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沉浸式擴(kuò)聲系統(tǒng)中置聲道的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
 

    人對(duì)于聲音方位的判斷主要是基于雙耳效應(yīng)產(chǎn)生的。由于聲源振動(dòng)能量到達(dá)兩只耳朵存在時(shí)間差和強(qiáng)度差，人才能憑借這些信息判斷出聲音傳來(lái)的方向。立體聲音響系統(tǒng)正是利用這一原理將重放聲音的時(shí)間差和強(qiáng)度差信息還原出來(lái)，通過(guò)兩個(gè)聲道創(chuàng)造出虛擬的聲像定位，模擬音源真實(shí)的發(fā)聲狀態(tài)。但立體聲系統(tǒng)并不能滿(mǎn)足人們對(duì)于擴(kuò)聲的全部要求。雖然在錄音棚和家庭影院等小型空間中能夠得到良好的聲像還原效果，但傳統(tǒng)的立體聲系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲中的應(yīng)用仍然存在制約。一方面，現(xiàn)場(chǎng)演出的觀眾數(shù)量較多，立體聲定位只對(duì)于觀眾席中間區(qū)域的小部分觀眾才準(zhǔn)確，越是偏離觀眾席中軸線，定位偏差越大，立體聲聽(tīng)感會(huì)越差。因此，極端靠近左右兩側(cè)的觀眾實(shí)際上獲得的只有一邊聲道重放的信號(hào)。另一方面，單聲道信號(hào)在立體聲系統(tǒng)中重放成為難題，單聲道信息被左右揚(yáng)聲器分別重放時(shí)會(huì)在不同位置產(chǎn)生時(shí)間差和強(qiáng)度差，由此產(chǎn)生的梳狀濾波效應(yīng)會(huì)造成聲像漂移和語(yǔ)言清晰度下降，如果再疊加不理想的聲學(xué)環(huán)境，這種聲像漂移和語(yǔ)言清晰度的損失會(huì)變得更為嚴(yán)重。上述問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致音響效果大打折扣。

　　中置聲道的引入則能夠在某種程度上改善上述問(wèn)題，筆者針對(duì)揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的中置聲道設(shè)計(jì)理念及考慮相關(guān)因素進(jìn)行探討，力求為廣大從業(yè)者提供有益的參考。

1、前期準(zhǔn)備工作

　　在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，首先應(yīng)該對(duì)節(jié)目?jī)?nèi)容和場(chǎng)地分別進(jìn)行了解，這是設(shè)計(jì)任何系統(tǒng)都不可或缺的重要準(zhǔn)備工作。

　　在節(jié)目?jī)?nèi)容方面，需要了解各節(jié)目素材使用立體聲和單聲道的情況（有哪些素材是立體聲、哪些是單聲道）及其在節(jié)目呈現(xiàn)過(guò)程中起何種作用、聲像定位的精確程度要求，是否包含聲像運(yùn)動(dòng)效果等，這些信息將決定是否需要中置揚(yáng)聲器。

　　在場(chǎng)地測(cè)量方面，需要盡可能精確地測(cè)繪場(chǎng)地的具體數(shù)據(jù)，包括舞臺(tái)形狀和大小、觀眾席布局和尺寸、房間結(jié)構(gòu)、聲學(xué)環(huán)境（反射面、溫度、濕度）等，并將這些因素列入考慮范疇。在測(cè)量時(shí)獲得的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確越全面，擴(kuò)聲覆蓋模擬結(jié)果也就越接近真實(shí)的情況。更重要的是，揚(yáng)聲器的安裝方式能否按照計(jì)劃實(shí)現(xiàn)，揚(yáng)聲器組能否按照預(yù)設(shè)位置來(lái)吊掛或者擺放，都取決于場(chǎng)地測(cè)量時(shí)收集的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和周全程度。

