多功能3D影视厅视听系统设计及调试——以扬州少儿图书馆 “少儿影院”为例

熊 坚

（江苏扬州明德科技有限公司，江苏 扬州，225001）

多功能3D影视厅视听系统设计及调试
——以扬州少儿图书馆 “少儿影院”为例

熊 坚

（江苏扬州明德科技有限公司，江苏 扬州，225001）

以扬州少儿图书馆 “少儿影院”为例，阐述针对影视厅观看3D电影和报告式会议的多功能需求，进行视频系统、声频系统的设计方案及系统的调试过程。

影视厅；多功能；视听系统；投影方式；视线设计；环绕声；语言扩声

扬州少儿图书馆二期工程项目中的3D影视厅 “少儿影院”，属于免费观看的公益性设施，而且经费投入有限，因此与商业性影院有一定区别，实际上在建筑设计和视听系统设计都要满足多功能要求，以放映影片为主，同时兼作报告式会议厅，也许称多功能影视厅更为确切。笔者介绍该少儿影院的多功能3D影视厅视听系统设计及调试。

1 建声环境及影视系统设计依据

该厅宽度约15 m，包括主席台进深约21 m，吊顶以后最大高度约6.4 m，容积约2 000 m3。主席台为伸出式，深5 m，没有台框。观众厅地面有5级台阶，每级高度差150 mm，每层设两排座位。

根据G/T 50356-2005《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》对混响时间的要求，对于立体声电影院，中频500 Hz～1 000 Hz混响时间应为0.48 s～0.6 s，而低频125 Hz混响时间相对于中频段的比值为1.2倍，因此该厅以吸声为主。四周墙面大部分采用架空敷设两种吸声特性不同的木质穿孔吸声板，内有吸声棉，而在侧墙和后墙中段敷设聚酯纤维吸声板，后墙并有棉质厚窗帘；地面满铺厚地毯；顶部则采用锯齿形反射结构的石膏板。实测125 Hz、1 000 Hz和4 000 Hz混响时间分别为0.78 s、0.56 s和0.52 s，可见除低频段混响时间略高，还是符合标准要求的。

由于该厅建筑净高近8 m，从专业设计方面考虑，可以按剧场方式设置面光桥、扬声器桥和马道，并在主席台两侧设八字墙，以利提高扩声效果和配置主席台灯光，同时可在后墙增设一个钢结构的放映间。但装潢设计方坚持原设计方案，业主也不希望再增加投资，因此，只得在现有的建声环境下进行视听系统的设计。可见，由于一般装潢设计公司并不十分了解演艺场所使用特性对装潢设计的要求，视听工程公司在前期的装潢设计阶段就参与设计是很有必要的。

影视厅系统的设计参照中国广播电影电视行业标准GY/T 183-2002《数字立体声电影院的技术标准》，会议系统按GB/T 28049-2011 《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》中会议类一级标准设计。

2 系统设计方案的确定

2.1 3D投影方式的确定

目前影院3D投影方式主要有分光式、分色式和分时式等3种方式。

分光式是利用偏振原理把光图像信息分成相互垂直的两部分并分别传递左眼和右眼图像信息的被动式3D投影技术。观众通过偏振眼镜滤出相对应的图像信息，从而形成3D感官。它的优点是眼镜价格低，适合观众很多的电影院等公共场合。但这种方式必须要用两台投影机通过相互垂直的偏振片分别投影左眼和右眼图像信息，而两台投影机图像要完全重合，因此初始调试比较复杂；此外，还必须用金属屏幕，因为普通屏幕会改变偏振光，使得立体效果变差。商业影院的IMAX、RealD等都属于这种方式，IMAX用线偏振，RealD用圆偏振。

分色式是把光图像信息按不同的光谱区分开分别传递左眼和右眼图像信息的被动式3D投影技术。方法是用位于投影机光源和成像器件之间的特殊色轮把投影光转换成对应于左、右眼的两部分，观众通过特殊的眼镜使左眼、右眼分别看到对应的图像，从而形成3D感官。该方式优点也是眼镜价格较低，适合观众很多的公共场合；而且它使用单台数字放映机，不需要调试两台投影机图像的重合，也不需要金属屏幕。但由于色轮和眼镜亮度损失比较大，需要很高亮度的放映机，而且并不是所有的放映机都能安装色轮系统。这种方式典型代表就是Dolby 3D（杜比 3D）。至于早期的红蓝分色方式由于偏色比较明显，现在已经极少使用。

