武汉琴台大剧院扩声系统工程

1武汉琴台大剧院扩声系统工程1工程概述武汉琴台大剧院由武汉市政府投资兴建，位于月湖之畔、汉江之滨，隔湖南望始建于明万历年间的古琴台。作为月湖文化艺术主题公园的核心组成部份，琴台大剧院是武汉最高等级的文化表演场所，也是2007年第八届中国艺术节的主会场，工程总投资约16亿元（未包括二期的琴台音乐厅）。琴台大剧院总建筑面积65650m2，由一个1802座的综合大剧场、一个约400座的多功能厅以及艺术展厅、艺术排练厅、餐厅等多项演出、服务设施组成。大剧场具备接待大型音乐剧、歌剧、芭蕾、歌舞剧、戏剧、音乐会等各类艺术表演功能。观众厅的平面形状呈马蹄形，观众厅长度约34米，最大宽度约32米。观众区包括一个有起坡的池座区和两层楼座区，两边侧墙各设有两层、每侧共十只跌落式包厢。剧院设有固定台框舞台，舞台开口范围为18宽x12米高，设左右假台口，舞台为“品”字型舞台，分主台、两侧台及后舞台，舞台与池座间设有一升降乐池，乐池开口面积90M2，地面面积约180M2，可容纳大型乐队演奏。多功能厅通过不同组合方式，可以实现不同剧场形式，即：小型剧场、会议厅、“凸”型舞台、“T”型舞台、中心舞台和平面大厅等6种形式。琴台大剧院音响系统是剧院各个设备系统中十分重要的部分，其建设品质直接关系到剧院演出的效果。为此，建设方在认真调研了杭州大剧院工程建设经验的基础上，全面了解了国际上近年来音频技术的发展动态。通过大量前期的技术交流，广泛征求了业内专家、演出单位、用户代表以及各主流设备厂商的意见，较为准确地提出了项目建设需求。最终，建设方将整个音响工程划分为大小剧场扩声系统与舞台监督系统两个部分并向全国进行了公开招标，经过激烈的竞争，广州励丰声光科技有限公司在扩声系统工程项目中中标，并于2006年6月完成深化设计，于2006年7月进场开工，2007年9月5工程正式交付使用。武汉琴台大剧院扩声系统在第八届中国艺术节期间为多台不同风格的大型演出提供了服务，在使用中得到了艺术家的普遍好评。2系统设计扩声系统设计是影响系统最终质量的第一环节。我们在进一步总结了杭州大2剧院、东莞玉兰大剧院、中山文化艺术中心等多个近来建成的演出场所的扩声系统经验基础上，认真研究了线声源阵列与点声源阵列的不同特性、数字音频网络技术的发展动态，剧院的运营方式及艺术表现的需求趋势。在中标总价不变的前提下对原投标方案进行了优化与深化设计，并顺利通过了专家评审，为工程取得优良的效果打下了一个良好的基础。下面以大剧场扩声系统为例作简要的说明。2.1声场设计大剧场观众厅主扩声系统采用了固定安装形式，在台口设计了左、中、右三组扬声器阵列。中间声道采用了线源阵列技术，其主要原因基于中间声道的应用，在实际演出中主要作为现场人声与旋律乐器扩声用途，现场调音师利用这一独立的基本覆盖全部观众席的通道突出表现清晰度，让人声或音乐的听觉感知为“靠前”的感觉。这一需求与线源阵列技术的声辐射特性较为吻合。线声源阵列具有更强的垂直指向性控制能力，使中后场观众可以获得更多的全频段直达声能，这对于清晰度的提高十分有助，经过MAPP高精度声学综合分析软件的模拟，最终选定了MeyerSound的M2D和M2D-SUB有源一体化线阵列扩声扬声器。全频扬声器10只，超低频扬声器4只，提供了垂直角度70度的连续覆盖。直达声场的模拟如图1所示。图1中央声道MAPP模拟分析左右声道的主要用途是重放伴奏音乐及现场声音拾取扩声。由于大剧场的建筑声学按照歌剧院自然声演出设计，混响时间比较长，为了获得良好的主观听感，必须提高主扩声的直达声能比，因此，左右声道需重点考虑全频段的指向性控制，特别是中低频能量的指向性控制。基于大剧场台口两侧的安装空间限制，对原设计的左右线阵列扬声器系统优化为4分频的点声源扬声器系统，并采用低频阵列控制低频的指向性。这种设计利用了点声源阵列的优势，提高直达声能比的同时3兼顾了听感自然度。通过MAPP声学分析最终选定了MeyerSound演出系列点声源阵列模块化全频、中低频有源扩声系统。