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    浅谈扩声系统中置声道的设计与应用


      人对于声音方位的判断主要是基于双耳效应产生的庄闲和庄闲和庄闲和。由于声源振动能量到达两只耳朵存在时间差和强度差,人才能凭借这些信息判断出声音传来的方向。立体声音响系统正是利用这一原理将重放声音的时间差和强度差信息还原出来庄闲和,通过两个声道创造出虚拟的声像定位庄闲和,模拟音源真实的发声状态。但立体声系统并不能满足人们对于扩声的全部要求。虽然在录音棚和家庭影院等小型空间中能够得到良好的声像还原效果,但传统的立体声系统在现场演出扩声中的应用仍然存在制约庄闲和庄闲和庄闲和庄闲和。一方面,现场演出的观众数量较多庄闲和,立体声定位只对于观众席中间区域的小部分观众才准确庄闲和,越是偏离观众席中轴线庄闲和,定位偏差越大庄闲和庄闲和,立体声听感会越差庄闲和庄闲和。因此,极端靠近左右两侧的观众实际上获得的只有一边声道重放的信号庄闲和庄闲和。另一方面庄闲和庄闲和,单声道信号在立体声系统中重放成为难题庄闲和庄闲和,单声道信息被左右扬声器分别重放时会在不同位置产生时间差和强度差庄闲和庄闲和,由此产生的梳状滤波效应会造成声像漂移和语言清晰度下降庄闲和,如果再叠加不理想的声学环境庄闲和,这种声像漂移和语言清晰度的损失会变得更为严重庄闲和庄闲和。上述问题会导致音响效果大打折扣庄闲和庄闲和庄闲和。

      中置声道的引入则能够在某种程度上改善上述问题,笔者针对扬声器系统设计中的中置声道设计理念及考虑相关因素进行探讨,力求为广大从业者提供有益的参考庄闲和庄闲和。

    1庄闲和、前期准备工作

      在进行系统设计前庄闲和,首先应该对节目内容和场地分别进行了解庄闲和,这是设计任何系统都不可或缺的重要准备工作庄闲和庄闲和。

      在节目内容方面庄闲和庄闲和,需要了解各节目素材使用立体声和单声道的情况(有哪些素材是立体声、哪些是单声道)及其在节目呈现过程中起何种作用庄闲和庄闲和庄闲和、声像定位的精确程度要求庄闲和,是否包含声像运动效果等,这些信息将决定是否需要中置扬声器庄闲和。

      在场地测量方面庄闲和庄闲和,需要尽可能精确地测绘场地的具体数据庄闲和庄闲和,包括舞台形状和大小庄闲和庄闲和庄闲和、观众席布局和尺寸庄闲和、房间结构庄闲和、声学环境(反射面、温度庄闲和、湿度)等庄闲和,并将这些因素列入考虑范畴。在测量时获得的数据越准确越全面,扩声覆盖模拟结果也就越接近真实的情况庄闲和。更重要的是,扬声器的安装方式能否按照计划实现庄闲和庄闲和,扬声器组能否按照预设位置来吊挂或者摆放,都取决于场地测量时收集的数据的准确和周全程度庄闲和庄闲和。

      当获得足够的场地信息之后庄闲和庄闲和,需要利用扬声器厂家提供的模拟软件(或者通过Ease Focus这种基于GLL文件的通用设计软件)进行建模庄闲和庄闲和,这些软件可在可视化的条件下庄闲和庄闲和,实时调整并计算不同设计方案的覆盖均匀度以及声压级分布,较为复杂的模拟软件(如Ease)甚至可以将反射和墙面材质的吸声特性都考虑在内庄闲和庄闲和,实现对反射情况的模拟(见图1)庄闲和庄闲和。系统建模和预测的重要作用在于让系统工程师在装台开始之前就能够做好全部的计划和准备工作庄闲和庄闲和,进而起到减少正式施工时长并提高工作效率的作用庄闲和庄闲和庄闲和。

