未來劇場聲系統：將空間聲效與室內擴聲結合起來

[德]+甘特·恩格爾

【摘 要】 介紹全新劇場音響與室內擴聲系統的傳統功能相結合的理念及方法，并展示斯泰克Vivace系統的臨時與固定裝置 案例。

【關鍵詞】 劇場；聲系統；空間音效；室內擴聲；Vivace系統

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.06.010

正如最近電影院已進入3D視頻投影階段一樣，劇場與大型活動廳堂的聲系統也進入了一個新時代。過去的由一個主擴聲系統配合其他環繞聲揚聲器加強音效的概念將會被更加先進的系統所取代。原先舞臺周圍的揚聲器用于營造聲源的自然定位，而負責觀眾席的呈半圓形分布的每只揚聲器用于將理想音效烘托出來。這就意味著直達聲與混響不是由一個信號混音而成，這使得聲音更自然，同時也增強了帶寬的音效。全新劇場音響與室內擴聲系統的傳統功能相結合后，將會達到未知的新高度。本文介紹這種新理念背后的方法，并展示斯泰克Vivace系統的臨時與固定裝置案例。

1 簡介

劇場和通常意義上的所有娛樂場所在音效上都面臨著一個巨大的挑戰：讓場館內的音效比觀眾在家使用的視聽系統聽起來更自然、更震撼。對電影工業來說，這是個關鍵問題。所以，他們一直朝這個方向努力，必須采用更高像素的視頻投射，并在天花安裝更多揚聲器以及背投聲音定位揚聲器。

音響特效將幫助娛樂場所超越家庭影音系統的音效。這類技術的關鍵在于可以營造逼真的室內聲音模擬，并保持聲源的自然定位。家庭影音系統很難模仿這種設計，它的感官效果大不相同。

2 室內模擬

劇院及大型活動廳堂進行室內聲效模擬的目標，是營造各類聲源的逼真聲環境效果。而傳統方式只是將正向揚聲器加上輔助混音傳送出去，或者更好的方式是加上一些環繞聲信號。與此不同，聲效模擬的新目標包含的意義更多：直達聲在無任何輔助聲的前提下被再造。均勻分布在觀眾席上方，與周圍的揚聲器網絡形成反射聲與混響，與直達聲匹配，由此形成逼真的聲環境。在這樣的環境下，觀眾如同置身于一個自然真實的環境中，而非坐在混響音樂播放器面前。

這里包含了一些有趣的隱含意味：聲音越自然，觀眾的身臨其境感越強。這一步驟常常發生在不知不覺中。在不模糊干擾原聲的前提下，聲學設計師越增加混響，原聲信號與傳統設置相比就會越強。音樂聲就會像在真正的音樂廳內一樣自由彌漫在空間中。聲音會以人類大腦習慣的接收自然信號的方式喚醒其中無意識的功能。這創造了新的藝術可能性，并使聲學設計更加靈活。標準的立體聲音響與環繞聲設置瞬間消失了：不再有最佳聽音位置。聲音設計的惟一障礙就是揚聲器網絡的覆蓋問題。

如何達到這個目標呢？第一步是將基于信道的聲音轉換為基于物體的聲音。聲音不再被保存在各揚聲器專用的信道上，而是以記錄廳堂幾何位置以及理想的聲學特性的原始輸入信號形式來保存。

聲系統需要知道所有揚聲器的幾何位置，并將原始信號轉換成模擬墻面與天花構件的反射聲以及衍射聲混響，利用所有這些形成自然聲場。

發生反射與混響的基礎是有可測的與原始信號混合在一起的脈沖反應。測試包含演奏廳堂內所有自然聲學特性。

脈沖反應第一部分，由承載諸如廳堂幾何比例或與聲源距離等信息的信號早期反射聲組成。這些反射聲須按照揚聲器位置在時間線上重新排布。這意味著當各揚聲器發出信號時，系統須依照所有觀眾座椅都能得到理想早期反射聲時間架構的原則，來配置反射聲延遲。同時聲音方向非常重要，反射聲依此才能到達聽者的位置。這意味著使用者可以拓寬聲源或是增強聲源能量。

