江苏大剧院歌剧厅扩声系统设计

蔡建清

[摘要]介绍江苏大剧院歌剧厅扩声系统的功能定位，介绍舞台扩声系统的设备配置以及对扩声系统的测试结果。

[关键词]江苏大剧院；扩声系统；线阵列扬声器；网络构架

江苏大剧院是一个集演艺、会议、展示、娱乐等功能为一体的大型文化综合体，项目包括2280座的歌剧厅、1505座的音乐厅、1001座的戏剧厅、2700座的综艺厅（江苏人民大会堂）、760座的国际报告厅、375座的多功能厅和467座的电影院，以及艺术品展厅、录音棚等配套设施，形成剧院建筑群。笔者以歌剧厅为例，介绍其扩声系统的功能定位及系统设计。

1歌剧厅概况

歌剧厅采用“品”字形舞台，台口尺寸为18.4m×12m；观众厅吊顶为多曲面扩散造型设计（GRCJ），主舞台区进深可根据剧情需要调整，通常为25m，打开后区防火幕，主舞台表演区可延伸至35.4m，从乐池到后舞台区的最大进深达57m，在天幕区还设有一块可升降式、点间距为3mm的LED全彩屏（22m×12m）。

乐池由2块升降块组成，其中乐池1#为单层台，乐池2#为双层台（见图1），可灵活实现大中小乐池的转换，整个乐池面积约130㎡，能满足大型乐队的演出需求。

歌剧厅是一个以歌劇、戏剧、会议、音乐、通俗音乐演出活动为主的场所，扩声系统应重点满足歌剧、舞剧、戏剧（含话剧）、大型综艺晚会以及乐队的演出，兼顾政府会议或国际会议等扩声的要求。为此，歌剧厅的扩声系统应最大限度地、准确地体现出语言的清晰度和音乐的明晰度。系统按GB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》中规定的文艺演出类扩声一级指标进行设计。

2扩声系统设计

对扩声系统而言，应该将传统的“工程”设计理念提升到“工程艺术”相结合的层次，全面地满足表演艺术的需要。

歌剧厅扩声系统包括左、中、右三声道主扩声扬声器、拉声像扬声器、超低频扬声器、补声扬声器、舞台扩声扬声器及流动返听扬声器和多声道效果声扬声器，并采用全数字化的信号传输及控制系统（见图2），其中，中央控制室即信号交换机房；主控台、备份台均设在音控室；环绕声处理器设在功率放大器室。

2.1扩声扬声器系统设汁

观众厅主扩声扬声器系统设计采用三声道模式。在台口上方声桥中间设置中央扬声器组，左、右声道在声桥和台口两侧八字墙位置分上、下两层安装，其音源由调音台左、中、右三组各自分立的输出通道提供（见图3）。传声器拾取的人声信号与节目源播放的双声道立体声信号，经调音台的声像调节器（PAN）分配处理，利用各声道信号的强度差来转换成左、中、右三声道输出，能够准确地再现舞台上左、右方向移动的活动声源，获得声像定位感良好的三声道系统（见图4、图5），使临场感更准确地再现给观众。三声道扩声模式既保证了语言扩声的清晰度，又能满足歌舞、戏剧、文艺演出等剧目演出时准确的声像定位和音乐的丰满度、明亮度，能较好地解决音乐和人声兼容扩声的问题。

左、中、右声道扬声器组及侧面补声扬声器、台唇补声扬声器、楼座卜.方补声扬声器共同组成主扩声扬声器系统。

2.1.1中央声道扬声器组

中央声道采用了线源阵列技术。线声源阵列具有更强的垂直指向性控制能力，使中后场观众可以获得更多的直达声，有助于提高清晰度。经过MAPP高精度声学综合分析软件的模拟，最终选定了4只d&bJ8;系列线阵列扬声器作为中央声道扬声器组，主要用于主扩声和声像定位、SISTM中间声道的人声和乐器独奏的扩声、播放视频电影时的中置声道（见图6）。

2.1.2左、右声道扬声器组

由于歌剧厅的建筑声学按照歌剧厅自然声演出设计，混响时间相对较长，为了获得良好的主观听感，必须提高主扩声的直达声能比。左、右声道采用d&b; J8恒指向性线阵列扬声器系统及低频阵列，在提高直达声能比的同时，兼顾听感自然度。

安装在声桥的左、右声道上层扬声器组覆盖二、三层楼座观众区，利用恒指向性线阵列扬声器的覆盖特性，将声能集中投向二、三层楼座观众区（见图7），避免声波溢出对台口两侧耳光室侧墙和对舞台、乐池的辐射产生影响。

安装在台口两侧的左右声道下层扬声器组，将声能集中投向一层池座观众区，利用哈斯效应，可使一层池座观众的声像整体明显下移，达到声像一致的视听效果，消除声音的压顶感觉，同时又可弥补前排观众席的声压级不足。左、右各配置1只d&b12S;同轴扬声器系统，作为侧面补声全频扬声器，暗装于台口两侧八字墙内，作为左右声道F层扬声器组的一部分。为扩展系统的低频下限、增加震撼力度，在台口两侧全频扬声器阵列的侧边各配置r3只d&b; B2-SUB双18英寸超低频扬声器，采用反向安装设计，形成心形指向。

经过声场分析，左右声遂扬声器的设置基本上可以覆盖全场（见图8、图9）。

2.1.3池座补声扬声器组

由于池座前区观众距离声桥主扩扬声器系统的高度超过13m，仰角大于60。，在听音上不仅使得中央主扬声组和舞台上的演员所发出的声音声像分离，且来自舞台上的演员自然声级远小于来自声桥中央扬声器的声级，前区观众会觉得声音来自头顶，而非舞台上的表演者，这时观众的视与听觉得不到统一。为解决这种声像不一致的矛盾，且弥补观众席前区音量的不足，在舞台台唇及乐池前沿分别设置补声扬声器系统（见图10），达到声像一致的视听效果，消除声音的压顶感觉，同时提高声压级及语言清晰度。