    MAPP XT图1 利用MAPP XT对场地及扬声器覆盖情况进行模拟

    2庄闲和庄闲和庄闲和、扬声器系统设计需要考虑的要素

      在进行系统设计时,需要综合前期测量的数据做出一些选择,主要考虑场地信息和演出内容的需求。具体可以体现在以下三个方面庄闲和。

    2.1 演出的声音内容中是否含有大量的对白或人声

      如今庄闲和,以对白或人声为主要内容的演出非常多庄闲和庄闲和庄闲和,无论是话剧庄闲和、音乐剧或传统戏曲等戏剧演出庄闲和,还是演讲庄闲和庄闲和、会议等内容为主的商务活动庄闲和庄闲和,对于人声清晰度的要求都非常高庄闲和。如果观众无法清晰地听到演讲者的台词庄闲和庄闲和,或在演出过程中还要分心思考某一句听上去模棱两可的台词是哪位演员说的庄闲和庄闲和,那还何谈欣赏戏剧作品或是领会会议和演讲的内容呢庄闲和庄闲和?这些人声信息量相对较大的应用场景庄闲和,单声道系统最容易发挥其优势庄闲和,更适合考虑使用中置扬声器庄闲和庄闲和。尤其是立体声系统重放单声道信息时庄闲和庄闲和庄闲和,由于观众所处的位置不同庄闲和庄闲和庄闲和,往往会在覆盖的交叠区域上使同一信号产生强度差和时间差庄闲和庄闲和,从而造成梳状滤波效应庄闲和,在个别频率产生叠加或抵消庄闲和庄闲和,在降低语言清晰度的同时也会影响到声像定位的准确性(有关两组音箱覆盖区域交叠处信号的强度和时间差的问题比较复杂庄闲和,将会另外进行讨论)庄闲和。使用中置声道专门负责这类节目的扩声是一个非常有效的解决办法庄闲和庄闲和,可以把中置声道作为人声使用庄闲和庄闲和,而将其他对立体声定位有要求的内容发送给立体声的左右扬声器庄闲和庄闲和庄闲和。

    2.2 主扩系统是否足以应对演出场地的宽度

      每个演出场地的观众席设计都不太相同庄闲和庄闲和。现在庄闲和庄闲和,有很多剧场的舞台(或者临时搭建的舞台)非常的宽庄闲和庄闲和,观众席则会根据舞台形状被设计成更宽的扇形庄闲和,这种设计多出于给予观众更好的舞台视野的考虑,但过宽的舞台(或观众席)对于扩声系统设计来说却存在巨大的挑战庄闲和。为了在常规应用中尽可能避开侧墙的反射庄闲和,主扩扬声器的水平覆盖角度通常被控制在90°~120°之间,然而普通的线阵列扬声器无法覆盖很宽的范围庄闲和。在这种情况下庄闲和庄闲和,如果只使用一套立体声系统来覆盖很宽的观众席庄闲和庄闲和,就很容易造成观众席前中部甚至是整个中部能量的严重缺失。因此庄闲和,加入中置扬声器来补充这一部分区域缺失的能量是非常必要的庄闲和庄闲和。

      如果观众席中部的能量缺失区域较大庄闲和,纵深较深庄闲和,则适合使用中置扬声器来进行补充庄闲和庄闲和;如果只有少数两三排座位需要补充,则可以考虑使用台唇补声系统庄闲和。在调试过程中需要注意庄闲和庄闲和,在指向性无法得到良好控制的低频区域庄闲和,还有中置系统和左右扬声器系统之间可能产生的相互干扰庄闲和庄闲和庄闲和。

    2.3 演出场地是否适合使用中置扬声器

      任何解决方案都存在一定的局限性庄闲和。这些局限性主要来自于剧场的尺寸庄闲和、舞台的结构庄闲和、观众席座位的分布以及剧场的声学环境等要素庄闲和庄闲和。使用中置扬声器对于那些舞台镜框特别高的场地可能不是一个好的选择庄闲和。吊挂的高度决定了声源发出的位置(见图2)庄闲和庄闲和,若扬声器与观众席垂直方向的夹角大于30°庄闲和庄闲和,位于前排的观众就有可能会感觉到垂直方向上的声像漂移庄闲和,产生人声或对白来自头顶而非前方的感觉庄闲和庄闲和。此时庄闲和,设计时可以考虑通过台唇补声系统来覆盖前排观众席庄闲和庄闲和,中置系统从3排或4排之后的区域开始覆盖庄闲和庄闲和。

    Bob McCarthy理论图2 Bob McCarthy理论中扬声器安装高度对垂直声像定位感知的影响

    3庄闲和、扬声器系统的安装方式

      现场演出扩声中庄闲和,根据不同场地中置声道扬声器的安装方式也略有不同庄闲和庄闲和庄闲和。由于扬声器安装位置不得影响表演者及观众庄闲和,所以无论在室内剧场还是室外的舞台庄闲和,安装基本不会落地庄闲和庄闲和,而是更多采用吊挂的方式。安装位置在水平方向上基本都处于舞台镜框式上沿的正中庄闲和庄闲和庄闲和,垂直方向上的高度需考虑镜框高度庄闲和、扬声器阵列对观众席的覆盖庄闲和庄闲和,以及是否与舞美庄闲和庄闲和庄闲和、灯光和机械等其他设备存在冲突庄闲和。

