阵列在正常吊挂的状态下，可以通过改变覆盖角的方向，使声线尽量避免侧墙的直接反射，使得即使在大动态扩声模式下，声音依然非常干净、有力。中央声道采用宽角度的紧凑型线阵列扬声器系统如图7、图8所示，搭配原厂推荐的高功率低频扬声器，突显人声的细腻。

图5 大动态模式左右平面覆盖

图6 大动态模式左右剖面覆盖

图7 大动态模式中央平面覆盖

图8 大动态模式中央剖面覆盖

2.2 超低频系统设计

广州大剧院大剧场引入超低频指向性设计，以满足长混响状态下的低频覆盖要求。

在长混响厅堂扩声应用中，如何进行真实的低频还原，是近年同行业扩声应用技术的重点，也是声场设计的难点。本方案左右声道各配置3只双18英寸超低频扬声器系统，可以组成心型指向超低频扩声阵列（如图9所示，将中间的超低频扬声器系统与两侧的超低频扬声器系统反向安装），经过严格的声场调试后，将明显改善低频段的指向性，有效提高系统的传声增益。

采用超低频扩声阵列后，50 Hz ～ 100 Hz的超低频段具有非常强的心型指向特性，更加有效地将声能投射到观众区，提高观众的听感“力度”，同时，极大减少对舞台区的辐射，提高系统传声增益，降低传声器啸叫的可能。从图10、图11的阵列覆盖模拟结果可以充分得到认证。

3 网络传输控制

在网络传输与控制方面，广州大剧院主要有两大特色：免物理跳线的音频接口方式和数模自动切换的调音方式。

3.1 音频接口方式

舞台上所有音频信号接入数字调音系统均不需要经过物理跳线的方式，避免了物理配线带来的接插不可靠性，提高了信号传输的质量，减少故障和出错率。

传统的剧场设计，由于音频输入接口数量多，而调音系统真正能接收的通道数受到限制，因此，均采取物理跳线的方式改变信号的接入路径。但是，作为这个级别的剧场，演出量大，接口使用频繁，若采用传统的方式进行系统构建，不但会增加使用人员的工作难度，还会由于接口的多次插拔而直接影响信号传输的质量。因此，广州大剧院大剧场采用了全网络化的系统构建方式，在常用的信号输入点位设置固定的接口基站，提供演出所需要的所有物理接入口；并提供流动接入基站，可以在舞台任何地方接入。这样的配接方式，可以保证在任何一个网络基站位置的信号均能直接接入调音系统，不用进行任何物理跳接，仅在调音系统进行软配线就可以实现任意路由分配。传输控制网络示意图如图12所示。

图9 低频扬声器系统阵列安装示意图

图10 传统低频阵列覆盖模拟图

图11 心型指向低频阵列覆盖模拟图

图12 传输控制网络示意图

3.2 调音方式

广州大剧院大剧场采用数模自动切换的调音方式，使整个控制系统更安全、稳定。本方案除数字调音系统具备主备模式，数字与模拟传输系统也具备主备模式，如图13所示。通过传声器分配器将传声器信号分别送至数字与模拟调音系统，数字调音系统输出数字信号至数字一体化功放，模拟调音系统输出模拟信号至数字一体化功放，功放在默认状态接收数字信号，当功放接收不到数字时钟信号时，功放的内置程序会自动切换接收模拟输入信号。因此，在演出过程中，数字调音系统与模拟调音系统实现了完全的热备份功能，再一次保障了调音系统的安全性。

4 安装工艺

在安装工艺方面，该扩声系统相对于国内其他大型剧场，也有人性化的3个特点。

4.1 扬声器系统的电动吊挂

大剧场的经典艺术类的扬声器系统采用暗藏式固定安装，商业流行类的扬声器系统采用电动吊挂安装，即大动态扩声模式左、中、右3组线阵列均采用电动吊挂方式，不使用时3组线阵列均上升至声桥上方，在观众厅完全看不到线阵列的存在，可以满足自然声表演时的视觉要求。当采用大动态扩声模式时，声桥上的GRG（预铸式玻璃纤维增强石膏成型品）开孔位置自动打开，线阵列扬声器组从声桥上方下降至合适的扩声高度，如图14所示。

在工程施工过程中，重点关注以下要素：

（1）准确预留孔洞，要符合扬声器系统组的体积，与装修风格相协调，确保预留孔不与钢结构冲突。

（2）独立设计安装的吊挂系统，保证约1 000 kg重的扬声器阵列能平稳地升降，采用三点吊挂方式，最大限度地保证扬声器吊挂的安全性。

（3）设计可开合的GRG面板，在扬声器系统使用时，GRG面板灵活开启；不使用时，GRG面板闭合，与装修浑然一体。

（4）扬声器系统覆盖角度和扬声器系统之间的夹角定位准确。

图14 线阵列升降机械结构意图

图13 数模备份传输链路示意

4.2 可升降现场调音位

在观众厅池座中部预留一个可升降现场调音位，调音师可以在该位置进行调音，获得良好的现场听感。这是我国大型剧场建设中首次采用可升降调音位的设计。该调音位是高级别演出团体客席调音师梦寐以求的理想调音位置，该设计也成为大剧院的亮点，备受瞩目。

