长混响演艺空间的扩声方法

张震

【摘 要】 利用电子扩声中直达声与扩声声波的相位关系，探索在建筑声学条件复杂的演艺空间环境中做好扩声工作的方 法。

【关键词】 长混响空间；直达声；声波相位；粉红噪声测试；扩声系统

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.02.005

扩声质量主要受两种因素影响，一是声场环境；二是扩声设备。随着科技水平的发展，扩声设备的种类繁多、功能多样，可以根据演艺的需要进行选择并进行系统设计。然而，扩声环境往往是不可改变的，特别是有些建筑的室内声学条件较差，但又必须在其中完成特定的演出，这就向扩声设计提出了考验。如何才能在长混响、反射波复杂的建声条件下完成好扩声工作？本文根据在玻璃墙体展厅中扩声的实践经验，介绍在长混响空间环境下的扩声方法。

1 玻璃展厅演艺空间介绍

天津滨海国际会展中心是以展览为主的大型建筑，见图1。在建设中主要考虑到环保节能要求，其顶部为波浪型玻璃结构，展区三面为玻璃墙，地面为水磨石，每个展区之间又用玻璃墙分隔，日常展览中采用自然光照明，以节省大量照明能源。

综艺演出在会展中心的8、9号馆内举行，展厅的内部结构如图2所示。主要是钢结构与玻璃墙体，地面是坚硬的水磨石。空场混响时间为3.1 s，声音的清晰度较差。

2 扩声设计思路

建筑声学环境是不能改变的，也不可能进行大规模投入改造，所以，只能在扩声设备的选择与系统设计方面做文章。设计方案中，首先考虑采用直达声扩声方案，选用指向性较好的线阵列扬声器。合理设计扬声器的吊挂高度与角度，尽可能将直达声投送到观众区域。图3是线阵列扬声器与常规扬声器声波的传播对比示意图。为了进一步降低展厅内的有害反射声，并提高舞台返听与观众席的清晰度，利用声波同相位叠加使声功率加大、反相位相互抵消使声功率减小的特点，将扩声系统分为扩声相位相反的观众区域与舞台返听区域两大部分。利用声波相位的特点，尽可能抑制有害反射声。

实际演出中，近次反射声之外的反射声不仅影响观众的听音感受，对演员表演也有极大的干扰，会导致演员节奏混乱，容易拖后节奏，特别是一些对节奏要求准确的表演，如演唱、舞蹈、快板书等。

建立反相位的舞台返听系统后，返听扬声器形成一个“音墙”，将舞台区域包围其中，使舞台区域形成一个与观众区域扩声声音相位相反的声场，这样做既可以让舞台区域的演员听到干净的直达声，同时其反相位的声压也可抵消掉观众区域扩声声压从屋顶和玻璃墙面反射回来的反射波。由于舞台返听扩声声压与观众区域的扩声声压是反相的，所以，当舞台上的返送声音有小部分扩散到观众区域时，也会被观众区域的声波抵消掉。

3 扩声设备选型与连接

3.1 扬声器摆位

图4是扩声现场的平面扬声器摆位示意图。从图中可以看到，以指向性较好的线阵列扬声器为主覆盖观众区域，扬声器的水平声压覆盖角度为90°。两侧的线阵列主扩声扬声器向两侧的外侧偏转一定的角度，其目的有两个：一是照顾到观众区域横向的坐席；二是由于展厅的屋顶较低，且是斜面向内波浪式玻璃顶，为了避免同相位的扩声声压在观众中间区域叠加后声压过强而产生不必要的反射声，从而降低声音清晰度。

在观众区中间接近舞台中央位置的空白处，则由近场补声扬声器覆盖。综艺表演的舞台为T型结构，舞台上的四周由8只返听扬声器覆盖，其扩声系统的超低频扬声器放置在线阵列扬声器的垂直地面上。

3.2 扬声器的安装

图5是扬声器安装的剖面示意图。从图中可以看到，线阵列扬声器的垂直覆盖角度调整为24°，吊挂高度垂直于地面8.5 m，投射角度尽量向下，保证将声音全部投射到观众区域，并避免造成反射而影响声音的清晰度。