      吊挂安装带来的好处是庄闲和庄闲和庄闲和,扬声器距最前排和最后排观众的距离差庄闲和,较落地时其到最前排和最后排观众的距离差更小庄闲和,声压级覆盖更均匀庄闲和,离轴响应也更好庄闲和;显而易见的是庄闲和,吊挂可减少对前排观众视觉上的遮挡庄闲和。同样庄闲和庄闲和,吊挂安装也带来了不好的影响庄闲和庄闲和,就是前文提到的由于安装位置过高带来的声像漂移问题庄闲和。解决这一问题的办法,通常是系统工程师通过增加台唇补声扬声器庄闲和,来达到下拉声像的目的。扬声器吊挂由于缺少地面反射所带来的界面负载效应庄闲和,相较于落地安装的方式庄闲和庄闲和庄闲和,其低频响应会略差一些庄闲和。由于中置声道主要承担人声信号的重放庄闲和庄闲和,更少的低频反而适合语言的重放庄闲和,从这一点来讲庄闲和,低频响应的缺失反而可以算作一个优点庄闲和。

      标准剧场中庄闲和,中置扬声器组的安装通常分为暗装和明装两种庄闲和。暗装一般是安装在舞台镜框上沿预留的声桥当中庄闲和庄闲和庄闲和,如北京天桥剧?庄闲和庄闲和。ㄍ?)庄闲和。明装则是吊挂在舞台灯杆或预留的吊点上庄闲和庄闲和,如北京天桥艺术中心大剧匙泻?庄闲和。ㄍ?)。暗装对观众的视觉影响最小庄闲和,如果剧场扩声系统设计合理庄闲和庄闲和庄闲和,建筑声学指标达标庄闲和,且在镜框高度不是很高的情况下庄闲和庄闲和,剧场中置声道暗装是最好的安装方式庄闲和。但是国内剧场的实际情况并不乐观庄闲和,且不同演出的系统工程师和音响设计师都有各自的设计和考量庄闲和,暗装中置声道位置又基本不可调整庄闲和,所以很多剧场中暗装的中置声道使用率很低庄闲和。明装的中置声道更便于安装庄闲和、拆卸以及调整庄闲和庄闲和,更加适合流动性强的演出庄闲和,因此,越来越多的现代化剧场采用这种安装方式庄闲和。

    北京天桥剧场图3 北京天桥剧场

    北京天桥艺术中心大剧场图4 北京天桥艺术中心大剧场

    4庄闲和、中置声道扬声器的选择

      中置声道扬声器的选型主要考虑实际场地的声覆盖需求以及演出内容庄闲和庄闲和庄闲和。从声能衰减特性的角度,可选择的扬声器类型主要是点声源扬声器和线阵列扬声器庄闲和。点声源扬声器的声能衰减特性接近于球面波(距离增加一倍,声能衰减6 dB),更适合于观众席纵深不长庄闲和庄闲和,形状较为规则的小型场地庄闲和庄闲和。线阵列扬声器的声能衰减特性接近于柱面波(距离增加一倍,声能衰减3 dB),更适合于观众席纵深长庄闲和,形状较不规则的大场地庄闲和庄闲和。由于线阵列扬声器是通过多个单元在垂直方向上的耦合达到指向性控制的庄闲和,所以庄闲和庄闲和,当观众距扬声器过近时庄闲和庄闲和庄闲和,会感觉到明显的梳状滤波器效应,近距离听感不如点声源扬声器自然。

      中置声道扬声器的选型还要考虑和左右声道扬声器的关系庄闲和,理想的方案是左中右三声道的扬声器选型(类型、功率、数量等)一致庄闲和庄闲和,但由于实际剧场以及演出内容的限制,很难做到这一点庄闲和。北京天桥艺术中心大剧场的舞台上沿有足够的空间进行安装庄闲和,因此采用了左中右三组L-Acoustics的Kara系列扬声器庄闲和,每个声道12只庄闲和。选型一致的扬声器为场地内带来相对更加均匀的覆盖庄闲和,以及更一致的频率响应庄闲和。但也由于中置声道相对安装在更高的位置庄闲和庄闲和,扬声器系统需要加入前区补声以及下拉声像系统来解决声像漂移的问题庄闲和庄闲和。

