張桐 魏增來 孫東生 郭磊

[摘要]提出在一個演藝空問內(nèi)的多用途應用的音頻系統(tǒng)整體解決方案，包括擴聲、全景聲電影、電聲可變混響三套子系統(tǒng)，既可以獨立使用，又可相互結合共享末端揚聲器，分析實施的技術難點。

[關鍵詞]擴聲系統(tǒng);全景聲電影系統(tǒng);電聲可變混響系統(tǒng)

文章編號：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.04.004

（接第3期）

4杜比全景聲系統(tǒng)設計方案

4.1全景聲系統(tǒng)信號流程概述

從信號流程角度來看，Dolby Atmos全景聲系統(tǒng)較為簡單。該系統(tǒng)的核心為1臺放映室內(nèi)的Dolby CP850主機，可對每一個Dolby Atmos通道進行必要的信號處理。同時，CP850也可向下兼容Dolby 5.1與Dolby 7.1等多聲道電影系統(tǒng)，能滿足各類影片的回放要求。CP850通過網(wǎng)絡端口從電影服務器端接收多軌音頻信號與控制信號，并根據(jù)系統(tǒng)實際的配置將各軌音頻信號對應到相應的揚聲器上延時播放，從而實現(xiàn)對全景聲的渲染功能。

CP850通過AEs67網(wǎng)絡音頻協(xié)議與2臺DolbyDAC3202輸出端口進行環(huán)形拓撲級聯(lián)，可為揚聲器端提供64通道模擬信號源?？紤]到放映室與功放機房相距較遠且傳輸通道太多，故特別于放映室設置了2臺Direct.Out Andiamo.2XT信號轉(zhuǎn)換器，可將64通道信號全部轉(zhuǎn)換為光纜MADI格式，直接送至位于1號功放機房內(nèi)的Stagetec Nexus矩陣中，通過人為設置的路由分配將信號傳送至相應的功率放大器中。

4.2全景聲系統(tǒng)揚聲器布局設計

DolbyAtmos全景聲電影方案參考美國杜比劇院（原科達劇場）進行設計。Dolby公司已出版的全景聲系統(tǒng)方案設計規(guī)范，對系統(tǒng)的揚聲器布局、廳堂的關系以及揚聲器的選型指標做出了明確規(guī)定，但由于其揚聲器位置以及參數(shù)需求只針對于電影院的形狀與空間容量進行規(guī)定，與多功能劇院建筑的實際需求情況稍有差別，因此，該項目中必須進行適當調(diào)整，以便讓Dolby Atmos系統(tǒng)與劇院空間進行結合。

4.2.1CLA與RLP

在介紹揚聲器系統(tǒng)布局之前，先了解Dolby Atmos設計規(guī)范里最高頻的兩個名詞CLA（CentralListeninoArea中央聽音區(qū)）與RLP（ReferenceListeninoPoint參考聽音點）。如圖5所示，觀眾廳內(nèi)黑色方框為CLA區(qū)域，是設計人員在進行Atmos全景聲系統(tǒng)方案設計時需要著重考慮的區(qū)域，系統(tǒng)在調(diào)試時進行的聲壓矯正與頻響矯正也都是在CLA區(qū)域內(nèi)選擇多個參考點進行參照;CLA區(qū)域的中心點稱做RLP，是主揚聲器組以及觀眾廳前部側(cè)方揚聲器的水平指向基準點。圖5中顯示，RLP的橫向位置為銀幕與建筑后墻2/3的距離，縱向位置為廳堂的中心;CLA區(qū)域?qū)挾葹閺d堂寬度的1/3，深度則是座位區(qū)深度的1/3。

4.2.2主擴聲揚聲器組（Main L/C/R聲道）

劇院臺口寬度為25m，根據(jù)Atmos設計規(guī)范要求，電影主擴聲揚聲器依照投影幕寬度等距布置設置了L/LC/c/RC/R32組主揚聲器，以保障觀眾廳聲音的均勻覆蓋。同時，因為電影投影幕采用兩側(cè)遮幅方式，所以在垂直方向上，主揚聲器組聲學中心放置在距離幕底2/3位置處，其布局如圖6所示。