分时式是利用液晶片的通光和阻光功能，使左右眼镜的液晶片和投影机同步开关，从而将左右眼图像分别传送到观众左右眼的主动式3D投影技术，所以俗称快门式3D。其优点是只要一台3D投影机，也不需要金属屏幕，但快门式眼镜要由电子线路同步控制，价格高而且故障率相对较高，同时体积和重量也较大，影响配戴舒适性，还要经常充电或更换电池。因此一般适合家庭影院等观众很少的场合。

该厅属于观众较多公共场合，分时式显然不合适；分色式通常是由专门院线施工和供片；而本厅属于非商业性，片源为蓝光光盘和硬盘，因此适合采用分光式。

2.2 屏幕尺寸的确定

屏幕的大小和投影的清晰度、观看距离等有关，但总的说来，影院屏幕越大临场感越强，不过一般认为当视角达到36°时就已有不错的临场感。

该厅最小视距和最大视距分别约为9 m和20 m，要使最大视距时视角达到36°，屏幕宽度要达到13 m，按照16∶9屏幕比例，屏幕高度要达到7 m多，而本厅吊顶高度只有6 m，这显然是不现实的。鉴于各种因素的限制，最终确定屏幕对角线尺寸为300 in，这样最小视距时视角约为41°，而最大视距时的视角只有19°，可见后场不能很好地满足临场感的要求。目前，商业影院观众厅绝大多数是宽度大于进深，这样观众观看时能有较大的视角，有利于取得良好的临场感。

2.3 视线设计

按照国家标准GB/T 3557-94《电影院视听环境技术要求》，宽银幕影院的最小视距Xo和银幕宽度Ws之比≥0.5、最大仰视角≤40°、最大斜视角≤45°、视线超高值≮0.12 m。

根据投影机和屏幕位置尺寸计算可得：

最小视距Xo≈8.93 m，屏幕宽度Ws=6.64 m，Xo/Ws=8.93/6.64≈1.34＞0.5

最大仰视角=24°＜40°

最大斜视角=5°＜45°

视线超高值≈每层地台高度=0.15 m＞0.12 m

可见该厅的视线设计满足国家标准GBT3557-94，并有较大裕量，实际观看时应该很舒适，参见图1。

图1 影视厅的最大仰视角和最大斜视角

3 系统组成

3.1 播放系统

前面已说明，该厅采用的是分光式投影技术。

分光式偏振系统要将左、右眼图像信息分别送到两台投影机，因此必须要用解码器把3D视频解码出左、右眼两个图像信号。而3D解码通常有软件解码和硬件解码两种方法。

软件解码是采用带有3D解码功能的视频播放软件安装在计算机上，再通过双HDMI（或DVI等）输出的显卡分别接到两台投影机。为了能够流畅地播放1 080P的高清视频，对计算机的配置和显卡的性能要求都比较高。初期设计准备采用这种方案，后发现这些播放软件虽然都支持3D，但只能播放蓝光镜像文件而不能直接播放蓝光光盘，因此改用硬件解码的方法。

硬件解码的方法是采用专门的3D解码器接蓝光播放机输出，解码出左、右两路3D信号分别接到两台投影机。采用硬件解码器方式的好处是蓝光/硬盘播放机（或普通的蓝光播放机外接移动硬盘）的播放操作比用计算机简便得多。

多声道声频信号是从蓝光/硬盘播放机光纤数字输出的用7.1声道解码器解码而得，采用独立解码器时各声道声频分离度和音质更有保证。由于多数蓝光/硬盘播放机都内设有多声道解码模拟输出，因此可省去独立的多声道解码器。