现场调音位在使用时，升降装置可将调音设备及调音人员提升至合适的高度，调音师将得到最佳的调音位置；若不需要使用现场调音位，调音设备的升降平台将降至静压箱，而装有观众座位的升降平台则提升至合适的高度，与其他坐席融为一体。如图15所示。

在工程施工过程中，重点关注以下要素：

（1）使用优质接插件，即使长期置于静压箱内亦不会发生质变而影响传输质量。接预留线缆可以跟随台车进行水平垂直移动。

（2）升降平台储藏空间作吸声处理，避免调音位在使用时静压箱成为混响室，影响观众厅音质。

（3）预留足够的调音空间，同时，必须保证台车的最大承重量。

（4）充分考虑调音师的视线范围，使其在工作时不会遮挡观众或被观众遮挡。

（5）在静压箱内预留足够的过道空间，方便设备进出。

4.3 智能化供电模式

扩声系统采用智能供电系统进行配送电，通过计算机进行编程设计，按合适的开关顺序和正确的延时时间进行配电，每路开关回路都具备短路和过载保护。只需按一个开关即可对整个系统进行配电或关电，确保系统设备不受供电浪涌电流的影响。

配置了UPS（不间断供电电源），保证在任何演出状态主控系统供电不间断。UPS的接入方式区别于传统的配电，如图16所示。所有传输基站与调音界面均为双电源设计，电源1直接连接配电系统，电源2与UPS电源相连接。在正常状态下，系统的供电均由配电系统提供，UPS处于待命状态，不进行充放电，可减轻UPS的工作压力，延长其使用寿命；当市电或内部供电出现故障时，UPS自动对传输控制设备进行供电。该供电方式已逐渐普及于大型音响系统。此外，通过无线网络可以随时监控设备的工作状态。

5 系统调试

系统的各项调试对实现原设计意图、保障最终效果至关重要。在安装过程中，着重控制了以下几个对系统最终声音效果产生影响的环节。

（1）扬声器系统的安装

a. 确保阵列各扬声器系统水平与垂直张角在调试阶段可调整。

b. 确保上部吊挂集中载荷的安全性。

c. 确保扬声器系统安装室的内部空间，并进行吸声处理，同时，声辐射开口没有阻挡。

（2）系统的电气调试

在开始声学调试之前，进场完成系统的电气调试，采用以下步骤。

a. 系统设备的供电检测：包括输出电压是否符合设备供电要求，以及各供电插脚是否位置正确。

b. 传输线路的检测：包括对输入回路、输出回路、设备间回路的各种连接线路进行检查，判断是否有断路、短路、反极性以及非平衡连接。

c. 设备工作检测：在检查完成系统连线后，给设备进行通电，检查各设备是否可以正常工作。

（3）关于声场调试

系统的声学调试是实现建设目标最关键的环节。调试中使用了FFT（变速傅里叶变换）测量调试系统，取得了非常好的效果。

首先，对每个扬声器系统安装位置和覆盖角进行调试。检查每只扬声器系统的覆盖角，并对安装位置和覆盖方向进行调整，尽量将扬声器系统的覆盖区域内声压级的最大值和最小值之差调整到不大于6 dB。

其次，对每个扬声器系统的输入电平和频率响应进行调试。对同一声道的每个扬声器系统在其主覆盖区域，利用均衡器对其频率响应进行调试，如有必要，还需对同一声道的主信号馈入端进行总的频率响应调试。

表2 大剧场声场检测结果

最后，对扬声器系统交叠区的相位响应进行调试。对同一声道交叠覆盖区的扬声器系统，通过微延时或极性手段调整相位响应，使其在主要交叠区的相位响应趋于一致。

另外，对每个声道扬声器系统的声像进行调试，主要根据演出区域的位置，调整每个声道扬声器系统的馈入信号延时时间，使观众区感知到的声像处于表演区。

6 声场测试结果

经上海文化设施技术检测所检测后，广州大剧院大剧场一次性通过声场验收，具体测试结果如表2所示。

7 用户评价

投入使用后，广州大剧院大剧场接待了来自各方的大型、高规格的表演，如《图兰朵》、《太阳雪》、《Michael Bolton演唱会》等等，获得了艺术家、观众及运营管理商的好评。在第九届中国艺术节的演出中，国内某著名调音师对扩声系统的效果给予了高度评价：“声场效果极佳，控制系统安全稳定，是新一代剧院的代表作。”

目前，广州大剧院已成为广州文化交流的重要场所和国内外著名表演团体的优秀演出平台。

（编辑 潘 浪）

The Sound System of Guangzhou Opera House

GAN Yi-ying, LIU Yong-yao
(Guangzhou Leifull Light & Sound Technology Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510665, China)

The paper introduced sound system's feature of Guangzhou Opera House, in several aspects of sound fi eld design,network transmission control, mounting process, system debug and so forth.

Guangzhou Opera House; sound system; loudspeaker system; sound fi eld design; network transmission; debug

10.3969/j.issn.1674-8239.2011.1.006