主擴聲揚聲器每組由12只雙8英寸KARA兩分頻揚聲器與4只單18英寸SBl 8低音揚聲器組合而成，綜合考慮安裝空間及最終調(diào)試效果，低音揚聲器放置于兩分頻線陣組的后部。這樣既縮減了陣列組高度，又讓陣列組聽起來更具一致性。各組主揚聲器陣列在水平方向上的軸線需要在參考聽音點（RLP）進行交匯，垂直方向上每組揚聲器需覆蓋池座與樓座全部觀眾席，具體布局詳見圖6所示。

在音頻處理通道方面，12只KARA分為4個DsP組，4只SBl 8采用各自獨立DSP組，在調(diào)試時可分為4個區(qū)域進行細致的電平調(diào)整及相位校正。

4.2.3超低音揚聲器組（LFE聲道）

在Atmos設計規(guī)范中，為使超低音揚聲器在規(guī)則的矩形房間中避開房間模式（Room Mode），超低音揚聲器不能放置在正中位置。但劇院中一般并不存在這個問題。該項目中，在舞臺上設置了12只具有獨立DSP通道的SB28雙18英寸單元超低音揚聲器，它們采用集中擺放的設計形式，單只揚聲器豎向放置，12只揚聲器緊密排列在一起形成陣列。經(jīng)過Soundvision.～件模擬、最終測量及試聽，這個排列方式在觀眾廳可達到最佳的覆蓋，其布局如圖6所示。

4.2.4側(cè)環(huán)繞揚聲器（Ls及Rs聲道）

側(cè)環(huán)繞揚聲器每側(cè)設置有6個音頻通道，共22只獨立DSP通道的X12揚聲器，其中最前方2只（Lsl與Rsl通道）緊接前部側(cè)環(huán)繞揚聲器Lw3/Rw3進行安裝，其作用是讓Lw/Rw聲道信號與Ls/Rs聲道信號平緩過渡。另外20只揚聲器則以每層10只的數(shù)量安裝在池座與樓座的兩側(cè)墻空間內(nèi)，池座與樓座兩側(cè)墻面的5只揚聲器為相同音頻通道，在音頻矩陣內(nèi)進行復制后發(fā)送至對應功率放大器，由舞臺區(qū)至座椅區(qū)的編號依次為Ls2/Rs2至Ls6/Rs6。如果沒有外因條件干擾，位于池座與樓座的相同聲道揚聲器應處于同一垂直線上，以使CLA區(qū)域的聲像環(huán)繞聽感減少損失。

在覆蓋設計理念上，池座落位在CLA區(qū)域四邊投影區(qū)域內(nèi)的揚聲器水平覆蓋軸線垂直于CLA邊線，其他位置揚聲器水平覆蓋軸線則指向最近的CLA區(qū)域兩邊夾角，垂直覆蓋軸線同樣需要指向水平覆蓋軸線所經(jīng)過的最遠位置座椅。至于樓座區(qū)域，盡管全景聲設計規(guī)范并不使用，但可以采用舉一反三的方式，讓所有揚聲器水平覆蓋軸線交匯于整個座椅區(qū)中心點，為中央?yún)^(qū)域提供良好的聲像感，垂直覆蓋需求依舊參考池座。其布局與覆蓋設計如圖7、圖8所示。

4.2.5前部側(cè)環(huán)繞揚聲器（Lw及Rw聲道）

前部側(cè)環(huán)繞揚聲器每側(cè)設計有3個通道，共設計6只獨立DSP通道的X15-HiQ揚聲器，每側(cè)3只，安裝在觀眾廳前部兩側(cè)約6.8m高度樓座挑臺側(cè)延伸區(qū)域的外圍。這組揚聲器的設置起到平穩(wěn)過渡主銀幕揚聲器至側(cè)環(huán)繞揚聲器信號的作用，池座與樓座共享使用。因為揚聲器位置距離CLA區(qū)域較遠，所以采用角度窄、聲壓級大特征的x15-HiQ。所有前側(cè)環(huán)繞揚聲器的水平覆蓋軸線交匯在RLP點位，垂直覆蓋軸線應指向水平覆蓋軸線所經(jīng)過的最遠位置座椅。這組揚聲器編號由舞臺區(qū)至座椅區(qū)依次為Lwl/Rwl至Lw3/Rw3。其布局與覆蓋設計如圖10所示。