　　當(dāng)獲得足夠的場(chǎng)地信息之后，需要利用揚(yáng)聲器廠家提供的模擬軟件（或者通過(guò)Ease Focus這種基于GLL文件的通用設(shè)計(jì)軟件）進(jìn)行建模，這些軟件可在可視化的條件下，實(shí)時(shí)調(diào)整并計(jì)算不同設(shè)計(jì)方案的覆蓋均勻度以及聲壓級(jí)分布，較為復(fù)雜的模擬軟件（如Ease）甚至可以將反射和墻面材質(zhì)的吸聲特性都考慮在內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)反射情況的模擬（見(jiàn)圖1）。系統(tǒng)建模和預(yù)測(cè)的重要作用在于讓系統(tǒng)工程師在裝臺(tái)開(kāi)始之前就能夠做好全部的計(jì)劃和準(zhǔn)備工作，進(jìn)而起到減少正式施工時(shí)長(zhǎng)并提高工作效率的作用。



2、揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的要素

　　在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合前期測(cè)量的數(shù)據(jù)做出一些選擇，主要考慮場(chǎng)地信息和演出內(nèi)容的需求。具體可以體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

2.1 演出的聲音內(nèi)容中是否含有大量的對(duì)白或人聲

　　如今，以對(duì)白或人聲為主要內(nèi)容的演出非常多，無(wú)論是話劇、音樂(lè)劇或傳統(tǒng)戲曲等戲劇演出，還是演講、會(huì)議等內(nèi)容為主的商務(wù)活動(dòng)，對(duì)于人聲清晰度的要求都非常高。如果觀眾無(wú)法清晰地聽(tīng)到演講者的臺(tái)詞，或在演出過(guò)程中還要分心思考某一句聽(tīng)上去模棱兩可的臺(tái)詞是哪位演員說(shuō)的，那還何談欣賞戲劇作品或是領(lǐng)會(huì)會(huì)議和演講的內(nèi)容呢？這些人聲信息量相對(duì)較大的應(yīng)用場(chǎng)景，單聲道系統(tǒng)最容易發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，更適合考慮使用中置揚(yáng)聲器。尤其是立體聲系統(tǒng)重放單聲道信息時(shí)，由于觀眾所處的位置不同，往往會(huì)在覆蓋的交疊區(qū)域上使同一信號(hào)產(chǎn)生強(qiáng)度差和時(shí)間差，從而造成梳狀濾波效應(yīng)，在個(gè)別頻率產(chǎn)生疊加或抵消，在降低語(yǔ)言清晰度的同時(shí)也會(huì)影響到聲像定位的準(zhǔn)確性（有關(guān)兩組音箱覆蓋區(qū)域交疊處信號(hào)的強(qiáng)度和時(shí)間差的問(wèn)題比較復(fù)雜，將會(huì)另外進(jìn)行討論）。使用中置聲道專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)這類(lèi)節(jié)目的擴(kuò)聲是一個(gè)非常有效的解決辦法，可以把中置聲道作為人聲使用，而將其他對(duì)立體聲定位有要求的內(nèi)容發(fā)送給立體聲的左右揚(yáng)聲器。

2.2 主擴(kuò)系統(tǒng)是否足以應(yīng)對(duì)演出場(chǎng)地的寬度

　　每個(gè)演出場(chǎng)地的觀眾席設(shè)計(jì)都不太相同。現(xiàn)在，有很多劇場(chǎng)的舞臺(tái)（或者臨時(shí)搭建的舞臺(tái)）非常的寬，觀眾席則會(huì)根據(jù)舞臺(tái)形狀被設(shè)計(jì)成更寬的扇形，這種設(shè)計(jì)多出于給予觀眾更好的舞臺(tái)視野的考慮，但過(guò)寬的舞臺(tái)（或觀眾席）對(duì)于擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)卻存在巨大的挑戰(zhàn)。為了在常規(guī)應(yīng)用中盡可能避開(kāi)側(cè)墻的反射，主擴(kuò)揚(yáng)聲器的水平覆蓋角度通常被控制在90°～120°之間，然而普通的線陣列揚(yáng)聲器無(wú)法覆蓋很寬的范圍。在這種情況下，如果只使用一套立體聲系統(tǒng)來(lái)覆蓋很寬的觀眾席，就很容易造成觀眾席前中部甚至是整個(gè)中部能量的嚴(yán)重缺失。因此，加入中置揚(yáng)聲器來(lái)補(bǔ)充這一部分區(qū)域缺失的能量是非常必要的。