图6是扬声器摆位的局部放大示意图。从图中可以看到，线阵列扬声器与近场扬声器A、B全部是统一的正相位连接（）。而舞台上的8只返听扬声器全部是反相位连接。考虑到演出中独唱、独奏、相声、快板等节目对返听要求较高，将舞台返听扬声器中的1、4号向中间倾斜，加强该表演区域返听扩声的声级。

3.3 扩声系统的功率输出

为了达到以上要求，系统的功率输出由以下5个部分组成。

（1）主扩声系统：由调音台的L+R主输出通道输出。

（2）低音系统：由调音台的LFE专用通道输出。

（3）近场补声系统：由调音台的辅助输出通道1+2输出，与线阵列扬声器的左右声道的位置是统一的。

（4）舞台返听系统A（1，2，3，4）：由调音台的辅助输出通道3输出。

（5）舞台返听系统B（5，6，7，8）：由调音台的辅助输出通道4输出。

3.4 扩声系统的连接

图7是扩声的系统连接图。从图中可以看到，在每一个功率输出系统的前端都接入一台2×31段均衡器，用于调整系统的频响特性。同时，在线阵列系统和低音系统各接入一台声频处理器，主要用于精准地调整扬声器的输出特性和低音的延迟信号时间参数。

4 相位测试

系统安装、连接完成后，首先用相位测试仪检查每一只扬声器的相位连接是否符合设计要求，即所有面向观众区域的扬声器全部是正相位输出，舞台上的8只返听扬声器全部是反相位输出。扬声器相位反相连接的方法有几种：如果所使用的调音台、声频处理器或功率放大器有相位选择开关，使用此开关进行操作；如果没有相位选择开关，可以将功率放大器输出或扬声器输入的任一接线端的两个端子反过来连接即可。系统中的全部扬声器连接完成后，用相位仪检查所有扬声器的相位与设计的相位是否相同，然后再用声级计测试所有扬声器的输出是否一致。

具体方法是：关闭所有扬声器，单独开启左侧的线阵列扬声器，播放声频正弦波信号（如800 Hz），将该系统中均衡器所有参数的调整电位器全部置于“0”位，把功率放大器的所有增益电位器开满，再将测试传声器放置在线阵列扬声器正前方并垂直于扬声器的位置上，如图4中测试传声器B1、B2位置所示。逐渐推起调音台的主输出L通道的电位器，当观察到声级计达到一个数量值时（如0 dB），记住该值与调音台主输出L通道的电位器的位置，将调音台L输出电位器拉回，关闭这一路的输出。再将测试传声器放置到右侧线阵列扬声器前，位置与角度保持与左侧相同。将调音台的主输出R通道的电位器推到与L通道相同的位置，观察右侧扬声器的声压级是否在0 dB的位置。如相同，这一步的测试结束；如果大于0 dB，则减小该通道功率放大器的增益，使输出达到0 dB；如果小于0 dB，则记住该数值，将测试传声器放回左侧线阵列扬声器前原来的位置上，将调音台R通道的电位器拉回，再将L通道推到原来的位置上，这时声级计指示的应该是0 dB，减小左通道功率放大器的增益，使左、右声道的声级相同。当同步推起调音台L+R主输出电位器时，能够保证两侧的主扩声扬声器输出声级是一致的。用相同的方法将其他扬声器分别调整好。endprint

低音系统的调整主要是声音延时的校正。通过图5的设计示意图可以知道，线阵列扬声器距听音点的直线距离是25.5 m，而低音扬声器距听音点的直线距离是19 m，低音扬声器超前了6.5 m。声音的平均传播距离是340 m/s。6.5 m÷340 m/s≈0.019 s，约20 ms。根据计算，将低音系统声频处理器的声音延迟时间预调整为延迟20 ms。试音时再根据声音的主观评价进行微调。

5 粉红噪声测试与调整

扩声现场的粉红噪声测试与调整，是整个扩声系统中最重要的环节。因为现场的粉红噪声测试不仅仅是测试扩声系统，同时也是测试并调整扩声系统与建声条件的契合度，是构建良好的扩声环境的基础。方法如下：