隨后，可以更輕松地處理脈沖反應。在大多數情況下，目標是形成分散空間的同質聲場。所有受歡迎的音樂廳聲學效果最后都達到統一均勻導向分布的衰減聲能。為了達到這個目標，需要使用分布在觀眾席周圍的、能發出單個信號的揚聲器，并讓其形成網路。在每個座位上應該都能看到形成半圓形包圍的揚聲器，它們能夠向座位提供聲能。為了減少所需揚聲器的數量，使用的揚聲器須具有統一的寬頻導向性。

只要實際廳堂內揚聲器與觀眾的距離與聲線的自由路徑具有可比性，聲音設計就具有高度自由性。如果實際廳堂比模擬的廳堂大得多，設計難度就更大了。如果可以安裝一套揚聲器系統，能將觀眾區分為更小的區域，能夠實現統一導向覆蓋，便可以實現小廳的聲學效果。而且，視覺印象限制了設計范圍。如果視覺印象與聲學不吻合，就很難創造聲音的幻境。如果聽者的意識可以通過合理的燈光設計或視頻投射而專注于演出，聲學設計的靈活性就可以再一次增強了。

另一個需要考慮的重要限制是活動位置的自然聲條件。由于只能增加聲能，所以，很難在一個混響很強的廳堂形成干澀音質房間的效果。一套反射聲天花很可能破壞敞篷戶外場所的聲學設計。

3 定位

擴聲系統感官體驗質量的關鍵點在于聲源的正確定位。當閉上眼睛，舞臺上所有演員坐在主擴聲系統前時，在光學與聲學感官上會形成錯位。多年來，人們已習慣于很多演出缺陷，但如果將此結果與更加先進的裝置效果進行比對時，利用先進裝置能使演員的聲音與其視覺位置相匹配，這種效果的優勢就顯而易見了。這樣的系統可以將觀眾腦海中的擴聲系統完全剔除。不借助視覺線索而將不同位置的聲源區分開，對于傳輸演出內容大有幫助。人腦在區分不同方向的聲源方面功能強大，這就是所謂的雞尾酒效應。

使擴聲系統保持正確定位的最簡單的方法，就是利用聲源位置的揚聲器。如果觀眾區太大，而使單一揚聲器的導向無法完全覆蓋，就需要應用針對不同觀眾分區的更多揚聲器。在很多情況下，能利用舞臺揚聲器提供的聲能是相當有限的。觀眾席頭兩排令人不適的聲能級、反射聲以及舞臺布景的顯示是此問題的主要原因。

為了使觀眾席后部區域能接收足夠的聲能，需要安裝額外的揚聲器，它們不能裝于聲源位置。在某種程度上，能使自然聲本身及舞臺附近揚聲器到達某位置，并利用其他揚聲器為其提供更強的聲能。這種理念廣泛應用，旨在讓聲能來自舞臺而非天花。不過，它對形成水平定位也是很有幫助的。endprint

關鍵的一點就是確保輔助揚聲器的聲音在直達聲到達聲源聽覺位置后某一時間段后才到達。時間延遲的允許范圍取決于音頻信號的種類。但在大多數情況下，5 ms～25 ms的范圍是最佳值域，值域的起始值是其精密限值。當輔助揚聲器信號幾乎與直達聲同時到達聽者耳朵時，其定位由揚聲器迅速完成。

對于衰減計算，不僅要考慮揚聲器的主要覆蓋區域，同時也要考慮揚聲器的高頻無法傳輸的區域，見圖1～圖2。殘留聲的早期直達聲可以像描述案例中顯示的那樣更改或破壞定位。

獲得擴聲系統輸入信號的方法有兩種。第一種方法是利用覆蓋某一舞臺區域的固定傳聲器。此傳聲器與每只揚聲器之間的合理延遲是一個固定值，該值由舞臺覆蓋區域中演員的較差聲音位置與揚聲器延伸覆蓋區域的聽者位置所決定。

第二種方式是利用無線傳聲器。這種情況下，揚聲器延遲需要靈活，且當演員位置改變時，需要作相應調整，音頻系統需要知道舞臺聲源位置。依據不同的聲源種類，其定位可能通過布景構建得到的反射信息或是保持演員的預設路徑得到。在大多數情況下，演員位置必須改變或至少可以手動監控，例如，利用觸摸屏。這種情況下，一個有利的途徑就是利用追蹤系統，將演員位置發送至音頻系統。