　　如果觀眾席中部的能量缺失區(qū)域較大，縱深較深，則適合使用中置揚(yáng)聲器來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充；如果只有少數(shù)兩三排座位需要補(bǔ)充，則可以考慮使用臺(tái)唇補(bǔ)聲系統(tǒng)。在調(diào)試過(guò)程中需要注意，在指向性無(wú)法得到良好控制的低頻區(qū)域，還有中置系統(tǒng)和左右揚(yáng)聲器系統(tǒng)之間可能產(chǎn)生的相互干擾。

2.3 演出場(chǎng)地是否適合使用中置揚(yáng)聲器

　　任何解決方案都存在一定的局限性。這些局限性主要來(lái)自于劇場(chǎng)的尺寸、舞臺(tái)的結(jié)構(gòu)、觀眾席座位的分布以及劇場(chǎng)的聲學(xué)環(huán)境等要素。使用中置揚(yáng)聲器對(duì)于那些舞臺(tái)鏡框特別高的場(chǎng)地可能不是一個(gè)好的選擇。吊掛的高度決定了聲源發(fā)出的位置（見(jiàn)圖2），若揚(yáng)聲器與觀眾席垂直方向的夾角大于30°，位于前排的觀眾就有可能會(huì)感覺(jué)到垂直方向上的聲像漂移，產(chǎn)生人聲或?qū)Π讈?lái)自頭頂而非前方的感覺(jué)。此時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮通過(guò)臺(tái)唇補(bǔ)聲系統(tǒng)來(lái)覆蓋前排觀眾席，中置系統(tǒng)從3排或4排之后的區(qū)域開(kāi)始覆蓋。



3、揚(yáng)聲器系統(tǒng)的安裝方式

　　現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲中，根據(jù)不同場(chǎng)地中置聲道揚(yáng)聲器的安裝方式也略有不同。由于揚(yáng)聲器安裝位置不得影響表演者及觀眾，所以無(wú)論在室內(nèi)劇場(chǎng)還是室外的舞臺(tái)，安裝基本不會(huì)落地，而是更多采用吊掛的方式。安裝位置在水平方向上基本都處于舞臺(tái)鏡框式上沿的正中，垂直方向上的高度需考慮鏡框高度、揚(yáng)聲器陣列對(duì)觀眾席的覆蓋，以及是否與舞美、燈光和機(jī)械等其他設(shè)備存在沖突。

　　吊掛安裝帶來(lái)的好處是，揚(yáng)聲器距最前排和最后排觀眾的距離差，較落地時(shí)其到最前排和最后排觀眾的距離差更小，聲壓級(jí)覆蓋更均勻，離軸響應(yīng)也更好；顯而易見(jiàn)的是，吊掛可減少對(duì)前排觀眾視覺(jué)上的遮擋。同樣，吊掛安裝也帶來(lái)了不好的影響，就是前文提到的由于安裝位置過(guò)高帶來(lái)的聲像漂移問(wèn)題。解決這一問(wèn)題的辦法，通常是系統(tǒng)工程師通過(guò)增加臺(tái)唇補(bǔ)聲揚(yáng)聲器，來(lái)達(dá)到下拉聲像的目的。揚(yáng)聲器吊掛由于缺少地面反射所帶來(lái)的界面負(fù)載效應(yīng)，相較于落地安裝的方式，其低頻響應(yīng)會(huì)略差一些。由于中置聲道主要承擔(dān)人聲信號(hào)的重放，更少的低頻反而適合語(yǔ)言的重放，從這一點(diǎn)來(lái)講，低頻響應(yīng)的缺失反而可以算作一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

　　標(biāo)準(zhǔn)劇場(chǎng)中，中置揚(yáng)聲器組的安裝通常分為暗裝和明裝兩種。暗裝一般是安裝在舞臺(tái)鏡框上沿預(yù)留的聲橋當(dāng)中，如北京天橋劇場(chǎng)（圖3）。明裝則是吊掛在舞臺(tái)燈桿或預(yù)留的吊點(diǎn)上，如北京天橋藝術(shù)中心大劇場(chǎng)（圖4）。暗裝對(duì)觀眾的視覺(jué)影響最小，如果劇場(chǎng)擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，建筑聲學(xué)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，且在鏡框高度不是很高的情況下，劇場(chǎng)中置聲道暗裝是最好的安裝方式。但是國(guó)內(nèi)劇場(chǎng)的實(shí)際情況并不樂(lè)觀，且不同演出的系統(tǒng)工程師和音響設(shè)計(jì)師都有各自的設(shè)計(jì)和考量，暗裝中置聲道位置又基本不可調(diào)整，所以很多劇場(chǎng)中暗裝的中置聲道使用率很低。明裝的中置聲道更便于安裝、拆卸以及調(diào)整，更加適合流動(dòng)性強(qiáng)的演出，因此，越來(lái)越多的現(xiàn)代化劇場(chǎng)采用這種安裝方式。




