江蘇大劇院歌劇廳擴聲系統(tǒng)設計

蔡建清

[摘要]介紹江蘇大劇院歌劇廳擴聲系統(tǒng)的功能定位，介紹舞臺擴聲系統(tǒng)的設備配置以及對擴聲系統(tǒng)的測試結果。

[關鍵詞]江蘇大劇院；擴聲系統(tǒng)；線陣列揚聲器；網絡構架

江蘇大劇院是一個集演藝、會議、展示、娛樂等功能為一體的大型文化綜合體，項目包括2280座的歌劇廳、1505座的音樂廳、1001座的戲劇廳、2700座的綜藝廳（江蘇人民大會堂）、760座的國際報告廳、375座的多功能廳和467座的電影院，以及藝術品展廳、錄音棚等配套設施，形成劇院建筑群。筆者以歌劇廳為例，介紹其擴聲系統(tǒng)的功能定位及系統(tǒng)設計。

1歌劇廳概況

歌劇廳采用“品”字形舞臺，臺口尺寸為18.4m×12m；觀眾廳吊頂為多曲面擴散造型設計（GRCJ），主舞臺區(qū)進深可根據(jù)劇情需要調整，通常為25m，打開后區(qū)防火幕，主舞臺表演區(qū)可延伸至35.4m，從樂池到后舞臺區(qū)的最大進深達57m，在天幕區(qū)還設有一塊可升降式、點間距為3mm的LED全彩屏（22m×12m）。

樂池由2塊升降塊組成，其中樂池1#為單層臺，樂池2#為雙層臺（見圖1），可靈活實現(xiàn)大中小樂池的轉換，整個樂池面積約130㎡，能滿足大型樂隊的演出需求。

歌劇廳是一個以歌劇、戲劇、會議、音樂、通俗音樂演出活動為主的場所，擴聲系統(tǒng)應重點滿足歌劇、舞劇、戲劇（含話劇）、大型綜藝晚會以及樂隊的演出，兼顧政府會議或國際會議等擴聲的要求。為此，歌劇廳的擴聲系統(tǒng)應最大限度地、準確地體現(xiàn)出語言的清晰度和音樂的明晰度。系統(tǒng)按GB50371-2006《廳堂擴聲系統(tǒng)設計規(guī)范》中規(guī)定的文藝演出類擴聲一級指標進行設計。

2擴聲系統(tǒng)設計

對擴聲系統(tǒng)而言，應該將傳統(tǒng)的“工程”設計理念提升到“工程藝術”相結合的層次，全面地滿足表演藝術的需要。

歌劇廳擴聲系統(tǒng)包括左、中、右三聲道主擴聲揚聲器、拉聲像揚聲器、超低頻揚聲器、補聲揚聲器、舞臺擴聲揚聲器及流動返聽揚聲器和多聲道效果聲揚聲器，并采用全數(shù)字化的信號傳輸及控制系統(tǒng)（見圖2），其中，中央控制室即信號交換機房；主控臺、備份臺均設在音控室；環(huán)繞聲處理器設在功率放大器室。

2.1擴聲揚聲器系統(tǒng)設汁

觀眾廳主擴聲揚聲器系統(tǒng)設計采用三聲道模式。在臺口上方聲橋中間設置中央揚聲器組，左、右聲道在聲橋和臺口兩側八字墻位置分上、下兩層安裝，其音源由調音臺左、中、右三組各自分立的輸出通道提供（見圖3）。傳聲器拾取的人聲信號與節(jié)目源播放的雙聲道立體聲信號，經調音臺的聲像調節(jié)器（PAN）分配處理，利用各聲道信號的強度差來轉換成左、中、右三聲道輸出，能夠準確地再現(xiàn)舞臺上左、右方向移動的活動聲源，獲得聲像定位感良好的三聲道系統(tǒng)（見圖4、圖5），使臨場感更準確地再現(xiàn)給觀眾。三聲道擴聲模式既保證了語言擴聲的清晰度，又能滿足歌舞、戲劇、文藝演出等劇目演出時準確的聲像定位和音樂的豐滿度、明亮度，能較好地解決音樂和人聲兼容擴聲的問題。

左、中、右聲道揚聲器組及側面補聲揚聲器、臺唇補聲揚聲器、樓座卜.方補聲揚聲器共同組成主擴聲揚聲器系統(tǒng)。

2.1.1中央聲道揚聲器組

中央聲道采用了線源陣列技術。線聲源陣列具有更強的垂直指向性控制能力，使中后場觀眾可以獲得更多的直達聲，有助于提高清晰度。經過MAPP高精度聲學綜合分析軟件的模擬，最終選定了4只d&bJ8;系列線陣列揚聲器作為中央聲道揚聲器組，主要用于主擴聲和聲像定位、SISTM中間聲道的人聲和樂器獨奏的擴聲、播放視頻電影時的中置聲道（見圖6）。