4.2.6后環(huán)繞揚聲器（Lrs及Rrs聲道）

后環(huán)繞揚聲器每側(cè)設置有5個音頻通道，共設置30只獨立DSP通道的揚聲器。其中，挑臺下池座觀眾區(qū)后墻設計有均勻布置的10只5XT小型揚聲器，僅作為位于挑臺下幾列觀眾席的后環(huán)揚聲器使用，5XT揚聲器小能量、寬覆蓋的特性可滿足近聲程覆蓋要求，同時避免其能量與池座區(qū)域后環(huán)揚聲器發(fā)生干涉;在挑臺前沿的燈桿上均布了10只X12揚聲器，作為池座中前部的主區(qū)后環(huán)繞聲道揚聲器;另外的10只X12揚聲器則均勻安裝在樓座后墻。其布局與覆蓋設計如圖10所示。

上述挑臺、主區(qū)、樓座后環(huán)繞三組揚聲器組中相應位置的揚聲器采用相同的音頻通道，實際系統(tǒng)提供10個后環(huán)繞通道，通過音頻矩陣分配至三組揚聲器。按照揚聲器在觀眾廳后墻排列順序由外至內(nèi)依次對應的音頻通道編號為Lrsi/Rrsl至Lrsi/Rrs5。

池座的2組后環(huán)繞揚聲器需要依照情況來決定是否需要添加延時，如果在池座區(qū)域，來自樓座的聲音能量與池座區(qū)域能量相比較衰減較大，則兩區(qū)域沒有延時關系;如果有比較明顯的干涉產(chǎn)生，則需要調(diào)整樓座揚聲器指向或?qū)⑵渥鳛楹蟓h(huán)繞組揚聲器時間基準點，進行時間對齊，來解決該問題。池座區(qū)域后環(huán)繞揚聲器同樣需要以延時方式與挑臺下后環(huán)揚聲器進行時間對齊。

池座區(qū)域及樓座區(qū)域后環(huán)揚聲器組在兩軸覆蓋要求均與側(cè)環(huán)繞揚聲器相同。挑臺下后環(huán)揚聲器水平覆蓋軸線同池座區(qū)后環(huán)要求，垂直覆蓋則均指向需要覆蓋區(qū)域內(nèi)的最遠座位。

4.2.7低音管理揚聲器（Sub聲道）

系統(tǒng)設置4個低音管理通道，池座與樓座復制使用。揚聲器采用SBl8低音揚聲器，設置在池座與樓座兩側(cè)側(cè)墻與后墻，共8個位置分別各設置2只。低音管理揚聲器是為補充效果揚聲器的低音下限而設置的，需要考慮與觀眾席側(cè)環(huán)、后環(huán)以及頂部揚聲器在聲壓級方面進行匹配，對分頻點以及延時沒有特別嚴苛的要求。其布局如圖7及圖10所示。

4.2.8頂部效果揚聲器（Lts及Rts聲道）

頂部效果揚聲器每側(cè)設置有10個音頻通道，共設計有24只獨立DSP通道揚聲器。其中20只揚聲器在觀眾廳天花內(nèi)嵌入式暗藏，左右側(cè)各安裝10只，由臺口位置一直至樓座觀眾廳天花等距排列，音頻通道編號依次為Ltsl/Rtsl至Ltsl0/Rtsl0。因為觀眾廳形狀為馬蹄形，所以兩道頂部效果聲揚聲器組定位無法滿足Atmos設計規(guī)范中要求的與LC及RC主揚聲器組平行對齊，因此將其更改為每只揚聲器都落位于觀眾廳寬度1/4處，保障覆蓋要求。近舞臺臺口側(cè)位置的6只揚聲器選用x15-HiQ，其他位置的14只揚聲器則均選用小一號的X12。每一組頂部效果揚聲器在水平方向上盡量與側(cè)墻面揚聲器在同一水平線上，以保障還聲效果。

考慮到挑臺下無法得到頂部主揚聲器的覆蓋，筆者在挑臺下設置了2組挑臺下補充頂部效果揚聲器，每組含有2只5XT揚聲器，對挑臺下區(qū)域進行補聲。這兩組揚聲器的音頻通道復制自在樓座天花與其位置相仿的Lts9/Rts9揚聲器組。其布局與覆蓋設計如圖9所示。