4、中置聲道揚(yáng)聲器的選擇

　　中置聲道揚(yáng)聲器的選型主要考慮實(shí)際場(chǎng)地的聲覆蓋需求以及演出內(nèi)容。從聲能衰減特性的角度，可選擇的揚(yáng)聲器類(lèi)型主要是點(diǎn)聲源揚(yáng)聲器和線陣列揚(yáng)聲器。點(diǎn)聲源揚(yáng)聲器的聲能衰減特性接近于球面波（距離增加一倍，聲能衰減6 dB），更適合于觀眾席縱深不長(zhǎng)，形狀較為規(guī)則的小型場(chǎng)地。線陣列揚(yáng)聲器的聲能衰減特性接近于柱面波（距離增加一倍，聲能衰減3 dB），更適合于觀眾席縱深長(zhǎng)，形狀較不規(guī)則的大場(chǎng)地。由于線陣列揚(yáng)聲器是通過(guò)多個(gè)單元在垂直方向上的耦合達(dá)到指向性控制的，所以，當(dāng)觀眾距揚(yáng)聲器過(guò)近時(shí)，會(huì)感覺(jué)到明顯的梳狀濾波器效應(yīng)，近距離聽(tīng)感不如點(diǎn)聲源揚(yáng)聲器自然。

　　中置聲道揚(yáng)聲器的選型還要考慮和左右聲道揚(yáng)聲器的關(guān)系，理想的方案是左中右三聲道的揚(yáng)聲器選型（類(lèi)型、功率、數(shù)量等）一致，但由于實(shí)際劇場(chǎng)以及演出內(nèi)容的限制，很難做到這一點(diǎn)。北京天橋藝術(shù)中心大劇場(chǎng)的舞臺(tái)上沿有足夠的空間進(jìn)行安裝，因此采用了左中右三組L-Acoustics的Kara系列揚(yáng)聲器，每個(gè)聲道12只。選型一致的揚(yáng)聲器為場(chǎng)地內(nèi)帶來(lái)相對(duì)更加均勻的覆蓋，以及更一致的頻率響應(yīng)。但也由于中置聲道相對(duì)安裝在更高的位置，揚(yáng)聲器系統(tǒng)需要加入前區(qū)補(bǔ)聲以及下拉聲像系統(tǒng)來(lái)解決聲像漂移的問(wèn)題。

　　此外，還有一些劇場(chǎng)由于應(yīng)用場(chǎng)景的不同，揚(yáng)聲器系統(tǒng)既要減少舞臺(tái)垂直方向上對(duì)觀眾的視覺(jué)影響，還要滿(mǎn)足較寬觀眾席對(duì)水平覆蓋的需求。例如美國(guó)明尼阿波利斯會(huì)展中心使用ARCS恒定曲率線陣列揚(yáng)聲器，這種揚(yáng)聲器陣列在垂直方向上的輻射角度不可調(diào)整，但水平角度上中置揚(yáng)聲器幾乎可以覆蓋到整個(gè)觀眾席，甚至可以比左右聲道揚(yáng)聲器承擔(dān)更大的功率，這對(duì)于以語(yǔ)言類(lèi)為主的會(huì)議等應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)是十分方便且有效的。



