江苏模特艺术学校艺术中心多功能表演大厅综合设计(二)

2015-03-09 11:25顾克明王明志
演艺科技 2015年11期
关键词:电声混响时间清晰度

顾克明,王明志,顾 锃

(1.中国电子科技集团公司第三研究所,北京 100015;2. 徐州市第二职业中学,江苏 徐州 221007;3.天富通亮(北京)科技有限公司,北京 100102)

江苏模特艺术学校艺术中心多功能表演大厅综合设计(二)

顾克明1,王明志2,顾 锃3

(1.中国电子科技集团公司第三研究所,北京 100015;2. 徐州市第二职业中学,江苏 徐州 221007;3.天富通亮(北京)科技有限公司,北京 100102)

以江苏模特艺术学校新建的艺术中心多功能厅表演大厅的建声设计和电声设计为例,说明了“前场反射、中场扩散、后场吸声、顶棚强吸、门窗隔声” 的建声设计基本原则,以及电声和建声综合设计的原则。

多功能;建声设计;电声设计;T台;语言传输指数(STIPA);测试

(上接第8期)

3 扩声系统设计

充分保证每个观众席位语言清晰,音乐丰满,声像定位准确的扩声系统设计目标,关键在扬声器选型布置和电声处理两部分,扬声器的选型布置设计是决定扩声系统性能优劣的基本,而电声处理设计则是决定扩声系统发挥得好坏的关键。

一个好的扩声系统设计,首先应根据建筑物的使用功能、建筑声学设计等因素来确定;其次是根据用途类别、质量标准和服务对象等因素来确定方案的技术指标;最后,根据前期策划、目标对系统进行设计、选型、模拟分析。

在厅堂扩声设计中,根据房间结构及使用需求,应合理地布置扬声器,使其能够覆盖整个会场,满足语言清晰、声场均匀的要求。比如在一个混响时间较长的多功能厅,要想达到语言清晰的要求,一是主扬声器要选用指向性因数高的,二是适当地在观众后区增设补声扬声器,增加直达声。扬声器的选型一定要因地制宜,灵活机动,千万不要千篇一律,认准一个产品一成不变;什么是好设备,只要适用就是好,不是越贵越好,不是指标越高就好用。当然,投标时响应标书指标参数是必须的,但在深化设计中根据现场条件优化更是应该的。

功率放大器配置要有合理的功率储备,要根据扬声器功率及使用需求来进行合理配置,假如使用以会议为主,应该为扬声器功率的1~2倍;若以演出为主,应为3~4倍以上;若是音乐场所,应为6~8倍以上。增加功率储备,使在播放大动态的信号时声音不失真,不能出现“小马拉大车”的情况,以免损害扬声器箱的高音单元;同时,功率放大器裕量太大,系统运行时根本开不到正常工作状态,不仅不好听,且造成资源浪费,“杀鸡用牛刀”不可取。

在核心控制设备上,如数字媒体矩阵,内置有多种数字处理模块:均衡器、压限器、路由器、矩阵、效果器、反馈抑制器等等,大大简化了系统,也使系统调整更加便捷,操作更为方便。当然,市场上各种媒体矩阵参差不齐,其质量也相差太多。所以,一定要选择信得过的配套产品,以确保工程质量。关键设备在一个系统中尽量选择同一品牌的系列产品,具有互补性。尤其是重要项目应有保护措施,一旦出现故障要有应急能力,通过备份、旁路、跳线等手段让系统维持基本工作状态。

3.1 设计目标

根据本厅的功能需求,扩声系统应满足GB/T 28049—2011扩声系统声学特性多用途类一级指标的规定,具体声学指标见表1。主观试听达到:语言清晰,音乐丰满,声像一致;满足模特展演、会议报告、文艺演出、影视播放等多种功能使用模式。

3.2 设计思路

作为一个以表演、会议、演出为主的厅堂扩声,首先应满足语言扩声的清晰度,再而是多功能使用性,再次就是文艺演出的功能,另外要求扩声系统具有一定的动态特性及优美的音质效果。在控制方面,既然是多功能的扩声系统就必须有非常简易的操作控制特性。

设计思路遵循电声和建声综合设计的原则:厅堂音质是建筑声学和电声的综合效果,是建筑装饰艺术和电声技术的结晶。在使用扩声系统的厅堂中,声学设计的主要目的是解决厅堂的语言清晰度(或降低厅堂的辅音损失率)。根据理论研究,声场设计实质是语言清晰度设计,核心是建声和电声两个专业结合起来的设计。 显而易见,厅堂的辅音清晰度损失率百分比公式:

式中:AL%——辅音清晰度损失率百分数;