频谱测试仪的测试信号输入到调音台时，一定要让调音台输入端口的频率调整参数全部设置在±0 dB状态，或是使用直通开关放置在直通状态。

第一步，测试系统的主扩声区（观众区域）的参数。测试时可以选用专业的声频测试仪，也可以用测试传声器和声卡来连接笔记本电脑组建一个测试系统，使用的测试传声器和声卡须是专业级产品，否则会影响测试结果。声频测试软件有很多，如：SmaartLive、Multi-Instrument等。笔者在测试中，采用的是将测试传声器、专业声卡与笔记本电脑搭建的测试系统，用的是SmaartLive 声频测试软件。首先，将测试传声器放置在观众最佳位置，如图4中测试传声器A所示位置。关闭所有扬声器，将调音台主输出的L端电位器推起，使左侧的线阵列扬声器的输出声级达到总声级的70%左右，观察测试频谱的状态，并通过该通道的均衡器将粉红噪声的频谱尽可能调试平衡。然后，关闭L通道，开启R通道至相同的位置，调整R通道的粉红噪声频谱。两路分别调整完成后，再同步开启L、R输出，再次同步校正、调整两个通道的均衡器，使粉红噪声频谱尽可能平直均衡。

第二步，将调音台主输出L、R关闭，按照以上的方法分别测试与调整近场补声的两只扬声器。

第三步，将线阵列扬声器、补声扬声器与低音扬声器全部开启，做最后的测试与微调。

这里需要注意的是：粉红噪声频谱的调整只是参考性的调整，不必过分追求频谱平衡，如果均衡器两频点之间落差很大，会使声音变形，听起来很不舒服。同时，低音系统的调整主要是功率输出大小的比例调整，可以根据演出内容的需要进行动态的加减调整。

第四步，关闭观众区域的所有扬声器。参照观众区域扩声系统的调整方法调整舞台返听系统。调整时，着重测试与调整声反馈自激的频点。具体方法是：尽可能将输出声级开大直至达到自激的临界点，观察引起自激的频点，通过均衡器将各频点的电位器输出减小至自激声消失。然后继续加大输出声级，直至新的自激临界点出现，采用相同的方法让新的自激声消失，这个过程需要反复调整，直到舞台返听的声级满足演出需要为止。

第五步，校正低音系统的延时时间。首先将测试传声器放置到如图4“测试传声器A”的位置，将观众区域的所有扬声器全部打开。然后用声频测试仪输出正弦波100 Hz低频信号并通过系统播放，通过测试传声器测试100 Hz低频信号，使这个声级保持在一个稳定的数值上（如0 dB）。然后对低音扬声器的延时时间进行微调，仔细观察频谱仪所显示的声级变化，当声级瞬间达到最高点时为最佳低音扬声器延时时间。其原理是：当同相位、同频率的声波在空间完全重合叠加时，声级至少会提升3 dB。主观试听时也会明显感到声级增大了许多。

第六步，全部系统测试调整完成后，播放一段测试音乐进行主观音质评测和最后的调整。由于扩声主要由两个扩声区域构成，主扩声区为观众区域，次扩声区为舞台返听区域，两个区域的声级比例为7：3左右。将所有扩声系统开启至70%的强度，播放不同风格的音乐，主观评价声音的品质，如果感觉某个频点有凸起或凹陷的感觉，可以微调相对应的均衡器。

通过扩声系统的相位连接与粉红噪声的调整，在长混响的环境中基本上建立了一个相对良好的扩声环境。

6 其他调整

在现场演出过程中，根据演出节目内容与形式的不同，在不影响音乐风格和效果的情况下，应动态地控制观众听音区域扩声声级的输出，扩声声级随节目演出内容与风格的不同而强调的声压强弱对比与变化，做到扩声声级能满足节目需要即可。同时，由于观众区域与舞台返听区域扩声的输出波形是反相的，在尽可能满足演员、演奏员所需要的大声级返听需求的情况下，反相的大声压级舞台返听扩声不会与观众区域的扩声声波相叠加造成声音的整体混乱现象。低音系统的输出，也要根据节目内容作相应的增减。

