廣州大劇院大劇場擴聲系統

甘宜穎，劉永耀

（廣州勵豐聲光科技有限公司，廣東 廣州 510665）

廣州大劇院大劇場擴聲系統

甘宜穎，劉永耀

（廣州勵豐聲光科技有限公司，廣東 廣州 510665）

從聲場設計、網絡傳輸控制、安裝工藝、系統調試等幾個方面介紹廣州大劇院大劇場擴聲系統特點。

廣州大劇院；擴聲系統；揚聲器系統；聲場設計；網絡傳輸；調試

廣州大劇院是廣州市“十一五”期間新建的七大標志性建筑之一，也是第九屆中國藝術節的主會場，建筑設計由著名建筑大師扎哈·哈迪德女士主持，建筑聲學設計由迄今仍活躍在聲學界的聲學大師——聲學界最高獎“塞賓獎”得主馬歇爾先生主持。廣州大劇院總建筑面積約70 000 m2, 其核心設計理念稱為“圓潤雙礫”：“大礫石”包括1 800座的大劇場和錄音棚、藝術展覽廳；“小礫石”則是400座的多功能劇場。

大劇場觀眾廳采用獨特“雙手環抱”設計，觀眾席看臺兩側的延伸部分和樓座挑臺交錯重疊，從舞臺角度看來，猶如迎面伸來的兩只手臂。如圖1所示。此種設計的優勢在于內墻的形狀和角度有利于提供側向反射聲,同時，避免回聲的干擾。大劇院除了提供極佳的聲學環境滿足自然聲演出的要求，實際運營的大部分演出都需要電聲的支持，因此，構建一個高品質的擴聲系統來滿足各種類型表演對聲音的要求，就顯得尤為重要。

1 概述

廣州大劇院是繼國家大劇院、上海東方藝術中心之后國內建設的高標準劇院，如何體現后發優勢？其大劇場擴聲系統怎樣才能汲取眾家之長，在符合中國國情的基礎上充分與國際接軌？這是廣州大劇院的建設管理者在劇場建設之初考慮的主要問題。為此，他們邀請了7家具有國內大型劇院音響工程實施經驗的承建單位，經過兩輪的命題技術交流，評選出優勝方案。廣州勵豐聲光科技有限公司（以下簡稱“勵豐”）的技術建議書受到建設管理者的高度評價。最終方案由中國恩菲工程技術有限公司進行整合，“勵豐”在技術建議書中提出的多項建議被采納。在工程中標后，“勵豐”根據現場的預埋條件對方案進行了深化設計。

圖1 大劇場觀眾廳效果圖

在代建方、設計方、監理方的大力支持下，經過10個月的嚴謹施工，擴聲系統工程于2010年3月27日通過了竣工檢驗，并于4月1日正式移交甲方使用。廣州大劇院大劇場擴聲系統具有鮮明的設計特點，具體表現在以下幾方面。

2 聲場設計

在聲場設計方面，廣州大劇院具有兩個鮮明的特點：可變聲場設計和超低頻指向性設計。

2.1 可變聲場

廣州大劇院大劇場引入可變聲場的設計，以可變的聲場滿足不同的藝術表演形式，以達到更高品質的擴聲需求。

2.1.1 設計理念

在對國際和國內重要表演劇場聲場設計和使用需求進行充分調研后發現：劇場的節目形式多種多樣，單一擴聲模式很難同時滿足各種表演形式的使用需求。歸納出以下主要的表演形式對擴聲系統的需求，如表1所示。

由表1可見，不同的節目表演形式，對聽覺審美、最大聲壓級、擴聲形式和聲學覆蓋的要求是不一樣的。近年來，通過可變聲場的設計，力求滿足各種表演的專業需求正逐步成為國際上高端劇場未來發展的趨勢。廣州大劇院就經典藝術和商業流行兩個使用模式分別設計了兩套揚聲器系統。以最小化干涉原則設計一套點聲源陣列，滿足經典藝術類的自然、保真擴聲需求，滿足以自然聲為主、電聲為輔的擴聲形式；為滿足大動態擴聲的需求，設計一套線聲源擴聲陣列，滿足商業流行演出的氣氛和力度需求。兩套系統可以快速切換，實際使用效果得到聽眾和調音師的贊許。