      此外庄闲和,还有一些剧场由于应用场景的不同,扬声器系统既要减少舞台垂直方向上对观众的视觉影响庄闲和,还要满足较宽观众席对水平覆盖的需求庄闲和庄闲和庄闲和。例如美国明尼阿波利斯会展中心使用ARCS恒定曲率线阵列扬声器庄闲和,这种扬声器阵列在垂直方向上的辐射角度不可调整庄闲和庄闲和,但水平角度上中置扬声器几乎可以覆盖到整个观众席庄闲和庄闲和,甚至可以比左右声道扬声器承担更大的功率,这对于以语言类为主的会议等应用场景来说是十分方便且有效的庄闲和庄闲和。

    美国明尼阿波利斯会展中心图5 美国明尼阿波利斯会展中心

    5庄闲和庄闲和庄闲和、不同节目类型信号的分配方式

      不同节目类型的中置声道信号的发送方式也是不同的庄闲和。现场演出中庄闲和,较为常用的是LCR和LR+C两种母线分配方式。两者的区别在于:在LCR模式下庄闲和,通道中的PAN会影响到中置声道的发送量庄闲和庄闲和庄闲和,也就是说当声像在左侧时由L+C重放信号庄闲和庄闲和,右侧时为R+C庄闲和,中间和极左极右则单独对应C庄闲和、L、R庄闲和,这对于具有运动轨迹的声像定位会更加细致庄闲和,但由于C信号无法单独控制发送量庄闲和,对于信号分配的灵活度便会降低;而LR+C模式与前者相反庄闲和庄闲和庄闲和,可以单独控制C信号的发送量庄闲和,给信号分配带来方便,但用于声像定位的依然只有LR这对立体声系统。对于节目内容信号可以分为三种:对白信号庄闲和庄闲和、音乐信号以及效果信号庄闲和。

      对于对白语信号庄闲和,首先庄闲和,要考虑扩声与直达声之间的关系庄闲和庄闲和。当场地较小而演员直达声较大时庄闲和庄闲和,完全可以采用补声的方式进行工作。此时庄闲和,相比中置信号来说庄闲和,两侧(L、R)信号需要更大一些,因为两侧的观众离声源较远庄闲和,补充清晰度所需要的声压级相对较高庄闲和。当以扩声为主要声音来源时庄闲和,在直达声不足的情况下就需要以中置信号为主,以此获得良好的定位和清晰度。其次庄闲和庄闲和,在信号的选择上庄闲和,如果中置声道可以完全覆盖到全场的每一个座位庄闲和,那么庄闲和,只使用中置声道重放对白是最理想的方式庄闲和庄闲和,因为单一声源不会产生梳状滤波等问题,是与自然声源最接近的形式庄闲和;若中置扬声器不能满足对观众席完全的覆盖,则可以将人声进行编组庄闲和庄闲和庄闲和,再以不同比例分别发送至L、C庄闲和、R的矩阵中庄闲和。最后,如果有多重人声信号,例如领唱与伴唱庄闲和庄闲和、独白与群诵等庄闲和庄闲和,可以根据这些内容的主次有选择地将其发送至不同的母线庄闲和庄闲和,笔者一般会将主要领唱或独唱内容发送至C庄闲和,其他人声信号发送至L庄闲和庄闲和庄闲和、R,以求更好地突出重要内容庄闲和庄闲和,避免人声声像过度拥挤庄闲和庄闲和庄闲和,造成听感上的混乱庄闲和庄闲和。

      对于音乐信号来说庄闲和庄闲和,中置扬声器并不起主要作用庄闲和。立体声扬声器系统则是更加适合音乐信号重放的工具。当立体声扬声器系统无法很好地覆盖观众席的中间区域时庄闲和,可以考虑利用中置扬声器覆盖庄闲和。

      对于声音效果信号来说庄闲和,中置扬声器可以起到明显的过渡作用庄闲和,辅助L庄闲和、R表现在一段时间内从正前方通过的某个物体的运动轨迹庄闲和,最典型的例子是飞机飞过以及物体滑行这种具有方向引导性的音效。如果没有中置扬声器庄闲和庄闲和,当舞台较宽时会产生明显的跳跃感,即声音到中间忽然变小。此时庄闲和,采用LCR的母线设置方式可以利用C很好地衔接L庄闲和庄闲和、R庄闲和,形成完整的过渡过程庄闲和,使重放运动轨迹的音效更加自然庄闲和。

    6、结语

      现场演出中庄闲和,根据情况实际还有很多更加灵活使用中置声道的方法,但无论怎样使用中置扬声器,都要以声学原理为依托,结合内容的需要与场地的实际情况多方考虑加以利用庄闲和。

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