T60——厅堂的混响时间;

Q ——扬声器的指向性品质因数;

V——厅堂的体积;

D2——扬声器距最远听众者的距离;

N——功率比。

式(1)中T60、Q两个重要参数正是表明了这一核心。在得到符合混响时间的使用条件下,才能对电声进行设计。否则,没有依据混响时间先决条件去设计电声,最终扩声系统也发挥不出应有的特点,所以两者结合起来的综合设计才有实际意义(亦称有效混响时间设计)。简单地说,五项声学技术指标的设计是围绕保证语言清晰度的基础上进行设备的选取和优化。

这里谈一点个人的见解,通常声场调试的方法是通过处理器,如均衡器、自动反馈抑制器、数字媒体矩阵等,对声信号频率响应反应及振幅进行调整,补偿修正听音环境频响缺陷,均衡室内频响。即对照该房间各频率点的混响时间测量平均值,依据正负抵消法则,调节处理器中所对应频率点的增益,得到一个与混响时间相反的频响特性曲线,似乎表面上满足了声场平衡。

表1 多用途类扩声系统声学特性指标

然而,在声场调试过程经常发现:若混响时间频率特性平直时,处理器补偿量基本没有,声音很好听;混响时间频率特性不平直时,处理器补偿量就有大有小,声音有点不好听;混响时间频率特性凹凸不平时,处理器补偿的量就是一个凸凹不平的反向曲线,声音变得非常难听;这是由于均衡器等处理器是串接在线路中,补偿量的加入使整个传输系统的频响特性也随之发生了偏离,意味着经这样的系统扩声后的声音已不再是原汁原味的原始音源信号,而是成为修正建声缺陷后变汁变味的声音,而且这种影响程度决定于混响时间频率特性凹凸不平的量。其实,一个好的音响系统应在全频带范围内有好的语言清晰度,要有平直的混响时间频率特性(或者低频不上升的混响时间频率特性),处理器无需进行声场补偿,直达声与混响声频率特性基本一致,这样的房间好用好听。倘若对声场需要进行补偿,也是浅补偿,不要补偿很深,只要传声增益、声压级够用就行,奢望建声专业的声场缺陷通过电声专业来弥补,两个专业的任务由一个专业来承担这是不可能的。

实践数据表明,辅音清晰度损失率百分比AL%小于10%,可懂度很好;在10%~15%,可懂度良好。

3.3 扬声器系统定位

扩声系统分成舞台区域和表演区域两部分进行设计,扩声系统原理图见图16。

舞台区域:在舞台上设置4只流动返送扬声器,供舞台扩声;在舞台区域内两侧安装2只固定返送扬声器,距地面3 m高,充分覆盖整个舞台区域,配合流动返送扬声器,使舞台区域声音更加均匀一致。

表演区域:在声桥内暗藏安装2只全频扬声器,作为中置扬声器。两侧镜框上端内暗藏安装2只全频扬声器,主要用于观众席中后场主扩声、以及二层楼道看台扩声,满足声场均匀的要求。一方面,在舞台两侧镜框下端暗藏安装扩声主扬声器和低音扬声器各1套,起到拉声像作用,加强演出和表演的音响效果;同时在大厅侧墙还较均匀地布置了8只辅助扬声器,当播放影视节目时作为环绕扬声器,得到立体声音响效果。

现在越来越重视EASE的运用,在工程施工及调试期间EASE软件也能发挥很大的作用,于是在标书中明确指出要用计算机进行模拟设计,比如,扬声器的安装位置、方位角调整、辅助扬声器的延时调整等,图17为扬声器布置的三维透视。只有正确使用EASE软件,才能最大程度发挥其优越性。

3.4 扩声系统调试

为了系统稳定可靠好用,该系统配制了周边设备:YAMAHA数字音频媒体矩阵控制器1台。通过计算机软件,预先设置出:会议模式(见图18)、演出模式、T台模式、影院模式、音乐模式等,通过中控对系统进行即时调用,使操作变得极为方便快捷。

说到数字媒体矩阵,不得不说一下系统调试。不要以为有好建声环境和电声设备系统就高枕无忧了,其实不然,调试是最后一道“关卡”,如果这道工序不过硬,前面的工作将功亏一篑。那么如何才能将媒体矩阵调试好呢?这就需要工程技术人员有丰富的声学知识和调试经验,具备良好的音质试听反应。首先,要对声场环境进行一次测量,其中包括建声测量(主要是混响时间)和电声测量(标准中规定指标),然后根据测量数据对媒体矩阵进行参数调整。如:上下扬声器间的拉声像,前后扬声器间的延时,每个扬