每一只池座頂部效果揚聲器的水平覆蓋軸線應指向劇場中軸線與該揚聲器在觀眾席投影位置距離的1/2處。對于垂直覆蓋軸線，位于池座天花Ltsl/Rtsl至Lts7/Rts7揚聲器中，在CLA區(qū)域內(nèi)的揚聲器應垂直向下覆蓋，其他位置的則需要指向CLA最近的邊界線。樓座天花揚聲器垂直覆蓋軸線指向樓座中心即可。

4.3方案設計實施難點與其解決方法

4.3.1設計難點

多用途演藝空間進行Atmos全景聲方案設計的難點主要在于要把不規(guī)則的空間向矩形空間進行轉(zhuǎn)化。將馬蹄形劇場轉(zhuǎn)化為矩形的常規(guī)方式有內(nèi)切矩形與外切矩形兩種方式，但筆者認為這兩種方式都會造成轉(zhuǎn)換后等效矩形的面積有較大改變，采用內(nèi)切矩形法面積會縮水，外切矩形法面積會增加，面積的不準確會造成無法正確確定RLP與CLA的位置，所以全景聲系統(tǒng)的設計也會受到影響。筆者認為，目前比較好的方式是綜合了外切法與內(nèi)切法的割補法，通過割補法可以創(chuàng)造一個面積和比例均與原廳堂相仿的等效矩形廳堂，在這個基礎上進行全景聲設計會得到良好的效果。

4.3.2實施難點

所有揚聲器必須保證嚴格按照設計角度與位置進行嵌入安裝，是具體實施的最大難點。這就需要設計人員在進行方案設計時充分與內(nèi)裝和土建專業(yè)協(xié)調(diào)，比如如何在觀眾廳墻面嵌入安裝超低音揚聲器，或為滿足覆蓋要求針對每只揚聲器設計無遮擋的異形揚聲器嵌入腔體等，都需要設計人員周密考慮。

5ViVOCe可變混響系統(tǒng)設計方案

5.1系統(tǒng)選型

筆者在進行方案設計時，對世面上多種電聲可變混響系統(tǒng)進行了全面的綜合比選，最終采用Vivace系統(tǒng)是基于以下原因：

使用Vivace系統(tǒng)可用最少數(shù)量的揚聲器達到預期的效果;對所使用的揚聲器的要求相對比較簡單，滿足同軸、非壓縮高音單元等即可;對揚聲器的安裝位置并沒有嚴苛的要求，如此，可變混響系統(tǒng)就可以與電影系統(tǒng)在大多數(shù)位置共享揚聲器，且不用擔心最終效果受到明顯的影響。特別是在重要的側(cè)向反射聲模擬方面，只需要設置少數(shù)可控指向聲柱就可以達到良好的效果，且與廳堂的視覺結合亦極為美觀。

5.2可變混響系統(tǒng)信號流程概述

可變混響系統(tǒng)分為舞臺區(qū)域與觀眾廳區(qū)域兩個功能系統(tǒng)。舞臺區(qū)域的電子反聲罩系統(tǒng)，主要功能為模擬劇場中的交響反聲罩，用來增加舞臺中的聲音擴散，讓樂手能夠彼此相聞。觀眾廳區(qū)域的系統(tǒng)作用則是用于改變觀眾廳空間內(nèi)的ETC（能量時間曲線），從而達到所謂的“可變混響”的功能。分布在舞臺上以及觀眾廳內(nèi)的28支傳聲器，拾取聲源信號送至位于廳左的1號功放機房內(nèi)的Stagetec Nexus音頻矩陣的傳聲器輸入板卡中，Nexus音頻矩陣與位于控制室的Vivace可變混響主機通過4組主備光纖MADI進行連接，可分別傳輸128通道音頻信號。經(jīng)Vivace主機進行聲學處理后的音頻信號通過MADI端口返NNexus矩陣，經(jīng)路由切換后，以AES格式送至對應的音頻放大器，驅(qū)動相應位置的揚聲器進行聲音反射路徑的模擬。