分为三层安装，上层为MSL-4全频扬声器系统3只，中层为MSL-4全频扬声器系统3只，下层为UPA-2P两只、低频阵列为650-P超低频扬声器系统2只、DS-4中低频扬声器系统3只，模拟分析如下：图2左右声道MAPP模拟分析观众厅左右声道的声像是否自然，是扩声系统品质非常重要的主观参量。本系统在满足客观指标的前提下，对声像也做了专门的分析设计。无论是观众厅的池座前区和后区、或者二层楼座、三层楼座，由分析图可以清楚得出，声像（绿线）和视像（红线）相当吻合，在实际的主观听音评测时，达到了预期的效果。如图3所示，观众区前区主要由下层扬声器系统覆盖，其声像在下层扬声器系统稍上的位置；池座后区和二层楼座观众区，主要由中层扬声系统器覆盖，其声像在中层扬声器的位置；三层观众区，主要由上层扬声器系统覆盖，其声像在上层扬声器系统的位置。4图3声像及视像分析示意图需要指出的是，近年国内扩声工程设计领域经常提到左右声道扬声器阵列均应严格独立覆盖全场，认为这样就能为全场观众提供立体声重放或扩声。而在我们多年演出实践的测试研究中证实，这种做法是没有太多实际意义的。第一，严格覆盖全部观众席很难实现，特别是在长混响厅中，观众厅顶部与侧墙反射强，电声为主的演出时反射十分明显，主要表现在边座及楼座区域受到建筑界面反射形成干涉后听感失真，同时中低频直达声能比降低形成声音的“不实”；其次，由于人耳的屏蔽效应使左右声道在进行立体声音乐重放时，相当部分的观众席不能感知良好的立体声听感。因此，在现有建声条件（特别是偏长混响）下，减少有害反射，优化安装条件，提高中低频直达声能比（中低频指向性控制），以及增强中低频的功率容量，才是解决电声为主的现代商业表演听觉需求的重要因素。在乐池前沿，平均分布8个MM-4小型扬声器（最大声压级110dB），补充前排观众区的直达声压，并起部分拉声像的作用，另外，同时在舞台前沿平均布置6个MM-4小型扬声器，根据演出形式灵活设置。为了满足不断增加的商业艺术表演的音响需求，在大剧场观众厅与舞台上安装了一套完整的效果声系统。为了保证音质的一致性，全部效果声均采用了MeyerSound有源扬声器系统。其中观众厅顶部设计安装8只效果声扬声器，分两排安装，其中全频扬声器6只，超低频扬声器2只，一层池座侧墙扬声器165只，二层楼座侧墙扬声器12只，三层侧墙扬声器12只。所有的效果声扬声器通道都采用独立的扩声回路，为艺术创作提供了灵活的表现手段。在舞台区配置了两只MSL-4（最大声压级140dB）大功率远投全频扬声器系统，以及2只650-P（最大声压级136dB）大功率超低频扬声器，作为舞台效果声扬声器系统。在业内，有观点认为舞台效果声扬声器系统的服务对象是舞台区的演艺人员，因此，选用的扬声器比较小。但是，根据我们对舞台演出的跟踪调查，舞台效果声扬声器系统的主要服务对象还是观众厅中的观众。因此，大功率远投扬声器系统作为舞台效果声扩声扬声器系统是必须的。图4舞台效果声扬声器MAPP模拟分析本系统选用的大功率远投型扬声器系统，全频舞台效果声扬声器的MAPP模拟分析见图4，在观众区的声压级平均大于102dB。舞台返送扬声器系统采用了固定与流动结合的方式。主舞台两侧的假台口上，分别安装一只CQ-1大功率全频扬声器系统（最大声压级136dB），低频下限达40Hz，可以满足大部分的舞台返送监听使用。流动返送扬声器系统共配置12只，其中宽角度8只，窄角度4只。声控室监听系统设计配置了MeyerSound录音室系列旗舰产品HD-1共3只，具有极佳的对比监听表现。2.2控制系统设计大剧场控制系统采用了目前世界上最先进的数字化光纤网络传输处理控制6平台。通过设计安装一套集中控制的开放式网络及分布在舞台、观众厅及控制室的各种接口，除了可以控制在剧场固定安装的有源扬声器系统，也可以方便地接入外来演出团体自带的音频设备。主控制系统选用了德国LAWO产品，声控室固定安装一张大型的数字混音界面，可以进行现场混音及路由管理。