图16 扩声系统原理图

4 测试验收及建议

4.1 建声测试数据及建议

根据相关规定取测量混响时间的测试点如图19所示,测得的数据见表2。

经过测量(空场),多功能演播大厅的混响时间T60=0.83 s(1 000 Hz),完全满足原设计指标参数;并做到在63 Hz~4000 Hz范围内低频不上升,见图20,为减少低频的掩蔽效应,提高语言可懂度、音乐的明晰度提供了可靠保障。声器音量的确定,多种工作模式中的各个参数的设定。通过边调边试听,主观/客观反复多次使系统效果发挥到极致。

现实中有些人对数字媒体矩阵调试仅仅是把路由开通,简单能响就“万事大吉”了,不作精调细调,也没有真正理解各个参数对系统起的作用,达到客观测试合格、主观试听舒服。例如,一次会上有一位与会者提醒笔者后边的扬声器不响,于是意识到这就是自己想要的音响效果:后边扬声器尽管参与扩声,但似乎感觉不到它的存在,让听众觉得讲话声(声像)来自主席台。

这就是调试的目的与效果,将后边扬声器加了合适的延时(时间数值可用声程差计算出来,声程差17 m为50 ms),使主/辅扬声器的声音基本同时到达听者,馈以合适的音量,满足会场扩声的需要。

图17 扬声器布置三维透视图

图18 会议模式

图19 声学测试点位图

表2 多功能演播大厅的混响时间测试数据表

表3 语言传输指数(STIPA)测试数据表

图20 多功能演播大厅混响时间测试曲线

5 结束语

4.2 电声测试数据

根据GB/T 28049—2011《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》,对表演厅进行了扩声系统声学特性测试,STIPA=0.72,见表3,超过0.5的国家标准指标,达到了多用途类一级指标的规定。

江苏模特艺术学校艺术中心多功能表演大厅是一个交钥匙工程,涵盖了建声装修、音频系统、视频系统、舞台灯光、幕布系统等,从规划设计、安装调试到交付使用具有较大挑战性;尤其是T台表演的艺术性及对环境的特殊性方面的综合设计很有参考价值。在整个过程中尊重多功能使用性,自始至终坚持高语言清晰度的目标,做好建声设计、电声设计、计算机辅助设计、设备选型配套四项工作,使多功能艺术中心既符合专业标准又满足学校需求。

4.3 声压级与STIPA的关系

另外,还想介绍一组科学验证测试数据给大家:声压级超过85 dB后,STIPA值变小,语言清晰度急剧下降,见表4。

4.4 会场声压级的选择

表4非常清楚地表明了语言传输指数(STIPA)与声压级的关系,笔者曾进行过多次类似论证,声压级在75 dB~85 dB基本保持不变的,但随着声压级的升高STIPA急剧下降,到95 dB时要比75 dB降低0.1,可见声压级(90 dB 以上)太大对人的听觉是有很大影响的,公共场合并非声音越大越好听,所以国家大剧院演出规定了声压级是非常有意义的。

〔1〕周志彬, 顾克明. 中国人民解放军总医院礼堂系统设计[J]. 智能建筑, 2009(12)∶66-69.

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〔8〕沈, 范宝元, 韩秀芩等. 音频工程基础[M]. 北京∶北京工业大学出版社, 2014.

顾克明,毕业于南京大学物理系声学专业, 中国电子科技集团公司第三研究所高级工程师、一级建造师,对建声与电声统筹设计具有丰富经验,参加了国家体育场-鸟巢2008奥运会主会场建设的技术咨询、服务保障工作;参加了上海世搏会太空家园馆3D数字影院设计施工服务工作;参与了GB50635-2010《会议电视会场系统工程设计规范》等多项国家标准制定,编著有《会场系统工程》一书。

(编辑 杜 青)

Comprehensive Design of Multifunctional Performance Hall in Jiangsu Model Arts School Arts Center (Part 2)

GU Ke-ming1, WANG Ming-zhi2, GU Zeng3
(1.The Third Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Beijing 100015, China; 2. Xuzhou second vocational school, Xuzhou Jiangsu 221007, China; 3. Tianfu Tongliang (Beijing) Technology Co. Ltd., Beijing 100102, China)

As an example of architectural acoustical design and electro-acoustic design of multifunctional performancehall in Jiangsu model arts school artsventer, the article explains the basic principles of acoustical design, which is "frontcourt reflection, midfielder diffusion, backcourt absorption, strong suction of ceiling, sound insulation of windows and doors" , as well as the comprehensive design principles of electronic and architectural acoustics.

multifunction; architectural acoustic design; electro-acoustic design; T station; STIPA; test

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.11.009

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