在需要表现声音意境中辽阔、宽广的音乐形式时，尽量使用延时效果。如女声独唱《珠穆朗玛》的演唱歌声嘹亮宽阔，一般使用声音处理器作较长的混响效果处理，既能保证歌声的明晰度，同时也能很好地表现声音的辽阔感。在快板书表演中，尽量减少低音的输出，使观众和表演者都能清楚准确地听到打板的节奏和表演者快节奏的语言表现，以增加快板艺术的感染力。

在墙体和顶面全部是玻璃结构、建筑空间内各种声反射波极为复杂且具有长混响条件下，可充分利用声波的相位特点，使用线阵列扬声器以直达声扩声为主，有效地减少与抵消有害反射声，构建出一个相对良好的扩声环境，较好地完成综艺演出的扩声工作。

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低音系统的调整主要是声音延时的校正。通过图5的设计示意图可以知道，线阵列扬声器距听音点的直线距离是25.5 m，而低音扬声器距听音点的直线距离是19 m，低音扬声器超前了6.5 m。声音的平均传播距离是340 m/s。6.5 m÷340 m/s≈0.019 s，约20 ms。根据计算，将低音系统声频处理器的声音延迟时间预调整为延迟20 ms。试音时再根据声音的主观评价进行微调。

5 粉红噪声测试与调整

扩声现场的粉红噪声测试与调整，是整个扩声系统中最重要的环节。因为现场的粉红噪声测试不仅仅是测试扩声系统，同时也是测试并调整扩声系统与建声条件的契合度，是构建良好的扩声环境的基础。方法如下：

频谱测试仪的测试信号输入到调音台时，一定要让调音台输入端口的频率调整参数全部设置在±0 dB状态，或是使用直通开关放置在直通状态。

第一步，测试系统的主扩声区（观众区域）的参数。测试时可以选用专业的声频测试仪，也可以用测试传声器和声卡来连接笔记本电脑组建一个测试系统，使用的测试传声器和声卡须是专业级产品，否则会影响测试结果。声频测试软件有很多，如：SmaartLive、Multi-Instrument等。笔者在测试中，采用的是将测试传声器、专业声卡与笔记本电脑搭建的测试系统，用的是SmaartLive 声频测试软件。首先，将测试传声器放置在观众最佳位置，如图4中测试传声器A所示位置。关闭所有扬声器，将调音台主输出的L端电位器推起，使左侧的线阵列扬声器的输出声级达到总声级的70%左右，观察测试频谱的状态，并通过该通道的均衡器将粉红噪声的频谱尽可能调试平衡。然后，关闭L通道，开启R通道至相同的位置，调整R通道的粉红噪声频谱。两路分别调整完成后，再同步开启L、R输出，再次同步校正、调整两个通道的均衡器，使粉红噪声频谱尽可能平直均衡。

第二步，将调音台主输出L、R关闭，按照以上的方法分别测试与调整近场补声的两只扬声器。

第三步，将线阵列扬声器、补声扬声器与低音扬声器全部开启，做最后的测试与微调。

这里需要注意的是：粉红噪声频谱的调整只是参考性的调整，不必过分追求频谱平衡，如果均衡器两频点之间落差很大，会使声音变形，听起来很不舒服。同时，低音系统的调整主要是功率输出大小的比例调整，可以根据演出内容的需要进行动态的加减调整。

第四步，关闭观众区域的所有扬声器。参照观众区域扩声系统的调整方法调整舞台返听系统。调整时，着重测试与调整声反馈自激的频点。具体方法是：尽可能将输出声级开大直至达到自激的临界点，观察引起自激的频点，通过均衡器将各频点的电位器输出减小至自激声消失。然后继续加大输出声级，直至新的自激临界点出现，采用相同的方法让新的自激声消失，这个过程需要反复调整，直到舞台返听的声级满足演出需要为止。