在台唇边沿均布设置6只d&b5S;小功率同轴扬声器系统，在乐池栏杆前方均布设置9只5S小功率同轴扬声器系统，隐蔽安装（见图11、图12）。

2.1.4楼座下方补声扬声器组

一层挑台下方、二层挑台下方及观众厅天花各安装有6只d&b8S;（共18只）同轴扬声器系统，补充楼座下方区域的直达声能量（见图13、图14）。

2.1.5效果声扬声器组

为了配合不同的演出需要，实现特殊声音的声场与效果，在左、中、右三声道方式的基础上，观众厅及舞台区通过英国Timax2多通道声场矩阵控制器组成多通道效果声扬声器系统，实现模拟及重放效果声的需要。

观众厅效果声扬声器共计48只，以固定隐藏的方式进行安装。在池座观众厅左右两边侧墙和后墙安装14只d&b; 8S同轴扬声器；在一层楼座观众厅左右两边侧墙和后墙安装10只8S同轴扬声器（见图15）；在二层楼座观众厅左右两边侧墙和后墙安装10只8S同轴扬声器；在观众厅上空天花布置了14只大功率全频扬声器MAX12扬声器（见图16）。同时，使用Timax2多通道声场矩阵控制器实现通道的独立控制及独立功率放大器推动，实现全方位大动态效果声还原。

2.2舞台扩声扬声器系统

舞台扩声系统主要为在舞台上的演员服务，采用固定与流动相结合的形式，可满足各类多变的演出形式。

（1）舞台上固定安装12只两分频全频扬声器和2只低频扬声器供主舞臺、侧舞台和后舞台扩声之用。其中，10只全频扬声器固定安装在台口附近的灯光吊杆上和台口两侧柱光架上，覆盖主舞台；另2只固定安装在后舞台与主舞台之间的天桥上，覆盖后舞台。

（2）配备8只流动扬声器，既可以置于地面或支架上为主舞台扩声，还可以安装于主舞台和后舞台之间的两侧位置作为舞台效果声扬声器使用。

舞台的上场口、下场口共设置了32路的扬声器功率线输出接口，通过功率放大器输出跳线，满足每只流动扬声器任意接入使用。

2.3备份方式

系统采用多重备份方式，主系统共配置Stagetec Crescendo调音台两张，分别置于现场调音位与音控室，互为备份；且监听调音台Yamaha CL5也能够对信号进行备份。

主备系统的信号切换由功率放大器内置的DSP处理模块完成，无需手动切换。

功率放大器配置d&b;系统监控器，可对每只扬声器的功率放大器模块状态进行监控。

3测试结果与评价

2017年3月7日，中国艺术科技研究所舞台设备检测中心对江苏大剧院歌剧厅进行了现场扩声测试。测点选取：池座选测16个测点，楼座选测8个测点，共24个测点；测点距离地面高度均为1.2m，测量在晚上22：00～24：00时段进行，现场温度10.2°C，相对湿度52%。由于观众厅对称，所以只取一半测点。

3.1声场不均匀度

稳态声场不均匀度是指厅堂内（有扩声时）观众席处各测点稳态声压级的最大差值。测量信号用1/3倍频程粉红噪声。测量在100 Hz、1kHz、4kHz、8kHz分别进行（测试结果见表1）。符合GB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》中文艺演出类扩声系统一级指标对稳态声场不均匀的要求：100Hz时不大于10dB，1000Hz时不大于6dB，8000Hz时不大于8dB。

3.2传输频率特性

采用1/3倍频程粉红噪声信号直接馈入扩声系统调音台输入端，调节噪声源的输出，使测点的信噪比满足测量条件要求。改变1/3倍频程带通滤波器的中心频率，保持各频段电平值恒定（不失真），在观众厅内规定的测点上测量声压级（测试结果见图17）。测试结果反映：频率响应较为平滑，各个频段均衡。

3.3传声增益

输入粉红噪声，用声输入法（原理框图见图18）测得各测量点稳态声压级，并计算传声增益。测试原理为：计算扩声系统在最高可用增益时，厅堂内各测量点稳态声压级平均值与扩声系统传声器处稳态声压级的差值。测量并计算其结果为-3.89 dB。符合GJB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》中文艺演出类扩声系统一级指标对传声增益的要求：80Hz～8kHz的平均值大于或等于-8dB。

3.4最大声压级

输入粉红噪声，用电输入法（原理框图见图19）测得各测量点产生的稳态最大声压级，并计算平均使，结果为114dB。符合GB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》中文艺演出类扩声系统一级指标对最大声压级的要求：额定通带内的最大声压级大于或等于106dB。

3.5系统总噪声级

开启所有扩声设备，当扩声系统达最高可用增益，且无有用信号输入时，测得厅堂内各测点噪声声压级并计算平均值（原理框图见图20，测试结果见表2），并以NR曲线来评价。基本符合GJB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》文艺演出类扩声系统一级指标中总噪声级低于NR-30的要求。

4结语

经过测试，歌剧厅扩声系统具有较大的动态裕量和储备功率。江苏大剧院于2017年8月5日正式投入运营，在实际应用过程中，除了大型演出、冰上芭蕾这样对场地有特殊要求的演出，歌剧厅可以满足其他各种演出的功能需要，具备接待世界一流表演团体的能力。