未来剧场声系统：将空间声效与室内扩声结合起来

[德]+甘特·恩格尔

【摘 要】 介绍全新剧场音响与室内扩声系统的传统功能相结合的理念及方法，并展示斯泰克Vivace系统的临时与固定装置 案例。

【关键词】 剧场；声系统；空间音效；室内扩声；Vivace系统

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.06.010

正如最近电影院已进入3D视频投影阶段一样，剧场与大型活动厅堂的声系统也进入了一个新时代。过去的由一个主扩声系统配合其他环绕声扬声器加强音效的概念将会被更加先进的系统所取代。原先舞台周围的扬声器用于营造声源的自然定位，而负责观众席的呈半圆形分布的每只扬声器用于将理想音效烘托出来。这就意味着直达声与混响不是由一个信号混音而成，这使得声音更自然，同时也增强了带宽的音效。全新剧场音响与室内扩声系统的传统功能相结合后，将会达到未知的新高度。本文介绍这种新理念背后的方法，并展示斯泰克Vivace系统的临时与固定装置案例。

1 简介

剧场和通常意义上的所有娱乐场所在音效上都面临着一个巨大的挑战：让场馆内的音效比观众在家使用的视听系统听起来更自然、更震撼。对电影工业来说，这是个关键问题。所以，他们一直朝这个方向努力，必须采用更高像素的视频投射，并在天花安装更多扬声器以及背投声音定位扬声器。

音响特效将帮助娱乐场所超越家庭影音系统的音效。这类技术的关键在于可以营造逼真的室内声音模拟，并保持声源的自然定位。家庭影音系统很难模仿这种设计，它的感官效果大不相同。

2 室内模拟

剧院及大型活动厅堂进行室内声效模拟的目标，是营造各类声源的逼真声环境效果。而传统方式只是将正向扬声器加上辅助混音传送出去，或者更好的方式是加上一些环绕声信号。与此不同，声效模拟的新目标包含的意义更多：直达声在无任何辅助声的前提下被再造。均匀分布在观众席上方，与周围的扬声器网络形成反射声与混响，与直达声匹配，由此形成逼真的声环境。在这样的环境下，观众如同置身于一个自然真实的环境中，而非坐在混响音乐播放器面前。

这里包含了一些有趣的隐含意味：声音越自然，观众的身临其境感越强。这一步骤常常发生在不知不觉中。在不模糊干扰原声的前提下，声学设计师越增加混响，原声信号与传统设置相比就会越强。音乐声就会像在真正的音乐厅内一样自由弥漫在空间中。声音会以人类大脑习惯的接收自然信号的方式唤醒其中无意识的功能。这创造了新的艺术可能性，并使声学设计更加灵活。标准的立体声音响与环绕声设置瞬间消失了：不再有最佳听音位置。声音设计的惟一障碍就是扬声器网络的覆盖问题。

如何达到这个目标呢？第一步是将基于信道的声音转换为基于物体的声音。声音不再被保存在各扬声器专用的信道上，而是以记录厅堂几何位置以及理想的声学特性的原始输入信号形式来保存。

声系统需要知道所有扬声器的几何位置，并将原始信号转换成模拟墙面与天花构件的反射声以及衍射声混响，利用所有这些形成自然声场。

发生反射与混响的基础是有可测的与原始信号混合在一起的脉冲反应。测试包含演奏厅堂内所有自然声学特性。

脉冲反应第一部分，由承载诸如厅堂几何比例或与声源距离等信息的信号早期反射声组成。这些反射声须按照扬声器位置在时间线上重新排布。这意味着当各扬声器发出信号时，系统须依照所有观众座椅都能得到理想早期反射声时间架构的原则，来配置反射声延迟。同时声音方向非常重要，反射声依此才能到达听者的位置。这意味着使用者可以拓宽声源或是增强声源能量。