表1 不同類別表演對擴聲系統的需求

圖2 高保真模式下層平面覆蓋

圖3 高保真模式上層平面覆蓋

圖4 高保真模式剖面覆蓋

2.1.2 高保真模式

服務于經典藝術類的高保真擴聲模式采用2層固定安裝的揚聲器系統和1組超低頻揚聲器系統，以最消化干涉的原則覆蓋全場觀眾區，實現高品質的擴聲，如圖2 ～ 圖4所示。

高保真擴聲模式聲場設計：大劇場共設左右兩通道揚聲器組，左通道揚聲器組由上下2層組成，上層由2只高Q值的水平線聲源揚聲器系統組成，以最小化交疊的原則布置，主要覆蓋樓座觀眾；下層由3只高Q值的水平線聲源揚聲器系統組成，同樣以最小化交疊的原則布置，主要覆蓋池座觀眾；右通道與左通道相同。從圖中的聲線覆蓋可以看出，為有效地避免側墻和頂棚的反射對觀眾聽感造成的影響，巧妙地利用了水平線聲源揚聲器的拼接技術，精確地設定覆蓋角度，達到真正的最小化干涉。另外，每聲道配置3只雙18英寸的超低頻揚聲器系統，置于上層全頻揚聲器系統與下層全頻揚聲器系統中間。左右通道共同均勻覆蓋全場觀眾。

2.1.3 大動態模式

服務于商業流行類的大動態電動吊掛擴聲模式，設左、中、右聲道揚聲器系統組和左、右聲道揚聲器系統組，分別由9只垂直線聲源揚聲器系統和3只雙18英寸超低頻揚聲器系統組成（與高保真擴聲模式超低頻共用）；中央聲道揚聲器系統組由10只垂直線聲源揚聲器系統和2只低頻揚聲器系統組成。

根據廳堂的特性，大動態擴聲揚聲器系統均為線陣列揚聲器系統，指向性控制能力強，在長混響時間的廳堂優勢非常明顯。左右聲道的揚聲器系統采用非對稱覆蓋，如圖5、圖6所示。線陣列在正常吊掛的狀態下，可以通過改變覆蓋角的方向，使聲線盡量避免側墻的直接反射，使得即使在大動態擴聲模式下，聲音依然非常干凈、有力。中央聲道采用寬角度的緊湊型線陣列揚聲器系統如圖7、圖8所示，搭配原廠推薦的高功率低頻揚聲器，突顯人聲的細膩。

圖5 大動態模式左右平面覆蓋

圖6 大動態模式左右剖面覆蓋

圖7 大動態模式中央平面覆蓋

圖8 大動態模式中央剖面覆蓋

2.2 超低頻系統設計

廣州大劇院大劇場引入超低頻指向性設計，以滿足長混響狀態下的低頻覆蓋要求。

在長混響廳堂擴聲應用中，如何進行真實的低頻還原，是近年同行業擴聲應用技術的重點，也是聲場設計的難點。本方案左右聲道各配置3只雙18英寸超低頻揚聲器系統，可以組成心型指向超低頻擴聲陣列（如圖9所示，將中間的超低頻揚聲器系統與兩側的超低頻揚聲器系統反向安裝），經過嚴格的聲場調試后，將明顯改善低頻段的指向性，有效提高系統的傳聲增益。

采用超低頻擴聲陣列后，50 Hz ～ 100 Hz的超低頻段具有非常強的心型指向特性，更加有效地將聲能投射到觀眾區，提高觀眾的聽感“力度”，同時，極大減少對舞臺區的輻射，提高系統傳聲增益，降低傳聲器嘯叫的可能。從圖10、圖11的陣列覆蓋模擬結果可以充分得到認證。

3 網絡傳輸控制

在網絡傳輸與控制方面，廣州大劇院主要有兩大特色：免物理跳線的音頻接口方式和數模自動切換的調音方式。

3.1 音頻接口方式

舞臺上所有音頻信號接入數字調音系統均不需要經過物理跳線的方式，避免了物理配線帶來的接插不可靠性，提高了信號傳輸的質量，減少故障和出錯率。

傳統的劇場設計，由于音頻輸入接口數量多，而調音系統真正能接收的通道數受到限制，因此，均采取物理跳線的方式改變信號的接入路徑。但是，作為這個級別的劇場，演出量大，接口使用頻繁，若采用傳統的方式進行系統構建，不但會增加使用人員的工作難度，還會由于接口的多次插拔而直接影響信號傳輸的質量。因此，廣州大劇院大劇場采用了全網絡化的系統構建方式，在常用的信號輸入點位設置固定的接口基站，提供演出所需要的所有物理接入口；并提供流動接入基站，可以在舞臺任何地方接入。這樣的配接方式，可以保證在任何一個網絡基站位置的信號均能直接接入調音系統，不用進行任何物理跳接，僅在調音系統進行軟配線就可以實現任意路由分配。傳輸控制網絡示意圖如圖12所示。