施工中出现了一个问题。原来蓝光/硬盘播放机输出是先接到HDMI矩阵的，这样一方面便于接监视器用于播放操作，另一方面也可以在播放影片前先把投影机切到矩阵空档输入，以免播放前的操作界面放到大屏幕上。但实践后发现，虽然使用了兼容3D的HDMI矩阵，但3D信号经过矩阵以后就显得不大稳定，有时3D的左、右两路信号会丢失一路，于是只好把蓝光/硬盘播放机直接连接3D解码器。但这样又存在控制室播放影片时不易看到大屏幕上的播放情况。为解决这一问题，本来设想安装一台摄像机对大屏幕摄像再送到控制室监视，然而装潢已全部完工不便再布线和安装摄像机。最后，采用了操作人员在控制室门外观看大屏幕，再通过红外转发器把蓝光/硬盘播放机遥控器的红外控制信号转发到控制室内，控制蓝光/硬盘播放机进行播放操作。

3.2 投影系统

采用2台6 000 lm的爱普生 CB-G6900WU高清工程投影机，上、下安装在专门的双投影固定吊架上。由于投影距离近，投影机镜头改换为ELPLU01近程变焦镜头（广角镜头）。

投影机镜头前安装了遥控偏振片翻转器，投影2D视频时可把偏振片翻开不用，以减少偏振片的光损失。由于看2D观众也无须戴眼镜，使用1台投影机即可满足亮度要求。

屏幕采用300 in、16∶9的画框式金属幕。

3.3 扬声器系统

通常影院和会议扩声应该分别采用两套扩声系统，影院扬声器系统放在透声屏幕后面，并满足声像的一致性。但由于主席台深度小，加上经费限制，最终的方案是采用一套扩声系统兼容影院和会议的扩声。

根据《数字立体声电影院的技术标准》，主声道峰值声压级为103 dB，环绕声道峰值声压级为100 dB，次低音声道峰值声压级为113 dB。该厅主声道最大供声距离约为20 m，声压级衰减约26 dB，可知主声道扬声器最大声压级应不小于129 dB；左、右环绕声道最大供声距离约为13 m，声压级衰减约22 dB，可知主声道扬声器最大声压级应不小于122 dB；后环绕声道最大供声距离约为14 m，声压级衰减约23 dB，可知主声道扬声器最大声压级应不小于123 dB。次低音声道最大供声距离约为20 m，声压级衰减约26 dB，可知主声道扬声器最大声压级应不小于139 dB。

扬声器统一选用Beta Three产品。通过EASE声场模拟确定各扬声器位置和角度。

中间声道扬声器由两部分组成。主席台上方中部吊装了2只成70°夹角的MU10全频扬声器（图2），下倾角30°，用以覆盖全场；其最大声压级为129 dB，满足最大声压级要求。另使用了4只S400小型全频扬声器均布在台唇（图3），用来下拉声像并给前排补声，这样使前排观众不会感觉声像偏高。会议扩声时，语言采用中间声道扬声器扩声，从而保证了声像集中到主席台中部。

左、右声道扬声器采用MU12全频扬声器安装在主席台左右侧耳房墙内（图2），内倾角30°；其最大声压级为133 dB，满足最大声压级要求。2只低音扬声器为MU18B，分别放置在左、右扬声器下方；其最大声压级130 dB，2只扬声器总声压级为133 dB，达不到最大声压级要求，但限于安装条件限制，而且该厅毕竟不是商业影院，因此只能按此配置。会议扩声时，媒体播放只由左、右声道和低音扬声器扩声。

左、右环绕和后环绕扬声器采用MU8全频扬声器，分别安装在侧墙和后墙（图4），距其下方地面高度2.9 m；左、右每边3只，后环绕扬声器每边1只；其最大声压级122 dB，满足左、右环绕扬声器最大声压级要求，但比后环绕扬声器要求的最大声压级小了1 dB。

扬声器布局参见图1。

3.4 系统的连接

系统图见图5。

影院系统，节目源由蓝光/硬盘播放机播放蓝光光盘或硬盘提供，经HDMI视频接口送至3D解码转换器输入1，解码后分别送至2台投影机显示。多声道数字声频通过光纤送至多声道解码器解码出7.1声道模拟声频信号，再送至数字声频处理器1～8输入通道，处理后从各对应通道输出，经功率放大器推动各声道扬声器进行电影扩声。各声道的音量可以由多声道解码器上的音量旋钮同步控制，也可以用蓝光/硬盘播放机遥控器上的音量按钮控制。