随后，可以更轻松地处理脉冲反应。在大多数情况下，目标是形成分散空间的同质声场。所有受欢迎的音乐厅声学效果最后都达到统一均匀导向分布的衰减声能。为了达到这个目标，需要使用分布在观众席周围的、能发出单个信号的扬声器，并让其形成网路。在每个座位上应该都能看到形成半圆形包围的扬声器，它们能够向座位提供声能。为了减少所需扬声器的数量，使用的扬声器须具有统一的宽频导向性。

只要实际厅堂内扬声器与观众的距离与声线的自由路径具有可比性，声音设计就具有高度自由性。如果实际厅堂比模拟的厅堂大得多，设计难度就更大了。如果可以安装一套扬声器系统，能将观众区分为更小的区域，能够实现统一导向覆盖，便可以实现小厅的声学效果。而且，视觉印象限制了设计范围。如果视觉印象与声学不吻合，就很难创造声音的幻境。如果听者的意识可以通过合理的灯光设计或视频投射而专注于演出，声学设计的灵活性就可以再一次增强了。

另一个需要考虑的重要限制是活动位置的自然声条件。由于只能增加声能，所以，很难在一个混响很强的厅堂形成干涩音质房间的效果。一套反射声天花很可能破坏敞篷户外场所的声学设计。

3 定位

扩声系统感官体验质量的关键点在于声源的正确定位。当闭上眼睛，舞台上所有演员坐在主扩声系统前时，在光学与声学感官上会形成错位。多年来，人们已习惯于很多演出缺陷，但如果将此结果与更加先进的装置效果进行比对时，利用先进装置能使演员的声音与其视觉位置相匹配，这种效果的优势就显而易见了。这样的系统可以将观众脑海中的扩声系统完全剔除。不借助视觉线索而将不同位置的声源区分开，对于传输演出内容大有帮助。人脑在区分不同方向的声源方面功能强大，这就是所谓的鸡尾酒效应。

使扩声系统保持正确定位的最简单的方法，就是利用声源位置的扬声器。如果观众区太大，而使单一扬声器的导向无法完全覆盖，就需要应用针对不同观众分区的更多扬声器。在很多情况下，能利用舞台扬声器提供的声能是相当有限的。观众席头两排令人不适的声能级、反射声以及舞台布景的显示是此问题的主要原因。

为了使观众席后部区域能接收足够的声能，需要安装额外的扬声器，它们不能装于声源位置。在某种程度上，能使自然声本身及舞台附近扬声器到达某位置，并利用其他扬声器为其提供更强的声能。这种理念广泛应用，旨在让声能来自舞台而非天花。不过，它对形成水平定位也是很有帮助的。endprint

关键的一点就是确保辅助扬声器的声音在直达声到达声源听觉位置后某一时间段后才到达。时间延迟的允许范围取决于音频信号的种类。但在大多数情况下，5 ms～25 ms的范围是最佳值域，值域的起始值是其精密限值。当辅助扬声器信号几乎与直达声同时到达听者耳朵时，其定位由扬声器迅速完成。

对于衰减计算，不仅要考虑扬声器的主要覆盖区域，同时也要考虑扬声器的高频无法传输的区域，见图1～图2。残留声的早期直达声可以像描述案例中显示的那样更改或破坏定位。

获得扩声系统输入信号的方法有两种。第一种方法是利用覆盖某一舞台区域的固定传声器。此传声器与每只扬声器之间的合理延迟是一个固定值，该值由舞台覆盖区域中演员的较差声音位置与扬声器延伸覆盖区域的听者位置所决定。

第二种方式是利用无线传声器。这种情况下，扬声器延迟需要灵活，且当演员位置改变时，需要作相应调整，音频系统需要知道舞台声源位置。依据不同的声源种类，其定位可能通过布景构建得到的反射信息或是保持演员的预设路径得到。在大多数情况下，演员位置必须改变或至少可以手动监控，例如，利用触摸屏。这种情况下，一个有利的途径就是利用追踪系统，将演员位置发送至音频系统。