5.3傳聲器選型及位置分布

系統(tǒng)總共設置了28支MicrotechGefell微型傳聲器系統(tǒng)，其中8支BMl91超心形傳聲器布置在舞臺空間內(nèi)，如圖11所示，位置可根據(jù)表演位置調(diào)整，對舞臺區(qū)域進行均勻的拾音覆蓋。

在樂池上空聲橋的位置，安裝有4支BMl90心形指向傳聲器，如圖12所示，因為這4支傳聲器用于拾取舞臺上聲源的直達聲，所以極為重要。傳聲器采用振膜向下垂直安裝方式，所以，在觀眾廳水平方向上可等效為全指向特性，便于更好地拾取系統(tǒng)需要的聲源直達聲。

在觀眾廳天花下均勻布置16支BMl90心形指向傳聲器，見圖11，可對觀眾廳內(nèi)各個位置的聲源進行拾取，這些傳聲器的高度大約距離觀眾廳天花1.5m，所有的傳聲器在避免進入到揚聲器覆蓋范圍內(nèi)的前提下需要吊掛得盡量低，以提高系統(tǒng)的回授前可用增益。傳聲器為心形指向特性且振膜垂直向下懸掛，故可有效地避免觀眾廳天花的反射聲，并減小觀眾廳吊頂外回風口的噪聲。

5.4揚聲器選型與位置分布

該Vivace方案中的揚聲器設置，只有舞臺區(qū)域的電子反聲罩系統(tǒng)、側(cè)墻聲柱、天花揚聲器、挑臺下?lián)P聲器需要單獨設置，其他觀眾廳墻面位置揚聲器全部與全景聲系統(tǒng)共享。

針對電子反聲罩系統(tǒng)，舞臺區(qū)域設置有15只12XTi同軸揚聲器，見圖11，采用3行5列的排列方式吊裝在舞臺吊桿上，并可根據(jù)表演位置整體向樂池或主舞臺移動。

整個池座觀眾廳天花均勻設置有9只12XTi揚聲器，見圖11，觀眾廳前中后區(qū)分別布局3只，其對稱90。的覆蓋特性可在觀眾位置達到均勻的覆蓋。為了使位于挑臺下的觀眾也得到良好的聽感，在挑臺下位置按挑臺寬度均布6只5xT小型揚聲器，見圖13，來模擬這些觀眾席的聲波頂部反射路徑。

在樓座觀眾區(qū)天花設置13只100°對稱覆蓋的X8同軸揚聲器，可對該區(qū)域進行均勻的覆蓋，見圖11。

在池坐觀眾區(qū)與樓座觀眾區(qū)的兩側(cè)墻面分別設置了2只與1只Fohhn LF-220聲柱揚聲器，用來模擬早期的側(cè)向反射聲。池座布局如圖14所示，樓座布局如圖15所示。

聲學研究表明，早期反射聲是營造聲音包圍感的重要因素。LF-220揚聲器擁有110°的水平覆蓋角度，可以在水平方向?qū)τ^眾席區(qū)域進行均勻覆蓋。垂直指向性是LF-220的亮點所在，垂直指向性可在0°～90°的范圍內(nèi)按照0.1°為單位調(diào)整，且波束俯仰角度可在40°～+40°之間按照O.1°的單位調(diào)整，其獨具的BeamSteering技術可以實現(xiàn)將波束分為兩區(qū)覆蓋的特殊需求。水平指向?qū)?，垂直指向性窄的特點可實現(xiàn)在水平維度覆蓋更廣泛的觀眾席，垂直維度實現(xiàn)覆蓋到更遠的觀眾席。

除此之外，可變混響系統(tǒng)與全景聲系統(tǒng)共享揚聲器的數(shù)量及位置如表1所示，其布局位置可參考圖11～圖13。

5.5最終效果驗證

結合多功能劇院的功能規(guī)劃需求、業(yè)主方主題娛樂運營團隊的使用要求，以及德國MBBM公司技術人員的豐富項目經(jīng)驗，最終為Vivace可變混響系統(tǒng)設置了語言、演講、舞臺劇（長混響）、舞臺?。ǘ袒祉懀?、音樂會（長混響）、音樂會（短混響）以及大教堂7種模式，經(jīng)MBBM技術人員在廳堂調(diào)試完成進行聲學測量后，7種模式對應混響時間見表2。

