山东省美术馆音视频系统设计与建设探析

文│ 北京仁歌视听科技有限公司 张业春

1 引言

山东省美术馆总投资近6亿元，是我国在建规模最大的现代美术馆，其定位为独具特色、设施先进、品位高雅、功能完善的现代化美术馆。项目可用于建设的土地面积为2.07公顷，建设总面积为50000m2，其中地上五层建筑面积为38000m2，地下一层建筑面积为12000m2。本文以笔者所在公司为山东省美术馆音视频系统做出的设计与建设进行探析，供业内人士参考。

2 3D电影放映及电影扩声系统在多功能学术报告厅中的应用

2.1 设计依据为电影系统要求具备THX认证

3D电影放映及电影扩声系统涉及房间为多功能学术报告厅，电影放映的设计主要以国家电影技术标准《数字立体声电影院的技术标准》为基础，参照《电影院星级评定要求》中的技术规定，结合当前主流电影还音技术来设计并配置还音设备，使该多功能学术报告厅的电影还音系统的音响效果达到星级影院标准。

根据国家标准，电影数字立体声主要声道调试电平为85dB，最大声压级为103dB；左右环绕声道的调试电平为82dB，两路之和为85dB，最大声压级为100dB，而次低音声道的调试电平数字声为91dB，模拟声为81dB，最大声压级为113dB，以上各声道在满足最大声压级的基础上应留有一定的功率余量。

2.2 3D系统简介

（1）立体投像原理

人类的眼睛相距6cm～7cm，存在一定的距离，所以在观察一个三维物体时，由于两眼水平分开在两个不同的位置，所观察到的物体图像是不同的，它们之间存在着一个像差，正是由于这个像差的存在，通过人类的大脑，可以感到一个三维世界的深度立体变化，这就是所谓的立体视觉原理。根据立体视觉原理，如果人的左右眼分别看到两幅在不同位置拍摄的图像，就应该可以从这两幅图像感受到一个立体的三维空间。

（2）3D分类

目前市面上见到较为成熟的技术有两种，即主动快门式3D和偏振光式3D。主动快门式3D率先登场并占据了主流市场，而偏振光式也凭借其与主动快门式3D鲜明的差异化诉求进入了大众的视野。

偏光式3D技术也叫偏振式3D技术，与其配合使用的是被动式偏光眼镜。眼镜成本比较便宜，目前电影院采用的就是这种技术，不过对显示设备的亮度要求较高。

主动快门式3D技术配合主动式快门3D眼镜使用。这种3D技术的原理是根据人眼对影像频率的捕捉敏感度来实现，通过提高画面的刷新率（至少120Hz），为左眼和右眼分别输出60Hz快速刷新的图像，这样会在大脑中实现立体的视觉感受。

2.3 系统设计

从客户的长远利益考虑，整个系统依据最新DCI数字影院系统规范进行设计，既满足目前数字电影音频系统的需要，又能满足未来十年甚至更长时间内数字电影音频系统的需要，以降低影院因设备升级而增加的成本。

配备强大的数字信号处理（DSP）功能，并内置扬声器参数数据库，通过数据电缆连接影院处理器和功放，从而简化影院音频系统的安装、布线和调试过程。用户在安装和调试时可以直接调用扬声器型号和参数，再针对具体情况对整个音频系统和声场进行快速、细致地调整。

在整套系统中均采用国际一流品牌的DP 18000流明的高清具有3D功能的工程投影机和QSC的扬声器、处理器。

3 线阵列扩声系统在一层大厅、二层展厅中的应用

3.1 设计依据

在设计任何一个电声系统之前，首先应该了解、分析用户的需求，同时需要分析项目的建筑声学情况。建筑声学条件是电声设计的前提和基础，再好的电声系统在糟糕的建筑声学环境中也不能发挥出其自身优势。因此，“声场设计需要电声与建声结合考虑”的理念已被许多人认知和重视。

建声环境具有平面式布局厅堂，整体使用时长宽比例较大、不利于声音扩散、空间不大、造成声音早期反射声的增加、前后场直达声比例难以控制等特点。针对以上情况，采取了相应的设计手段来避免或降低因这些特点而带来的不利影响。

厅堂的建声设计应达到如下基本要求：

（1） 最佳混响特性

混响特性是影响厅堂音质最关键的参量，最佳混响特性包括合适的混响时间值及优良的频率特性。

（2）混响时间T60

混响是室内声音传播中由于声反射引起的一种自然现象，即在声源停止发声后，声音继续经室内各界面多次反射或散射而逐渐衰减，在室内留有余音的过程。在声学设计中，用混响时间作为衡量某一空间内混响过程的定量标准，就是当声源停止发声后，室内声场达到稳态后，其声压级衰减60dB所经历的时间，用T60表示，如图1所示。