4 室內擴聲

新劇場聲效的第三個要素是電聲室內強化系統的應用。根據不同類型的系統，工作原理類似于所描述的具有高度靈活性與逼真性的室內模擬。與室內模擬的顯著區別在于音頻系統需要應對傳聲器與揚聲器之間的反饋斜率。由于傳聲器至少需要距離樂師3 m～4 m，以避免非自然近聲場的拾波效應，并為了實現更加平衡的樂團音效，將會有巨大的反饋聲能。

基于不同的系統類型，這種不利的反饋斜率可以通過傳聲器的窄帶定向或緩慢而微小地改變傳遞函數的時間差異來弱化。

一些系統利用反饋揚聲器與附加的若干傳聲器之間的反饋斜率來實現混響。在聲能衰減過程中，信號通過傳聲器與揚聲器的組合大約50次～100次。即使在某些系統中可以通過電聲形成附加早期反射聲，利用此方法所達到的理想聲學條件下的靈活性也將大大受限。

5 案例

以下兩個案例展示了上述情況的實際應用。

（1）薩爾斯堡音樂節的巖石廳

奧地利薩爾斯堡巖石廳，見圖3～圖5，在世界著名歌劇院中有著很高的聲譽，其舞臺后墻由巖石雕刻而成，擁有可伸縮的舞臺天花板。除了上演古典歌劇與音樂會，此廳堂在薩爾斯堡音樂節時也承接大型現代歌劇演出。

此劇院配備固定的斯泰克Vivace系統，可用于針對特定觀眾、樂隊規模及演出形式的音效校正與微調。包含了72只固定揚聲器、約16只可加入布景的可變揚聲器。傳聲器可以借助燈光橋上的伸縮吊桿自由安裝在舞臺上方。

演示廳的音效非常出色，特別是在音樂節的現代歌劇演出中，效果更為突出。這些音效可以裝于聲音載體上，在觀眾區靈活移動。根據藝術要求，音效可以在音效間內擴聲。這個附加的模擬房與音效載體相呼應，增強了音效的主觀沖擊感。

（2）奧伯阿梅爾高

在位于德國的小村莊奧伯阿梅爾高，有一種特別的劇場表演——《基督受難劇》。這里的居民每10年表演一次這種劇目，已經延續350多年了。100年前，這里建造了一座精巧的劇場，見圖6～圖7，擁有5 000座位，迎接了前來觀看演出的50萬名觀眾。

這種演出的特殊挑戰是舞臺超大，能容納800名演員。在以往300多年的演出歷史中，這些非專業演員從未通過擴聲設備與觀眾交流。在一個廣大的舞臺上，有眾多演員，一個重要問題是讓觀眾聽到是其中哪位在講臺詞。這就需要安裝一套系統，能夠精確定位演員的位置，見圖8。

憑借vivace系統，可以通過固定傳聲器與觀眾席的多只揚聲器分別在近、中、遠的距離保留所有演員的準確位置。如前段所述，每只揚聲器設置是通過Vivace模擬工具并在每只傳聲器的覆蓋區域基礎上設定。

另外，系統的擴聲功能還可用來加強合唱、樂隊以及獨唱者間奏的混響效果。由于場館巨大的容積，即使在滿座條件下混響時間依然過長。為了使混響與室內反應在只有音樂時也能感受到，這里應用了略低的早期混響時間與略高的混響級。

在不演《基督受難劇》的年份，劇場成為專業的巴伐利亞劇場。在這類演出中，演員配備無線傳聲器與追蹤系統發射器。追蹤系統天線通過高頻脈沖檢測到演員位置并將其傳輸給Vivace系統。舞臺被分隔成若干聲源區域，當演員處于某一聲源位置時，其信號就以合理的延遲時間、聲能級與過濾傳輸給揚聲器。當演員移動至下一聲源區域，兩區域之間可以實現流暢的轉接。

作者簡介：

甘特·恩格爾，現任德國Mueller-BBM國際有限公司研發部部長，多年來參與眾多劇場、歌劇院、音樂廳及戶外大型演出的策劃和聲系統設計，包括古典交響樂音樂會、狂歡節和大型電視演出等。參與項目包括：美國紐約州劇院、澳大利亞Felsenreitschule Salzburg Festival劇場、德國Concert Hall University of Augsburg音樂廳、德國Dornier Museum Friedrichshafen博物館、卡塔爾多哈Katara Amphitheater露天劇場等工程的建聲、電聲及相關項目。endprint