第五步，校正低音系统的延时时间。首先将测试传声器放置到如图4“测试传声器A”的位置，将观众区域的所有扬声器全部打开。然后用声频测试仪输出正弦波100 Hz低频信号并通过系统播放，通过测试传声器测试100 Hz低频信号，使这个声级保持在一个稳定的数值上（如0 dB）。然后对低音扬声器的延时时间进行微调，仔细观察频谱仪所显示的声级变化，当声级瞬间达到最高点时为最佳低音扬声器延时时间。其原理是：当同相位、同频率的声波在空间完全重合叠加时，声级至少会提升3 dB。主观试听时也会明显感到声级增大了许多。

第六步，全部系统测试调整完成后，播放一段测试音乐进行主观音质评测和最后的调整。由于扩声主要由两个扩声区域构成，主扩声区为观众区域，次扩声区为舞台返听区域，两个区域的声级比例为7：3左右。将所有扩声系统开启至70%的强度，播放不同风格的音乐，主观评价声音的品质，如果感觉某个频点有凸起或凹陷的感觉，可以微调相对应的均衡器。

通过扩声系统的相位连接与粉红噪声的调整，在长混响的环境中基本上建立了一个相对良好的扩声环境。

6 其他调整

在现场演出过程中，根据演出节目内容与形式的不同，在不影响音乐风格和效果的情况下，应动态地控制观众听音区域扩声声级的输出，扩声声级随节目演出内容与风格的不同而强调的声压强弱对比与变化，做到扩声声级能满足节目需要即可。同时，由于观众区域与舞台返听区域扩声的输出波形是反相的，在尽可能满足演员、演奏员所需要的大声级返听需求的情况下，反相的大声压级舞台返听扩声不会与观众区域的扩声声波相叠加造成声音的整体混乱现象。低音系统的输出，也要根据节目内容作相应的增减。

在需要表现声音意境中辽阔、宽广的音乐形式时，尽量使用延时效果。如女声独唱《珠穆朗玛》的演唱歌声嘹亮宽阔，一般使用声音处理器作较长的混响效果处理，既能保证歌声的明晰度，同时也能很好地表现声音的辽阔感。在快板书表演中，尽量减少低音的输出，使观众和表演者都能清楚准确地听到打板的节奏和表演者快节奏的语言表现，以增加快板艺术的感染力。

在墙体和顶面全部是玻璃结构、建筑空间内各种声反射波极为复杂且具有长混响条件下，可充分利用声波的相位特点，使用线阵列扬声器以直达声扩声为主，有效地减少与抵消有害反射声，构建出一个相对良好的扩声环境，较好地完成综艺演出的扩声工作。

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低音系统的调整主要是声音延时的校正。通过图5的设计示意图可以知道，线阵列扬声器距听音点的直线距离是25.5 m，而低音扬声器距听音点的直线距离是19 m，低音扬声器超前了6.5 m。声音的平均传播距离是340 m/s。6.5 m÷340 m/s≈0.019 s，约20 ms。根据计算，将低音系统声频处理器的声音延迟时间预调整为延迟20 ms。试音时再根据声音的主观评价进行微调。

5 粉红噪声测试与调整

扩声现场的粉红噪声测试与调整，是整个扩声系统中最重要的环节。因为现场的粉红噪声测试不仅仅是测试扩声系统，同时也是测试并调整扩声系统与建声条件的契合度，是构建良好的扩声环境的基础。方法如下：

频谱测试仪的测试信号输入到调音台时，一定要让调音台输入端口的频率调整参数全部设置在±0 dB状态，或是使用直通开关放置在直通状态。

第一步，测试系统的主扩声区（观众区域）的参数。测试时可以选用专业的声频测试仪，也可以用测试传声器和声卡来连接笔记本电脑组建一个测试系统，使用的测试传声器和声卡须是专业级产品，否则会影响测试结果。声频测试软件有很多，如：SmaartLive、Multi-Instrument等。笔者在测试中，采用的是将测试传声器、专业声卡与笔记本电脑搭建的测试系统，用的是SmaartLive 声频测试软件。首先，将测试传声器放置在观众最佳位置，如图4中测试传声器A所示位置。关闭所有扬声器，将调音台主输出的L端电位器推起，使左侧的线阵列扬声器的输出声级达到总声级的70%左右，观察测试频谱的状态，并通过该通道的均衡器将粉红噪声的频谱尽可能调试平衡。然后，关闭L通道，开启R通道至相同的位置，调整R通道的粉红噪声频谱。两路分别调整完成后，再同步开启L、R输出，再次同步校正、调整两个通道的均衡器，使粉红噪声频谱尽可能平直均衡。