圖9 低頻揚聲器系統陣列安裝示意圖

圖10 傳統低頻陣列覆蓋模擬圖

圖11 心型指向低頻陣列覆蓋模擬圖

圖12 傳輸控制網絡示意圖

3.2 調音方式

廣州大劇院大劇場采用數模自動切換的調音方式，使整個控制系統更安全、穩定。本方案除數字調音系統具備主備模式，數字與模擬傳輸系統也具備主備模式，如圖13所示。通過傳聲器分配器將傳聲器信號分別送至數字與模擬調音系統，數字調音系統輸出數字信號至數字一體化功放，模擬調音系統輸出模擬信號至數字一體化功放，功放在默認狀態接收數字信號，當功放接收不到數字時鐘信號時，功放的內置程序會自動切換接收模擬輸入信號。因此，在演出過程中，數字調音系統與模擬調音系統實現了完全的熱備份功能，再一次保障了調音系統的安全性。

4 安裝工藝

在安裝工藝方面，該擴聲系統相對于國內其他大型劇場，也有人性化的3個特點。

4.1 揚聲器系統的電動吊掛

大劇場的經典藝術類的揚聲器系統采用暗藏式固定安裝，商業流行類的揚聲器系統采用電動吊掛安裝，即大動態擴聲模式左、中、右3組線陣列均采用電動吊掛方式，不使用時3組線陣列均上升至聲橋上方，在觀眾廳完全看不到線陣列的存在，可以滿足自然聲表演時的視覺要求。當采用大動態擴聲模式時，聲橋上的GRG（預鑄式玻璃纖維增強石膏成型品）開孔位置自動打開，線陣列揚聲器組從聲橋上方下降至合適的擴聲高度，如圖14所示。

在工程施工過程中，重點關注以下要素：

（1）準確預留孔洞，要符合揚聲器系統組的體積，與裝修風格相協調，確保預留孔不與鋼結構沖突。

（2）獨立設計安裝的吊掛系統，保證約1 000 kg重的揚聲器陣列能平穩地升降，采用三點吊掛方式，最大限度地保證揚聲器吊掛的安全性。

（3）設計可開合的GRG面板，在揚聲器系統使用時，GRG面板靈活開啟；不使用時，GRG面板閉合，與裝修渾然一體。

（4）揚聲器系統覆蓋角度和揚聲器系統之間的夾角定位準確。

圖14 線陣列升降機械結構意圖

圖13 數模備份傳輸鏈路示意

4.2 可升降現場調音位

在觀眾廳池座中部預留一個可升降現場調音位，調音師可以在該位置進行調音，獲得良好的現場聽感。這是我國大型劇場建設中首次采用可升降調音位的設計。該調音位是高級別演出團體客席調音師夢寐以求的理想調音位置，該設計也成為大劇院的亮點，備受矚目。

現場調音位在使用時，升降裝置可將調音設備及調音人員提升至合適的高度，調音師將得到最佳的調音位置；若不需要使用現場調音位，調音設備的升降平臺將降至靜壓箱，而裝有觀眾座位的升降平臺則提升至合適的高度，與其他坐席融為一體。如圖15所示。

在工程施工過程中，重點關注以下要素：

（1）使用優質接插件，即使長期置于靜壓箱內亦不會發生質變而影響傳輸質量。接預留線纜可以跟隨臺車進行水平垂直移動。

（2）升降平臺儲藏空間作吸聲處理，避免調音位在使用時靜壓箱成為混響室，影響觀眾廳音質。

（3）預留足夠的調音空間，同時，必須保證臺車的最大承重量。

（4）充分考慮調音師的視線范圍，使其在工作時不會遮擋觀眾或被觀眾遮擋。

（5）在靜壓箱內預留足夠的過道空間，方便設備進出。

4.3 智能化供電模式

擴聲系統采用智能供電系統進行配送電，通過計算機進行編程設計，按合適的開關順序和正確的延時時間進行配電，每路開關回路都具備短路和過載保護。只需按一個開關即可對整個系統進行配電或關電，確保系統設備不受供電浪涌電流的影響。