图2 主扩扬声器

图3 前区补声扬声器

图4 左、右环绕和后环绕扬声器

会议时，8支会议传声器经8路智能混音器自动选择1路放大后送至调音台第1输入通道，并从调音台主输出母线MIX输出到数字声频处理器11/12输入通道，经处理后再从输出通道3输出至中间声道功率放大器和扬声器进行语言扩声。而主席台3路笔记本电脑和控制室电脑的HDMI信号经矩阵切换，一路从矩阵输出1输出，经声频分离器分离出声频送至调音台9/10输入通道，并从调音台编组输出母线GROUP输出到数字声频处理器13/14输入通道，处理后再从1/2输出通道输出至左、右声道功率放大器和扬声器进行扩声播放。而视频则送到3D解码器输入2供投影机显示。矩阵输出2接控制室显示器作为控制室电脑显示器和主席台笔记本信号监视。

需要说明的是，Xilica CM1608N数字声频处理器自带幻象电源的传声器放大和自动混音功能，而且可以用平板电脑通过Wifi进行音量控制等，完全可以不配置调音台。但遵从业主习惯使用调音台及其更加直观、方便的感觉，仍配置了调音台。

4 系统调试

4.1 声频系统

（1）信号路由设置

多声道解码器的前左、前右、中置、左环绕、右环绕、左后环绕、右后环绕和低音这8个声道分别接至数字声频处理器输入1～8，在处理器内分别连接1～8，一一对应输出至功率放大器驱动各声道扬声器扩声。

调音台两个传声器输入通道1和3编组在MIX输出作为本地扩声，接至数字声频处理器输入11/12，在处理器内连接输出3，经功率放大器驱动上、下中置声道扬声器扩声；而从HDMI声频分离器输出的电脑声频信号则送至调音台9/10输入通道，并编组在GROUP输出至数字声频处理器输入13/14，在处理器内连接输出1、2和8，经功率放大器驱动左、右声道扬声器和低音扬声器扩声。

（2）扬声器分频设置

多声道影院扬声器的分频点需要正确设置。DolbyAC-3和DTS系统的各声道频响指标如表1所示。

图5 影院、会议音视频系统图

表1 Dolby AC-3和DTS系统各声道的频响指标

在多声道解码器扬声器设置中，7个声道扬声器可以设置成“大”或“小”两种状态。

7个声道扬声器设置为“大”时，大多数解码器不打开分频功能，7个扬声器的频响都处于全频。由于Dolby AC-3和DTS的各个声道（超低频声道除外）频响都是20 Hz～20 kHz，因此这7个声道的声频响就由扬声器本身的频响而决定。由于这时7个声道的低频都由各个声道扬声器自己播放，就要求各声道扬声器的低频截止频率越低越好，按Dolby AC-3和DTS多声道系统要求应该达到20 Hz，实际上这是不现实的，因此，这7个声道在各扬声器低频截止频率以下的低频声信号就会丢失。有少数多声道解码器可以在7个声道扬声器设置为“大”时仍有次低频输出，但次低音扬声器高频截止频率的设置也比较麻烦，因为除非7个声道扬声器频响完全相同，可以按照这7个声道扬声器一致的低频截止频率来设置次低音扬声器本身的高频截止频率，否则就会出现有些声道扬声器播放的频段和次低音扬声器重复而叠加的问题。由此可见，除非不在乎牺牲一部分次低音，而且各声道扬声器的低频截止频率足够低，因而不使用次低音扬声器，否则7个声道扬声器设置不能设置为“大”。

7个声道扬声器设置为“小”时，多声道解码器的分频功能起作用，7个声道分频点以下的低频就交由次低音扬声器播放，而这些扬声器的低频声频响就由分频频率决定了。那么这个分频频率应当怎样选择呢？显然，分频频率应该高于7个声道扬声器中低频截止频率最高的那个扬声器的低频截止频率，而低于次低音扬声器的高频截止频率。