第二步，将调音台主输出L、R关闭，按照以上的方法分别测试与调整近场补声的两只扬声器。

第三步，将线阵列扬声器、补声扬声器与低音扬声器全部开启，做最后的测试与微调。

这里需要注意的是：粉红噪声频谱的调整只是参考性的调整，不必过分追求频谱平衡，如果均衡器两频点之间落差很大，会使声音变形，听起来很不舒服。同时，低音系统的调整主要是功率输出大小的比例调整，可以根据演出内容的需要进行动态的加减调整。

第四步，关闭观众区域的所有扬声器。参照观众区域扩声系统的调整方法调整舞台返听系统。调整时，着重测试与调整声反馈自激的频点。具体方法是：尽可能将输出声级开大直至达到自激的临界点，观察引起自激的频点，通过均衡器将各频点的电位器输出减小至自激声消失。然后继续加大输出声级，直至新的自激临界点出现，采用相同的方法让新的自激声消失，这个过程需要反复调整，直到舞台返听的声级满足演出需要为止。

第五步，校正低音系统的延时时间。首先将测试传声器放置到如图4“测试传声器A”的位置，将观众区域的所有扬声器全部打开。然后用声频测试仪输出正弦波100 Hz低频信号并通过系统播放，通过测试传声器测试100 Hz低频信号，使这个声级保持在一个稳定的数值上（如0 dB）。然后对低音扬声器的延时时间进行微调，仔细观察频谱仪所显示的声级变化，当声级瞬间达到最高点时为最佳低音扬声器延时时间。其原理是：当同相位、同频率的声波在空间完全重合叠加时，声级至少会提升3 dB。主观试听时也会明显感到声级增大了许多。

第六步，全部系统测试调整完成后，播放一段测试音乐进行主观音质评测和最后的调整。由于扩声主要由两个扩声区域构成，主扩声区为观众区域，次扩声区为舞台返听区域，两个区域的声级比例为7：3左右。将所有扩声系统开启至70%的强度，播放不同风格的音乐，主观评价声音的品质，如果感觉某个频点有凸起或凹陷的感觉，可以微调相对应的均衡器。

通过扩声系统的相位连接与粉红噪声的调整，在长混响的环境中基本上建立了一个相对良好的扩声环境。

6 其他调整

在现场演出过程中，根据演出节目内容与形式的不同，在不影响音乐风格和效果的情况下，应动态地控制观众听音区域扩声声级的输出，扩声声级随节目演出内容与风格的不同而强调的声压强弱对比与变化，做到扩声声级能满足节目需要即可。同时，由于观众区域与舞台返听区域扩声的输出波形是反相的，在尽可能满足演员、演奏员所需要的大声级返听需求的情况下，反相的大声压级舞台返听扩声不会与观众区域的扩声声波相叠加造成声音的整体混乱现象。低音系统的输出，也要根据节目内容作相应的增减。

在需要表现声音意境中辽阔、宽广的音乐形式时，尽量使用延时效果。如女声独唱《珠穆朗玛》的演唱歌声嘹亮宽阔，一般使用声音处理器作较长的混响效果处理，既能保证歌声的明晰度，同时也能很好地表现声音的辽阔感。在快板书表演中，尽量减少低音的输出，使观众和表演者都能清楚准确地听到打板的节奏和表演者快节奏的语言表现，以增加快板艺术的感染力。

在墙体和顶面全部是玻璃结构、建筑空间内各种声反射波极为复杂且具有长混响条件下，可充分利用声波的相位特点，使用线阵列扬声器以直达声扩声为主，有效地减少与抵消有害反射声，构建出一个相对良好的扩声环境，较好地完成综艺演出的扩声工作。

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