大剧院的音频传输网络，采用双星型拓朴结构组网及100%冗余备份设计，安全性高。每个厅的控制系统设有数字调音台和模拟调音台，两张控制台既可独立工作，又可以互为备份。对于外来团体的租场演出，外接调音台非常方便，无论是数字调音台或模拟调音台，均采用光纤接入大剧院的光纤网络，任何有光纤接口的位置均可接入控制台，如现场调音台或舞台返送调音台。整个控制系统实现了一次AD/DA完成舞台传声器拾音输入到调音台再输出至扬声器系统的全部过程。整个控制系统原理如图5。图5系统原理图3安装调试系统的各项安装调试对实现原设计意图与保障最终效果至关重要。在安装过程中，我们着重控制了以下几个对系统最终声音效果产生影响的环节：73.1扬声器系统的安装对于主扩声扬声器阵列安装实现以下几个目标：（1）确保阵列各扬声器水平系统与垂直张角的在调试阶段可调整；（2）确保上部吊挂集中载荷的安全性；（3）确保扬声器系统安装室的内部空间，并进行吸声处理，同时声辐射开口没有阻挡。3.2控制设备的安装对于有源扬声器系统而言，系统控制设备大大减少，整个控制系统除在上场门设计安装一个信号交换机柜外，全部集中在声控室，便于管理。大剧场配置了模拟与数字两张调音台，以方便不同客席调音师的使用习惯。在控制的各项安装方面实现以下目标：（1）上场门信号机柜做必要的防护，并方便操作；（2）声控室的观察窗开口保证必需的角度和尺寸，采用了电动升降玻璃窗；（3）重放设备和周边设备为可流动设计，便于调音师不同的使用习惯；（4）整个系统的电源供应保证电压波动范围及电源干扰在允许范围，具有稳压及过压、过载保护；（5）整个系统的接地为集中一点接地，避免地环路引入噪声；（6）系统信号线及接插件全部为高品质的专业产品；（7）系统的电源采用智能时序控制，通过计算机设置实现一键操作，方便系统开机和关机，有效地保护了系统设备；3.3系统的电调试在开始声学调试之前，进场完成系统的电气调试，电调试的过程采用以下步骤，以确保达成目标。（1）系统设备的供电检测：包括输出电压是否符合设备供电要求，以及各供电插脚是否位置正确。（2）传输线路的检测：包括对输入回路、输出回路、设备间回路的各种连接线路进行检查，判断是否有断路、短路、反极性，以及非平衡连接现象。（3）设备工作检测：在检查完成系统连线后，给设备进行通电，检查各设备是否可以正常工作。3.4系统的声场调试系统的声学调试是实现建设目标最关键的环节。我们使用了MeyerSound的8SIM3测量调试系统，取得了非常好的效果。首先，对每个扬声器安装位置和覆盖角进行调试。检查每只扬声器系统的覆盖角，并对安装位置和覆盖方向进行调整，尽量使扬声器系统的覆盖区域内声压级的最大值和最小值之差调整到不大于6dB。其次，对每个扬声器系统的输入电平和频率响应进行调试。对同一声道的每个扬声器系统在其主覆盖区域，利用均衡器对其频率响应进行调试，如有必要，还需对同一声道的主信号馈入端进行总的频率响应调试。最后，对扬声器系统交叠区的相位响应进行调试。对同一声道覆盖区接襄的扬声器系统，通过微延时或极性手段调整相位响应，使它们在主要交叠区的相位响应趋于一致。另外，对每个声道扬声器系统的声像进行调试，主要根据演出区域的位置，调整每个声道扬声器系统的馈入信号延时时间，使观众区感知到的声像处于表演区。图6图注（已要求作者添加图注及在文中标示）调试说明：绿色区域为三层扬声器系统覆盖区域，品红区域为中层扬声器系统覆盖区域，蓝色区域为下层扬声器系统覆盖区域。绿色点、品红色点、蓝色点分别是各层扬声器系统的轴向位置，用于放置传声器调整扬声器系统的频率响9应；红色点为扬声器系统的交叠区，用于放置传声器调整交叠扬声器系统的相位响应。系统调试完成后，对调试前和调试后进行对比听音实验，可以明显感知到，虽然系统采用的是有源一体化扬声器系统，而且在工厂已经进行了频响响应和相位响应校正，但调试前和调试后主观听感有明显的不同，特别是低频段的表现。调试后，虽然剧场的混响时间较长，但