2.1.2左、右聲道揚聲器組

由于歌劇廳的建筑聲學按照歌劇廳自然聲演出設計，混響時間相對較長，為了獲得良好的主觀聽感，必須提高主擴聲的直達聲能比。左、右聲道采用d&b; J8恒指向性線陣列揚聲器系統(tǒng)及低頻陣列，在提高直達聲能比的同時，兼顧聽感自然度。

安裝在聲橋的左、右聲道上層揚聲器組覆蓋二、三層樓座觀眾區(qū)，利用恒指向性線陣列揚聲器的覆蓋特性，將聲能集中投向二、三層樓座觀眾區(qū)（見圖7），避免聲波溢出對臺口兩側耳光室側墻和對舞臺、樂池的輻射產生影響。

安裝在臺口兩側的左右聲道下層揚聲器組，將聲能集中投向一層池座觀眾區(qū)，利用哈斯效應，可使一層池座觀眾的聲像整體明顯下移，達到聲像一致的視聽效果，消除聲音的壓頂感覺，同時又可彌補前排觀眾席的聲壓級不足。左、右各配置1只d&b12S;同軸揚聲器系統(tǒng)，作為側面補聲全頻揚聲器，暗裝于臺口兩側八字墻內，作為左右聲道F層揚聲器組的一部分。為擴展系統(tǒng)的低頻下限、增加震撼力度，在臺口兩側全頻揚聲器陣列的側邊各配置r3只d&b; B2-SUB雙18英寸超低頻揚聲器，采用反向安裝設計，形成心形指向。

經過聲場分析，左右聲遂揚聲器的設置基本上可以覆蓋全場（見圖8、圖9）。

2.1.3池座補聲揚聲器組

由于池座前區(qū)觀眾距離聲橋主擴揚聲器系統(tǒng)的高度超過13m，仰角大于60。，在聽音上不僅使得中央主揚聲組和舞臺上的演員所發(fā)出的聲音聲像分離，且來自舞臺上的演員自然聲級遠小于來自聲橋中央揚聲器的聲級，前區(qū)觀眾會覺得聲音來自頭頂，而非舞臺上的表演者，這時觀眾的視與聽覺得不到統(tǒng)一。為解決這種聲像不一致的矛盾，且彌補觀眾席前區(qū)音量的不足，在舞臺臺唇及樂池前沿分別設置補聲揚聲器系統(tǒng)（見圖10），達到聲像一致的視聽效果，消除聲音的壓頂感覺，同時提高聲壓級及語言清晰度。

在臺唇邊沿均布設置6只d&b5S;小功率同軸揚聲器系統(tǒng)，在樂池欄桿前方均布設置9只5S小功率同軸揚聲器系統(tǒng)，隱蔽安裝（見圖11、圖12）。

2.1.4樓座下方補聲揚聲器組

一層挑臺下方、二層挑臺下方及觀眾廳天花各安裝有6只d&b8S;（共18只）同軸揚聲器系統(tǒng)，補充樓座下方區(qū)域的直達聲能量（見圖13、圖14）。

2.1.5效果聲揚聲器組

為了配合不同的演出需要，實現(xiàn)特殊聲音的聲場與效果，在左、中、右三聲道方式的基礎上，觀眾廳及舞臺區(qū)通過英國Timax2多通道聲場矩陣控制器組成多通道效果聲揚聲器系統(tǒng)，實現(xiàn)模擬及重放效果聲的需要。

觀眾廳效果聲揚聲器共計48只，以固定隱藏的方式進行安裝。在池座觀眾廳左右兩邊側墻和后墻安裝14只d&b; 8S同軸揚聲器；在一層樓座觀眾廳左右兩邊側墻和后墻安裝10只8S同軸揚聲器（見圖15）；在二層樓座觀眾廳左右兩邊側墻和后墻安裝10只8S同軸揚聲器；在觀眾廳上空天花布置了14只大功率全頻揚聲器MAX12揚聲器（見圖16）。同時，使用Timax2多通道聲場矩陣控制器實現(xiàn)通道的獨立控制及獨立功率放大器推動，實現(xiàn)全方位大動態(tài)效果聲還原。

2.2舞臺擴聲揚聲器系統(tǒng)

舞臺擴聲系統(tǒng)主要為在舞臺上的演員服務，采用固定與流動相結合的形式，可滿足各類多變的演出形式。

（1）舞臺上固定安裝12只兩分頻全頻揚聲器和2只低頻揚聲器供主舞臺、側舞臺和后舞臺擴聲之用。其中，10只全頻揚聲器固定安裝在臺口附近的燈光吊桿上和臺口兩側柱光架上，覆蓋主舞臺；另2只固定安裝在后舞臺與主舞臺之間的天橋上，覆蓋后舞臺。