針對Vivace的應用模式數(shù)據(jù)進行了客觀測量驗證。根據(jù)實測，在未開啟Vivace系統(tǒng)狀態(tài)下，基礎混響時間為中頻0.93s;在開啟舞臺?。ǘ袒祉懀┠Ｊ綍r實測混響時間為中頻1.42s;舞臺?。ㄩL混響）模式時實測混響時間為中頻1.84s;大教堂模式下實測混響時間為中頻3.9s。由此可見，這套Vivace系統(tǒng)對于廳堂聲學指標的影響是非常有效的。

在主觀評測方面，邀請了專業(yè)演奏家、專業(yè)音頻技術人員、資深音樂欣賞人員等組成了評測團隊，在室內(nèi)樂隊演奏的情況下進行主觀評測。最終大家一致認為系統(tǒng)聽起來非常自然，且不同模式之間均可聽出明顯的區(qū)別。

6多套音頻系統(tǒng)功能融合的實現(xiàn)及設想

6.1多套音頻系統(tǒng)功能融合方案與問題

由于設計方案中絕大多數(shù)揚聲器需要共享于多套系統(tǒng)，所以，系統(tǒng)必須具有很高的靈活性。對此，選用了1臺Staoetec Nexus音頻矩陣作為音頻系統(tǒng)的核心，Nexus音頻矩陣配置有32通道模擬輸入模塊卡以及5組MADI信號模塊卡，模擬輸入卡用接入Vivace系統(tǒng)的28支傳聲器;5組MADI信號卡則用來用于接收來自于CP850電影音頻處理器的MADI信號，與調(diào)音臺完成MADI往返信號傳輸以及與Vivace主機進行128通道冗余雙向MADI連通，見圖16。另外，音頻矩陣配置還有10張AES輸出卡（共計160個AES通道），1張8通道模擬輸出卡用來連接系統(tǒng)中所有電影揚聲器、可變混響揚聲器及6只可變混響聲柱揚聲器的功放。音頻矩陣中每一路輸入信號與輸出信號都可以通過設置矩陣內(nèi)的交叉點來改變路由關系。

音頻矩陣支持軟件設置，并可以存儲預置文件，滿足平日信號通路測試、全景聲電影播放與可變混響系統(tǒng)使用，設置了三個交叉點預置文件，可針對不同應用情景進行一鍵切換。

在功放DsP預置方面，筆者曾設想只設置一套基礎調(diào)試DSP文件，其他的處理功能完全由CP850處理器與Vivace可變混響主機完成。但是，由于兩套系統(tǒng)中都具有將1個音頻通道復制給多只揚聲器，且這些揚聲器之間需要通過改變增益來平衡能量的需求。所以，最終還是給用戶提交了擴聲、電影與可變混響3個功放設置預置文件，運營人員需要根據(jù)需求選擇加載。

6.2其他多系統(tǒng)融合解決方案的設想

為了簡化系統(tǒng)操作步驟，筆者設想了一種全然不需要設置與操作的系統(tǒng)融合解決方案。系統(tǒng)可采用大型網(wǎng)絡音頻媒體矩陣為系統(tǒng)核心，將擴聲、全景聲電影以及可變混響系統(tǒng)輸出信號送至媒體矩陣后，可先將預送至相同揚聲器的不同系統(tǒng)信號先分別經(jīng)過獨立的增益一均衡處理一動態(tài)處理模塊鏈路后再通過混音（Mixer）模塊進行混合，然后將上述混合后的多路信號經(jīng)過自行設置的音頻矩陣模塊后送至功率放大器。這樣，不論需要怎樣的處理都可以放到媒體矩陣內(nèi)進行，功率放大器只負責基礎的揚聲器DSP處理即可，見圖17。如此，系統(tǒng)可在不需要進行任何操作的情況下就可以完成對多套系統(tǒng)都具有適用性。

7總結

本項目集成了擴聲、全景聲電影、電聲可變混響三套聲學系統(tǒng)在單體劇院中，雖然在設計過程中并無相關案例可以借鑒，但是劇院在落成投入使用后受到了行業(yè)各界的廣泛好評。未來，新建的多用途類劇院會如雨后春筍般層出不窮，希望本項目的經(jīng)驗可以為行業(yè)同仁在進行類似廳堂設計時提供參考和借鑒。