该厅各扬声器频响如下：

左右扬声器，MU12，频响55 Hz～17 kHz±3 dB

上中置主扬声器，MU10，频响75 Hz～20 kHz±3 dB

台唇中置扬声器，S400，频响80 Hz～20 kHz±3 dB

左、右环绕和后环绕扬声器，M U 8，频响80 Hz～20 kHz±3 dB

次低音扬声器，MU18B，频响40 Hz～300 Hz±3 dB

由上可见，7个声道的扬声器低频截止频率最高的是台唇中置扬声器和环绕扬声器，其低频截止频率为80 Hz，而超低音扬声器的高频截止频率为300 Hz，因此分频频率应该设置在80 Hz～300 Hz之间，现设置在100 Hz。

（3）按常规进行信号电平设置、压缩限幅等设置和系统均衡、各声道电平、延时等调整。

（4）声像校正

用粉红噪声和语音节目源调整上中置扬声器的下倾角和台唇中置扬声器的上仰角及其电平，使中置声道能覆盖全场，声场不均匀度符合要求，并且声像位于大约屏幕一半高度。

用粉红噪声和音乐节目源调整左、右扬声器的内倾角和下倾角，使声音能覆盖全场，声场不均匀度符合要求。

（5）系统测试

会议扩声根据《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》中一级标准，按GB/T 4959-1995《厅堂扩声特性测量方法》进行测试，主要结果如下：

最大声压级：为105.84 dB，满足103 dB的标准要求。

传输频率特性：从100 Hz～6 300 Hz不均匀度为+1.6 dB、-2.3 dB，满足±4 dB的标准要求；而从50 Hz～12 500 Hz不均匀度为+2.8 dB、-4.8 dB，满足标准要求。

传声增益：为-4.5 dB，满足≥-8 dB的标准要求。

声场不均匀度：最大为4.1 dB，满足＜8 dB的标准要求。

电影扩声未测试，仅作实地视听。

4.2 视频系统

首先按常规用BD AV Bible 3D Test Disc蓝光测试片调试投影机亮度、对比度和色调等。

最关键也是最费时的是2台投影机的图像重合调整。利用爱普生CB-G6900WU投影机具有镜头水平、垂直方向移动和“点校正”功能，可以精确地调整2台投影机的图像重合。

虽然可以用遥控器调，但由于2台投影机会同时接收遥控信号，无法单独对其中一台投影机调整以使图像重合，因此只有搭建脚手架直接用投影机上按钮调，或调其中一台投影机时将另一台投影机的遥控接收窗口挡住，不让它接收红外遥控信号。

调试中还发现，在3D解码器置于2D的播放状态下调整好图像重合，再置于3D后图像重合就有偏差，播放3D节目源时立体感也明显变差；而如果在3D解码器置于3D的情况下调整好图像重合，3D效果很好，但放2D节目源时就出现重影。最后，在播放2D节目源时采取只用其中一台投影机播放，因为观看2D节目不需要带3D眼镜，必要时还可以用遥控器把偏振片翻转，亮度可以满足要求。

5 视听效果

系统调试到位后进行了实地视听。对于影院的视听效果，首先播放了一些熟悉的电影片段的3D演示片，图像清晰， 3D效果明显，声音还原真实自然。

会议扩声时，语音清晰并有足够的传声增益，媒体播放时高、中、低各频段声音均衡，但在前排两侧座位听音感觉声像偏移，高频也略有不足。

该工程总体上是成功的，业主也满意。现在已投入使用。

（编辑 杜 青）

Design and Debugging of Multi Function 3D Audio Visual System -Take the ‘Children’s Theatre’ in Yangzhou Children's Library as an Example

XIONG Jian
(Jiangsu Yangzhou Mingde Technology Co., Ltd., Yangzhou Jiangsu 225001,China)

Take the 'children's theater' of children's library in Yangzhou as an example, the author expounds multi functional requirements of watching 3D movies in the auditorium and report meeting, video and audio system design and system debugging process.

auditorium; multi function; video and audio system; projection method; visual design; surround sound; sound reinforcement

10.3969/j.issn.1674-8239.2016.04.011