配置了UPS（不間斷供電電源），保證在任何演出狀態主控系統供電不間斷。UPS的接入方式區別于傳統的配電，如圖16所示。所有傳輸基站與調音界面均為雙電源設計，電源1直接連接配電系統，電源2與UPS電源相連接。在正常狀態下，系統的供電均由配電系統提供，UPS處于待命狀態，不進行充放電，可減輕UPS的工作壓力，延長其使用壽命；當市電或內部供電出現故障時，UPS自動對傳輸控制設備進行供電。該供電方式已逐漸普及于大型音響系統。此外，通過無線網絡可以隨時監控設備的工作狀態。

5 系統調試

系統的各項調試對實現原設計意圖、保障最終效果至關重要。在安裝過程中，著重控制了以下幾個對系統最終聲音效果產生影響的環節。

（1）揚聲器系統的安裝

a. 確保陣列各揚聲器系統水平與垂直張角在調試階段可調整。

b. 確保上部吊掛集中載荷的安全性。

c. 確保揚聲器系統安裝室的內部空間，并進行吸聲處理，同時，聲輻射開口沒有阻擋。

（2）系統的電氣調試

在開始聲學調試之前，進場完成系統的電氣調試，采用以下步驟。

a. 系統設備的供電檢測：包括輸出電壓是否符合設備供電要求，以及各供電插腳是否位置正確。

b. 傳輸線路的檢測：包括對輸入回路、輸出回路、設備間回路的各種連接線路進行檢查，判斷是否有斷路、短路、反極性以及非平衡連接。

c. 設備工作檢測：在檢查完成系統連線后，給設備進行通電，檢查各設備是否可以正常工作。

（3）關于聲場調試

系統的聲學調試是實現建設目標最關鍵的環節。調試中使用了FFT（變速傅里葉變換）測量調試系統，取得了非常好的效果。

首先，對每個揚聲器系統安裝位置和覆蓋角進行調試。檢查每只揚聲器系統的覆蓋角，并對安裝位置和覆蓋方向進行調整，盡量將揚聲器系統的覆蓋區域內聲壓級的最大值和最小值之差調整到不大于6 dB。

其次，對每個揚聲器系統的輸入電平和頻率響應進行調試。對同一聲道的每個揚聲器系統在其主覆蓋區域，利用均衡器對其頻率響應進行調試，如有必要，還需對同一聲道的主信號饋入端進行總的頻率響應調試。

表2 大劇場聲場檢測結果

最后，對揚聲器系統交疊區的相位響應進行調試。對同一聲道交疊覆蓋區的揚聲器系統，通過微延時或極性手段調整相位響應，使其在主要交疊區的相位響應趨于一致。

另外，對每個聲道揚聲器系統的聲像進行調試，主要根據演出區域的位置，調整每個聲道揚聲器系統的饋入信號延時時間，使觀眾區感知到的聲像處于表演區。

6 聲場測試結果

經上海文化設施技術檢測所檢測后，廣州大劇院大劇場一次性通過聲場驗收，具體測試結果如表2所示。

7 用戶評價

投入使用后，廣州大劇院大劇場接待了來自各方的大型、高規格的表演，如《圖蘭朵》、《太陽雪》、《Michael Bolton演唱會》等等，獲得了藝術家、觀眾及運營管理商的好評。在第九屆中國藝術節的演出中，國內某著名調音師對擴聲系統的效果給予了高度評價：“聲場效果極佳，控制系統安全穩定，是新一代劇院的代表作。”

目前，廣州大劇院已成為廣州文化交流的重要場所和國內外著名表演團體的優秀演出平臺。

（編輯 潘 浪）

The Sound System of Guangzhou Opera House

GAN Yi-ying, LIU Yong-yao
(Guangzhou Leifull Light & Sound Technology Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510665, China)

The paper introduced sound system's feature of Guangzhou Opera House, in several aspects of sound fi eld design,network transmission control, mounting process, system debug and so forth.

Guangzhou Opera House; sound system; loudspeaker system; sound fi eld design; network transmission; debug

10.3969/j.issn.1674-8239.2011.1.006