（2）配備8只流動揚聲器，既可以置于地面或支架上為主舞臺擴聲，還可以安裝于主舞臺和后舞臺之間的兩側位置作為舞臺效果聲揚聲器使用。

舞臺的上場口、下場口共設置了32路的揚聲器功率線輸出接口，通過功率放大器輸出跳線，滿足每只流動揚聲器任意接入使用。

2.3備份方式

系統(tǒng)采用多重備份方式，主系統(tǒng)共配置Stagetec Crescendo調音臺兩張，分別置于現(xiàn)場調音位與音控室，互為備份；且監(jiān)聽調音臺Yamaha CL5也能夠對信號進行備份。

主備系統(tǒng)的信號切換由功率放大器內置的DSP處理模塊完成，無需手動切換。

功率放大器配置d&b;系統(tǒng)監(jiān)控器，可對每只揚聲器的功率放大器模塊狀態(tài)進行監(jiān)控。

3測試結果與評價

2017年3月7日，中國藝術科技研究所舞臺設備檢測中心對江蘇大劇院歌劇廳進行了現(xiàn)場擴聲測試。測點選取：池座選測16個測點，樓座選測8個測點，共24個測點；測點距離地面高度均為1.2m，測量在晚上22：00～24：00時段進行，現(xiàn)場溫度10.2°C，相對濕度52%。由于觀眾廳對稱，所以只取一半測點。

3.1聲場不均勻度

穩(wěn)態(tài)聲場不均勻度是指廳堂內（有擴聲時）觀眾席處各測點穩(wěn)態(tài)聲壓級的最大差值。測量信號用1/3倍頻程粉紅噪聲。測量在100 Hz、1kHz、4kHz、8kHz分別進行（測試結果見表1）。符合GB50371-2006《廳堂擴聲系統(tǒng)設計規(guī)范》中文藝演出類擴聲系統(tǒng)一級指標對穩(wěn)態(tài)聲場不均勻的要求：100Hz時不大于10dB，1000Hz時不大于6dB，8000Hz時不大于8dB。

3.2傳輸頻率特性

采用1/3倍頻程粉紅噪聲信號直接饋入擴聲系統(tǒng)調音臺輸入端，調節(jié)噪聲源的輸出，使測點的信噪比滿足測量條件要求。改變1/3倍頻程帶通濾波器的中心頻率，保持各頻段電平值恒定（不失真），在觀眾廳內規(guī)定的測點上測量聲壓級（測試結果見圖17）。測試結果反映：頻率響應較為平滑，各個頻段均衡。

3.3傳聲增益

輸入粉紅噪聲，用聲輸入法（原理框圖見圖18）測得各測量點穩(wěn)態(tài)聲壓級，并計算傳聲增益。測試原理為：計算擴聲系統(tǒng)在最高可用增益時，廳堂內各測量點穩(wěn)態(tài)聲壓級平均值與擴聲系統(tǒng)傳聲器處穩(wěn)態(tài)聲壓級的差值。測量并計算其結果為-3.89 dB。符合GJB50371-2006《廳堂擴聲系統(tǒng)設計規(guī)范》中文藝演出類擴聲系統(tǒng)一級指標對傳聲增益的要求：80Hz～8kHz的平均值大于或等于-8dB。

3.4最大聲壓級

輸入粉紅噪聲，用電輸入法（原理框圖見圖19）測得各測量點產生的穩(wěn)態(tài)最大聲壓級，并計算平均使，結果為114dB。符合GB50371-2006《廳堂擴聲系統(tǒng)設計規(guī)范》中文藝演出類擴聲系統(tǒng)一級指標對最大聲壓級的要求：額定通帶內的最大聲壓級大于或等于106dB。

3.5系統(tǒng)總噪聲級

開啟所有擴聲設備，當擴聲系統(tǒng)達最高可用增益，且無有用信號輸入時，測得廳堂內各測點噪聲聲壓級并計算平均值（原理框圖見圖20，測試結果見表2），并以NR曲線來評價。基本符合GJB50371-2006《廳堂擴聲系統(tǒng)設計規(guī)范》文藝演出類擴聲系統(tǒng)一級指標中總噪聲級低于NR-30的要求。

4結語

經過測試，歌劇廳擴聲系統(tǒng)具有較大的動態(tài)裕量和儲備功率。江蘇大劇院于2017年8月5日正式投入運營，在實際應用過程中，除了大型演出、冰上芭蕾這樣對場地有特殊要求的演出，歌劇廳可以滿足其他各種演出的功能需要，具備接待世界一流表演團體的能力。