4 室内扩声

新剧场声效的第三个要素是电声室内强化系统的应用。根据不同类型的系统，工作原理类似于所描述的具有高度灵活性与逼真性的室内模拟。与室内模拟的显著区别在于音频系统需要应对传声器与扬声器之间的反馈斜率。由于传声器至少需要距离乐师3 m～4 m，以避免非自然近声场的拾波效应，并为了实现更加平衡的乐团音效，将会有巨大的反馈声能。

基于不同的系统类型，这种不利的反馈斜率可以通过传声器的窄带定向或缓慢而微小地改变传递函数的时间差异来弱化。

一些系统利用反馈扬声器与附加的若干传声器之间的反馈斜率来实现混响。在声能衰减过程中，信号通过传声器与扬声器的组合大约50次～100次。即使在某些系统中可以通过电声形成附加早期反射声，利用此方法所达到的理想声学条件下的灵活性也将大大受限。

5 案例

以下两个案例展示了上述情况的实际应用。

（1）萨尔斯堡音乐节的岩石厅

奥地利萨尔斯堡岩石厅，见图3～图5，在世界著名歌剧院中有着很高的声誉，其舞台后墙由岩石雕刻而成，拥有可伸缩的舞台天花板。除了上演古典歌剧与音乐会，此厅堂在萨尔斯堡音乐节时也承接大型现代歌剧演出。

此剧院配备固定的斯泰克Vivace系统，可用于针对特定观众、乐队规模及演出形式的音效校正与微调。包含了72只固定扬声器、约16只可加入布景的可变扬声器。传声器可以借助灯光桥上的伸缩吊杆自由安装在舞台上方。

演示厅的音效非常出色，特别是在音乐节的现代歌剧演出中，效果更为突出。这些音效可以装于声音载体上，在观众区灵活移动。根据艺术要求，音效可以在音效间内扩声。这个附加的模拟房与音效载体相呼应，增强了音效的主观冲击感。

（2）奥伯阿梅尔高

在位于德国的小村庄奥伯阿梅尔高，有一种特别的剧场表演——《基督受难剧》。这里的居民每10年表演一次这种剧目，已经延续350多年了。100年前，这里建造了一座精巧的剧场，见图6～图7，拥有5 000座位，迎接了前来观看演出的50万名观众。

这种演出的特殊挑战是舞台超大，能容纳800名演员。在以往300多年的演出历史中，这些非专业演员从未通过扩声设备与观众交流。在一个广大的舞台上，有众多演员，一个重要问题是让观众听到是其中哪位在讲台词。这就需要安装一套系统，能够精确定位演员的位置，见图8。

凭借vivace系统，可以通过固定传声器与观众席的多只扬声器分别在近、中、远的距离保留所有演员的准确位置。如前段所述，每只扬声器设置是通过Vivace模拟工具并在每只传声器的覆盖区域基础上设定。

另外，系统的扩声功能还可用来加强合唱、乐队以及独唱者间奏的混响效果。由于场馆巨大的容积，即使在满座条件下混响时间依然过长。为了使混响与室内反应在只有音乐时也能感受到，这里应用了略低的早期混响时间与略高的混响级。

在不演《基督受难剧》的年份，剧场成为专业的巴伐利亚剧场。在这类演出中，演员配备无线传声器与追踪系统发射器。追踪系统天线通过高频脉冲检测到演员位置并将其传输给Vivace系统。舞台被分隔成若干声源区域，当演员处于某一声源位置时，其信号就以合理的延迟时间、声能级与过滤传输给扬声器。当演员移动至下一声源区域，两区域之间可以实现流畅的转接。

作者简介：

甘特·恩格尔，现任德国Mueller-BBM国际有限公司研发部部长，多年来参与众多剧场、歌剧院、音乐厅及户外大型演出的策划和声系统设计，包括古典交响乐音乐会、狂欢节和大型电视演出等。参与项目包括：美国纽约州剧院、澳大利亚Felsenreitschule Salzburg Festival剧场、德国Concert Hall University of Augsburg音乐厅、德国Dornier Museum Friedrichshafen博物馆、卡塔尔多哈Katara Amphitheater露天剧场等工程的建声、电声及相关项目。endprint