5、不同節(jié)目類(lèi)型信號(hào)的分配方式

　　不同節(jié)目類(lèi)型的中置聲道信號(hào)的發(fā)送方式也是不同的。現(xiàn)場(chǎng)演出中，較為常用的是LCR和LR+C兩種母線分配方式。兩者的區(qū)別在于：在LCR模式下，通道中的PAN會(huì)影響到中置聲道的發(fā)送量，也就是說(shuō)當(dāng)聲像在左側(cè)時(shí)由L+C重放信號(hào)，右側(cè)時(shí)為R+C，中間和極左極右則單獨(dú)對(duì)應(yīng)C、L、R，這對(duì)于具有運(yùn)動(dòng)軌跡的聲像定位會(huì)更加細(xì)致，但由于C信號(hào)無(wú)法單獨(dú)控制發(fā)送量，對(duì)于信號(hào)分配的靈活度便會(huì)降低；而LR+C模式與前者相反，可以單獨(dú)控制C信號(hào)的發(fā)送量，給信號(hào)分配帶來(lái)方便，但用于聲像定位的依然只有LR這對(duì)立體聲系統(tǒng)。對(duì)于節(jié)目?jī)?nèi)容信號(hào)可以分為三種：對(duì)白信號(hào)、音樂(lè)信號(hào)以及效果信號(hào)。

　　對(duì)于對(duì)白語(yǔ)信號(hào)，首先，要考慮擴(kuò)聲與直達(dá)聲之間的關(guān)系。當(dāng)場(chǎng)地較小而演員直達(dá)聲較大時(shí)，完全可以采用補(bǔ)聲的方式進(jìn)行工作。此時(shí)，相比中置信號(hào)來(lái)說(shuō)，兩側(cè)(L、R)信號(hào)需要更大一些，因?yàn)閮蓚?cè)的觀眾離聲源較遠(yuǎn)，補(bǔ)充清晰度所需要的聲壓級(jí)相對(duì)較高。當(dāng)以擴(kuò)聲為主要聲音來(lái)源時(shí)，在直達(dá)聲不足的情況下就需要以中置信號(hào)為主，以此獲得良好的定位和清晰度。其次，在信號(hào)的選擇上，如果中置聲道可以完全覆蓋到全場(chǎng)的每一個(gè)座位，那么，只使用中置聲道重放對(duì)白是最理想的方式，因?yàn)閱我宦曉床粫?huì)產(chǎn)生梳狀濾波等問(wèn)題，是與自然聲源最接近的形式；若中置揚(yáng)聲器不能滿(mǎn)足對(duì)觀眾席完全的覆蓋，則可以將人聲進(jìn)行編組，再以不同比例分別發(fā)送至L、C、R的矩陣中。最后，如果有多重人聲信號(hào)，例如領(lǐng)唱與伴唱、獨(dú)白與群誦等，可以根據(jù)這些內(nèi)容的主次有選擇地將其發(fā)送至不同的母線，筆者一般會(huì)將主要領(lǐng)唱或獨(dú)唱內(nèi)容發(fā)送至C，其他人聲信號(hào)發(fā)送至L、R，以求更好地突出重要內(nèi)容，避免人聲聲像過(guò)度擁擠，造成聽(tīng)感上的混亂。

　　對(duì)于音樂(lè)信號(hào)來(lái)說(shuō)，中置揚(yáng)聲器并不起主要作用。立體聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)則是更加適合音樂(lè)信號(hào)重放的工具。當(dāng)立體聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)無(wú)法很好地覆蓋觀眾席的中間區(qū)域時(shí)，可以考慮利用中置揚(yáng)聲器覆蓋。

　　對(duì)于聲音效果信號(hào)來(lái)說(shuō)，中置揚(yáng)聲器可以起到明顯的過(guò)渡作用，輔助L、R表現(xiàn)在一段時(shí)間內(nèi)從正前方通過(guò)的某個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，最典型的例子是飛機(jī)飛過(guò)以及物體滑行這種具有方向引導(dǎo)性的音效。如果沒(méi)有中置揚(yáng)聲器，當(dāng)舞臺(tái)較寬時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的跳躍感，即聲音到中間忽然變小。此時(shí)，采用LCR的母線設(shè)置方式可以利用C很好地銜接L、R，形成完整的過(guò)渡過(guò)程，使重放運(yùn)動(dòng)軌跡的音效更加自然。

6、結(jié)語(yǔ)

　　現(xiàn)場(chǎng)演出中，根據(jù)情況實(shí)際還有很多更加靈活使用中置聲道的方法，但無(wú)論怎樣使用中置揚(yáng)聲器，都要以聲學(xué)原理為依托，結(jié)合內(nèi)容的需要與場(chǎng)地的實(shí)際情況多方考慮加以利用。