图1 混响时间T60

（3）最佳混响时间的确定

最佳混响时间要通过厅堂的体积与使用功能来确定。图2为T60与厅堂容积的关系，厅堂体积越大，相应的混响时间值越高。

图2 T60与厅室容积的关系

图3为各种功能厅堂混响时间的取值区域图，图中可见，以语言扩声为主的厅堂所需的T60较短，以音乐扩声为主的厅堂所需的T60较长。

图3 各种用途房间的最佳混响时间

不同用途的厅堂最佳混响时间推荐值是根据大量公认的音质较好的厅堂实测结果总结出来的，由于混响时间的频率特性是不平直的，所以通常取500Hz的混响时间T60（500Hz）作为基准，表1为不同厅堂混响时间推荐值。

表1 混响时间推荐值（500Hz）

（4）声场扩散均匀

厅堂的声场扩散均匀，是指声源经室内各界面从不同方向反射以大致相等的声能到达听众区。混响时间较长和墙面、天花宽阔而不规则时有助于声场的扩散。因此为了增加声音的扩散，厅内墙面及天花可采用凸面、柱面、半圆柱面等，但避免采用凹面，以防止形成声聚焦。图4为三种不同界面的声反射示意图。

3.2 系统设计

图4 三种界面的反射示意图

为了保证音响系统具有一流的音响效果，扬声器系统的布局是整个电声系统设计的关键。为了保证音响系统满足业主的使用效果，结合场地结构特点，在扬声器系统布局上应遵循几个原则：有均匀的响度，减少“死区”；有稳定系统频率响应和优美的音色；尽量提高清晰度和可懂度；创造适当的“声场”，给音乐有舒适的声场空间，使音响效果得到真实的表现。

在扬声器的布局上采用分散式扩声设计，使用功能定位于满足会议、学术报告所规定的要求，所以扬声器的摆放位置，要能满足场地声场均匀度的需求。

扬声器的位置应符合现场的实际安装位置条件，并在建筑上是合理的；扬声器的重量应符合吊挂点承载的要求；扬声器的布置应避免声反馈和产生回声干扰，以提高传声增益；扬声器的布置要保证利用扬声器的指向特性来覆盖整个房间，所有听众接收到均匀的声能；来自扬声器的直达声和自然声源的声音方向大致相同、声像一致、空间感较好；扬声器均匀覆盖观众区，无辐射死角。

根据房间的形状、面积、功能和当今科技发展的趋势及性价比等，并在声学模型上通过参考计算机辅助设计软件的结果，进行对选定扬声器的检验，以下是我们对扬声器确定的参考依据。

（1）指向特性、扬声器之间的干涉效应；各安装位置上的水平角度、垂直角度和旋转角度；扬声器的灵敏度、额定功率；全部扬声器的输入功率分配及均衡调整等进行仔细分析、计算和验证。

（2）在整套系统中采用国际一流品牌的QSC WideLine-8系列线阵列扬声器，每只三分频WideLine-8扬声器使用一对钕磁体8寸高输出低音单元。两个单元都重放低频，但只有一个单元重放频率范围扩展到中频，因此保持了分频后的宽水平覆盖角度。高频则应用QSC专利技术，使用一只3寸振膜钕磁体压缩驱动单元，140度多孔衍射波导。WideLine特有的宽覆盖角度提供了较宽的立体声声像，减少了使用补声扬声器的需要，并有更多方法摆放扬声器。

（3）波导的出现将连续发声源扩展到箱体的顶端和底端，使相邻箱体间的声源不连续性减小，并减少破坏性的相互干扰。

（4）系统使用了优质材料，箱体采用波罗的海白桦多层板，涂有环保的防水聚合物。为了减轻箱体重量，防止生锈，吊挂件均为铝制品。

（5）箱体有4个精确的吊挂点，加上紧凑轻巧的箱体和按照人体力学设计的把手，一个人就可以轻松吊挂阵列。一个AF3082-L吊挂架可以吊挂12只全频线阵列扬声器或最多12只全频线阵列扬声器和4只超低音阵列扬声器。无论是悬挂在空中还是在地面摆放，WideLine-8 系统的音质表现都是相同的。

4 结束语

项目竣工后，通过顺利举办第十届中国艺术节、全国馆长会议、地方会议等大中小型会议，验证其系统性能稳定，符合国家相关标准，同时得到用户一致好评。